JPS62244399A - 競合的均質検定法 - Google Patents

競合的均質検定法

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JPS62244399A
JPS62244399A JP62003905A JP390587A JPS62244399A JP S62244399 A JPS62244399 A JP S62244399A JP 62003905 A JP62003905 A JP 62003905A JP 390587 A JP390587 A JP 390587A JP S62244399 A JPS62244399 A JP S62244399A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は標的分子の検出および定量分析において有用な
方法、試薬、組成物、キットおよび器具に関する。特に
本発明はデオキシリボ核酸(DNA)ま1こはリボ核酸
(RNA)のハイブリダイゼーション検定を行うための
方法、試薬、組成物およびキットに関する。
従来技術 本発明は係属中の米国特許出願第738560号(19
85年5月28日付)および同第284469号(19
81年7月21日付)の一部継続出願であり、これらは
ここに参照により引用される。
次の定義は本発明の理解を促すために与えられる。本明
細書で用いる1生物学的結合対”という用語は、相互親
和性または結合nBを示す分子対を意味する。“リガン
ドという用語は1不明a1書において、生物学的結合対
の一方の分子を意味し、そして“抗リガンドまたは”受
容体nは生物学的結合対の他方の分子を意味するだろう
。例えば、限定するものでないが、不発1男の実施態様
は生物学的結合対が2つの相補的なポリ核酸鎖を含む核
酸ハイブリダイゼーション検定に応用される。これらの
核酸鎖の一方がリガンドと呼ばれ、他方が抗リガンドと
呼ばれる。しかしながら、生物学的結合対は2,30名
を挙げるならば、抗原および抗体、業物および薬物受容
部位、ならびに酵素および師素基買を含む。
”プローブ”という用語は標的リガンドと選択的に結合
できる既知性状のリガンドを意味する。
核酸に適用するとき、”プローブに標的核酸鎖に相補的
な塩基配列を有する核酸鎖を意味する。
″′標識”という用語は例えば放射性同位体;酵素;発
光剤″または没殿剤;および色素を含む検出可能な分子
成分を意味する。”剤”という用語は検出口J北な応答
へ導く反応に関与する全ての分子成分を含めた広い意味
で使用される。”補助因子”という用語はその剤との反
応に関与する全ての分子成分を営めた広い意味で使用さ
れる。
遺伝情報は生細胞中に存在する糸状のDNA分子に蓄え
られている。in ViVOにおいてDNA分子は二重
らせんであり、二重らせんの各類はヌクレオチド鎖であ
る。各ヌクレオチドは4樵類の塩基:アデニン(A)、
グアニン(Gl、チミン(T)およびシトシン(Clの
1つによって特徴づけられる。塩基は官能基の向きによ
り一定の塩基対が互いに引きつけ合って水素結合により
結合するという意味で相補的である。−万のDNA鎖の
アデニンは他方の相補鎖のチミンと対合する。−万のD
NA 鎖のグアニンは他方の相補鎖のシトシンと対合す
る。
RNA では、チミン塩基がウラシル(切で直き換えら
れ、ウラシルは相補鎖中のアデニンと対合する。
生物の遺伝暗号は4基対配列のDNA鎖により伝達され
る。DNAは共有結合さtたデオキシリボヌクレオチド
鎖から成り、RNAは共有結合されたりボヌクレオデド
鎖から成る。それぞれの核酸は1つのヌクレオチドの糖
の5′−ヒドロキシル基と瞬接ヌクレオチドの糖の3′
−ヒドロキシル基との間のホスホジエステル紹会によっ
てg会される。自然界に存在するDNA1r、:はRN
Aの各線状鎖は、遊離5′−ヒドロキシル基なもつ末端
と遊離3′−ヒドロキシル基をもつ末端とをM′″rる
。ポリヌクレオチドの各末端はそれぞれの遊離ヒドロキ
シル基に関連づけてしばしば5′木端′!!たは3′末
端と呼ばれている。自然界に存在するポリヌクレオチド
はその5′末端にホスフェート基をもち得る。DNAお
よびRNAの相補鎖は、−万の鎮の3′末端が他方の餉
の5′末端と結合する逆平行複合体を形成する。
核酸ハイブリダイゼーション検定は2本の核酸鎖がそれ
らの相補領域で対合する傾向に基づいている。現在、核
酸ハイブリダイゼーション検定は主に完全なりNA分子
中の、まLは核は湿分物中の、1定は核蛾フラグメ/ト
混合吻中の、特異なりNA もしくはRNA塩基配列あ
るいに特定遺伝子を検出して回定するために使用されて
いる。
組織1Tこは培養物試料から抽出さnlこ全D N A
またはRNA中の特異なりNA’FたはRNA配列もし
くは特定遺伝子の同定は、生理学的または病理学的症状
の存在を示すかも知れない。特に、ヒトまたは動物組織
から抽出された全DNA’!r、mはRNA中の特異な
りNA壕1こはRNAj記列もしくは特定遺伝子の同定
は紐状赤血球貧血、組数適合性、癌および前癌状態、1
1こは細菌やウィルス感染などσつ症状もしくは遺伝病
の存在を示唆する。細菌培養物から抽出されに全DNA
またはRNA中の特異なりNAまr、はRNA配列もし
くは特定遺伝子の同定は抗生物質耐性、毒物、ウィルス
またはグラスミドに関連した状態の存在を示し、また細
菌型の同定を可能にする。
従って、核酸)・イブリダイゼーション検定は病気の診
断および検出において大きな可能性を有している。さら
に、その可能性は植物の病因や毒物産生菌を検出するた
めに核酸ハイブリダイゼーション検定を使用する農業や
食品加工の分野にも存在する。
最も広く使用されているポリヌクレオチドノ・イブリダ
イゼーション検定法の1つは、サザ/プロットフィルタ
ーハイプリダイゼーンヨン法1には単にサブ/法として
知られているものである( 5outhern、 1.
、J、 Mo1. Biol、 、 98 、503 
1975を参照)。サブ/法は標的DNA またはRN
A配列を同定する1こめに用いられる。この方法は一般
に対象となる標的配列を保有する可能性がある生物から
単離しj、:RNA またはDNA試料を制限エンドヌ
クレアーゼで消化して、DNA フラグメントを形成す
ることによって実施される。
その後、DNAフラグメント試料はアガロースやポリア
クリルアミドのようなゲルで電気泳動を行い、フラグメ
ント試料を鎖長により分類する。各フラグメント群は標
的配列の存在について試験される。、DNA fニトロ
セルロースシートへ移行すせるためにゲル内部で変性す
る。DNA フラグメント試料を含むゲルはニトロセル
ロースフィルターシートマ1こはジアゾ化紙(これにD
NAフラグメントが移行して結合または固定される)と
接触させる。次いで、DNAフラグメント試料を含むニ
トロセルロースシートを約85℃に、l>Om してD
NAを固定する。その後ニトロセルロースシートラ変性
した(一本領の9放射性標識DNA プローブ?含む溶
液で処理する。放射性標識プローブは標的配列に相補的
な塩基配列と検出oT北な放射性成分を有するDNA鎖
を含む、 プローブとDNA フラグメントとのハイブリダイゼー
ションを行わせる。)・イブリダイゼーション工程の間
に固定化DNA試料と標識DNAプローブとを結合させ
て、再び二本鎖構造を形成させる。
ハイブリダイゼーション法はきわめて特異的である。標
識プローブはもしも2つのDNA種が実質的に相補的な
塩基対機構を共有しないならばDNA試料と結合しない
であろう。ハイブリダイゼーションは所定の条件に応じ
て3〜48時間を要する。
続いてハイブリダイズしなかったプローブを洗い落とす
。仄に、ニトロセルロースシート’a’X巌フィルムの
シート上にのせて感光させる。X線フィルムは感光部を
現像して、DNAプローブとハイブリダイズしたDNA
フラグメント(従って対象とする塩基対配列を含む)を
同定する。
核酸ハイブリダイゼーション検定の使用は、X独フィル
ム上にバンドを視覚化するための長い感光時間によって
幾分か妨げられている、一般的なブザ/法は感光のため
に1〜7日間欠118Lする。さらに、この技法の多く
は標識剤として放射性同位体を必要とする。放射性標識
剤を使用するには特別の実験手段とライセンスが必要で
ある。
放射性標識を使用する検定法に関係した上記の諸問題は
、発光分子のような非放射性標識を使用する免疫検定法
の開発へと導いた。一般的にはス253−74(198
1)を参照されたい。発光標識は外部エネルギー源によ
って励起された際に光を発し、励起エネルギー源の種類
に応じて、例えば高エネルギー粒子からエネルギーを誘
発する放射性発光標識;化学反応からエネルギーを得る
化学発光標識;励起エネルギーが生物学的糸に供給され
る生物発光標識;および赤外Kd、町税元巌または紫外
線の1!磁線(光子、フォトン)の単位によって励起さ
れる光ルミネツ七ンスまたは余光標識;に分類される。
上記文献の255頁を参照されたい。
非放射性エネルギー源によって励起される標識を使用す
る発光検定法は、放射性標識を使用する検定法に伴う健
康上の危険性やライセンスの問題を回避することができ
る。さらに、発光標識の使用は、tl tRプローブが
検定試薬と結合したときに結合しなかったときとは異な
る発光特性を示し、その結果結合した標識プローブと結
合しなかった標識プローブとを分離する必要がないとい
う点で”均質な”検定法の開発を可能にする。没殿、酵
素、発光標識成分を使用1−る非放射性核酸型検定は信
頼できるとみなすに足る感度または特異性を与えていな
い。
発光検定法では、生物学的試料中のタンパク質や他の分
子の存在が励起光線の散乱(″レイリ+散乱”)を引き
起こし、その結果励起光線の波長の約5OJII以内の
波長で光を発する発光標識との干渉が生じる。内因性の
化合物はまた散乱分子に特徴的な比較的長い波長で励起
光線を散乱させ(”ラマン散乱”)、また発光標識の発
光スペクトル中の光線を吸収し、その結果発光プローブ
の消光をもたらす。
不均質な発光検定法の感度を改善する試みはいわゆる”
時間分解(time resolved ) ”検定法
の開発へと導いた、ソニ(5oni )らのC11n。
国特許第4176007号を参照されたい。時間分解検
定法は一般に試料中に存在する物質の自然螢光の発光寿
命1〜20 n5ecとは著しく異なる(通常はより長
い)発光寿命をもつ発光標識を使用することを含む。検
定の結合工程を行い、分離された結合標識物質または非
結合標識物質?キセノン放電管または他のパルス化エネ
ルギー源から発生する一連のエネルギーパルスにより励
起する。
各パルスから生じる標識の発光は、試料中のバックグラ
ウンド物質の自然螢光の寿命よりも長い時間で測定する
。こうしてバックグラウンド散乱および短命の試料螢光
からの干渉が測定発光から排除される。
プローブまたは試料DNAの分離や固定化を必要とする
この技法は非放射性検定の操作を煩雑にしている。発光
標識成分の発光は固体支持体によって低下される。支持
物質はバンクグラウンド螢光源であり得、また発生光線
ケ反射もしくは散乱させて検定を妨害する。/・イブリ
ダイゼーショ/工程に要する時間は、相補的DNA鎖が
相補的対合関係にあるDNA鎖対の一方の固定化により
児全に遊離状態でない場合に増大する。標識プローブの
固体支持体への非特異的結合も検定の積度を低下させる
、 発明の要約 本発明の目的は、対象とする標的ポリヌクレオチド鎖の
検定を行うための方法、試薬、組成物、キットおよび器
具を提供することである。その他の目的は以後に示すで
あろう。
要約すると、本発明の実施態様は生物学的結合対の構成
員である標的分子について試料を検定する方法馨包含す
る。本方法は試料とプローブ(プローブリガンドおよび
プローブ抗リガンドン含む)含有試薬とヲ結合条件下で
接触させることをきむ。
プローブリガンドおよびプローブ抗リガンドは互いに対
して第1の結合位置をとることかでさ、プローブ構成員
の少なくとも一方は標的分子に対して第2の結合位置を
とることができる。プローブ構成員はプローブリガ/ド
上に位置する第1標識成分およびプローブ抗リガンド上
に位置する′#、2標識成分を含む。¥1および第2標
識成分はプローブリガンドおよび抗リガンドが第1結合
位置で存在するとき相互作用して、2つの位置の一方に
ある試薬リガンドおよび抗リガンドに特徴的な検出しつ
る信号を発することができる。試料は標的分子の存在と
関連した信号の存在について監視される。
本発明の実施態様はさらに標的ポリヌクレオチド鎖につ
いて試料を検定する方法を包含する。本方法は試料と試
薬(第1ポリヌクレオチドプローブおよび第2ポリヌク
レオチドプローブを含む)とを結合条件下で接触させる
ことを含む、第1および第2プローブはプローブ同士が
互いに結@する位置をとることができ、プローブの少な
くとも一方はそのプローブが標的ポリヌクレオチド鎖と
結合する第2位置をとることができる。第1および第2
プローブは一方のプローブに位置する第1標識成分およ
び他方のプローブに位*−rる第2標識成分を含む、第
1および第2標識成分は第1および第2プローブが互い
に結合したとき相互作用して、2つの位置の一方にある
試薬鎖に特徴的な検出しつる信号を発することができる
。試薬と接触させた試料は、試料中に標的ポリヌクレオ
チド鎖が存在することと関連する信号の存在について監
視する。本方法は固定化工程を必要とせずに、また放射
性標識技術を使用せずにポリヌクレオチド試料を検定す
ることができる。
好ましくは、少なくとも1つの標識成分は一方のプロー
ブの3′末端に存在し、そして第2標識成分は北方のプ
ローブの5′宋肩に存在する。各プローブに対して複数
の標識成分を使用することができ、好ましくは2つの標
識成分(各末端に1つずつ)を使用する。例えば、第1
標識成分は3′位置で第1プローブと結付し、第2標識
成分は5′位置で結合する、類似の標識成分の構成(丁
なわち3′位置に第1標識成分および5′位置に第2標
識成分)をもつ第2プローブは、相対するプローブの第
1および第2標識成分がきわめて接近して相互作用する
ことができるように、第1プローブとハイブリダイズす
るであろう。
本発明方法の実施態様は、増幅手段中に標的配列と実質
的に同一の塩基配列を有するポリヌクレオチドセグメン
トをスゲライジングして、試薬ポリヌクレオチドセグメ
ントの多数のコピーを形成させることによる追加のプロ
ーブ作製工程ケ含む。
好適には、増幅手段は細菌中に組み込んだときに増殖す
る高いコピー数のプラスミドまたはファージであるJ標
的配列と実質的に同一の塩基配列を有するポリヌクレオ
チドセグメントは細胞成分、および、望ましくない#l
菌、プラスミドまたはファージDNAから単離し、制限
消化してセグメントとなす。その後、セグメントは標識
成分を付加してプローブを作製するために第1」用され
る。
さらに、各プラスミドまたはファージ誘4セクションは
制限#素で消化して、標識成分を−まとめにして結合で
きる多数のサブセクションとする。
各サブセクションは標的鎖の代表的部分とハイブリダイ
ズすることができるであろう。プラスミドまたはファー
ジ源由来の多数の試薬プローブはより優れた信号発生能
をもたらし、効率よくかつ比較的安価にプロープン提供
するであろう。
本発明の実施態様はさらに、DNA鎖の3′末端を非放
射性標識するためびり方法およびその結果得られる組成
物を包含する。その組成物は核酸のアミノアルキル誘導
体を有するDNA鎖を含む。核酸のアミノ基はアミン反
応性標識成分と反応することができる。好ましくは、そ
のアミノアルキル誘導体は脂肪族の第17ミノ基ン含む
。より詳細には、好適なアミノアルキル誘導体は赫索タ
ーミナルデオキシヌクレオチジルトランスフエラーゼ(
TdT )によって試薬鎖にfIFX曾し得るアミンへ
キシルアミノアプツシ/二リン酸のようなリボ核酸誘導
体を含む。
ターミナルトランスフェラーゼは一本鎖DNAの末端に
1つまたは2つのリボ核酸誘導体を付加して、それによ
り信号強度を標準化するために大きさによって分類しな
ければならず且つ立体効果に寄与しうろデオキシ晶4体
の尾部に本来備わっている諸問題を取り除くであろう。
尾部上の標識はエネルギー転移のための適当な立体関係
または衝突の相互作用をもはやもたない。しかしながら
、尾部は尾部上の標識成分が゛サイレント(silen
t)”である場合に良好であり、例えば多くの消光剤は
消光剤のより大きな局部濃度ゆえにより大きな消光活性
をもたらし、しかも消光剤が非螢光性である場合には増
大したバックグラウンドを示さない。
本発明の実施態様はさらに、生物学的結合対の一部であ
る標的分子の検定を行うためのキット?包含する。標的
分子が特定の塩基配列を有する核酸のセグメントである
場合に、キットは第1ポリヌクレオチドプローブおよび
第2ポリヌクレオチドプローブを含む試薬を包含する。
第1および第2プローブはそれらが精会条件下で互いに
結合する第1の位置をとることができ、これらのプロー
ブの少なくとも一部はそのプローブが標的と結合する第
2の位置馨とることができる。第1および第2プローブ
は一部のプローブと結合した少なくとも1つの標識成分
および他方の10−ブと結合した第2標識成分を有する
。第1および第2標識成分は第1および第2プローブが
第1位置にあるとき相互作用して、2つの位置の一部に
あるプローブに特徴的な検出しつる信号を発することが
できる。
本発明の実施態様はさらに、本方法に従って検定を行う
ための器具を包含する。標的がポリヌクレオチドセグメ
ントである場合、その器具は試薬と標的を実質的に混合
した均質状態で収容するのに適した反応室を含む。試薬
はf、1ポリヌクレオチドプローブおよび第2ポリヌク
レオチドプローブを含有する。glおよび第2プローブ
はそれらが結合条件下で互いに結合する第10位遁ヲと
ることができ、これらのプローブの少なくとも一部はそ
のプローブが標的と結合する第2の位titをとること
ができる。第1および第2プローブはこれらのプローブ
の一部と結合した少なくとも1つの標識成分および他方
のプローブと結合した第2標識成分を有する。第1およ
び第2標識成分は第1および第2プローブが第1位置に
あるとき相互作用して、2つの位置の一部に特徴的な検
出しうる信号を発することができる。器具はさらに信号
を検出するための適当な検出手段(例えば発光剤の場合
には充電増倍管)を含む。
螢光検定において使用するのに適した本器具の態様は適
当な標識励起手段(適切な波長を定めろフィルターを備
えたレーザーまたは光−放射装置、または化学発光剤や
#素剤の場合には補助因子を注入するための注入装置な
ど)を含む。
好適な器具は光を反応室へパルス化し、エネルギー転移
により生じた螢光の放出′ff:iA択的に読み取って
バックグラウンド螢光を減らすための時間分解制御(t
ime resolvecl control )を営
むであろう。
今や本発明の好適な態様を模式図によって示す図面乞診
照すると、特に第1図では、必要な試薬組成物と共に、
標的ポリヌクレオチド鎖の検定方法が模式的に示されて
いる。慣用の検定法において、1つ以上の標的鎖および
1つ以上のプローブ鎖を用いて検定が行われる。しかし
ながら、単純化して本発明ンより理解しやすぐするため
に、図面では単一の試薬セグメントと単一の標的セグメ
ントのみを示す。
第1図はハイブリダイズした又は相互に結合した第1位
置にある第1および第2ポリヌクンオチド鎖プローブ(
それぞれPlおよびT2)を示す。
また、対象とする2つの相補的な標的類から成る二本鎖
DNA(それぞれT1およびT2)を示す。
第1プローブ(Pl)は各末端に2つの標識成分(Al
およびDI)を含む。第1標識成分(A1)は第1プロ
ーブ(Pl)の5′末端に共有結合されており、そして
第2標識成分(DL)は第1プローブの3′末端に共有
結合されている。同様に、別の第1標識成分(A2)が
@2プローブ(T2)の5′末端に共有結付されており
、そして別の第2標識成分(D2)が第2プローブの3
′末端に共有結合されている。相対するプローブの第1
および第2標識成分(AlとD2)および(A2とDI
)は第1および第2プローブか相互に結合した第1の位
置にあるとき相互作用することができる。
当分野で通常の知識を有する者は、標識成分が共有結合
以外の方法、例えば限定するものではないが挿入(1n
tercalation )、キレート化、およびイオ
ン的、親水的または疎水的親和性によりDNA プロー
ブと結合または会合しうろことを認めるであろう。本明
細書で使用する”会曾″という用語は標識成分をプロー
ブに結合させる全ての手段を包含する。
本発明の標識成分はそれらを相互作用させる方法で対合
または集合される。例えば、限定するものではないが、
標識群は第1および第2螢光団を含む標識成分の組合せ
、螢光団および化学発光成分の組合せ、化学発光成分お
よび補助因子の組合せ、没殿剤および可溶化剤の組合せ
、酵素および基質の組会せ、ならびに比色定量成分およ
び補助因子の組合せであり得る。
第1図において、第1標識成分は特定波長(hv、 )
のエネルギーまたは光乞受信し且つ第2波長(hv2)
でエネルギーまたは光乞発信し得る螢光団(Alおよび
A2)である。同様に、第2標識成分は特定波長(hv
、 )のエネルギーまたは光を受信し且つ第2波長(h
v、 )でエネルギーを発信もしくは転称し得る螢光団
(DIおよびD2)である。相対するプローブの第1お
よび第2螢光団(AIとD2)および(A2とDi)は
、第1および第2プローブが相互に結合した第1の位置
にあるとき相互作用することができ、こうして第2螢光
団から放射される光は消去される。さらに、通常第1螢
光団(AIおよびA2)が受信できない波長hv3の光
は相互作用により波長hv、の発光χもたら丁。
m1図に示すように、プローブ(plおよびT2)は標
的類(TlおよびT2)に加えるかまたは組み合わされ
る。プローブおよび標的類は変性して分離させろ。次に
、プローブと標的をハイブリダイズさせ、さらにプロー
ブが標的と紹会してプローブ−標的ハイブリッド(PT
 lおよびPT 2 )ゲ形成する第2位置へ結合させ
ろ。各プローブ鎖の標識成分は相対するプローブ鎖の標
識成分から分離されて相互作用することができない。
プローブ鎖(PIおよびT2)が相互に結合した第1の
位置では、第2螢光団(DiおよびD2)を励起するの
に適した波長(hv、 )の光エネルギーの放射が、初
期励起波長(hv3)またはi2螢光団(DIおよびD
2)の通常の放出波長(hvt)とは異なる波長(hv
t )の光エネルギーケ第1螢光団(AIおよびA2)
から放出させる。プローブ(PLおよびT2)と標的(
TlおよびT2)との第2位置へのハイブリダイゼーシ
ョンは、相対するプローブ鎖(A1とD2;およびA2
とDl)の標識成分同士の相互作用の分裂をもたらし、
そして第1螢光団(AIおよびh2)の放出波長(hv
2)での光の放出X減少させる。第1標識成分、すなわ
ち螢光団(AIおよびA2)、の放出波長(hv2)の
光の放出減少は存在する標的の#度と逆の関係にある。
第2螢光団(DIおよびD2)の発光は通常第18光団
(AlおよびA2)の存在下で消滅され、その結果放出
波長(hv、)の光エネルギーはほとんど放出されない
か又は全く検出されない。しかしながら、プローブ鎖(
PIおよびT2)と標的類(TlおよびT2)がハイブ
リダイズしてプローブー標的ハイブリッド(PT lお
よびPT 2 ) ’c影形成ると、相対するプローブ
鎖(Alとp2;およびA2とDi)の標識成分同士の
相互作用がこわされて、第2螢光団(DiおよびD2)
から波長(hv、)の検出可能な光エネルギーが放出さ
れ、これは桿的(TlおよびT2)と結合した第2位置
をとるプローブ(PIおよびP2)に特徴的である。第
2標識成分、すなわち蛍光団(DiおよびD2)、り放
出波長(hv+)の元の放出増加は標的鎖の濃度と関係
がある。
2つの波長(hv、 )および(hVv )での第1お
よび第2.標識成分、′fなわち蛍光団(AIとA2;
およびDlとD2)、の発光値は分析的に組み合わされ
ていずれか一方の値のみよりも優れた感度および精度の
標的鎖の#度に関する合計値ケ与えろことができる。と
ちらσ)信号も標旧鎖(TIおよびT2)の存在につい
て監視される。
′W、1および第2螢光団の選択、光散乱、二次螢光、
および光を蛍光団に放射する励起装置または発光装置の
制御恨により、多重信号特にプローブ(PLおよびP2
)が互いに結合した位置にあるときの第1螢光団(At
およびA2)の信号を検出することは難しいかも知れな
い。さらに、光放出波長(hvz)は第2螢光団(Dl
およびD2)の相互作用により必ずしも第1螢光団(A
lおよびA2)の通常の放出波長ではない。光放出(h
v2)は第1螢光団(AIおよびA2)または第2螢光
団(DIおよびD2)牢獄とは全く異なる組合せもしく
は群としてQ)標識成分に特徴的であり、あるいは消光
されるかも知れ7よい。
変性および再アニーリング佐に、相対するプローブの標
識成分、丁なわち第1および第2螢光団(AおよびD)
は分離され、そして標的−プローブハイブリッド(PT
 lおよびPT 2 )の形成により離れた状態にある
。標的−プローブハイブリッド(PT lおよびPT 
2 )の形成は、第1標識成分ノ螢光aI(A 1 オ
LU A 2 ) カWg 2!it光団(DIおよび
D2)からのエネルギー乞受は入れる又は消す口し力を
破壊する。エネルギーを受は入れる第1螢光団へエネル
ギーケ送る第2螢光団(DiおよびD2)の信号発生能
は、一般に検出するのが比較的簡単である。第2螢光団
(DIおよびD2)の信号強度の増加は試料中の標的の
濃度および存在を示す尺度である。特定試料中の標的の
量が多くなればなるflど、第2螢光団の放出波長(h
v、 )の信号強度は大きくなる。
本方法は第2図に示す装置を用いて実施される。
この装置は次の主な手段:すなわち励起手段または光源
、収納容器およびフォトンカウンター(Pりの形の信号
検出器を含む。
収納容器は標的ポリヌクレオテドン詮む可能性がある試
料と試薬を収容するのに適している。必要ならば、試料
は当分野で知られた適当な標的捕獲/放出技法により標
的ポリヌクレオチド以外の全ての細胞成分を除くために
処理される。試料中のタンパク賀系物賀χ溶解するため
にはカオl−。
ビック塩が使用されろ。
試料は第1プローブおよび第2プローブを営む試薬と混
合される。第1および第2プローブはこれらのプローブ
が互いに結合てる第1の位置、およびこれらのプローブ
の少なくとも一方が標的と結合しうる第2の位置をとる
ことができる。各プローブはそれと会合した第1および
第2標識成分(例えば蛍光団)を含み、第1および第2
標識成分はプローブが互いに結合した第1位置にあると
き相互作用する。試薬はハイブリダイゼーションを促進
する轟分野で知られた促進剤を含んでいてもよい。
自動分析用に設計された器具において、第2図に示す装
置は好ましくは複数の収納容器乞収めるための手段を含
むであろう。試料を含む収納器は順次分析される。試料
の精製、加熱、混合および再アニーリングは標識信号が
測定されるステーションから離れたステーションで行う
のが好ましい。
従って、収納容器は試料の精製、加熱および混合7行う
第1ステーシヨンまたは一連のステーショ/から、プロ
ーブおよび標的(存在するならば)を再アニーリングさ
せる第2ステーシヨンへ運ばれろ。その後、収納容器は
標識信号を監視てる第3ステーシヨンへ送うれろ。
運搬手段は回転可能なターンテーブル、コンベヤーベル
トまたは他の手段?含む。病院の臨床設定においては、
運搬手段は手動による移動な宮む。
従って、病院の医員は患者から組織試料′ff:採取し
、その試料を収納容器の中に入れることができろ。
試料の精製、加熱および試薬の混合はベッドサイドで開
始され、そして収納容器を信号監視用の第3ステーシヨ
ンに移しながら継続されるだろう。
今や第1ステーシヨン?参照でると、試料とプローブ乞
融W4温度に加熱するための加熱手段が収納容器にきわ
めて接近してrt直されている。標的およびプローブは
プローブ同士が互いに結合する第1の位置、または標的
が存在する場合に少なくとも1つのプローブがその後の
冷却の際に標的と結合する第2の位置のいずれかをとる
ことができる。加熱手段は化学熱源、電気熱源または当
分野で知られた他の熱源を営めた多くの形をとることが
できる。収納容器は試料とプローブの混合を促すために
攪拌手段〉含む− 第1ステーシヨンから、プローブと標的(もし存在する
ならば)暑再アニーリングさせる第2ステー7ヨンヘ収
納容器を運ぶ。融屏ま1こは変性温度からの収納容器の
冷却を促進するために、第2ステーシヨンは冷却手段を
含む。冷却手段はもしも十分な時間が許されるならば必
要でTx <、プローブとけ的ン再アニーリングさせる
ためには周囲温度でも十分に低い。
第2ステーシヨンを去って、収納容器は信号(2つの位
置の一部をとるプローブに特徴的である)を監視するi
@3ステーションへ送られる。
第3ステーシヨンは標識成分の1つを励起する手段?:
宮むJi41および第2標識成分が螢光団であるこの例
では、励起手段は第2螢光団の実質的励起ン生じさぜな
いように適当なフィルターを備えた光源を含む。また、
適当に挾い発光スペクトルをもつレーザーも使用し得る
標識成分の1つが化学発光剤乞含む場合、その励起手段
は発光反応を生じさせるための適当な補助因子ケ収納容
器の中に注入する手段〉含むであろう。
第3の作業ステーションは収納容器からの螢光χ受ける
べく配置された信号検出器、フォト7カウンター(PC
)を含む。好ましくは2つのフォトカウンター(PC)
を使用する。1つのフォトンカウンターは第1標識成分
から発せられる信号χ受信し、そして第2のフォトンカ
ウンターはフィルターまたは時間分解法の使用により第
2標識成分から発せられろ信号乞受信する。
フォトンカウンターはアナライザーによって受信され、
増幅され、処理されるフォトン信号を発する。アナライ
ザーはその結果?オペレーターに送る他の装置に表示さ
せろように、フォトン信号乞処理して図式的に示すこと
ができる値に変える。
本装置はパルス化光源またはシヌソイド変調光源と共に
アナログデフエクターχ便用することにより、寿命分解
法に適合させることができる。寿命分解法は本発明者の
係属中の米国特許出願第738560号(1985年5
月28日付)に説明されており、これは参照によりここ
に引用される。
本発明は合成オリゴヌクレオチドと共に使用するのに都
合がよい。しかしながら、本発明は経陽的な方法でプロ
ーブ(PIおよびP2)’1作製する生物学的クローニ
ング法に容易に適合させることができる。
今や第3図を参照すると、標的配列に相補的であること
が知られている塩基配列を含むDNAの二本鎖セグメン
ト(以後プローブセグメントと呼ぶ)が慣用組換えDN
A法によりプラスミドの甲に導入される。例えば、プラ
スミドはプラスミド環を開裂して一本鎖の突出部または
接着末端音生じさせる制限エンドヌクレアーゼで消化す
る。その接層末端はプローブセグメントの接層末端に相
補的であって、それと結合する。プローブセグメントは
その後のクローンの同定のための選択マーカーと共に挿
入される。
プラスミドはその後プラスミドが複製または増幅される
大腸菌(Kscherichia coli )のよう
な細菌の中に挿入される。細菌はプローブセグメントと
選択マーカーを首尾よく組み込んだ細菌以外の細菌に対
して有毒である培地上でコロニーへと増殖させる。
細菌コロニーを増殖させてプラスミドを高コピー数へと
複製させた後、細菌DNAおよびプラスミドDNAは他
の細胞成分から分離し、そのDNAを制限酵素で消化し
てプラスミドDNAからプローブセグメントを切断する
。次いで、プローブセグメントは電気泳動ぞ含めた適当
な手段で単離する。そのプローブセグメントは末端標識
化してプローブを作#するのに適している力)、あるい
はプローブとして価値があるサブセクションから成って
いる。従って、大きいプローブセグメントは制限酵素に
よる消化を数回行って、大きいプローブセグメントを小
さいプローブサブセグメント(その3′−および5′−
末端乞標識化するのに適している〕に切断しつる。
プローブセグメントまたはサブセグメントの3′末端の
標識化は、活性化蛍光団との反応に利用し得る官能基を
もつヌクレオチドの使用により達成される。官能基をも
つヌクレオチドはターミナルデオキシル レオチジルト
ランスフエラーゼ(TdT )の使用によりプローブセ
グメントに付加される。r#gTdTはリボヌクレオチ
ドの1@または2個の塩基ンプローブセグメントに付加
させるだけであり、従ってプローブセグメントへのヌク
レオチドの尾部または伸長鎖の付加が回避されるだろう
。ヌクレオチドの大きい尾部または伸長鎖に、標識成分
間のエネルギー転移を変え、またプローブ鎖の標的鎖へ
のハイブリダイゼーショ/を変更もしくは損なう恐れの
ある立体効果ン有するだろう。プローブセグメントの5
′末端の標識化は、二官能性脂肪族基乞使用してプロー
ブセグメントに標識成分を結付させることにより達成さ
れる。好ましくはl忽識成分は脂肪族ジアミンによって
プローブセグメントに結合される。
初めに一末鎖Dk(Aの3′末端の標識化について見る
と、酵素TdT(7J使用によりヌクレオチドをDNA
 Sに付加させろ反応は次のように表わされる。
Mツ+ n(NTP、) + p(dx)、→  p(dx)m
(dN)n+nPP□dT 上記反応式において、p(dx)Inは長さがm個の塩
基のオリゴデオキシヌクレオチドであり、Nはアデニン
、グアニン、シチジン、ウリジ/、チミ/ま1こはその
修飾体Q)うちの1つでろる。nはDNA鎖に付加され
る単量体の数’!’表わ丁。
好ましくは単量体は核酸のアミノアルキル誘導体ン含む
だろう。アミノ基は多数の螢光剤と反応することかでき
る。より好ましくは、アミノアルキルご4体は第一脂肪
族アミノ基乞宮むa岬基TdTおよびリボヌクレオチド
率量体の使用は、DNA鎖への41L量体塩基の付加を
1個または2個の塩基に制限する。M′+ は金回イオ
ン補助因子乞表わ丁。好適なりポヌクレオチド誘専体の
例は8−(6−アミノヘキシル)−アミノアデノシン−
5′−三リン酸(AHA −ATF )であり、その構
造を以下に示す。
化合物AHA −ATPは多棟多様の螢光標識の付加を
OT能にてる棟Aの化学反応を受けることができる第一
脂肪族アミノ基ぞ含Mする。
従って、DNA鎖の3′末端はAHA−ATPおよびタ
ーミナルトランスフェラーゼとpH7において反応し、
その反応は仄のように表わされる。
M9十 nAHA−ATP + p(dx)rn−)  p(d
x)11.(△)IA−A)n+ nPP1dT 得られる生成物知は没殿剤または可溶化剤、比色定蒙剤
、発光剤、酪系または細動因子のよりな標識成分と反応
し得るアミン官能基ぞ宮み、それにより標識成分ンもつ
プローブを製造することができる。例えば、蛍光団イン
ナオンアネートはpH9,3でAHA −ATI’のア
ミン官能基と反応してプローブ類を形成する。その他の
アミン反応性螢光団には例えばフルオレセインイソチオ
シアネート、スルホローダミン101スルホン飯クロリ
ド(テキサスレッド)、N−ヒドロキシスクシンイミジ
ルピレンブタノエート、エオシンイソチオシアネートお
よびエリトロシンイソチオシアネートが含造れるが、こ
れらに限定されない。適当な化学発光剤および補助因子
にはアミン反応性ルミノール討導体、ミクロペルオキシ
ダーゼ、アクリジニウムエステル、ペルオキシダーゼお
よびそれらの誘導体が含まれる。当分野で通常の知ia
乞有する者は、アミン反応性でない螢光剤および化学発
光剤をアミン反応性へと修飾して、本発明の標識成分と
して適するものにすることができること?認めるであろ
う。
DNA鎖はまたそれらの3′末端に1− N11−エテ
ノアデノシン−5′−三リン酸(EATP )のような
螢光ヌクレオチド誘導体乞ターミナルトランスフェラー
ゼ(TaT )の媒介により付加して標識化することか
できろ。しかしながらDNA へのデオキシヌクレオチ
ドの付刀口は標準化するのが困難であり且つ立体効果を
生じやすい多くの付加ケ含む尾部または伸長鎖?もたら
すかも知れない。他の螢光ヌクレオチド誘導には例えば
3′−(ジメチルアミノナフトイル、)−ATPまたは
一〇TPおよび/または螢光性複索環乞含むヌクVオテ
ド三リン酸が含まれる。
一本@DNAの5′末端はそのDNA鎖の5′−リン酸
馨活性化螢光団に納会させろエチレンジアミンを使用す
ることによる2段階反応で標識化され、この反応は次の
ように表わされる。
合成ポリヌクレオチドは5′−ヒドロキシル基?リン酸
化するだめの追加工程乞必要とするだろう。
リン酸化は工程(T)に先立ってN IA T4 キナ
ーゼン用いて行われる。
好ましくは、カルボジイミドは水溶性でるり、例えば1
−エチル−3−〔3−ジメチルアミノプロビルクーカル
ボジイミド、1−シクロへキシル−3−(2−モルホリ
ノエチルツーカルボジイミドメト−p−トルエン−サル
フェートおよびそれらの誘導体ン含む。
エチレンジアミンポリヌクレオチド誘導体は標識成分と
反応することができろ(工程Il)反応性アミン官能基
2有する。反応性アミン官能基はpH9,3でインチオ
シアネートと反応してプローブ類を形成するだろう。一
方の末端標識(例えば5′末端標識)のための適当な標
識成分は、他方の末端標識(3′末端標ia)成分を補
足するように選択される。適当な螢光団には例えばフル
オレセインイソチオシアネート、スルホローダミン10
1スルホン飯クロリド(テキサスレッド)、N−ヒドロ
キシスクシンイミジルピレンブタノエート、エオシンイ
ソチオシアネート、エリトロシンインチオシアネートお
よびそれらの誘導体が含筐れるが、これらに限定されな
い。適当な化学発光剤および補助因子にはルミノール、
ミクロペルオキシダーゼ、グルコースオキシダーゼ、ア
クリジニウムエステル、ルシゲニンおよびそれらの誘導
体が含まれる。
今や第4図を参照すると、−末鎖DNAに関して説明さ
れ1こ標識化法は、生物学的源から単離された二本鎖D
NA セグメントにも応用できる。こうして、図示する
ように、細菌プラスミドから単離された代表的DNA 
セグメントは2本の相補的なりNA鎖(各DNA鎖は3
′ヒドロキシル基と5′−リン酸基を有する)から成る
。二本鎖DNAセグメン)Uエチレンジアミンおよび活
性化螢光団と反応させて、両方のDNA鎖の5′−リン
市位置に第1蛍光団(AJを同時に共有納会させること
ができる。
次に、二本鎖DNAセグメントはTc1Tの媒介により
AHA−ATPと反応させ、そして各DNA鎖の3′−
位置にg2螢光団(DJを共有結合させる。
従って、−万のプローブ鎖の第1螢光団(A)はDNA
セグメントの両末端で他方のプローブ鎖の第2螢光団(
D)lと相互作用するように位置づけられる。標識成分
の第1螢光団(AJおよび第2ji1!光団(Dllは
相互作用して、プローブが標的とのハイブリダイゼーシ
ョンの際にとりつる2つの位置の一部に特徴的な信号を
発することができる。
本発明は好適な実施態様の特徴を示す次の実施例により
さらに説明される。
実施例 A、物質および方法 次の実施例において、1−N8−エテノアデノシン−5
′−三リン酸(ナトリウム塩)、2’−デオキシアデノ
シ7−5′−三リン酸(ナトリウム1、DNAオリゴマ
ー、およびセルロースニ固定され1こオリゴマーはニュ
ーシャーシー州ビス力タウエーのファーマシア・バイオ
ケミカルズ社から購入した。制限酵素はメリーランド州
ガイサースバーグのペセスダリサーチ研究所から購入し
た。
低分子量形のターミナルデオキシヌクレオチジルトラン
スフエラーゼ(TdT)はフロリダ州セントビータース
バーグのライフサイエンス社から購入した。8−(6−
アミノヘキシル)−アミノアデノシン−5′−三リン酸
(AHA −ATP )はミズーリ州セントルイスのシ
グマケミカルズ社から購入した。プラスミド 5P65
はウィスフンンン州マジソンのプロメガ・バイオチクか
ら購入した。
アミン反応性蛍光団はオレゴン州ジャ/クショ/シティ
−のモレキュラープロープズ社から購入した。他の全て
の試薬は分析級またはそれ以上のものであった。合成り
NAオリゴマーはいくつかの市販源(カリフォルニア州
エメリービルのアメリカン・バイオヌクレアーを含むう
からの試薬類および標準ホスホルアマダイト法を用いて
バイオサーチ・サム・ワン自fiDNA合成機(カリフ
ォルニア州サンラフアニル〕で製造した。
本実施例において、TdT反応緩@g、(2X)はpH
7、■で0.4Mカコジル酸、0.0(12)Mジテオ
トレイトール、0.016M塩化マグネシウムを會む。
結合緩衝液はpH7,5でIM塩化ナトリクム、0.(
12)Mリン酸カリウム、−塩基性(KH2PO4)を
含む、ホウ酸緩衝液は0.05Mホウ酸を含むか、ある
いは塩酸または水酸化ナトリウムの添加によりpH9,
3にA整した0、05Mホウホウ上リウム溶液を含む。
吸光夏測定はDNA プローブの組成、D N Aおよ
びDNAプローブの濃度、ならびにDNA融解実験(融
解曲線)における塩基対合度を測定するために行われた
。吸光スペクトルはキャリ+17D吸光度分光光匿計(
カリフォルニア州バロアルタのバリアンアソシエーツ社
)を便って記録した。温度の関数としてDNA の吸光
層の変化を測定するために、サーモスタット付きのキュ
ベツトホルダーの温度をハークモデルA81冷却水浴に
ュージャージー州、サドル・ブロック)を用いて制御し
た。ホモポリマー濃度の測定において使用した吸光係数
は、ファーマシア・モレキュラー・バイオロジカルズの
カタログの付録に載っている吸光係数編集物から得た。
同じ付録に載っているホモポリマーおよび交互ホモポリ
マーDNAの吸光係数の平均は混合塩基配列の吸光係数
を概算するために使用され、−末鎖DNAについては8
.7 X 10” it / mol /塩基および二
本鎖DNAについては6.8 X 10’ Jl / 
[!101 /塩基であった。
非結合螢光団の吸光係数は複合DNA プローブ中に存
在する螢光団の量を測定するために使用した。
螢光スペクトルは8LMモデル4800アナログ分光螢
光計(イリンイ州アーバナ、SLM−AMINGOイン
スッルメンツ社)を使って測定および記録した。より優
れた感度を得るために、アナログ分光蛍光計は螢光のフ
ォトン計数検出を行うように改良した。この改良は通常
の検出器の代わりに、周囲温度ハウジング内にハフマツ
モデル8928元電増倍管を、そして−30℃付近に保
たれた熱電冷却ハウジング(リサーチモデルTE−17
7RF用の製品)内に同じ型の元′屯増倍管を含んでい
た。管のアノードの電流パルスが増幅され。
調整され、そしてK()&G 0RTECヌクレアー・
インスツルメンテーション・モジュール2使って計測さ
れた。このモジュールはモデル93017アースト1l
iiTt増幅器、モデル93(12)増幅器−弁別器、
およびモデル874クワドカウンター/タイマーを含ん
でいた。光電増幅管のダイノード・チェイン(Dyno
d、e chain)のための高血圧はEG&GORT
KCモデル478電力供給器によって供給した。
カウンターモジュールはヒユーレット・パラカード98
25コンピユータに工FEE −488インタフエース
を介して接続した。コンピュータおよびインタフェース
は螢光光度計の非改良部分の基準検出器測定およびモノ
クロメータ−走査と同調させてフォトン!を側スペクト
ルを得られるように[71こ。
温度制御はハークモデルA81水浴と接続したSLMサ
ーモスタット付きキュベツトホルダーを用いて維持した
走査しない場合、試料の発光は一般にモノクロメータ−
の代わりにフィルターを使用した螢光光度計の第2開口
部を辿して測定された。フルオレセイン試料DNA を
含む試料からの発光は、520nm (FWHM = 
8.2 nm )に集中したピーク透過率をもつティト
リック・オプチツクス3キャビティ干渉フィルターを兆
して濾光した。フルオレセイン試料は2nmに設定され
たモノクロメータ−帯域幅で490 nmにおいて励超
させ1こ。時1…の関数としてのフルオレセイン発光は
、データ蓄積および運動学的情報の処理が可能なヒユー
レット・パッカートモデル9836コンピユータにイン
タフェースで接続され1こカウンターモジュールヲ使っ
てd上鏝した。
いろいろな公知のハイブリダイゼーション条件が本方法
において夏用された。ハイブリダイゼーション条件のた
めの一般基準はメインコス(Meinko℃h)および
ワール(Wahl)、 AnalyticalBioc
hemis℃ry、 voL 138 、 P、 26
7−284(1913,LJに開示されている。
当分野で通常の知識を有する者は必要に応じて次の条件
を使用するであろう。ハイブリダイゼーションの最適速
度は一般に融解転移温度より約20″〜25℃低い温度
で得られる。より高いストリンジエンシー(Strin
gency )のためには、ハイブリダイゼーションは
融解温度の5″−またけ10℃以内の温度で行われる。
ラムダDNAの形のキャリアーDNAの添加は、低濃度
でプローブの安定性を高めることが判明した。いくつか
の場合には、DNAの安定性を改善するためにEDTA
 も加えられた。濃縮剤や促進剤のような他の添加剤は
、これらがプローブの作製に使用されるサイズオリゴマ
ー(8ize oligomer )に効果的であり且
つこれらの添加によって螢光バックグラウンドが非常に
増加しない限り、ハイブリダイゼーション溶液中で使用
することができる。
実験で使用する一般方法は、まず初めに標的とプローブ
DNAを一本鎖の形にする8g1工程を含む。これは標
的および試料DNA を営む試料を水浴中で加熱するこ
とにより達成された。長いDNA標的の場合は、一般に
試料は沸騰水浴中で低塩緩衝液(または蒸留水」巾約1
0分聞方口熱される。
プローブは高温度への長期暴露を避けるために、しばし
ばデハイプリダイゼーショ7法の終り付近で標的DNA
含有試料に加えられた。デハイプリダイゼーションの最
後に、ハイブリダイゼーションのための塩および緩衝剤
の所望濃度を達成すべく、濃厚塩緩衝液を加えた。比較
的小さいオリゴマー標的およびプローブは、より低い温
度においてより制い塩緩衝液中で融解(変性)される。
通常のハイブリダイゼーションではIMのNaC1が使
用されるが、DNAの融解温度を下げたい場合は100
 mMのNaO/lも使用できろ。その後、標的および
プローブの両方を宮む一本鎖試料はハイブリダイゼーシ
ョン@度まで冷却させ、そして螢光団標識の相互作用の
程度を確かめるために螢光測定を行った。ハイブリダイ
ゼーション時間の長さは数分(高プローブIa夏の試料
の場合)から数時間(低濃度のプローブDNAを含む試
料の場@)まで変化した。
次の実施f91]は代表的な実験方法を説明するもので
あり、初めにプローブセグメントの3′末端標識化7示
し、次にプローブセグメントの5′末78 W 識化を
示し、そして最後に末端標識生成物の競合的均質検定法
への応用について示す。
−水銀DNAの3′末端は2工程反応で標識化した。第
1工程では、反応性官能基をもつ1個のヌクレオチドを
各DNA g72の3′ヒドロキシル基に結合させるγ
こめに、ryr素TdT4使用した。第2工程は反応性
官能基との反応によって標識成分を各DNA鎖に結合さ
せることを包含していた。
仄の方法は12塩基長のデオキシチミジン(a’r、、
 )の−重鎖ホモポリマー、それぞれ20塩基長のホリ
テメキシアデノシンおよびポリデオキシチミジンの二本
鎖ホモポリマー(dA、o−aT、、) 。
混合塩基合成オリゴマー、および酵素A1u Iお裏ヒ
HaθIで消化されたネオマイシンホスホトランスフェ
ラーゼ遺伝子7ラグメントを貧むp s p b 5の
プラスミドフラグメントを使用して行った。
今や第1工程をさらに詳しく見てみると、標準円錐形プ
ラスチック管の中で約10nmo1のDNAを3.3 
mM AHA −ATP水溶液25.5μ2と混合し、
その試料を遠心X空装置(Spθed Vac 、サバ
ント)で乾燥させた。DNA/AHA−ATP浴故中の
AHA −ATP分子: DNAの3゛末端ヒドロキシ
ル基の比は約10:1であつ1こ。DNA、/AHA−
ATP溶液に、TdT反応援′gIi30μ2、ウシ血
清アルブミン20μm(水1 d当たりウシ血清アルブ
ミン500μg)、TaT 500単泣、オヨび水を7
jllえて70μ2の反応混合物を得た。この反応湿分
物乞37℃の水浴中で18〜24時間インキュベートさ
せた。
セルロース粒子VC固定した相補的ホモポリマーに上記
ホモポリマーを11)℃で結合させ、統いて結合緩衝液
を用いてそのセルロースを20℃で洗浄することにより
、rim hのホモポリマー矧乞未反応のAHA−AT
Pから分離した。次に、生成物を溶離して、pH9,3
の0.05 Mホウ敢緩価液中にセルロース粒子から分
離した。
ホモポリマー二本鎖、混合塩基オリゴマー、および 5
P65二本鎖プラスミド制限フラグメ/トはセファデッ
クスG−25クロマトグラフイー媒質および水またはホ
ウ酸緩衝液での溶離を使用するゲル透過クロマトグラフ
ィー、あるいはバイオ−ラッド研究所で製造したNAC
B  イオン交換カラムのようなイオン変換カラムによ
り未反応のAHA −ATPから分離した。
第2工程では、−重鎖ホモポリマー、湿分塩基オリゴマ
ー、二本鎖ホモポリマー、または二本鎖プラスミド7ラ
グメ/トを−まとめにして考えると、AHA −ATP
と各DNA鎖の3′末端との反応により形成された末端
アミンペキンルアミノーアデノシンの第一脂肪族アミノ
基に、アミン反応性螢光−が共有結合された。アミン反
応性螢光−にはスルホローダミン101(テキプ°スレ
ッド)、ビンンブタノエート、フルオレセイン、ニオシ
ンおよびエリトロシン、インチオシアネート誘導体、ス
ルホン酸クロリド、およびN−ヒドロキシスクシンイミ
ドエステルが含まれる。アミン反応性螢光−は適当な非
反応性可溶化溶剤に溶解され、N−ヒドロキシスクシン
イミジルビレ/ブタノエートハアセトンに、スルホロー
ダミン101スルホン酸クロリドはジメチルホルムアミ
ドに、そしてフルオVセインイソチオシアネートはジメ
チルスルホキシドにそれぞれ溶解した。0,01モルの
蛍光団溶液を、AHA−AMP結合DNA鎖な営む0.
05モルのホウr!R/水酸化ナトリウム緩衝液(])
H9,3)に絶えず攪拌しながら滴下した。
AHA−AMP結合DNA鎖に対して20倍〜200倍
モル過剰の反応性官能基を使用して、この反応を目的生
成物へと至らしめに0反応は16〜24時間続けた。反
応時IIIの終りに、螢光団傾詭化−水銀ホモボリマー
をマフイニテイクロマトグラフイーにエリ単離した。蛍
光団標識化され1こ二本鎖ホモポリマー、混合塩基オリ
ゴマー、およびグラスミドpSP 65の制限フラグメ
ントはNACSカラムまたは上記のようなゲル透過クロ
マトグラフィーにより単離した。蛍光団標識化された一
水銀ホモポリマー、混合塩基オリゴマー、二本鎖ホモポ
リマー、および二本鎖プラスミドフラグメントは水もし
くは納会緩衝液中に単離した。長期貯蔵のために、俊光
団標識化DNA溶液は遠心真空濃縮器で濃縮乾固させ、
−20℃で貯蔵した。
上記の2工程3′末端標識法の別法として、ポリヌクレ
オチドは酵素TaTを用いて螢光ヌクレオチドにより直
接標識化することができる。例えば、−水銀ホモポリマ
ー鎖はAHA−ATPを一本鎖DNAの3′末端に付加
する方法と同じ方法を用いて、その3′末端が蛍光団、
1.N6−ニテノアテノシン三リン([(EATP〕、
修飾ヌクレオチドでvi4識化され1こ。
上記方法は表1に示すように一本鎖および二本鎖オリゴ
マーの3′末喝に位置づけられた螢光標識成分をもたら
した。
表13′末端標識化DNAオリゴマー dT、2    フルオレセインインナオシアネート 
  o、88dTu     フルオレセインインチオ
シアネート0.72dTI2   1 、 N11−x
テノアデ/シン0.95dT12    1 、N’ 
 if/7f/シフ       1.0(iT、、 
    エオシンイソチオシア不一ト1.1dT、、 
    エリトロシンインチオシアネート2.6dT2
o    エオシンイソチオシア2−ト1.90.5′
−末端標識化 DNAの一水銀ホモポリマー、DNAの二本鎖ホモポリ
マー、およびプラスミドDNAの制限フラグメントの5
′末路は2工程反応で41IIm化した第1工程では、
DNA鎖の末y45”)ン酸基と反応性の二官能性有機
分子(5′リン酸基を標識成分に結合しつる)とをチュ
ー(B、 C,F、 Chu )、ワール(G、 M、
 Wahl )お工びオーゲル(L、 Orgθ1)。
Nucleic Ac1ds Re5earch 、 
11 (18) 。
6513−6529(1983Jに記載の方法に従って
縮合させた。第2工程はDNA鎖/反厄性有機分子を標
識成分と反応させてプローブ鎖を形成させることを包含
する。
当分野で習熟した者は、多くの形の天然に存在するDN
Aがその5′末端でリン酸化されることを認めるであろ
う。非リン酸化DNAは酵素T4キナーゼを用いる初期
リン酸化工程を必要とし、この方法は当分野でよく知ら
れている。5’−DNA末端標識システムについてのペ
セスダ・リサーチ研究所の製品カタログを谷照されたい
(ここに参照により引用される)。
例えば、第1工程を詳細に説明すると、水溶性カルボジ
イミドの1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピ
ル)−カルボジイミドを用いて、エチレンジアミンと、
−水銀DNA、二本鎖ホモポリマーお裏び 5P65プ
ラスミドの二本鎖制限フラグメントの末端5′リン酸基
とを縮合させた。
反応混合物は50nmolのDNAを500 tzll
の水に溶解し、0.5Mエチレンジアミン、0.2Mカ
ルボジイミドおよび0.2M2−(N−モルホリノ)−
二タンスルホン酸を含有する500μUの反応溶液(p
H6,0に調整)と混せすることにより調整した。この
反応混合物を室温で16〜24時間攪拌した。
エチレンジアミンと反応したDNAの一水銀ホモポリマ
ーは1反応混合物に塩化ナトリウムを1モル濃度になる
まで加え、次にその混仕物をセルロースに固定した相補
的ホモポリマーを含むカラムに10℃で通すことにより
精製した。その後カラムはFA付緩衝液を用いて10℃
で、矢に20℃で洗浄した。エチレンジアミンと反応し
たDNAホモポリマーは50〜65℃の温度でぞのカラ
ムに0.05MホウrPI緩衝液を通すことにより回収
した。
二本鎖ホモポリマー、混合塩基オリゴマーおよびプラス
ミドDNAの制限フラグメ/トは、エチレンジアミンと
反応したDNAをセファデックスG−25カラムに通し
、ホウ酸/水酸化ナトリウム緩@液で溶離することによ
り精製した。別の精製法は低塩、緩衝液中でエチレンジ
アミン反応DNAをバイオ−ラッドN fi−C8カラ
ムに結合させ、高塩緩衝液11こは2.0M酢酸アンモ
ニウムで溶離することを包含する。2.0M酢酸アンモ
ニウムで溶離した試料は、遠心真空装置または凍結乾燥
益を用いて塩緩衝液を除去すべく乾燥させた。
第2工程では、反応性M機成分のエチレンジアミンと結
合したDNA鎖を反応性蛍光団とさらに反応させてプロ
ーブ鎖を製造し7:4 より詳細には、アミン反応性蛍
光団(インチオシアネー)[導体ttこはN−ヒドロキ
シスクシンイミドエステル)を適当な非反応性可溶化溶
剤にfi解した。エチレンジアミン反応DNAを含む0
.05Mホウ酸緩衝液にpH9,3で絶えず攪拌しなが
ら0.OIM螢光蛍光団を滴下した。反応性蛍光団はこ
の反応を目的生成物へと至らせるために20倍〜200
倍モル過剰に加えた。反応は攪拌下に16〜24時間継
続した。
反応時間の終りに、5′−蛍光団g脆化DNA fj!
:濾過した。5′−蛍光団標識化ホモポリマーー水銀D
NAはアフイニテイクロマトグラフイーにより単離した
。5′−螢光団係aiに化された二本鎖DNA、混合塩
基オリゴマー、fたは標識グラスミド制限フラグメント
はN A CBカラムもしくはゲル透過クロマトグラフ
ィーにより単離した。5′−螢光団標鐵化二水銀ホモポ
リマーまたけグラスミド制限フラグメント(1丁その抜
水もしくは結合緩衝液中に単離した。5′−螢光団標隷
化一水銀DNAは下肥の表2に示される。
表25′−末端標識化D N AオリゴマーdA、□ 
   フルオレセインインチオシアネート0.89d 
A、2    フルオレセインインチオシアネートU、
9すa A 90     フルオレセインインチオシ
アネート1.1d(AC)、    フルオレセインイ
ンチオシアネート0.59d(AC,)、    フル
オVセインイソチオシア坏−ト0.90り ’ 末Am
 4!g4肺化ホモポリマープローブ鎖は相補的な3′
末緬ホモポリマー釧と結付して、二本@(−万の鎖の3
′−標識成分が他方の鎖の5′−1票識成分と相互作用
する位置にめる)を杉成することができろ。5′−およ
び3′−ホモポリマー二本鎖およびプラスミド制限フラ
グメントに、2本の末端標識化相補的ポリヌクVオチド
プローブ鎖を宮む。
多数の二本鎖プローブ(dまた大腸菌エンテロトキノン
遺伝子の名成りNAから作ることができる。
オリゴマーの相補対を合成して、その後[A’t&した
大腸画工/テロトキシン/遺伝子のゲノム上の5つの異
なる領域に対応する塩基配列をもつ5対のオリゴマーを
製造した。4対は21塩基長のオリゴマーを含み、1対
は22塩基長のオリゴマーを含んでいた。10の一水銀
オリゴマーは標識するために2群に分けた。1群はそれ
ぞれの相補対の一員を含み、他群は他の対質を含んでい
た。ターミナルトランスフェラーゼ反応混付物中にハイ
ブリダイズしたDNAを避けるために、非相補鎖同士を
1つの群に集めた。末メ、櫨ヌクレオチドの酵素付加は
、平滑末瑣の二本鎖DNA プライマー?:便用する場
合にあまり効率がよくない。この方法の標識効率は先の
二本鎖プローブ製造のときに得られたものほど高くなか
ったが、ハイプリダイセーションに関連する螢光の変化
は相当に低いプローブ濃度でそれを検出するのに士分な
ほど大きかった。
二本鎖ホモポリマー、プラスミド制限フラグメントおよ
びトキシン遺伝子プローブは下記の表3に示される。
今や表3を参照すると、ホモポリマー二本鎖。
混合塩基オリゴマー、およびプラスミド制限フラグメン
トはそれぞれの各類の3′末端および5′末端の両方に
標識を含む。表1.2お工び3は二本鎖当たりの標識ま
たは一水銀当たりの標識を、標識化反応の効率の表示と
して含む。プローブ当たりの標識の数は吸光分光分析法
により測定した。
相補的プローブ鎖の4fi識成分は、それらのプローブ
が互いに結付した位置にあるとき、第5白にグラフで示
すように相互作用することができる。
第5図は温度がハイブリダイズしたプローブの融解温度
に関して変化するときの温度に対する螢光放出の関係を
示している。プローブはそれぞれ12塩基艮のデオキシ
アデノシンとデオキシチミジンのホモポリマー二本鎖で
あり、5′−フルオレセイン゛ト3′−スルホロ〜ダミ
ンのgm群’を含む。
図示するように、中実の円および三角形はプローブ含有
試料の温度が降下しつつあるときに得られた値を表わす
。中空の円および三角形はプローブ含有試料の温度が上
昇しつつあるときに得られπ値を示す。三角形によって
示された点は螢光放出の温度消光についての補正値を表
わす。円によって示された点は実際値を表わす。
より詳細には、第5図の@解曲線データは、lNNaC
1および0.(12)Nす/酸カリウムからなる緩衝液
(pH7,5)中のDNA E料について記録したもの
である。第5図にプロットしたデータは等モル1l(0
,1μM)の5′−フルオレセイ7− dA、。
おJ、 ヒdT、t−スルホローダミ/−3′を混合し
、多くの試料温度での試料の平衡化の後に螢光放出を測
定することにより得た。また螢光放出に対する温度の影
響を調べるために、5′−フルオレセイン−dA、、単
独の螢光を同一温度で測定した。5′−フルオレセイン
−dA、!単独測定からのデータは2穐のプローブ試料
について記録されF融解曲線を補正するkめに使用した
。補正データおよび未補正データの両方をプロットした
プローブを冷却して再アニーリングするとき、螢光放出
が抑制されて螢光信号強度の減少が生じる。プローブを
融解温度または変性温度に加熱すろとき、プローブは分
離して標識成分同士の相互作用がなくなる。螢光放出は
もはや抑制されず、螢光放出が増大する。
第5図に示す標識成分の相互作用は、DNAハイブリダ
イゼーションを溶液中で測定するための慣用方法で測定
した”非vA識”プローブの融解温度データと一致する
。第6図は温度が非標識プローブの融解温度により変化
するときの温度と、260 nMでの光エネルギーの吸
光度と、の関係をグラフによって示している。第6図に
示すプローブは12塩基長のデオキシアデノシンおよび
デオキシチミジンのホモポリマーを含む。中実の円で示
したグラフの点は試料の温度が降下しつつあるときに読
み取ったものである。中空の円は試料の温度が上昇しつ
つあるときに読み取ったものである。プローブの温度が
プローブの融解温度により変化するにつれて、260 
nMでの吸光度は塩基対合の減少が原因で約0.135
から約0.j82まで増加した。吸光度測定によって得
られた非標識DNAの融解温度は、螢光団の相互作用に
より測定した標識DNA の融解温度と1m+じであり
、このことはDNAの標識化がハイブリダイゼーション
過程を妨害しないことを示している。
標識成分の相互作用はまた表3および表4に示される。
表3は非ハイブリッド形に対するハイブリッド形の標識
ホモポリマー複合体およびプラスミド制限7ラグメント
の螢光強度の比較を含む。
ハイブリダイズしたプローブの信号に対するハイブリダ
イズしなかったプローブの信号の比は4.1程度に高い
こともろり得ろ。
表4はハイブリダイズしたa&itプローブに対するハ
イブリダイズしなかっり標識プローブの螢光強度の比較
を示す。
表3および表4において、螢光の変化はハイブリダイゼ
ーション条件下で観察された螢光に対する非ハイブリッ
ド状態の一部ま1こは両方の標識の蛍光の比として表わ
される。データはハイブリダイゼーション状態を選択す
るために温度を使用した実験;相補的プローブを一緒に
、その後単独で試験した実験;ま1こはプローブのハイ
ブリダイゼーションを大過剰(通常10倍またはそれ以
上」の非疹飾相袖DNAの存在または不在下で行った実
験−のいずれかから得られた。後者の実験において、大
過剰の標的DNAは相補的DNAプローブ向士が互いに
ハイブリダイズすることを妨げる競脅的ハイプリダイゼ
ーショ/反応をもたラ−i。
同じ標識オリゴマーの異なる製法を試験したプローブ対
については、螢光変化の複数の値が記入されている。表
4はオリゴマーの単一標識化によって作られ1こプロー
ブを便って得られたデータを含む、これらのプローブの
組成は表1および表2に載っている。表3のデータは第
1螢光団が各オリゴマーの5′末端にあり且つ第2螢光
団が3′末端にあるように標識さnたプローブから誘導
される。ハイブリダイゼーション条件において、−万の
鎖の5′第1栄光団が相補鎖の3′第2螢元団ときわめ
て接近する。
表3および表4は2つの+i4識の少なくとも1つの螢
光に有意な変化が生じる数種の標識の組合せを示す。フ
ォルスター(Forster ) i工事ルキー転移機
構では、比較的長い波長の光を吸収および放射する標識
は、その標識の励起の際に他の標識(エネルギー供与体
)からのエネルギーを受けとることが予期される。その
標識が螢光である@台、これはエネルギー受容標識から
の発光の増加に伴って起こるエネルギー供与標識からの
発光の減少をもたらす。この機構に適合しつる挙動を示
す標識の組合せはフルオレセイン/スルホローダミン1
01、アクリジン/スルホローダミン゛1o1、フルオ
レセイン/エテノブテノシン、フルオレセイン/エオシ
ンおよびフルオレセイン/エリトロシンで必る。
しかしながら、表3および表4はフォルスター型機構に
従って行動しないいくつかの相互作用ヲ示す。フォルス
ター型エネルギー転移機構と一致しない挙動を示す標識
の組合せはフルオレセイン/ピレンブタノエートおよび
フルオレセイン/アクリジンである。
たとえいくつかの標識組合せが7オルスター型エネルギ
ー転移の典型的な行動を示すとしても、相互作用のメカ
ニズムは2つの*mの一部だけから収集されたデータか
らは確認することができない。試験した標識組合せにお
いて、標識対の他方の一員はDNAに結合したとき奉賀
的に非螢光性であるか、あるいはハイブリダイゼーショ
ンの状態にほとんど影響を受け“ない螢光を示した。標
識の相互作用の仕方の不確かさは、2つの標識分子を互
いの衝突距離内にもたらす能力の結果である。
衝突による相互作用が可能である場合、動的消光のいろ
いろな機構が親会して、観察される相互作用を支配しつ
る。接近した範囲の動的相互作用はまた静的相互作用よ
りも実際上Wj著でるると思われる。
表3および表4に示したいくつかの螢光変化は、タンパ
ク質分子(すなわち抗体および/ま1こはタンパク質抗
原)のランダムm誠化を当てにして両方または一部の標
識物質を作らねばならない消光/エネルギー転位に基づ
くイムノアッセイにおいて観察されたものよりも大きい
。従って、抗原:抗体複合体では標識のほんの少しの画
分のみが互いとの静的または動的相互作用にとって適し
た位置にあるかも知れない。−万、DNA末端の選択的
標識化は相対する標識の正確な位置づけt可能にし、そ
れ故にハイブリダイズしたプローブ鎖の全ての標識によ
って衝突の相互作用が可能となり、また静的な相互作用
が強められる。
表3および表4のデータはま1こ標識をDNAに結合さ
せる方法を適切に選択することの必要性を指摘している
。フルオレセインが3′末端にあり且つピレンブタノエ
ートが5′末緬にある実施1利の場合は、標識の相互作
用がたとえめったとしてもほとんど観察されず、−万フ
ルオレセインが5′米綱にあり且つピレンが3′末錫に
ある場合は相当な相互作用が検出される。これは制限酵
素で消化したプラスミドDNAばかりでなくホモポリマ
ーオリゴマーにも観察された。標識の配置の相違は2つ
の別々の末癩に標識を結合させる際に使用した異なる化
学に関係しており、3′−m+WRはアミンへキシルア
ミノアデノシンリンカ−を介してr会されるが、5’−
ajf&はエチレンジアミンリンカ−を介シて結付され
た、 本発明の試薬プローブは競合的DNA検定に応用した。
このハイブリダイゼーション法は5′−フルオレセイン
−dA、、およびdT H2−スルホローダミン−3′
ホモポリマーを含むプローブに特徴的である。
第7図を参照されたい。ここではプローブと標的DNA
の溶液が混合された。プローブの濃度は0.1μMに定
め、標的濃度はゼロから0.5μMの間で変えに0プロ
ーブは標的DNA 、十分量の水2よび緩衝液(pH7
,5で160M塩化ナトリウムおよび0.01〜0.(
12)M−塩基性リン酸カリウムの最終濃度を与えろ)
と混合してハイブリダイゼーション溶液を調製した。こ
の溶液な水浴中65℃で15分間加熱して、標的とプロ
ーブDNAの完全なデハイプリダイゼーションを行った
次に試料を2時間かけて10℃へと冷却させ、競合的ハ
イブリダイゼーションを起こさせた。
第7図はフルオVセインインチオシアネート(フルオン
セイ/)で標識化したデオキシアデノシンホモポリマー
およびスルホローダミン゛スルホン酸クロリド(スルホ
ローダミン)でali&化したデオキシテミジンホモポ
リマー(各々12塩基長)からなる一定a度の10″″
7モル二本船プローブン含むいろいろな濃度の標的鎖に
ついての、螢光強度(相対単位)対波長の関係をグラフ
により示している。全ての試料は300 nmの光エネ
ルギーを照射した。
約520nmの波長でのピーク螢光強度は、12塩基長
のデオキシアデノシンおよびデオキシチミジンの標的ホ
モポリマーのa層変化にエリ変化する。
第8図は標的濃度に対する螢光放出の関係を示す。第8
図のグラフの点は一定濃度のプローブを使用した第7図
のグラフのピーク値である。標的濃度が増すにつれて、
スルホローダミンによる螢光消滅度が低下して螢光放出
が増大する。
51−フルオレセインーdA+t / dT+t−ピレ
ンブタノエート−3′系について先に示したハイブリダ
イゼーションデータは、相互作用する標識に基づいた競
合的DNAハイブリダイゼーション検定の概念を説明す
る上で役に立った。しかしながら、有用な検定系である
ためには、この方法が特異的であり且つ感度が浚れてい
ることを示さねばならない。
第9〜12図のデータは標識の相互作用に基づく検定法
のこれらの面を立証するのに役立つ。標識の特異性は表
3に示した最初のcLA2゜: dT、。
誘導二本鎖プローブを使ってp、9図に示される。
この実験では、50℃Mプローブ浴液といろいろな濃度
の3つの異なる標的DNA とt水中で混合した。1つ
の標的は等モル債のdA2oおよびdT、oがら成って
おり、これはプローブとのハイブリダイゼーションにふ
されしい標的でめった。
2つの非相補標的はクシ胸FRDNAとラムダファージ
DNAであった。試料は沸騰水浴中で6分間加熱し、そ
の後室温まで冷却させた。次いで試料を21Mm結合緩
衝液で半分に希釈して、pH7,5においてそれぞれ1
00 mMと10mMの最終Mailおよびリン酸カリ
ウムm度を得た。その直後に室温での螢光スペクトルを
各試料について記録した。
第9図にプロットした螢光強度データは、正しい標的D
NA (dA2゜: dT、。)を使用した場合に、予
測された濃度依存性の競合的ハイブリダイゼーション挙
動を示す。標的DNA濃度は異なる分子量の標的を使用
したので塩基対に換算してプロットした。各試料中に営
まれる標識二本鎖プローブの対応する環基対濃度は1μ
M (50nM二本水銀ローブ〕でめった。約1.2μ
Mの(LA、、 : dT、。
(1μMの値に近い〕のところで生じた螢光変化の中間
点は、相補標的鎖が相補プローブ鎖に対してもつのと同
じ親和性を互いに対して有する競合的ハイブリダイゼー
ションを予期させた。非相補的標的DNA  (ウシ胸
腺DNA とラムダDNA )を使って集めたデータは
、過剰の非相補的DNAが相補的プローブ鎖同志のハイ
ブリダイゼーションを妨げなかつ尾ので、プローブがd
Ato :dT、。標的DNAに対して特異的であるこ
とを示した。
ハイプリダイゼーショ/検定の感度は、比較的低いプロ
ーブ濃度で競合的ハイブリダイゼーションを行うことに
より証明した。500 pM、50pMおよび5 pM
#度の標識dA、。: dT、。プローブを用いり競合
的ハイプリグイゼーショ/から得られたデータを第10
図に示す。これらの実施では、7”o−プと標的DNA
 ト’?: pH7,5の100mMNac1および1
0 mMリン酸カリウムを含む緩衝液中で湿分した。次
いで試料を80℃で10分間加熱し、その後5度/時間
の割合で20℃まで低下させた。これはコンピュータ制
御水浴を使って行った。螢光放出は20℃で各試料につ
いて測定した。標的濃度の関数としての螢光放出強度の
特徴的なS字状依存がそれぞれのプローブ濃度で観察さ
れ、そして螢光強度変化の中間点はより低いプローブ濃
度を使用する検定に対してより低い標的a度で生じた。
最も低いプローブ濃度(5pMプローブ)を使用する検
定の場合は、螢光変化の中間点が約20 pM標的だっ
た。これらの実験で使用した試料は、標準セミミクロ螢
光キュベツトを使用したので1−の容量でめった。これ
は”l Q fnnolθの標的DNAに相当しTこ。
他の技法によるDNAハイブリグイゼーションはしばし
ば101all程度の容量を使用して行われる。同様の
容量の使用なOT能にする螢光計のために試料用セルを
工夫することができ、その結果螢光変化の中間点につい
ては200 amoleへと約100倍の感度の増加を
もたらすであろう。この実験では5pMプローブを使用
する最大螢光変化が緩衝液の螢光とほぼ1n゛」じ大き
さであるので、感度の大きい増加はプローブ濃度をこれ
以上低下させても期待されない。換言すれば、信号対ノ
イズの比は1に等しかった。緩衝液のバックグラウンド
は第10図に示すデータから差し引かれる。
検定感度の増加を可能にする1つの方法は、対象とする
ゲノムの異なる領域とハイブリダイズする複数のプロー
ブを使用することである。これに関する2つの手法が試
験された第1の手法では、制限酵素の使用により天然D
NAから複数の二本鎖プローブを作製した。ネオマイシ
ンホスホトランスフェラーゼ遺伝子をpsP65グラス
ミド(ウィスコンシン州マジソン、グロメガ・バイオチ
ク社〕に挿入して、このグラスミドを大腸菌内で増殖さ
せた。仄いで、数ミリグラムのプラスミドDNA Y大
腸菌培養物から単離し、このプラスミドDNAを211
類の制限酵素A1u lおよびHae鳳で処理した。こ
れは人ささが約6塩基対から600塩基対(DNA配列
分析による)までの範囲の約37の平滑末端二本鎖をプ
ラスミド1つにつきもたらした。その後二本領の集団は
dA、。:dT、。プローブを標識するときに使用した
通菖の5′−お工び3′−標識化法により標識付けした
ネオマイシンホスホトランスフェラーゼ遺伝子はこの初
期実験を単純化するために、一般には望まれることだが
、プラスミドpSP65から遊離の状態で単離しなかっ
た。この制限酵素切断プラスミドの数種の標識化調製物
は表3に載っている。
第11図はネオマイシンホスホトランスフェラーゼ遺伝
子を宮む種々の濃度の未切断psP 65プラスミドを
検索するために、表3に記載の第1のグラスミド調製物
を用いて行った競合的ハイブリダイゼーションからのデ
ータ?示す。プラスミドプローブは2.7pMの完全グ
ラスミドに対応する濃度で存在していた(標識化二本鎖
の会計10100p。水中のプローブおよび標的DNA
は沸騰水浴中に12分間置き、次にNaC1とジノ哨カ
リウムの最終濃度をそれぞれIMおよびl OmMとす
るために2x濃縮納会緩衝液を添加しながら室温まで冷
却させた。
フルオレセイン放出は各試料について異なった時間で記
録した。第11図にプロットしたデータは1.5時間お
よび5時間で測定されたフルオレセインに相当する。両
方のフルオレセイン値は予測され1こように標的製置が
増加するにつれて減少することが示されている。
試験した標的濃度範囲は温度に関する螢光変化の全範囲
を示すには十分大きくないが、検定は使用したプローブ
の対応濃度に相当する少なくとも数ピコモルの感度を示
す。仮説的な10μ2試料では、畝ピコモル標的が約3
 Q amoleに相当する。この案、験において、フ
ルオレセイン放出強度はバンクグラウンドフルオレセイ
/の大きさの程[エリも大きp)つTこ ハイブリダイゼーションはプラスミドのランダム制限消
化から生ずるプローブの長さおよび広範囲の融解温度に
関するプローブの不均一集団のために困難であることが
予測される。それゆえに、出来るだけ均一な大きさのプ
ローブ集団を作るべく制限酵素乞注意深く選択すること
が有利であるだろう。クローン化DNAからこのエリな
均一集団を作るために、ゲノム内に新しい制限部位ケ遺
伝子操作により加えてもよい。
大腸菌エンテロトキシン標的子の検定?示す第12図を
今や参照すると、約100塩基対の工/テロトキシ/遺
伝子7ラグメントから成る標的DNAがpH7,5のl
 mM EDTAおよび10mM)リスヶ含む緩衝液7
00μ2中でラムダDNA (キャリアーDNA )1
4μgと混合された。この溶液を沸騰水浴中に12分間
おき、その彼我3に”トキシン”として示した二本鎖プ
ローブDNAを加え、この溶液を沸騰水浴に戻してさら
に2分間加熱した。
次いで偏光計のサーモスタット付きキュベツトホルダー
内に収容され1こ螢光キュベツト中の2×NaC1/ 
l)ン醍塩緩衝液700μmにこの浴液を加え、42℃
(7゛ローブの融解温度より25℃低い温度つに維持し
に0ラムダDNA 、塩化ナトリウムおよびリン酸カリ
ウムの最終試料tnwはそれぞれ10μg/屑/、LM
およびO,UIMであった。
螢光強度は前の実験とは異なる方法で測定しに0螢光値
は検出用エレクトロニクスにインタフェースで接続した
コンピュータの使用(物質および方法の部参照)により
時間と共に連続して記録した。
この方法で集めたデータは異なる濃度のエンテロトキシ
ン標的を営む試料について第12図にプロットした。初
期および最終螢光値を記録することによって、試料間で
変動するバックグラウンド螢光レベルから独立した螢光
変化が得らlrL′rS、第12図のデータ記録は各組
のデータが同じ初期螢光値を含むように相殺した。この
効果は試料間で変動するバックグラウンドを取り去るこ
とである。
各試料の螢光変化は存在する標的DNAの社に関係する
。検出可能な最も低い標的濃度は4pMであることがわ
かった。従って、仮説的なlOμ!試料はこの温度で4
0 amoleの標的欠富むだろう。
螢光強度を時間と共に連続して記録することの2番目の
利点は、螢光変化の時間依存が平衡値−\のデータの外
挿をiJ龍にする運動学的方程式にろてはめることがで
きるので、より短いハイブリダイゼーション時間を使用
しイOるということである。
螢光変化、の相対度はM12図VC示す央1次について
2時間にわたって時々微分すればよい。
前記実施例は荷定の螢光団を記録したものであるが、本
発明は他のアミン反応性蛍光団および化学発光剤にも応
用できる。アミン反応性蛍光団にH例えば前述のフルオ
レセイン、ピレン、アクリジン、スルホローダミン、エ
オシン、エリトロン/およびそれらの誘導体がfまれる
。アミン反応性化学発光剤には例えばミクロペルオキシ
ダーゼ、ルミノール、イソルミノール、グルコースオキ
シダーゼ、アクリジニウムエステルおよびそれらのめ導
体が含まれる。
化学発光剤はプローブの化学発光像fag分が第2相補
的プローブの螢光団と相互作用するように、螢光団と関
連して本検定に用いらnる。螢光団はJelj4Ii1
11!成分が離れるまで化学発光剤の発光を抑えるだろ
う。発光反応を開始させるために、試料媒体に適当な化
学発光補助因子も加えられるだろう。
標的がプローブと結合部位について競合したとき、標識
成分は分離して化学発光剤または化学発光成分を発光さ
せ、そして検出可能な信号?発生することができる。
化学発光剤はまた化学発光補助因子との組会せで本蛇明
に用いられる。こうして、第1プローブの化学発光’$
Mt成分は第2相補プローブ上の化学発光補助因子標識
成分と相互作用するでろろう。
この系は特定強度の光を発する。標的が存在する場会、
標的はプローブと競合し、それにより第1および第2プ
ローブおよび標識成分を分離し且つこの系の発光を抑制
するだろう。
螢光団標識化プローブはバックグラウンド螢光を制限す
るために時間分解検定法において利用される。従って、
光パルスは第1螢光団を励起するのに十分な波長で導入
される。第1螢元団はそのエネルギーを第2螢光団に転
移する。f、1螢元団から第2螢光団へのエネルギーの
転移および第2螢光団によるエネルギーの放出は、直!
18螢光に比べてゆっくりした過程でろる。第1安光団
はエネルギー転位過程を引き延ばすために、艮い発覚寿
命を有するように選ばれる。試料はパルス後、そのパル
スによって開始された直接螢光活性が終了した後、およ
び転移したエネルギーがM2*″/l、団から発せられ
る付量に、第2螢元団からの元エネルギーについて監視
することができる。エネルギーを転移する位置にある螢
光群のみが監視される発光を生ずるだろう。相互作用す
る位置にある相補的プローブの標識成分のみが検出可能
な信号をもち、それによりバックグラウンド発光が抑え
られるだろう、 時間分解検定法の詳しい説明は本発明者の係属中の米国
特許出願第738560号に開示窟れており、これは参
照によりここに引用される。
こうして、本発明は均質な非放射性検定を特徴とする。
本検定の均質性により、比較的短時間で検定を行うこと
ができろ。非放射性標識を使用すると、特別の許可がな
くても本検定乞行うことができ、1に検定技術および製
造技術が単純化される。
本発明はその好適な実施態様について説明してさたが、
本発明は変更および修飾が可能であり、それゆえに先に
記載の細部に限定されるべきでなく、特許請求の範囲に
含まれる種々の変更および修正?加え得ることを理解す
べきである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の競合的DNA検定を示す模式第2図は
本検定を行うための自動分析装置の略図でろり; 集3図はクローン化DNA 由来の二本鎖プローブの作
製を示す模式図であり; 第4図は二本鎖プローブの末端標識化を示す模式図でめ
り; 第5図は相補プローブ鎖の標識成分が相互作用すると茜
の螢光放出と温度の関係ン示すグラフ(融、嘆曲#りで
めり; 第6図は非標識プローブの融解曲線を示すグラフであり
; 第゛1図は一定製度の二本鎖プローブを含む異なる濃度
の標的鎖についての螢光強度と波長の関係を示すグラフ
でめり; 第8図は競合的エネルギー転移DNAハイブリダイゼー
ションにおける標的濃度と螢光放出の関係を示すグラフ
であり; 第9丙はフルオレセイン−dA、。: dT、。−ピレ
ンプローブ?用いた競合的検定における各S標的DNA
の濃度とフルオレセイン発光強度の関係を示すグラフで
あり; 第1(〕図は異なる濃度のフルオレセイン−dA?。 : dT、。−ピレンプローブを用いり競合的gaハイ
プリダイゼーショ/における標的DNA 9度と螢光強
度の関係を示すグラフであり; 第11図はネオマイシンホスホトランスフェラーゼ遺伝
子を含むp8F65グラスミドを検索するために、フル
オレ七インープラスミドーピレンプローブを用いて行っ
た競合的ハイブリダイゼーションからのデータを示し;
そして W12図は大腸菌エンテロトキシン遺伝子の競合的検定
ン示す。 (外5名〕 17に、3 クフーノ化DNA歯釆の二本考負ブD−7’FIc、t
t 二本値フ゛ロープの未S碑IN化 !”/G、 13 (:dA、・J4z) C9 フル大しセイノ発太シ虱与 (■灯隼句°ノフルナレセ
インーブラスミドーピレノi−を火声マり灼し鋸杓穐、
疋yic−ii φ 九 強屋θoA3rni)卜訃9 手続補正内 昭和62年特許願第3905号 2、発明の名称 競合的均質検定法 3、補正をする者 事件との関係  9i1許出願人 住所 名 称  アモコ・コーポレーション 4、代理人 住 所  東京都千代田区大手町二丁目2番1号新大手
町ビル 206号室 5、補正の対象 タイプした明細山 手続補正内(方式) %式% 6、補正をする者 事件との関係   出 願 人 住所 名称アモコ・コーポレーション 4、代理人

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)次の工程: (a)試料と試薬を結合条件下で接触させる工程、ここ
    で上記試薬は第1ポリヌクレオチドプローブおよび第2
    ポリヌクレオチドプローブを含み、第1および第2ポリ
    ヌクレオチドプローブはそれらが互いに結合する第1の
    位置をとることができ且つ上記プローブの少なくとも1
    つは該プローブ鎖が標的ポリヌクレオチドと結合する第
    2の位置をとることができ、上記の第1プローブおよび
    第2プローブはこれらのプローブの一方と会合した第1
    標識成分および他方のプローブと会合した第2標識成分
    を含み、該第1および第2標識成分は第1および第2プ
    ローブが互いに結合するとき相互作用して上記2つの位
    置の一方にあるプローブに特徴的な検出しうる信号を発
    することができる;および (b)該試料中の標的の存在と関連がある信号の存在に
    ついて該試料を監視する工程; から成る標的ポリヌクレオチドについて試料を検定する
    方法。
  2. (2)第1標識成分は上記プローブの一方の3′末端に
    存在し、第2標識成分は他方のプローブの5′末端に存
    在する、特許請求の範囲第1項記載の方法。
  3. (3)各プローブは複数の標識成分を有する、特許請求
    の範囲第1項記載の方法。
  4. (4)上記標識成分はそれぞれ上記プローブの末端に存
    在する、特許請求の範囲第3項記載の方法。
  5. (5)第1標識成分は上記プローブの一方の3′末端に
    あり、第2標識成分は他方のプローブの5′末端にある
    、特許請求の範囲第3項記載の方法。
  6. (6)第1標識成分は核酸のアミノアルキル誘導体によ
    り上記プローブと会合している、特許請求の範囲第2項
    記載の方法。
  7. (7)上記誘導体はアデニンのアミノアルキル誘導体を
    含む、特許請求の範囲第6項記載の方法。
  8. (8)上記誘導体はアデニンのアミノヘキシル誘導体を
    含む、特許請求の範囲第6項記載の方法。
  9. (9)上記誘導体は8−(6−アミノヘキシル)−アミ
    ノアデノシン−5′−モノホスフェートを含む、特許請
    求の範囲第6項記載の方法。
  10. (10)3′末端にある上記標識成分は核酸の螢光性誘
    導体である、特許請求の範囲第5項記載の方法。
  11. (11)該標識成分は1−N^6−エテノアデノシン−
    5′−モノホスフェートの誘導体を含む、特許請求の範
    囲第10項記載の方法。
  12. (12)次の工程: (a)ポリヌクレオチドと核酸のアミノアルキル誘導体
    とを反応条件下に酵素ターミナルトランスフェラーゼの
    存在下で反応させる工程;および (b)アミノアルキル誘導体のアミノ基をアミン反応性
    成分と反応させる工程; から成るポリヌクレオチドの3′末端にアミン反応性成
    分を会合させる方法。
  13. (13)上記アミノアルキル誘導体はアデニンのアミノ
    アルキル誘導体を含む、特許請求の範囲第12項記載の
    方法。
  14. (14)上記アミノアルキル誘導体はリボヌクレオチド
    である、特許請求の範囲第12項記載の方法。
  15. (15)アミノアルキル誘導体は8−(6−アミノヘキ
    シル)−アミノアデノシン−5′−トリホスフェートを
    含む、特許請求の範囲第14項記載の方法。
  16. (16)第1プローブおよび第2プローブを含み、該第
    1および第2プローブは第1プローブが第2プローブと
    結合する第1の位置、および上記プローブの少なくとも
    1つが標的と結合する第2の位置をとることができるポ
    リヌクレオチドプローブを作製する方法であって、 増幅手段中に標的配列と実質的に同一の塩基配列をもつ
    ポリヌクレオチドセグメントをスプライシングして、該
    ポリヌクレオチドセグメントの多数のコピーを形成し;
    該セグメントを単離し;そして該セグメントの末端に標
    識成分を会合させてプローブを作製することから成る上
    記方法。
  17. (17)増幅手段はプラスミドおよびファージ粒子を含
    む、特許請求の範囲第16項記載の方法。
  18. (18)上記セグメントは単離した後に制限酵素で消化
    してサブセグメントとなし、該サブセグメントを標識成
    分と会合させてプローブを作る、特許請求の範囲第16
    項記載の方法。
  19. (19)上記セグメントとヌクレオチドのアミノアルキ
    ル誘導体とを反応条件下にターミナルトランスフェラー
    ゼの存在下で反応させ、該アミノアルキル基を標識成分
    と反応させることにより、第1標識成分を3′末端と会
    合させる、特許請求の範囲第16項記載の方法。
  20. (20)上記セグメントと二官能性アルキルアミンとを
    反応させてアミノアルキル基を含むセグメントを形成し
    、次いで第2標識成分を該アミノアルキル基と反応させ
    ることにより、第2標識成分を5′末端と会合させる、
    特許請求の範囲第19項記載の方法。
  21. (21)標的ポリヌクレオチドについて試料を検定する
    ための試薬を含むキットであって、 上記試薬は第1ポリヌクレオチドプローブおよび第2ポ
    リヌクレオチドプローブを含み、該第1および第2プロ
    ーブはそれらが互いに結合する第1の位置をとることが
    でき且つ上記プローブの少なくとも1つは該プローブ鎖
    が標的と結合する第2の位置をとることができ、上記の
    第1プローブおよび第2プローブはこれらのプローブの
    一方と会合した第1標識成分および他方のプローブと会
    合した第2標識成分を含み、該第1および第2標識成分
    は上記第1および第2プローブが互いに結合するとき相
    互作用して、上記2つの位置の一方にあるプローブに特
    徴的な検出しうる信号を発することができる上記検定用
    キット。
  22. (22)第1標識成分は上記プローブの一方の3′末端
    にあり、第2標識成分は他方のプローブの5′末端にあ
    る、特許請求の範囲第21項記載のキット。
  23. (23)各プローブは複数の標識成分を有する、特許請
    求の範囲第22項記載のキット。
  24. (24)上記標識成分はそれぞれ上記プローブの末端に
    存在する、特許請求の範囲第23項記載のキット。
  25. (25)第1標識成分は3′末端にあり、第2標識成分
    は5′末端にある、特許請求の範囲第23項記載のキッ
    ト。
  26. (26)試料中のポリヌクレオチド標的について競合的
    均質検定を行うための装置であって、 試薬および試料を収容するのに適した容器手段、ここで
    該試薬は第1プローブおよび第2プローブを含み、該第
    1および第2プローブは第1プローブが第2プローブと
    結合する第1の位置およびこれらのプローブの少なくと
    も1つが標的と結合する第2の位置をとることができ、
    これらのプローブは一方のプローブと会合した少なくと
    も1つの標識成分および他方のプローブと会合した第2
    標識成分を有し、該第1および第2標識成分は上記プロ
    ーブが第1の位置にあるとき相互作用して、該標識成分
    の一方の励起の際に上記位置の一方に特徴的な信号を発
    することができる; 上記標識成分の一方を励起する手段;および上記信号を
    検出する手段; を含む上記装置。
  27. (27)標識成分は螢光団であり、標識成分の一方を励
    起する手段が光源を含む、特許請求の範囲第26項記載
    の装置。
  28. (28)少なくとも1つの標識成分が化学発光剤であり
    、標識成分の一方を励起する手段が上記容器に化学発光
    補助因子を導入する手段を含む、特許請求の範囲第26
    項記載の装置。
  29. (29)上記検出手段は光検出器を含む、特許請求の範
    囲第26項記載の装置。
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