JPWO2007046158A1 - 核酸分析方法 - Google Patents
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Abstract
Description
BIOテクノロジージャーナル, vol.5, No.4, 394-396 (2005) Wang DG, et al., Science, 280, 1077-82 (1998) Winzeler EA, et al., Science, 281, 1194-97 (1998)
1−3、1−4…プライマー
1−5…PCR産物(増幅領域)
1−6…標識FITC
1−7…第二プローブ
1−8…標識TEXAS RED
1−9…標識ビオチン
1−10…第1配列
1−11…第2配列
1−12…第3配列
2−1…蛍光強度(バックグラウンド)
2−2…蛍光強度 何も添加せず
2−3…蛍光強度 第一配列のみを添加
2−4…蛍光強度 第一プローブのみ添加
3−1…第1配列
3−2…第一プローブ
4−1…安定な二本鎖状態
4−2…再会合が部分的に妨げられた状態
4−3、4−4…二本鎖PCR産物を構成する鎖
4−5…第一プローブ
5−1、5−2…鋳型二本鎖核酸を構成する鎖
5−3…第1配列
5−4…第2配列
5−5…第3配列
5−6…第1’配列
5−7…第2’配列
5−8…第3’配列
5−9…第3配列と第3’配列の中央付近が互いにハイブリダイズするような構造をとるようデザインされた第一プローブ
5−10…ループ構造をとる第3配列
5−11…第3配列がループ構造をとる第一プローブ
6−1…第一プローブ
6−2…第1配列
6−3…第2配列
6−4…第3配列
7−1…基板
7−2…第二プローブ(一本鎖)
7−3…リンカー
7−4…標識
7−5…一本鎖試料核酸
7−6…標識
7−7…一本鎖試料核酸と第二プローブのハイブリダイゼーション反応の様子
7−8…スタンフォード型DNAチップ
8−1…DNAチップによる検出結果(試料が一本鎖核酸の場合)
8−2…バックグラウンド
8−3…ハイブリした場合のシグナル
8−4…ハイブリしない場合のシグナル
8−5…DNAチップによる検出結果(二本鎖核酸を変性させて試料とした場合)
8−6…DNAチップによる検出結果(二本鎖核酸試料に本発明を適用した場合)
9−1…二本鎖試料核酸
9−2…再会合
9−3…二本鎖試料核酸と第二プローブのハイブリダイゼーション反応の様子
10−1…第一プローブ
10−2…二本鎖試料核酸と第二プローブのハイブリダイゼーション反応の様子(本発明を適用した場合)
11−1…ガラスビーズ
11−2…第二プローブ
11−3…キャピラリー
11−4…キャピラリーに一列に配列したガラスビーズ
11−5…蛍光標識されたターゲット核酸
11−6…シリンジ
11−7…プローブ固定化ビーズ
12−1…APSコート
12−2…クロスリンカーKMUS
12−3…プローブ配列
13−1…第1配列
13−2…第2配列
13−3…第3配列
13−4…第2配列の3’末端
13−5…第1配列の5’末端
14−1…PCR産物量(第一プローブ添加)
14−2…PCR産物量(コントロール:第一プローブ添加なし)
15−1…PCR効率(第一プローブ濃度3.4pmol)
15−2…PCR効率(第一プローブ濃度6.8pmol)
15−3…PCR効率(第一プローブ濃度10.2pmol)
15−4…PCR効率(コントロール:第一プローブ添加なし)
16−1…リアルタイムPCRの結果(コントロール:第一プローブ添加なし)
16−2…リアルタイムPCRの結果(第一プローブ添加)
17−1…PCR産物濃度(第一プローブ添加しない通常のPCR反応)
17−2…PCR産物濃度(第一プローブ添加)
18−1…TP53遺伝子のコドン175番を成す3塩基の中央の塩基
18−2…第二プローブ配列
18−3…第二プローブ配列の3’末端
18−4…第二プローブ配列内に挿入したミスマッチ塩基
19−1…BAMPER法の結果(第二プローブのみ添加)
19−2…BAMPER法の結果(第一プローブ及び第二プローブ添加)
本明細書は、本願の優先権の基礎である特願2005−306162号の明細書に記載された内容を包含する。
ここではTP53遺伝子のエキソン5を例にして説明する。本配列情報はNCBIデータベースのアクセッションナンバーNT_010718から得ることができる(配列の一部(配列番号1)は図1に記載した)。1−1及び1−2から成る鋳型二本鎖DNAに対して、1−3及び1−4のデザインのプライマーを作用させてPCR増幅反応を行った後の増幅領域は1−5で表される。伸長反応用の温調器にはサーマルサイクラーであるABI9700(Applied Biosystems)を使用した。PCR産物の確認にはマイクロチップ電気泳動解析システムSV1210(日立電子エンジニアリング)を使用した。オリゴ合成はシグマジェノシスに委託した。DNAポリメラーゼはQIAGEN社製品を、その他使用した試薬は極一般的な市販品を使用した。鋳型核酸(ヒトゲノム)はBIOCHAIN社より購入して使用した。
市販されているDNAチップは、Affymetrix社が発売したいわゆる“アフィメトリクス型”と、スタンフォード大学のパトリック・ブラウンらが考案した“スタンフォード型”の二つに大別される。“スタンフォード型”はあらかじめ用意したcDNAや合成オリゴDNAなどを細いピンなどでスライドガラスに滴下して作るシンプルなチップで、一つのスポットの中には大量のcDNA(二本鎖DNA)や一本鎖オリゴDNAが含まれており、これがプローブ(リファレンス)となって遺伝子を検出する。DNAチップ研究所の「AceGene(登録商標)」やGE Healthcare社の「CodeLink(登録商標)」、タカラバイオ社の「IntelliGene(登録商標)」などがこれに類する。“アフィメトリクス型”では半導体技術に用いられる光リソグラフィーにより、プローブ(一本鎖オリゴDNA)を基板上で垂直に合成するものである。Affymetrix社の「GeneChip(登録商標)」やアジレント・テクノロジーズ社のマイクロアレイなどが挙げられる。プローブを基板上に固定する技術以外にも、三菱レイヨン社の「Genopal(登録商標)」やTUMジーン社のECAチップ(Electrochemical Array)などが挙げられる。いずれもプローブとなる一本鎖あるいは二本鎖のDNAと、試料DNAのハイブリダイズ効率により解析結果は影響を受ける。これらにも本発明を応用することが可能である。
平板状のDNAチップは一般的に使用されており、様々な用途に用いられている。しかし、特に医用・診断用途にはさらに高い感度と短時間での計測が求められる。検査項目数に関しては、網羅的な解析ではないためせいぜい100種に対応できればよいが、検査項目の組み合わせの変更が容易であることが望ましい。またサンプル間のコンタミネーションを防ぐため、使い捨て可能であることも要件の一つである。これらの要件を満たすべく開発されたのが『ビーズチップ』である。これは、約100ミクロンのガラスビーズ11−1に前記第二プローブ11−2を固定し、ほぼ同サイズのキャピラリー11−3あるいはマイクロチップ中の溝に一列に配列した構成をとる。第二プローブの種類毎にガラスビーズ表面への固定化反応を行い、そこから固定化ビーズを一つずつ取り出し、意図した順序に並べてデバイスを作製するため、ビーズの順列によりプローブ種の識別を行うことができる。蛍光標識されたターゲット核酸11−5を含むサンプル溶液をデバイス中でシリンジ11−6により往復送液することで、ターゲット核酸11−5がビーズ11−1上のプローブ11−2に捕捉される。通常の平板状のDNAチップを用いた場合には、ターゲットDNAが拡散によりプローブDNAまで到達する時間が必要で、そのため反応に長い時間を必要とするが、このビーズチップの場合には、サンプル溶液の流れが乱流になり、実効的な拡散が非常に早くなっているため、早い反応及び検出が可能になっている(小原賢信,『DNAチップ実験まるわかり』羊土社,124−127(2004))。
上記効果はPCR反応のような特定の遺伝子領域の増幅を目的とする場合にも適用される。本実施例では、図13に示す遺伝子配列(TP53遺伝子エキソン5:配列番号1)を使用した場合について説明する。1−1及び1−2から成る鋳型二本鎖DNAに対して、1−3及び1−4のデザインのプライマー(第二プローブ)を作用させることにより1−5で表される領域をPCR増幅した。PCR反応は〔実施例1〕と同様の条件で行った。このとき鋳型DNA量が1×10-22 molでプライマー量が3.4 pmol/反応の時、同時に第1配列13−1・第2配列13−2・第3配列13−3(GATCTGCGATCTAAGTAAGCTTGGC(配列番号2))から成る第一プローブを6.8pmol添加した場合としなかった場合の結果を比較した。
個々の検体で見られる塩基変異を解析するのに適した手法として、BAMPER(Bioluminometric Assay coupled with Modified Probe Extension Reactions)法(Guo-hua Zhou, et al., Nucleic Acid Research, 29, e93 (2001))があり、実用化に向けた研究が行われている(Y Nakashima, et al., Clinical Chemistry, 50, 8, 1417-1420 (2004))。これは生物発光を利用した塩基変異解析技術であり、変異型に対応した2〜4種類のプローブ(3’末端がそれぞれA・G・C・T)を用いて伸長反応を行うと、検出部位の塩基型に一致するプローブを用いた場合にのみ伸長反応が進行する。その際に生成するピロリン酸をATPに変換し、ルシフェリン・ルシフェラーゼ反応を利用して発光させる。この発光を測定すると数分間で塩基型を判定することができる。この簡便な方法は一般に癌組織細胞中で観察される点変異や、一から数塩基の挿入あるいは欠失、あるいは一塩基多型(SNP)の検出に有効である。以下に手順を示す。
配列番号2−第3配列(1−12)および(13−3)
Claims (20)
- 二本鎖核酸の一方の鎖に相補的な第1配列と、他方の鎖に相補的な第2配列と、前記第1配列及び第2配列とを連結する第3配列とを有する第一プローブを、前記二本鎖核酸にハイブリダイズさせる工程と、少なくとも1種類の第二プローブを前記二本鎖核酸にハイブリダイズさせる工程とを有することを特徴とする核酸分析方法。
- 前記第一プローブを構成する第3配列が10mer以上100mer以下であり、前記二本鎖核酸のいずれの配列とも非相補であることを特徴とする、請求項1に記載の核酸分析方法。
- 前記二本鎖核酸上の第二プローブの結合領域が、前記二本鎖核酸上の前記第1配列及び前記第2配列の結合領域の間に位置することを特徴とする、請求項1又は2に記載の核酸分析方法。
- 前記第1配列及び第2配列が、それぞれ前記二本鎖核酸上の第二プローブの結合領域の末端から少なくとも10塩基以上離れた位置にハイブリダイズすることを特徴とする、請求項3に記載の核酸分析方法。
- 前記第一プローブを構成する第3配列が鎖内結合によりループ状の立体構造を形成することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の核酸分析方法。
- 前記第一プローブを2種以上用いた核酸分析方法であって、前記二本鎖核酸の近傍にハイブリダイズした2種類の第一プローブが、その第3配列間で相補鎖結合を形成することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の核酸分析方法。
- 前記第二プローブの二本鎖核酸へのハイブリダイゼーション量を計測することにより、前記二本鎖核酸の定量を行うことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の核酸分析方法。
- 前記第二プローブが蛍光体又は放射性同位体で標識されており、その蛍光量又は放射線量で前記第二プローブの二本鎖核酸へのハイブリダイゼーション量を測定するか、あるいは、
前記第二プローブがアルカリフォスファターゼ、ペルオキシダーゼ、βカラクトシダーゼ、及びルシフェラーゼから選択されるいずれかの酵素で標識されており、前記酵素とその基質との反応で生じる発光あるいは発色によって前記第二プローブの二本鎖核酸へのハイブリダイゼーション量を測定することを特徴とする、請求項7に記載の核酸分析方法。 - 前記二本鎖核酸にハイブリダイズした前記第二プローブからの相補鎖伸長反応を行う工程をさらに有することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の核酸分析方法。
- 前記第一プローブがその3’末端からの相補鎖伸長をしない構造であることを特徴とする、請求項9に記載の核酸分析方法。
- 前記第一プローブの3’末端に存在する3塩基の少なくとも1塩基が、前記第一プローブの二本鎖核酸上の結合領域とミスマッチになるような構造であることを特徴とする、請求項9に記載の核酸分析方法。
- 前記第一プローブの3’末端に、前記第一プローブの二本鎖核酸上の結合領域とは相補でない配列が付加されていることを特徴とする、請求項9に記載の核酸分析方法。
- 前記第一プローブの3’末端に存在する3塩基の少なくとも1塩基の水酸基が、修飾又は別の官能基で置換されていることを特徴とする、請求項9に記載の核酸分析方法。
- 前記第二プローブが固相に固定化されていることを特徴とする、請求項9に記載の核酸分析方法。
- 変異を有することが予測される二本鎖核酸を含む核酸試料に、前記変異の候補部位とその3’末端でハイブリダイズする第二プローブと前記第一プローブとを同時に添加する工程と、ハイブリダイズした前記第一及び第二プローブからの伸長反応を行う工程と、前記伸長反応の結果から前記二本鎖核酸が変異部位を有するか否かを判定する工程を有する、請求項9に記載の核酸分析方法。
- 前記第二プローブからの伸長反応が一塩基伸長反応であり、その際導入される塩基種を識別することにより、前記第二プローブの3’末端側隣接塩基が変異を有するか否かを判定することを特徴とする、請求項15に記載の核酸分析方法。
- 前記伸長反応が、前記二本鎖核酸と前記第一プローブの3’末端に存在する少なくとも2塩基が相補的な場合に起こることを特徴とする、請求項15又は16に記載の核酸分析方法。
- 前記第二プローブが、前記二本鎖核酸上の結合領域とミスマッチになるような構造を有することを特徴とする、請求項15〜17のいずれか1項に記載の核酸分析方法。
- 前記第二プローブが増幅用上流プライマー及び下流プライマーであって、これにより前記二本鎖核酸の少なくとも一部の領域を増幅する工程を含み、且つ、前記第1配列及び前記第2配列が前記二本鎖核酸上の前記プライマーによる増幅領域を含む周辺配列に対してハイブリダイズすることを特徴とする、請求項1に記載の核酸分析方法。
- 前記第1配列及び前記第2配列は、前記二本鎖核酸上の前記領域の末端からそれぞれ500塩基以内の領域にハイブリダイズすることを特徴とする、請求項19に記載の核酸分析方法。
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