JPH1156398A - Assay of double-stranded nucleic acid splitting enzyme activity - Google Patents

Assay of double-stranded nucleic acid splitting enzyme activity

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JPH1156398A
JPH1156398A JP9216388A JP21638897A JPH1156398A JP H1156398 A JPH1156398 A JP H1156398A JP 9216388 A JP9216388 A JP 9216388A JP 21638897 A JP21638897 A JP 21638897A JP H1156398 A JPH1156398 A JP H1156398A
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JP
Japan
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base sequence
double
probe
stranded
sequence portion
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JP9216388A
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Japanese (ja)
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Kenichi Hirano
憲一 平野
Masaki Harube
雅貴 治部
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Hamamatsu Photonics KK
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Hamamatsu Photonics KK
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  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for the subject assay. SOLUTION: This method comprises the following three consecutive processes: (1) a single-stranded probe having, in the molecule, a recognition base sequence portion for a double-stranded nucleic acid splitting enzyme and a base sequence portion complementary to the above base sequence portion, and also having, on both ends, an energy donor and an energy acceptor, is prepared; (2) the recognition base sequence portion is hybridized, in the molecule, with the base sequence portion complementary thereto to form a hybrid; and (3) the change of the fluorescence spectrum based on the fluorescence resonance energy transfer(FRET) of the probe due to the photoexcitation of the energy donor by the decomposition of the hybrid due to nucleic acid splitting enzymatic reaction is assayed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、核酸分解酵素、特
に塩基配列特異的なニ本鎖核酸分解酵素の活性を測定す
る方法に関する。
[0001] The present invention relates to a method for measuring the activity of a nuclease, particularly a base sequence-specific double-stranded nuclease.

【0002】[0002]

【従来の技術】核酸分解酵素の活性を測定する方法にお
いて、2種類の蛍光色素でラベル化されたプローブを用
いて、蛍光色素間の蛍光共鳴エネルギー移動(fluoresc
ence resonance energy transfer,以下FRETとい
う)現象に基づく測定方法が知られている(S.S.Ghosh,
P.S.Eis, K.Blumeyer, K.Fearon, and D.P.Millar (19
94),Nucleic Acids Res.,22,3155-3159)。この方法にお
いては、図1に示したように蛍光エネルギーのドナー色
素(以下Dとする)を結合したオリゴヌクレオチドプロ
ーブと、さらに蛍光エネルギーのアクセプター色素(以
下Aとする)を結合したオリゴヌクレオチドプローブと
を、ハイブリダイズさせたハイブルダイズ体(二本鎖)
であって、かつ被測定核酸分解酵素(二本鎖核酸分解酵
素)に特定の認識塩基配列をその一部に有するものであ
る。係るハイブリダイズ体は、それぞれの末端に結合し
たD及びA間でFRET現象が生じ、特有の蛍光スペク
トルを与える。さらに、核酸分解酵素により特定の部位
が切断された後は、上記のFRET現象は失われ、上記
特有の蛍光スペクトルが消失することとなる。
2. Description of the Related Art In a method for measuring the activity of a nuclease, a fluorescence resonance energy transfer (fluoresc) between two fluorescent dyes is performed using a probe labeled with two fluorescent dyes.
A measurement method based on the phenomenon of energy resonance energy transfer (FRET) is known (SSGhosh,
PSEis, K. Blumeyer, K. Fearon, and DPMillar (19
94), Nucleic Acids Res., 22, 3155-3159). In this method, as shown in FIG. 1, an oligonucleotide probe to which a fluorescent energy donor dye (hereinafter, referred to as D) is bound, and an oligonucleotide probe to which a fluorescent energy acceptor dye (hereinafter, referred to as A) is bound. Is hybridized to a hybrid soybean body (double-stranded)
And a part of the nuclease to be measured (double-stranded nuclease) having a specific recognition base sequence. In such a hybridized substance, a FRET phenomenon occurs between D and A bound to each end, and a unique fluorescence spectrum is given. Further, after the specific site is cleaved by the nuclease, the above-mentioned FRET phenomenon is lost, and the above-mentioned specific fluorescence spectrum is lost.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記説
明した2種類のオリゴヌクレオチドを用いた1組のプロ
ーブによるFRET現象を利用した核酸分解活性の測定
方法は、上記2種類のオリゴヌクレオチドが測定溶液中
で正確に同数存在し、かつハイブリダイズ体を形成して
いることが必要である。すなわち、測定溶液中に他の一
本鎖核酸と結合可能な蛋白質等が混在する場合や、ハイ
ブリダイズ条件の変化等により、測定溶液中にどちらか
一方のプローブがハイブリダイズせずにそのまま存在す
ることが有り得る。この場合には、係るハイブリダイズ
していないプローブからの蛍光が測定のバックグラウン
ド蛍光となり、FRET現象を利用した核酸分解酵素活
性の測定が困難となるという問題点がある。
However, the method for measuring nucleolytic activity using the FRET phenomenon by a set of probes using two kinds of oligonucleotides as described above uses the two kinds of oligonucleotides in a measuring solution. It is necessary that the same number and the same number be present and that a hybridized body be formed. That is, when a protein that can bind to another single-stranded nucleic acid or the like is mixed in the measurement solution, or due to a change in hybridization conditions, one of the probes is present in the measurement solution as it is without hybridization. It is possible. In this case, there is a problem that the fluorescence from the non-hybridized probe becomes the background fluorescence for the measurement, and it becomes difficult to measure the nuclease activity using the FRET phenomenon.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】そこで本発明者等は、鋭
意研究し、1種類の1本鎖オリゴヌクレオチドプローブ
を用いることで上記問題点のない新規な核酸分解酵素活
性測定法を見出し、本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies and have found a novel method for measuring the activity of nuclease which does not have the above-mentioned problems by using one kind of single-stranded oligonucleotide probe. The invention has been completed.

【0005】すなわち、本発明に係る核酸分解酵素の活
性の測定法で用いるプローブは、図2に示されるよう
に、1種類の1本鎖オリゴヌクレオチドプローブであっ
て、少なくとも、(1)FRET現象を利用するための1
組のD及びAを該オリゴヌクレオチドの末端部に有し、
かつ(2)該プローブが分子内で2本鎖構造を形成する際
に、被測定核酸分解酵素の酵素反応認識部としての塩基
配列部を形成するような特定の塩基配列を有するもので
ある。さらに、(3)係るD及びAは、該プローブが分子
内で2本鎖構造を形成する際にはDからAへのFRET
が可能となるような空間位置をとりうるものである。
That is, the probe used in the method for measuring the activity of the nuclease according to the present invention is, as shown in FIG. 2, one kind of single-stranded oligonucleotide probe, and at least (1) the FRET phenomenon 1 for using
Having a set of D and A at the end of the oligonucleotide;
And (2) the probe has a specific base sequence that forms a base sequence portion as an enzyme reaction recognition portion of the nuclease to be measured when the probe forms a double-stranded structure in the molecule. Further, (3) the D and A are used when the probe forms a double-stranded structure in the molecule.
It is possible to take a spatial position that makes it possible.

【0006】分子内でハイブリダイズ体を形成した上記
構造を有するプローブは、被測定核酸分解酵素反応によ
り、上記の特定の酵素反応認識部で切断された場合は、
図2に示されるように、D又はAが結合している切断さ
れた部分はもはや十分ハイブリダイズできず、溶液中に
遊離する。従って、FRET現象は消失することとな
る。
When a probe having the above structure in which a hybrid is formed in a molecule is cleaved by the above-described specific enzyme reaction recognition portion by the nuclease reaction to be measured,
As shown in FIG. 2, the cleaved portion to which D or A is attached can no longer hybridize well and is released into solution. Therefore, the FRET phenomenon disappears.

【0007】上記の核酸分解酵素反応の溶液の蛍光スペ
クトルは図3に示されるように、該酵素処理前はDに基
づく蛍光は、FRETによりほとんど観測されないが、
該酵素処理によりFRET現象が消失した後は、Dに基
づく蛍光が大きく観測されることとなり、核酸分解酵素
の反応性を測定することが可能となる。
[0007] As shown in FIG. 3, the fluorescence spectrum of the solution of the above nuclease reaction shows that fluorescence based on D before the enzyme treatment is hardly observed by FRET.
After the FRET phenomenon disappears by the enzyme treatment, fluorescence based on D is largely observed, and the reactivity of the nuclease can be measured.

【0008】すなわち、本発明は、(1) 分子内に、二
本鎖核酸分解酵素の認識塩基配列部と、前記塩基配列部
と相補的な塩基配列部とを有し、かつ両端に、エネルギ
ー供与体と、エネルギー受容体とを有する1本鎖プロー
ブを調整し、(2) 分子内で、前記認識塩基配列部と、
前記塩基配列部と相補的な塩基配列部とをハイブリダイ
ズさせて分子内2本鎖構造を形成し、(3) 前記エネル
ギー供与体の光励起による前記プローブの蛍光共鳴エネ
ルギー移動(FRET)に基づく蛍光スペクトルの、前
記分子内2本鎖構造の前記核酸分解酵素反応による分解
による変化を測定することを特徴とする二本鎖核酸分解
酵素活性の測定方法を提供するものである。
That is, the present invention provides (1) a molecule comprising a double-stranded nuclease-recognizing base sequence portion in a molecule and a base sequence portion complementary to the base sequence portion, and having energy at both ends. By preparing a single-stranded probe having a donor and an energy acceptor, (2) in the molecule, the recognition base sequence portion;
The base sequence portion and the complementary base sequence portion are hybridized to form an intramolecular double-stranded structure. (3) Fluorescence based on fluorescence resonance energy transfer (FRET) of the probe caused by photoexcitation of the energy donor. It is intended to provide a method for measuring a double-stranded nuclease activity, which comprises measuring a change in spectrum of the intramolecular double-stranded structure due to the decomposition by the nuclease reaction.

【0009】また、本発明は、(1) 分子内に、第1の
二本鎖核酸分解酵素の認識塩基配列部と、前記塩基配列
部と相補的な塩基配列部と、第2の二本鎖核酸分解酵素
の認識塩基配列部と、前記塩基配列部と相補的な塩基配
列部とを有し、かつ両端に、エネルギー供与体と、エネ
ルギー受容体とを有する1本鎖プローブを調整し、(2)
分子内で、前記第1の二本鎖核酸分解酵素の認識塩基
配列部と前記相補的な認識塩基配列部とハイブリダイズ
させ、前記第2の二本鎖核酸分解酵素の認識塩基配列部
と前記相補的な塩基配列部とハイブリダイズさせて分子
内2本鎖構造を形成し、(3) 前記エネルギー供与体の
光励起による前記プローブの蛍光共鳴エネルギー移動
(FRET)に基づく蛍光スペクトルの、前記プローブ
の前記第1の核酸分解酵素反応又は前記第2の核酸分解
酵素反応又は前記第3の核酸分解酵素反応による分解に
よる変化を測定することを特徴とする二本鎖核酸分解酵
素活性の測定方法を提供するものである。
[0009] The present invention also provides (1) a molecule comprising a recognition base sequence of the first double-stranded nuclease, a base sequence complementary to the base sequence, and a second double-stranded sequence. A single-stranded probe having a recognition base sequence portion of a strand nuclease and a base sequence portion complementary to the base sequence portion, and having, at both ends, an energy donor and an energy acceptor, (2)
In the molecule, the recognition base sequence part of the first double-stranded nuclease is hybridized with the complementary recognition base sequence part, and the recognition base sequence part of the second double-stranded nuclease is Forming an intramolecular double-stranded structure by hybridizing with a complementary base sequence portion; and (3) obtaining a fluorescence spectrum of the probe based on fluorescence resonance energy transfer (FRET) of the probe by photoexcitation of the energy donor. A method for measuring a double-stranded nuclease activity, comprising measuring a change due to degradation caused by the first nucleolytic enzyme reaction, the second nucleolytic enzyme reaction, or the third nucleolytic enzyme reaction. Is what you do.

【0010】さらに、本発明は、(1) 分子内に、第1
の二本鎖核酸分解酵素の認識塩基配列部と、前記塩基配
列部と相補的な塩基配列部と、第2の二本鎖核酸分解酵
素の認識塩基配列部と、前記塩基配列部と相補的な塩基
配列と、第3の二本鎖核酸分解酵素の認識塩基配列部
と、前記塩基配列部と相補的な塩基配列部とを有し、か
つ両端に、エネルギー供与体と、エネルギー受容体とを
有する1本鎖プローブを調整し、(2) 分子内で、前記
第1の二本鎖核酸分解酵素の認識塩基配列部と前記相補
的な認識塩基配列部とハイブリダイズさせ、前記第2の
二本鎖核酸分解酵素の認識塩基配列部と前記相補的な塩
基配列部と分子内2本鎖構造ダイズさせ、前記第3の二
本鎖核酸分解酵素の認識塩基配列部と前記相補的な塩基
配列部とハイブリダイズさせて分子内2本鎖構造を形成
し、(3) 前記エネルギー供与体の光励起による前記プ
ローブの蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)に基づく
蛍光スペクトルの、前記プローブの前記第1の核酸分解
酵素反応又は前記第2の核酸分解酵素反応又は前記第3
の核酸分解酵素反応による分解による変化を測定するこ
とを特徴とする二本鎖核酸分解酵素活性の測定方法を提
供するものである。
[0010] The present invention further provides (1) a method comprising:
A double-stranded nuclease-recognizing base sequence portion, a base sequence portion complementary to the base sequence portion, a second double-stranded nucleolytic enzyme recognition base sequence portion, and a base sequence portion complementary to the base sequence portion. Base sequence, a recognition base sequence portion of the third double-stranded nuclease, and a base sequence portion complementary to the base sequence portion, and at both ends an energy donor and an energy acceptor. Preparing a single-stranded probe having: (2) hybridizing in a molecule with the recognition base sequence portion of the first double-stranded nuclease and the complementary recognition base sequence portion, The recognition base sequence of the third double-stranded nuclease is allowed to soy with the complementary base sequence of the double-stranded nuclease and the complementary base sequence and the complementary base of the third base. Hybridizing with the sequence portion to form an intramolecular double-stranded structure; Fluorescence spectrum based on fluorescence resonance energy transfer (FRET) of the probe by photoexcitation of Azukakarada, the said probe first nuclease reaction or the second nuclease reaction or the third
A method for measuring the activity of a double-stranded nuclease, characterized by measuring a change caused by the degradation of the nuclease by a nucleolytic enzyme reaction.

【0011】また、上記いずれかの方法であって、さら
に(1) 前記二本鎖核酸分解酵素の認識塩基配列部が、
前記二本鎖核酸分解酵素の認識塩基配列と、前記認識配
列の両側にさらに2〜5個の塩基を有することを特徴と
する方法を提供するものである。
Further, in any one of the above methods, (1) the recognition base sequence portion of the double-stranded nuclease may be:
Another object of the present invention is to provide a method characterized by having a base sequence for recognition of the double-stranded nuclease and two to five bases on both sides of the recognition sequence.

【0012】また、上記エネルギー供与体がフルオレセ
イン系発蛍光団を含み、前記エネルギー受容体がローダ
ミン系発蛍光団を含むことを特徴とする方法を提供する
ものである。
Further, the present invention provides a method wherein the energy donor comprises a fluorescein-based fluorophore and the energy acceptor comprises a rhodamine-based fluorophore.

【0013】以下本発明をさらに詳しく説明する。Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

【0014】(蛍光共鳴エネルギー移動、FRET)本
発明におけるFRET現象とは、蛍光に係わる現象であ
って(Stryer,L.,Ann.Rev.Biochem、47、1978、819ー846;
Fluorescence Microscopy of Living Cellsin Culture-
Part B. Taylor,D.L. and Wang,Y. eds., Academic Pre
ss, New York,220-245,1989)、1つの発蛍光団(以
下、エネルギー供与体、エネルギー供与体色素、エネル
ギードナー、ドナー、Dとする)の蛍光スペクトルが他
の発蛍光団(エネルギー受容体、エネルギー受容体色
素、エネルギーアクセプター、アクセプター、Aとす
る)の励起スペクトルと重なる場合でかつドナーとアク
セプターとが接近する位置にある場合においては、ドナ
ーの励起がアクセプターからの蛍光を誘導し、さらにド
ナー自身からの蛍光強度は減少するという現象を意味す
る。
(Fluorescence Resonance Energy Transfer, FRET) The FRET phenomenon in the present invention is a phenomenon relating to fluorescence (Stryer, L., Ann. Rev. Biochem, 47, 1978, 819-846;
Fluorescence Microscopy of Living Cellsin Culture-
Part B. Taylor, DL and Wang, Y. eds., Academic Pre
ss, New York, 220-245, 1989). The fluorescence spectrum of one fluorophore (hereinafter, referred to as an energy donor, an energy donor dye, an energy donor, a donor, D) is different from that of another fluorophore (an energy acceptor). Body, energy acceptor dye, energy acceptor, acceptor, A) and the donor and acceptor are close to each other, the excitation of the donor induces fluorescence from the acceptor. This means that the fluorescence intensity from the donor itself decreases.

【0015】FRETはドナーとアクセプターとの距離
に極めて敏感であることが知られており、一般的には両
者の距離の10ー6乗に比例する。
[0015] FRET is known to be very sensitive to the distance between the donor and acceptor, generally proportional to the 10 -6 square of the distance between them.

【0016】また、係るFRET現象は、種々の生物、
細胞生物学研究に利用されている(例えば、ハマーヘッ
ドリボザイム(Hammerhead ribozyme)の溶液中での構造
研究、cAMPの生体中での濃度研究、膜融合、レトロ
ウイルスプロテアーゼ、核酸構造と塩基配列、そして細
胞内オチゴヌクレオチドハイブリダイゼイション等)も
のと同じ現象である。
The FRET phenomenon is caused by various organisms,
It is used in cell biology research (for example, structural study of Hammerhead ribozyme in solution, concentration study of cAMP in vivo, membrane fusion, retroviral protease, nucleic acid structure and nucleotide sequence, and This is the same phenomenon as that of intracellular oligonucleotide hybridization.

【0017】(エネルギー供与体(ドナー)、D;エネ
ルギー受容体(アクセプター)、A)本発明において使
用可能なエネルギー供与体(ドナー)およびエネルギー
受容体(アクセプター)は、FRETを利用することが
可能な組合わせならば特に制限されない。
(Energy Donor (Donner), D; Energy Acceptor (Acceptor), A) As the energy donor (donor) and energy acceptor (acceptor) usable in the present invention, FRET can be used. The combination is not particularly limited.

【0018】種々の発蛍光団を有する色素が使用可能で
あるが、例えばフルオレセイン系、ローダミン系の色素
等が好適に使用可能である。
Dyes having various fluorophores can be used. For example, fluorescein dyes and rhodamine dyes can be suitably used.

【0019】本発明においては特に、ドナーとしてフル
オレセイン発蛍光団を有する色素、およびアクセプター
としてローダミンX発蛍光団を有する色素を用いること
が好ましい。
In the present invention, it is particularly preferable to use a dye having a fluorescein fluorophore as a donor and a dye having a rhodamine X fluorophore as an acceptor.

【0020】フルオレセインおよびローダミンXの吸収
スペクトルは吸収ピークとして497、586nmを有
する。
The absorption spectra of fluorescein and rhodamine X have absorption peaks at 497 and 586 nm.

【0021】一方フルオレセインは494nmで励起し
た場合に523nmに蛍光のピークを示す。またローダ
ミンXは585nmで励起した場合に610nmに蛍光
ピークを示す。
On the other hand, fluorescein shows a fluorescence peak at 523 nm when excited at 494 nm. Rhodamine X shows a fluorescence peak at 610 nm when excited at 585 nm.

【0022】ここでこの2種類の発蛍光団がFRETを
生じるに十分な距離にある場合には、ドナーとしてのフ
ルオレセインからアクセプターとしてのローダミンXへ
の蛍光エネルギー移動に伴いフルオレセインに基づく蛍
光強度は減少し、ローダミンXに基づく蛍光強度が増加
することになる。
If the two fluorophores are at a distance sufficient to cause FRET, the fluorescence intensity based on fluorescein decreases with the transfer of the fluorescent energy from fluorescein as a donor to rhodamine X as an acceptor. However, the fluorescence intensity based on rhodamine X will increase.

【0023】(プローブ)本発明に係る方法において使
用可能な1本鎖プローブは、その一例が図2に模式的に
示されるように、少なくとも両端にFRET現象を利用
するためのD及びAを結合したものであって、さらに、
二本鎖核酸分解酵素を認識するための塩基配列と、それ
に相補的な認識塩基配列を分子内に有するものである。
係るプローブは通常のハイブリダイズ条件により、上記
認識塩基配列とその相補的塩基配列が分子内でハイブリ
ダイズして分子内2本鎖構造を形成し、分子はヘアピン
構造に類似の構造を有するものとなる(図2)。従っ
て、プローブの両末端に結合したD及びAは、その空間
位置が接近し、FRET現象を生じるに十分な位置とな
る。この場合、Dに対して光励起すると、その励起エネ
ルギーが共鳴的にAに移動して特徴的な蛍光スペクトル
を与えることとなる。
(Probe) A single-stranded probe that can be used in the method of the present invention has D and A bonded to at least both ends to use the FRET phenomenon, as schematically shown in FIG. And,
It has a base sequence for recognizing double-stranded nuclease and a recognition base sequence complementary thereto in the molecule.
Such a probe, under normal hybridization conditions, the recognition base sequence and its complementary base sequence hybridize in the molecule to form an intramolecular double-stranded structure, and the molecule has a structure similar to a hairpin structure. (FIG. 2). Therefore, D and A bound to both ends of the probe are close enough in spatial position to be a position sufficient to cause the FRET phenomenon. In this case, when light is excited with respect to D, the excitation energy resonates and moves to A to give a characteristic fluorescence spectrum.

【0024】このFRETに基づく蛍光スペクトルの変
化を模式的に表したものが図3である。FRET現象が
生じている場合は、Dの光励起に基づくDからの蛍光は
ほとんど観測されない。一方、FRET現象が消失した
場合には、Dの光励起に基づきDからの強い蛍光が起こ
り、大きな蛍光スペクトル変化として観測されることと
なる。係る蛍光スペクトルの変化により、被検核酸分解
酵素の存在を確認することが可能となるものである。
FIG. 3 schematically shows a change in the fluorescence spectrum based on the FRET. When the FRET phenomenon occurs, fluorescence from D based on photoexcitation of D is hardly observed. On the other hand, when the FRET phenomenon disappears, strong fluorescence from D occurs based on the photoexcitation of D, which is observed as a large change in the fluorescence spectrum. The change in the fluorescence spectrum makes it possible to confirm the presence of the test nuclease.

【0025】すなわち、図2に示されるように、本発明
に係るプローブを、二本鎖核酸分解酵素と反応させるこ
とにより、プローブ中の前記認識配列部で切断(分解)
が生じる。この分解が生じた後は、D及びAが結合した
オリゴヌクレオチドはもはやハイブリダイズ体を保持す
るには十分な塩基対数を持たず溶液中に遊離する。その
結果、上記のFRET現象が消失し、蛍光スペクトルに
大きな変化を与えることとなる(図3)。
That is, as shown in FIG. 2, the probe of the present invention is reacted with a double-stranded nuclease to cut (decompose) at the recognition sequence portion in the probe.
Occurs. After this degradation occurs, the oligonucleotide to which D and A are bound no longer has enough base pairs to retain the hybridized form and is released into solution. As a result, the above-mentioned FRET phenomenon disappears, and the fluorescence spectrum is greatly changed (FIG. 3).

【0026】また、本発明に係るプローブは、溶液中で
十分に低濃度の条件で、かつ適当な温度条件の下で分子
内ハイブリダイズさせることにより、前記認識配列部で
分子内ハイブリダイズしたヘアピン構造を有するものの
みを得ることが可能である。前記認識配列部には、二本
鎖核酸分解酵素の認識塩基配列のみならず、その両端に
さらにいくつかの塩基対を有することも好ましい態様で
ある。すなわち、前記酵素がその酵素反応を行うために
必要ないくつかの余分の塩基対をさらに有する構造であ
る。その数は被検核酸分解酵素にもよるが、通常2〜5
個の塩基対があることが好ましい。
Further, the probe according to the present invention can be intramolecularly hybridized under a condition of sufficiently low concentration in a solution and under an appropriate temperature condition, so that the hairpin hybridized intramolecularly at the recognition sequence portion can be obtained. It is possible to obtain only those having a structure. In a preferred embodiment, the recognition sequence portion has not only the recognition base sequence of the double-stranded nuclease but also some further base pairs at both ends thereof. That is, it is a structure in which the enzyme further has some extra base pairs necessary for performing the enzyme reaction. Although the number depends on the test nuclease, it is usually 2 to 5
Preferably there are two base pairs.

【0027】さらに、本発明に係るプローブのDまたは
Aと前記認識配列部の間の構造(スペーサー部)につい
ても特に制限はなく、種々の化学構造のものが可能であ
るが、上記ヘアピン構造を有する場合に塩基対を形成し
てプローブを安定化する目的で塩基対であることが好ま
しい。また、塩基対である場合には、その塩基対数があ
まりに多いと、前記酵素反応により該プローブがその酵
素反応認識部で分解した後であっても十分安定にハイブ
リダイズ体が存在し、FRETの消失が見られないこと
となり好ましくない。従って、その塩基数は、核酸分解
酵素により分解された場合のそれぞれの断片に残る塩基
対によっては2本鎖を保持することができない程度の数
を選択することが好ましい。この数は温度、塩基内の種
類(GC含量)によって異なるが、通常公知の方法によ
り選択することは容易である(PCR: Clinical Diagnosti
cs and Research, A. Rolfs, I. Schuller, U. Finckh,
I.WeberRolfs eds., p.11 Sringer Laboratory(199
2))。具体的には、通常の温度条件(25-40℃)では、1
5塩基以下であることが好ましい。 本発明に係るプロ
ーブは分子内で2本鎖構造を形成した後はヘアピン構造
を有するが、このためには前記認識配列部及びその相補
的塩基配列部間の分子の長さがあまりに短いと十分なヘ
アピン構造がとれないこととなり好ましくない。従っ
て、安定なヘアピン構造を保持するためには、少なくと
も核酸塩基に換算して1個以上の長さ、好ましくは3個
以上の長さ前記認識配列に隣接していることが必要であ
る。
Further, the structure (spacer portion) between D or A of the probe according to the present invention and the recognition sequence portion is not particularly limited, and various chemical structures are possible. When it has, it is preferably a base pair for the purpose of forming a base pair and stabilizing the probe. In the case of base pairs, if the number of base pairs is too large, a hybridized body exists sufficiently stably even after the probe is decomposed at the enzyme reaction recognition part by the enzyme reaction, and FRET of No disappearance is observed, which is not preferable. Therefore, the number of bases is preferably selected to such an extent that a double strand cannot be retained depending on the base pairs remaining in each fragment when degraded by a nuclease. This number varies depending on the temperature and the type of base (GC content), but can be easily selected by a generally known method (PCR: Clinical Diagnosti).
cs and Research, A. Rolfs, I. Schuller, U. Finckh,
I. WeberRolfs eds., P.11 Sringer Laboratory (199
2)). Specifically, under normal temperature conditions (25-40 ° C), 1
It is preferably 5 bases or less. The probe according to the present invention has a hairpin structure after forming a double-stranded structure in the molecule. For this purpose, it is sufficient if the length of the molecule between the recognition sequence portion and its complementary base sequence portion is too short. It is not preferable because a proper hairpin structure cannot be obtained. Therefore, in order to maintain a stable hairpin structure, it is necessary that the recognition sequence is adjacent to the recognition sequence at least one length, preferably at least three lengths in terms of nucleobases.

【0028】(1本鎖プローブも他の例)上記説明した
ように、本発明に係るプローブの構造は、前記酵素反応
認識部が1ヵ所である必要はなく、同一分子内に複数の
酵素反応認識部を設けることが可能である。具体的に
は、図4(A)及び図4(B)に、本発明のプローブの
他の例について模式的に表されているように、2個又は
3個の酵素反応認識部を有するプローブの調整が可能と
なる。係るプローブを用いると、複数の種類の二本鎖核
酸分解酵素の活性を測定することが可能となるものであ
る。すなわち、複数の二本鎖核酸分解酵素認識塩基配列
部を有するものであるから、分子内ハイブリダイズによ
り、複数のヘアピン構造を有するプローブとなる(図4
(A)、(B))。この場合、プローブが核酸分解酵素
により分解されるとFRETに基づく現象が消失するこ
ととなる。
(Single-strand probe is another example) As described above, the structure of the probe according to the present invention does not need to have the enzyme reaction recognition portion at one place, and a plurality of enzyme reactions can be included in the same molecule. It is possible to provide a recognition unit. Specifically, as schematically shown in FIGS. 4A and 4B for another example of the probe of the present invention, a probe having two or three enzyme reaction recognition units. Can be adjusted. The use of such a probe makes it possible to measure the activities of a plurality of types of double-stranded nucleases. That is, since the probe has a plurality of double-stranded nuclease-recognizing enzyme recognition base sequence portions, it becomes a probe having a plurality of hairpin structures by intramolecular hybridization (FIG. 4).
(A), (B)). In this case, when the probe is degraded by the nuclease, the phenomenon based on FRET disappears.

【0029】図5には、3種類の二本鎖核酸分解酵素の
いずれかの活性が同時に検出可能なプローブとその作用
を模式的に示した。3種類(それぞれ1、2、3とす
る)の二本鎖核酸分解酵素の認識塩基配列部を有するプ
ローブに、それぞれの酵素1、2、3が反応して分解切
断した場合のFRETが消失することを示す。
FIG. 5 schematically shows a probe capable of simultaneously detecting the activity of any of the three types of double-stranded nucleases and the action thereof. FRET disappears when each of the enzymes 1, 2, and 3 is decomposed and cleaved by a probe having a recognition base sequence portion of three types (1, 2, and 3, respectively) of double-stranded nucleases. Indicates that

【0030】(1本鎖プローブの調整方法)本発明にお
いて、DおよびAをオリゴヌクレオチド5’または3’
末端に結合する方法においては特に制限されず、一般の
有機合成法、または適当な誘導体を用いて酵素反応によ
り合成可能である。
(Method for Preparing Single-Stranded Probe) In the present invention, D and A are used as oligonucleotides 5 ′ or 3 ′.
The method of binding to the terminal is not particularly limited, and can be synthesized by a general organic synthesis method or an enzymatic reaction using an appropriate derivative.

【0031】本発明においては、5’末端にフルオレセ
イン発蛍光団を有するオリゴヌクレオチドに、ローダミ
ンX発蛍光団を有するヌクレオチド又はローダミン発蛍
光団を化学合成法で、または酵素反応で結合し合成可能
である。
In the present invention, a nucleotide having a rhodamine X fluorophore or a rhodamine fluorophore can be bound to an oligonucleotide having a fluorescein fluorophore at the 5 ′ end by a chemical synthesis method or by an enzymatic reaction. is there.

【0032】同様に本発明においては、3’末端にロー
ダミンX発蛍光団を有するオリゴヌクレオチド(9−m
er)に、フルオロセイン発蛍光団を有するヌクレオチ
ドを化学合成法で、または酵素化学法で結合し合成可能
である。
Similarly, in the present invention, an oligonucleotide having a rhodamine X fluorophore at the 3 ′ end (9-m
er), a nucleotide having a fluorescein fluorophore can be synthesized by chemical synthesis or enzymatic chemistry.

【0033】本発明においては、オリゴヌクレオチドの
塩基配列は、使用の目的に応じて選択可能であり、特に
制限されない。
In the present invention, the nucleotide sequence of the oligonucleotide can be selected according to the purpose of use, and is not particularly limited.

【0034】(FRET現象の測定、蛍光スペクトル測
定)本発明においては、FRET現象の有無により、2
種類の発蛍光団からの蛍光スペクトル及びその変化を測
定し、比較する方法については特に制限はない。
(Measurement of FRET phenomenon, measurement of fluorescence spectrum)
There is no particular limitation on the method of measuring and comparing the fluorescence spectra from the different fluorophores and their changes.

【0035】例えば、FRETが可能な条件においての
2種類の発蛍光団からのそれぞれの蛍光強度の比と、F
RETが生じない条件下での2種類の発蛍光団からの蛍
光強度の比を比較する方法は好適に使用可能である。
For example, the ratio of the respective fluorescence intensities from two kinds of fluorophores under the condition that FRET is possible, and F
A method of comparing the ratio of the fluorescence intensities from two kinds of fluorophores under the condition where RET does not occur can be suitably used.

【0036】この場合、さらに高感度の測定とするため
に、励起波長の選択、蛍光の選択的測定のためのフィル
ター、さらに2種類の蛍光を同時に測定する手段等が好
適に使用可能となる。また、本発明に係る方法で使用す
る蛍光スペクトル測定装置は特に制限はなく、通常の装
置が好ましく使用され得る。
In this case, in order to perform the measurement with higher sensitivity, it is possible to suitably use a filter for selecting an excitation wavelength, a selective measurement of fluorescence, and a means for simultaneously measuring two types of fluorescence. The fluorescence spectrum measuring device used in the method according to the present invention is not particularly limited, and an ordinary device can be preferably used.

【0037】(本発明に係る方法のいくつかの応用例)
本発明に係る、FRETを生じる2種類の蛍光色素を両
末端に結合させ、溶液中で分子内ハイブリダズしてヘア
ピン構造を有する核酸分解酵素活性測定プローブを基質
として用い、分光学的方法により特定の核酸分解酵素活
性を測定する方法は例えば以下のような場合に適用可能
である。
(Some application examples of the method according to the present invention)
According to the present invention, two types of fluorescent dyes which generate FRET are bound to both ends, and a nucleolytic enzyme activity measuring probe having a hairpin structure by intramolecular hybridization in a solution is used as a substrate, and a specific spectroscopic method is used. The method for measuring nuclease activity is applicable, for example, in the following cases.

【0038】(1) 大腸菌やウイルスなど、微生物はそ
の種類により保持する制限酵素の種類が決まっているの
で(例えば表1)、有害微生物や病原菌も種類を同定す
るスクリーニング法として簡便な手段となる。
(1) Since the types of restriction enzymes to be retained for microorganisms such as Escherichia coli and viruses are determined according to their types (for example, Table 1), harmful microorganisms and pathogenic bacteria can be a simple means as a screening method for identifying the types. .

【0039】(2) 一種類の基質を混合するのみで、蛍
光強度が大きく変化するため、簡便かつ短時間、高感度
の核酸分解酵素活性の測定方法に適用可能である。
(2) Since the fluorescence intensity changes greatly only by mixing one type of substrate, the method can be applied to a simple, short-time and highly sensitive method for measuring nuclease activity.

【0040】(3) 蛋白質、核酸等の他の生体成分が混
在する中でも分解酵素活性を測定可能であるため、分解
酵素の分離、精製過程が不必要となり、蛍光の測定のた
めの被検査試料の前処理が簡単となる。また、細胞内に
プローブを導入することにより生きている生体試料での
酵素活性が測定可能となる。
(3) Since the degrading enzyme activity can be measured even in the presence of other biological components such as proteins and nucleic acids, the separation and purification steps of the degrading enzyme become unnecessary, and the sample to be inspected for fluorescence measurement is not required. Preprocessing is simplified. In addition, by introducing a probe into a cell, the enzymatic activity in a living biological sample can be measured.

【0041】[0041]

【作用】すなわち、本発明に係る核酸分解酵素の活性の
測定法で用いるプローブは、図2に示されるように、1
種類の1本鎖オリゴヌクレオチドプローブであって、少
なくとも、(1)FRET現象を利用するための1組のD
及びAを該オリゴヌクレオチドの末端部に有し、かつ
(2)該プローブが分子内で2本鎖構造を形成する際に、
被測定核酸分解酵素の酵素反応認識部としての塩基配列
部を形成するような特定の塩基配列を有するものであ
る。さらに、(3)係るD及びAは、該プローブが分子内
で2本鎖構造を形成する際にはDからAへのFRETが
可能となるような空間位置をとりうるものである。
That is, the probe used in the method for measuring the activity of the nuclease according to the present invention comprises, as shown in FIG.
Kinds of single-stranded oligonucleotide probes, comprising at least (1) a set of D
And A at the end of the oligonucleotide; and
(2) when the probe forms a double-stranded structure in the molecule,
It has a specific base sequence that forms a base sequence portion as an enzyme reaction recognition portion of the nuclease to be measured. Further, (3) such D and A can take a spatial position such that FRET from D to A becomes possible when the probe forms a double-stranded structure in the molecule.

【0042】分子内でハイブリダイズ体を形成した上記
構造を有するプローブは、被測定核酸分解酵素反応によ
り、上記の特定の酵素反応認識部で切断された場合は、
図2に示されるように、D又はAが結合している切断さ
れた部分はもはや十分ハイブリダイズできず、溶液中に
遊離する。従って、FRET現象は消失することとな
る。
When the probe having the above structure in which a hybrid is formed in the molecule is cleaved by the above-mentioned specific enzyme reaction recognition portion by the nuclease reaction to be measured,
As shown in FIG. 2, the cleaved portion to which D or A is attached can no longer hybridize well and is released into solution. Therefore, the FRET phenomenon disappears.

【0043】オリゴヌクレオチドの5’および3’末端
を2種類の異なった蛍光色素(エネルギー供与体と、エ
ネルギー受容体)でラベルし、これらの2種類の発蛍光
団による分子内での蛍光共鳴エネルギー移動(FRE
T)に基づく蛍光特性を比較することにより、該オリゴ
ヌクレオチドの分解活性能を測定可能とする。
The 5 'and 3' ends of the oligonucleotide are labeled with two different fluorescent dyes (energy donor and energy acceptor), and the fluorescence resonance energy in the molecule by these two fluorophores is determined. Move (FRE)
By comparing the fluorescence characteristics based on T), the degradation activity of the oligonucleotide can be measured.

【0044】[0044]

【実施例】以下、本発明を実施例に従って詳細に説明す
る。ただし、本発明はこの実施例に制限されるものでは
ない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to embodiments. However, the present invention is not limited to this embodiment.

【0045】(実施例1)PvuIIプローブ、HindIIIプロ
ーブの調整 化学合成法により以下の塩基配列を有し、3’末端にエ
ネルギー供与体としてのフルオレセインを結合し、5’
末端にアミノ基を結合したオリゴヌクレオチドを合成し
た。このアミノ基にローダミンXイソチオシアネートを
反応させることにより、当該オリゴヌクレオチドの5’
末端にローダミンXを結合させた。得られたプローブは
高速液体クロマトグラフにより精製した。
(Example 1) Preparation of PvuII probe and HindIII probe The following nucleotide sequence was prepared by a chemical synthesis method, and fluorescein as an energy donor was bound to the 3 'end and 5'
Oligonucleotides having an amino group bonded to the terminal were synthesized. By reacting rhodamine X isothiocyanate with this amino group, the 5 ′ of the oligonucleotide is
Rhodamine X was bound to the end. The obtained probe was purified by high performance liquid chromatography.

【0046】PvuIIプローブ:制限酵素PvuIIの認識塩基
配列CAGCTをその一部分に有し、かつ5’末端にはエネ
ルギー供与体(色素)してのフルオレセインが、また
3’末端にはエネルギー受容体(色素)としてローダミ
ンXを結合した以下の33mer。
PvuII probe : Fluorescein as an energy donor (dye) at the 5 ′ end and an energy acceptor (dye) at the 3 ′ end The following 33mer bound with Rhodamine X as)).

【0047】5'-TTTTCAGCTGGGGGTAGATCCCCCAGCTGAAAA-
3'(ここで下線で示した部分が制限酵素PvuIIの認識塩
基配列を示す)。
5'-TTTT CAGCTG GGGGTAGATCCCC CAGCTG AAAA-
3 ′ (the underlined portion indicates the recognition base sequence of the restriction enzyme PvuII).

【0048】HindIIIプローブ:制限酵素HindIIIの認識
塩基配列AAGCTTをその一部分に有し、かつ5’末端には
エネルギー供与体(色素)してのフルオレセインが、ま
た3’末端にはエネルギー受容体(色素)としてローダ
ミンXを結合した以下の33mer。
HindIII probe : Fluorescein as an energy donor (dye) having a recognition base sequence AAGCTT of a restriction enzyme HindIII in a part thereof and an energy acceptor (dye) at a 3 ′ end thereof. The following 33mer bound with Rhodamine X as)).

【0049】5'-TTTTAAGCTTGGGGTAGATCCCCAAGCTTAAAA-
3'(ここで下線で示した部分が制限酵素HindIIIの認識
塩基配列を示す)。
5'-TTTT AAGCTT GGGGTAGATCCCC AAGCTT AAAA-
3 ′ (the underlined portion indicates the recognition base sequence of the restriction enzyme HindIII).

【0050】蛍光スペクトルは蛍光分光光度計日立モデ
ル850を使用した。
For the fluorescence spectrum, a Hitachi spectrophotometer 850 was used.

【0051】(実施例2)PvuIIプローブと種々の制限
酵素との反応 制限酵素PvuIIが及ぼすPvuIIプローブの蛍光スペクトル
への影響を調べた。20nMのPvuIIプローブと2単位のPvu
II(宝酒造(株)より購入)とを10mMTrisHCl(pH7.5)、
10mM MgCl2、1mM DTT、50mM NaClの成分からなる反応液
の中で25℃で反応させた(酵素の単位、すなわち活性に
ついては宝酒造(株)の製品資料に準じた)。2時間
後、波長492nmの光により励起そたときの蛍光スペクト
ルを蛍光光度計を用いて測定し、その結果を図6に示し
た。コントロール実験として、酵素を含まない溶液で同
様の処理を行った。コントロール溶液からの蛍光スペク
トルでは、供与体に起因するピーク波長518nmの蛍光は
ほとんど認められず、FRETが生じていることが認め
られた(図6ではcontrolとして示されている)。
Example 2 Reaction of PvuII Probe with Various Restriction Enzymes The effect of the restriction enzyme PvuII on the fluorescence spectrum of the PvuII probe was examined. 20nM PvuII probe and 2 units of Pvu
II (purchased from Takara Shuzo Co., Ltd.) with 10 mM TrisHCl (pH 7.5)
The reaction was carried out at 25 ° C. in a reaction solution composed of components of 10 mM MgCl 2 , 1 mM DTT, and 50 mM NaCl (the unit of the enzyme, that is, the activity was according to Takara Shuzo Co., Ltd. product data). Two hours later, the fluorescence spectrum when excited by light having a wavelength of 492 nm was measured using a fluorimeter, and the results are shown in FIG. As a control experiment, the same treatment was performed using a solution containing no enzyme. In the fluorescence spectrum from the control solution, fluorescence having a peak wavelength of 518 nm due to the donor was hardly observed, and it was recognized that FRET occurred (indicated as control in FIG. 6).

【0052】他方、PvuIIを含む溶液では供与体の蛍光
が著しく増加した(図6でPvuIIとして示されてい
る)。これは、、PvuIIの存在によるFRETの解消
(消失)を意味し、酵素がPvuIIプローブを分解(切
断)したことを示すものである。
On the other hand, in the solution containing PvuII, the fluorescence of the donor was significantly increased (shown as PvuII in FIG. 6). This means that FRET was eliminated (disappeared) due to the presence of PvuII, and indicates that the enzyme decomposed (cleaved) the PvuII probe.

【0053】上記の変化が、制限酵素の認識配列に特異
的なものであることを種々の制限酵素を用いて確認し
た。使用した制限酵素は以下の表1に示した(宝酒造
(株)より購入)。
It was confirmed by using various restriction enzymes that the above change was specific to the recognition sequence of the restriction enzyme. The restriction enzymes used are shown in Table 1 below (purchased from Takara Shuzo Co., Ltd.).

【0054】 HindIIIとSacIの認識配列はPvuIIプローブに挿入した認
識配列両端の塩基配列において異なるので、これら2種
類の制限酵素はPvuIIプローブを切断できない。しか
し、AluIの認識配列はPvuIIの認識配列の内部4塩基AGC
Tと同じであるためにPvuIIプローブを切断可能となる。
[0054] Since the recognition sequences of HindIII and SacI differ in the nucleotide sequences at both ends of the recognition sequence inserted into the PvuII probe, these two types of restriction enzymes cannot cleave the PvuII probe. However, the recognition sequence of AluI is the internal 4 base AGC of the recognition sequence of PvuII.
Since it is the same as T, the PvuII probe can be cleaved.

【0055】それぞれの酵素2単位を20nM PvuIIプロー
ブに反応させて、25℃で2時間放置した後、蛍光スペク
トルを測定し、結果を図6に示した。用いた反応溶液
は、SacIとAluIに対しては10mM TrisHCl(pH7.5)、10mM
MgCl2、1mM DTTからなり、HindIIIとPvuIIに対しては10
mM TrisHCl(pH7.5)、10mM MgCl2、1mM DTT、50mM NaCl
からなる。実験の結果、HindIIIとSacIの添加は、酵素
を添加しなかったコントロールの実験結果と同様の蛍光
スペクトルを示し、供与体色素の蛍光強度を変化させな
かったが(図6中、HindIIIと、SacIで示されてい
る)、AluIの添加は、PvuIIと同様に、供与体の発光強
度の著しい増加を引き起こした(図6でAluIで示されて
いる)。これらの蛍光スペクトルから、波長518nmと609
nm(受容体色素の蛍光ピーク波長)における蛍光強度の
比を計算し、それぞれの酵素における蛍光強度の比とし
て図7に示した。ここで、酵素を添加していないコント
ロール、HindIII、及びSacIの低い値に対して、PvuIIと
AluIの比が著しく高いことが明らかである。従って、Pv
uIIプローブの切断(分解)が制限酵素(二本鎖核酸分
解酵素)の認識配列に特異的であることを示している。
After 2 units of each enzyme were reacted with a 20 nM PvuII probe and allowed to stand at 25 ° C. for 2 hours, the fluorescence spectrum was measured. The results are shown in FIG. The reaction solution used was 10 mM TrisHCl (pH 7.5), 10 mM for SacI and AluI.
Consists of MgCl 2 , 1 mM DTT, 10 for HindIII and PvuII
mM TrisHCl (pH 7.5), 10 mM MgCl 2 , 1 mM DTT, 50 mM NaCl
Consists of As a result of the experiment, the addition of HindIII and SacI showed the same fluorescence spectrum as the experimental result of the control without addition of the enzyme, and did not change the fluorescence intensity of the donor dye (FIG. 6, HindIII and SacI). ), The addition of AluI, like PvuII, caused a significant increase in the emission intensity of the donor (indicated by AluI in FIG. 6). From these fluorescence spectra, the wavelengths 518 nm and 609
The ratio of the fluorescence intensity at nm (the fluorescence peak wavelength of the receptor dye) was calculated, and is shown in FIG. 7 as the ratio of the fluorescence intensity for each enzyme. Here, PvuII and control without enzyme, low values of HindIII and SacI
It is clear that the ratio of AluI is significantly higher. Therefore, Pv
This indicates that cleavage (decomposition) of the uII probe is specific to the recognition sequence of a restriction enzyme (double-stranded nuclease).

【0056】(実施例3)HindIIIプローブと種々の制
限酵素との反応 制限酵素に認識配列特異的な切断はPvuIIに対するプロ
ーブに限定されることなく、他の制限酵素の認識配列を
持つプローブでも可能であることを調べるために、PvuI
Iプローブの認識配列をHindIIIが認識すする塩基配列に
変更したHindIIIプローブを用いて酵素反応の蛍光測定
実験を行った。HindIIIプローブの塩基配列は上で示し
たように、5'-TTTTAAGCTTGGGGTAGATCCCCAAGCTTAAAA-3'
(ここで下線で示した部分が制限酵素HindIII認識配
列)である。表1に示したそれぞれの制限酵素2単位を
20nMのHindIIIプローブと反応させ、実施例2に示した
それぞれの溶液中で2時間反応させた後に、492nmの光
で励起して蛍光スペクトルを測定し、図8にその結果を
示した。得られたスペクトルから518nmと609nmの蛍光強
度の比を求め図9に示した。HindIIIプローブは、HindI
IIとAluIの添加で蛍光強度比を増加させたが、PvuIIとS
acIの添加では制限酵素を添加していないコントロール
と同じ低い値を示した。この結果は、AluIはHindIIIの
認識配列の中央の配列を認識し切断したが、PvuIIとSac
Iの認識配列はHindIIIプローブを切断できなかったこと
を示すものである。
(Example 3) Reaction between HindIII probe and various restriction enzymes Restriction enzyme-recognition sequence-specific cleavage is not limited to a probe for PvuII, but can be a probe having a recognition sequence for another restriction enzyme. PvuI to find out
Using a HindIII probe in which the recognition sequence of the I probe was changed to a base sequence recognized by HindIII, a fluorescence measurement experiment of an enzyme reaction was performed. The base sequence of the HindIII probe was 5'-TTTT AAGCTT GGGGTAGATCCCC AAGCTT AAAA-3 'as shown above.
(The underlined portion is the restriction enzyme HindIII recognition sequence). 2 units of each restriction enzyme shown in Table 1
After reacting with 20 nM HindIII probe and reacting in each of the solutions shown in Example 2 for 2 hours, excitation was performed with light at 492 nm and the fluorescence spectrum was measured. The results are shown in FIG. The ratio of the fluorescence intensities at 518 nm and 609 nm was determined from the obtained spectrum and is shown in FIG. HindIII probe is HindI
Although the fluorescence intensity ratio was increased by the addition of II and AluI, PvuII and Slu
The addition of acI showed the same low value as the control to which no restriction enzyme was added. This result indicates that AluI recognized and cleaved the middle sequence of the HindIII recognition sequence, but PvuII and Sac
The I recognition sequence indicates that the HindIII probe could not be cleaved.

【0057】(実施例4)FRET供与体(色素)と受
容体(色素)で両端を標識した本発明に係るプローブを
用いる核酸分解酵素活性の測定方法は、測定対象を制限
酵素限らず、塩基配列に特異的でない二本鎖核酸酵素に
も適用可能であることを、二本鎖DNA分解酵素BAL31n
uclease(以下BAL31とする)を用いて確認した。
Example 4 A method for measuring nuclease activity using a probe according to the present invention labeled at both ends with a FRET donor (dye) and an acceptor (dye) is not limited to restriction enzymes, The double-stranded DNA degrading enzyme BAL31n is also applicable to double-stranded nucleic acid enzymes that are not sequence-specific.
It was confirmed using uclease (hereinafter referred to as BAL31).

【0058】PvuIIプローブとHindIIIプローブそれぞれ
を最終濃度20nMになるように2単位のBAL31を含む緩衝
液に溶解した。緩衝液の成分は20mM TrisHCl(pH8.0)、1
2mM CaCl2、12mM MgCl2、0.6M NaCl、1mM EDTAである。
室温(25℃)で2時間放置した後、波長490nmで励起
して蛍光スペクトルを測定し、その結果を図10に示し
た。
Each of the PvuII probe and the HindIII probe was dissolved in a buffer containing 2 units of BAL31 to a final concentration of 20 nM. Buffer components are 20 mM TrisHCl (pH 8.0), 1
2 mM CaCl 2 , 12 mM MgCl 2 , 0.6 M NaCl, 1 mM EDTA.
After leaving at room temperature (25 ° C.) for 2 hours, excitation was performed at a wavelength of 490 nm, and the fluorescence spectrum was measured. The results are shown in FIG.

【0059】両方のプローブにおいて、BAL31処理によ
り明らかに蛍光スペクトルの変化が観測された。波長51
8nmと609nmでの蛍光強度の比は、PvuIIプローブにおい
て、酵素処理前の0.69から処理後の7.73と11.2倍に増加
し、HindIIIプローブにおいて、処理前の0.57から処理
後の6.88と12.1倍に増加した。この結果は本発明に係る
プローブのFRET測定による分解酵素活性の測定方法
が、制限酵素に限定されずに、塩基配列に依存しない二
本鎖核酸分解酵素にも有効に適用可能であることを示
す。
In both probes, a change in the fluorescence spectrum was clearly observed by the BAL31 treatment. Wavelength 51
The ratio of the fluorescence intensity at 8 nm and 609 nm increased from 0.69 before the enzyme treatment to 7.73 and 11.2 times after the treatment in the PvuII probe, and increased to 6.88 and 12.1 times from 0.57 before the treatment to 0.58 in the HindIII probe after the treatment. did. This result shows that the method for measuring the activity of a probe according to the present invention by FRET measurement is not limited to restriction enzymes, and can be effectively applied to double-stranded nucleases that do not depend on the base sequence. .

【0060】[0060]

【配列表】[Sequence list]

配列番号:1 配列の長さ:33 配列の型:核酸 鎖の数:2本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:DNA 配列の特徴:5’末端にフルオレセインが結合し、3’
末端にローダミンXが結合 配列 TTTTCAGCTG GGGGTAGATC CCCCAGCTGA AAA 33 配列番号:2 配列の長さ:33 配列の型:核酸 鎖の数:2本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:DNA 配列の特徴:5’末端にフルオレセインが結合し、3’
末端にローダミンXが結合 配列 TTTTAAGCTT GGGGTAGATC CCCAAGCTTA AAA 33
SEQ ID NO: 1 Sequence length: 33 Sequence type: Nucleic acid Number of strands: Double strand Topology: Linear Sequence type: DNA Sequence characteristics: Fluorescein binds to 5 'end, 3'
Rhodamine X binds to the end Sequence TTTTCAGCTG GGGGTAGATC CCCCAGCTGA AAA 33 SEQ ID NO: 2 Sequence length: 33 Sequence type: Nucleic acid Number of strands: Double strand Topology: Linear Sequence type: DNA Sequence characteristics: 5 ' Fluorescein binds to the end, 3 '
Rhodamine X binds to the end Sequence TTTTAAGCTT GGGGTAGATC CCCAAGCTTA AAA 33

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】FRET現象を利用した1組2本のオリゴヌク
レオチドからなるプローブの従来例を模式的に示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a conventional example of a probe composed of a pair of two oligonucleotides utilizing the FRET phenomenon.

【図2】本発明に係るプローブ(図2(A))が、分子
内でハイブリダイズしてヘアピン構造をとるためにFR
ET現象が生じ(図2(B))、二本鎖核酸分解酵素に
より、核酸分解酵素認識配列が切断され、FRET現象
が消失すること(図2(C))を模式的に示す図であ
る。
FIG. 2 shows that the probe according to the present invention (FIG. 2 (A)) hybridizes in a molecule to form a hairpin structure, and thus the probe has an FR.
FIG. 2 is a diagram schematically showing that the ET phenomenon occurs (FIG. 2 (B)), the nuclease recognition sequence is cleaved by the double-stranded nuclease, and the FRET phenomenon disappears (FIG. 2 (C)). .

【図3】本発明の係るプローブの蛍光スペクトルが、核
酸分解酵素で処理することによるFRET現象の消失に
基づき変化することを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing that the fluorescence spectrum of the probe according to the present invention changes based on disappearance of the FRET phenomenon due to treatment with a nuclease.

【図4】本発明の係るプローブの一例を示すものであ
り、(A)は2種類の核酸分解酵素認識配列部(それぞ
れ1、2の認識配列として示されている)を有するプロ
ーブであり、(B)は3種類の核酸分解酵素認識配列部
(それぞれ1、2、3の認識配列として示されている)
を有するプローブを模式的に示す図である。
FIG. 4 shows an example of a probe according to the present invention, in which (A) is a probe having two types of nuclease recognition sequences (shown as 1, 2 recognition sequences, respectively); (B) shows three types of nuclease recognition sequence parts (shown as 1, 2, and 3 recognition sequences, respectively)
It is a figure which shows typically the probe which has.

【図5】3種類の核酸分解酵素認識配列部(それぞれ制
限酵素1、2、3の認識配列として示されている)を有
する本発明に係るプローブの、制限酵素による切断を模
式的に示す図である。
FIG. 5 is a diagram schematically showing cleavage by a restriction enzyme of a probe according to the present invention having three types of nuclease recognition sequence portions (represented as recognition sequences for restriction enzymes 1, 2, and 3, respectively). It is.

【図6】制限酵素(PvuII、HindIII、SacI、AluI)で処
理したPvuIIプローブの蛍光スペクトル変化を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing a change in fluorescence spectrum of a PvuII probe treated with a restriction enzyme (PvuII, HindIII, SacI, AluI).

【図7】制限酵素(PvuII、HindIII、SacI、AluI)で処
理したPvuIIプローブの波長518nmと609nmにおける蛍光
強度の比を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the ratio of the fluorescence intensity of a PvuII probe treated with a restriction enzyme (PvuII, HindIII, SacI, AluI) at wavelengths of 518 nm and 609 nm.

【図8】制限酵素(PvuII、HindIII、SacI、AluI)で処
理したHindIIIプローブの蛍光スペクトル変化を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing a change in fluorescence spectrum of a HindIII probe treated with a restriction enzyme (PvuII, HindIII, SacI, AluI).

【図9】制限酵素(PvuII、HindIII、SacI、AluI)で処
理したHindIIIプローブの波長518nmと609nmにおける蛍
光強度の比を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the ratio of the fluorescence intensity at 518 nm and 609 nm of a HindIII probe treated with restriction enzymes (PvuII, HindIII, SacI, AluI).

【図10】二本鎖核酸分解酵素BAL31によるプローブ(P
vuIIプローブ及びHindIIIプローブ)の蛍光スペクトル
変化を示す図である。
FIG. 10 shows a probe (P
FIG. 4 is a diagram showing changes in the fluorescence spectrum of a vuII probe and a HindIII probe).

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (1) 分子内に、塩基配列特異的な二本
鎖核酸分解酵素の認識塩基配列部と、前記塩基配列部と
相補的な塩基配列部とを有し、かつ両端に、エネルギー
供与体と、エネルギー受容体とを有する1本鎖プローブ
を調整し、(2) 分子内で、前記認識塩基配列部と、前
記塩基配列部と相補的な塩基配列部とをハイブリダイズ
させて分子内2本鎖構造を形成し、(3) 前記エネルギ
ー供与体の光励起による前記プローブの蛍光共鳴エネル
ギー移動(FRET)に基づく蛍光スペクトルの、前記
分子内2本鎖構造の前記核酸分解酵素反応による分解に
よる変化を測定することを特徴とする二本鎖核酸分解酵
素活性の測定方法。
1. (1) a molecule having a base sequence-specific double-stranded nuclease-recognizing enzyme in a molecule, and a base sequence portion complementary to the base sequence portion, and A single-stranded probe having an energy donor and an energy acceptor was prepared, and (2) in the molecule, the recognition base sequence portion was hybridized with a base sequence portion complementary to the base sequence portion. (3) a fluorescence spectrum based on fluorescence resonance energy transfer (FRET) of the probe caused by photoexcitation of the energy donor by the nucleolytic enzyme reaction of the intramolecular double-stranded structure; A method for measuring a double-stranded nuclease activity, which comprises measuring a change due to degradation.
【請求項2】 (1) 分子内に、塩基配列特異的な第1
の二本鎖核酸分解酵素の認識塩基配列部と、前記塩基配
列部と相補的な塩基配列部と、第2の二本鎖核酸分解酵
素の認識塩基配列部と、前記塩基配列部と相補的な塩基
配列部とを有し、かつ両端に、エネルギー供与体と、エ
ネルギー受容体とを有する1本鎖プローブを調整し、
(2) 分子内で、前記第1の二本鎖核酸分解酵素の認識
塩基配列部と前記相補的な認識塩基配列部とハイブリダ
イズさせ、前記第2の二本鎖核酸分解酵素の認識塩基配
列部と前記相補的な塩基配列部とハイブリダイズさせて
分子内2本鎖構造を形成し、(3) 前記エネルギー供与
体の光励起による前記プローブの蛍光共鳴エネルギー移
動(FRET)に基づく蛍光スペクトルの、前記プロー
ブの前記第1の核酸分解酵素反応又は前記第2の核酸分
解酵素反応による分解による変化を測定することを特徴
とする二本鎖核酸分解酵素活性の測定方法。
2. The method according to claim 1, wherein: (1) a base sequence-specific first
A double-stranded nuclease-recognizing base sequence portion, a base sequence portion complementary to the base sequence portion, a second double-stranded nuclease-recognizing base sequence portion, and a base sequence portion complementary to the base sequence portion. And a single-stranded probe having an energy donor and an energy acceptor at both ends.
(2) In the molecule, the recognition base sequence of the first double-stranded nuclease is hybridized with the complementary recognition base-sequence and the recognition base sequence of the second double-stranded nuclease. And the complementary base sequence portion to form an intramolecular double-stranded structure, and (3) a fluorescence spectrum based on fluorescence resonance energy transfer (FRET) of the probe caused by photoexcitation of the energy donor. A method for measuring a double-stranded nuclease activity, which comprises measuring a change in the probe due to decomposition by the first nucleolytic enzyme reaction or the second nucleolytic enzyme reaction.
【請求項3】 (1) 分子内に、塩基配列特異的な第1
の二本鎖核酸分解酵素の認識塩基配列部と、前記塩基配
列部と相補的な塩基配列部と、第2の二本鎖核酸分解酵
素の認識塩基配列部と、前記塩基配列部と相補的な塩基
配列と、第3の二本鎖核酸分解酵素の認識塩基配列部
と、前記塩基配列部と相補的な塩基配列部とを有し、か
つ両端に、エネルギー供与体と、エネルギー受容体とを
有する1本鎖プローブを調整し、(2) 分子内で、前記
第1の二本鎖核酸分解酵素の認識塩基配列部と前記相補
的な認識塩基配列部とハイブリダイズさせ、前記第2の
二本鎖核酸分解酵素の認識塩基配列部と前記相補的な塩
基配列部とハイブリダイズさせ、前記第3の二本鎖核酸
分解酵素の認識塩基配列部と前記相補的な塩基配列部と
ハイブリダイズさせて分子内2本鎖構造を形成し、(3)
前記エネルギー供与体の光励起による前記プローブの
蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)に基づく蛍光スペ
クトルの、前記プローブの前記第1の核酸分解酵素反応
又は前記第2の核酸分解酵素反応又は前記第3の核酸分
解酵素反応による分解による変化を測定することを特徴
とする二本鎖核酸分解酵素活性の測定方法。
3. The method according to claim 1, wherein (1) a base sequence-specific first
A double-stranded nuclease-recognizing base sequence portion, a base sequence portion complementary to the base sequence portion, a second double-stranded nuclease-recognizing base sequence portion, and a base sequence portion complementary to the base sequence portion. Base sequence, a recognition base sequence portion of the third double-stranded nuclease, and a base sequence portion complementary to the base sequence portion, and at both ends an energy donor and an energy acceptor. Preparing a single-stranded probe having: (2) hybridizing in a molecule with the recognition base sequence portion of the first double-stranded nuclease and the complementary recognition base sequence portion, The recognition base sequence of the double-stranded nuclease is hybridized with the complementary base sequence, and the recognition base sequence of the third double-stranded nuclease is hybridized with the complementary base sequence. To form an intramolecular double-stranded structure, (3)
The first nucleolytic enzyme reaction, the second nucleolytic enzyme reaction, or the third nucleolytic reaction of the probe in a fluorescence spectrum based on fluorescence resonance energy transfer (FRET) of the probe due to photoexcitation of the energy donor A method for measuring a double-stranded nuclease activity, which comprises measuring a change due to decomposition by an enzyme reaction.
【請求項4】 (1) 前記二本鎖核酸分解酵素の認識塩
基配列部が、前記二本鎖核酸分解酵素の認識塩基配列
と、前記認識配列の両側にさらに2〜5個の塩基を有す
ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載
の方法。
4. The recognition base sequence of the double-stranded nuclease has a recognition base sequence of the double-stranded nuclease and 2 to 5 bases on both sides of the recognition sequence. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
【請求項5】 前記エネルギー供与体がフルオレセイン
系発蛍光団を含み、前記エネルギー受容体がローダミン
系発蛍光団を含むことを特徴とする請求項1〜4のいづ
れか1項に記載の方法。
5. The method according to claim 1, wherein said energy donor comprises a fluorescein-based fluorophore and said energy acceptor comprises a rhodamine-based fluorophore.
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