JPWO2015108177A1 - ガイドプローブを用いた修飾核酸塩基の測定方法およびそのためのキット - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の目的はまた、二本鎖の標的核酸中の修飾核酸塩基の検出感度を向上させること(即ち、特定課題Iの解決)を目的とする。
本発明の目的はさらに、上述した二次構造の形成を回避することにより、修飾核酸塩基の検出感度を向上させること(即ち、特定課題IIの解決)を目的とする。
本発明の目的はまた、これらの特定課題を同時に解決できる方法論を開発することを目的とする。
〔1〕以下を含む、修飾核酸塩基の測定方法:
(1)核酸サンプル、捕捉プローブおよびガイドプローブを溶液中でインキュベートすること;ならびに
(2)(1)で得られた溶液において、修飾核酸塩基に対する抗体を用いて修飾核酸塩基を測定すること。
〔2〕核酸サンプルが、修飾核酸塩基を含む標的核酸を含有し、かつ工程(1)および(2)がそれぞれ(1’)および(2’)により行われる、〔1〕の方法:
(1’)修飾核酸塩基を含む標的核酸を含有する核酸サンプル、捕捉プローブおよびガイドプローブを溶液中でインキュベートにより反応させて、当該標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブから構成されるハイブリッドを形成すること;ならびに
(2’)当該ハイブリッドを含む溶液において、修飾核酸塩基に対する抗体を用いて修飾核酸塩基を測定すること。
〔3〕前記核酸サンプルと、捕捉プローブおよびガイドプローブを溶液中で合わせて、前記核酸サンプル、捕捉プローブおよびガイドプローブを含有する溶液を調製することをさらに含む、〔1〕または〔2〕の方法。
〔4〕前記核酸サンプルが、修飾核酸塩基を含む一本鎖の標的核酸を含有するサンプルである、〔1〕〜〔3〕のいずれかの方法。
〔5〕前記核酸サンプルが、修飾核酸塩基を含む二本鎖の標的核酸を含有するサンプルである、〔1〕〜〔3〕のいずれかの方法。
〔6〕前記核酸サンプルが、修飾核酸塩基を含む標的DNAを含有するサンプルである、〔1〕〜〔5〕のいずれかの方法。
〔7〕核酸変性剤の存在下で、前記核酸サンプル、捕捉プローブおよびガイドプローブを溶液中でインキュベートすることを含む、〔1〕〜〔6〕のいずれかの方法。
〔8〕核酸変性剤および界面活性剤の双方の存在下で、前記核酸サンプル、捕捉プローブおよびガイドプローブを溶液中でインキュベートすることを含む、〔1〕〜〔7〕のいずれかの方法。
〔9〕捕捉プローブが異種核酸プローブである、〔1〕〜〔8〕のいずれかの方法。
〔10〕ガイドプローブが同種核酸プローブである、〔1〕〜〔9〕のいずれかの方法。
〔11〕修飾核酸塩基を構成する核酸塩基がシトシンである、〔1〕〜〔10〕のいずれかの方法。
〔12〕修飾核酸塩基がメチルシトシンである、〔1〕〜〔11〕のいずれかの方法。
〔13〕以下を含む、修飾核酸塩基の測定用キット:
(I)ガイドプローブ;ならびに
(II)捕捉プローブ、および/または修飾核酸塩基に対する抗体。
〔14〕核酸変性剤をさらに含む、〔13〕のキット。
〔15〕界面活性剤をさらに含む、〔14〕のキット。
本発明はまた、ガイドプローブを用いることにより、および必要に応じて、核酸変性剤の存在下でガイドプローブを用いることにより、二本鎖の標的核酸中の修飾核酸塩基の検出感度を向上できる。
本発明はさらに、ガイドプローブを用いることにより、上述した二次構造の形成を回避することにより、修飾核酸塩基の検出感度を向上できる。
本発明はさらに、核酸変性剤および界面活性剤の双方の存在下でガイドプローブを用いることにより、検出シグナルのバックグランド値を低減できる。
(1)核酸サンプル、捕捉プローブおよびガイドプローブを溶液中でインキュベートすること;ならびに
(2)(1)で得られた溶液において、修飾核酸塩基に対する抗体を用いて修飾核酸塩基を測定すること。
ここで、工程(1)についての表現「核酸サンプル、捕捉プローブおよびガイドプローブを溶液中でインキュベートする」とは、標的核酸(核酸サンプルが標的核酸を含有する場合)、捕捉プローブおよびガイドプローブから構成されるハイブリッドが最終的に形成されるように、核酸サンプル、捕捉プローブおよびガイドプローブが同時または時間差の様式においてインキュベートされることが意図される。
したがって、上記表現は、具体的には、以下の態様を包含するものである:
(1−1)核酸サンプル、捕捉プローブおよびガイドプローブを溶液中で同時にインキュベートすること;
(1−2)核酸サンプルおよび捕捉プローブを先ずインキュベートし(核酸サンプルが標的核酸を含む場合、標的核酸および捕捉プローブから構成される中間ハイブリッドが形成される)、次いで、本インキュベーションにより得られた溶液をガイドプローブと組み合わせてさらにインキュベートすること(核酸サンプルが標的核酸を含む場合、標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブから構成されるハイブリッドが形成される);ならびに
(1−3)捕捉プローブおよびガイドプローブを先ずインキュベートし(捕捉プローブおよびガイドプローブから構成される中間ハイブリッドが形成される)、次いで、本インキュベーションにより得られた溶液を核酸サンプルと組み合わせてさらにインキュベートすること(核酸サンプルが標的核酸を含む場合、標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブから構成されるハイブリッドが形成される)。
核酸サンプルが標的核酸を含まない場合、核酸サンプル、捕捉プローブおよびガイドプローブを溶液中でインキュベートしても、標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブから構成される目的のハイブリッドは形成されない。この場合、後述する工程(2)において、修飾核酸塩基を検出することはできないが、核酸サンプル中に修飾核酸塩基が存在しないことを判定できる。
核酸サンプルが修飾核酸塩基を含まない標的核酸(換言すれば、非修飾核酸塩基のみを含む標的核酸)を含有する場合、核酸サンプル、捕捉プローブおよびガイドプローブを溶液中でインキュベートすることにより、修飾核酸塩基を含まない標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブが反応(ハイブリダイゼーション反応を意味する。以下同様)して、当該標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブから構成されるハイブリッドが形成される。この場合、後述する工程(2)において、修飾核酸塩基を検出することはできないが、核酸サンプル中に(標的核酸が存在するにもかかわらず)修飾核酸塩基が存在しないこと、換言すれば、標的核酸中の所定の核酸塩基が修飾されていないことを判定できる。
核酸サンプルが修飾核酸塩基を含む標的核酸を含有する場合、核酸サンプル、捕捉プローブおよびガイドプローブを溶液中でインキュベートすることにより、修飾核酸塩基を含む標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブが反応して、当該標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブから構成されるハイブリッドが形成される。この場合、後述する工程(2)において、修飾核酸塩基が存在することを判定でき、また修飾核酸塩基を定量することもできる。
インキュベーション溶液中の捕捉プローブの濃度は、本発明の方法により標的核酸が検出可能である限り特に限定されないが、例えば0.1nM以上、好ましくは1nM以上、より好ましくは10nM以上であってもよい。溶液中の捕捉プローブの濃度はまた、例えば1M以下、100mM以下、10mM以下、1mM以下、100μM以下、10μM以下または1μM以下であってもよい。したがって、このような濃度が達成されるように、捕捉プローブを溶液に添加してもよい。
インキュベーション溶液中のガイドプローブの濃度は、本発明の方法により標的核酸が検出可能である限り特に限定されないが、例えば0.1nM以上、好ましくは1nM以上、より好ましくは10nM以上であってもよい。溶液中の捕捉プローブの濃度はまた、例えば1M以下、100mM以下、10mM以下、1mM以下、100μM以下、10μM以下または1μM以下であってもよい。したがって、このような濃度が達成されるように、ガイドプローブを溶液に添加してもよい。
カオトロピック剤としては、例えば、グアニジニウムイオン、バリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、チオシアン酸イオン、過塩素酸イオン、硝酸イオン、臭素イオン、ヨウ化物イオン、ウレア、およびそれらの塩(例、金属塩、無機塩、有機塩)が挙げられる。好ましくは、カオトロピック剤は、グアニジンチオシアネート、グアニジン塩酸塩、またはウレアである。
本発明において、電子供与性化合物とは、核酸の変性作用を有する、電子供与性のヘテロ原子含有化合物をいう。ヘテロ原子としては、例えば、窒素原子、酸素原子および硫黄原子が挙げられる。好ましくは、電子供与性化合物は、電子供与性を有する複素環化合物である。このような複素環化合物としては、例えば、非芳香族複素環化合物、およびπ電子過剰の芳香族複素環(例、5員環の芳香族複素環)を有する化合物が挙げられる。電子供与性を有する複素環化合物としては、例えば、電子供与性を有し、環中にヘテロ原子を1個または2個以上含んでなる5員環構造を有する単環式芳香族複素環化合物(例、ピロール、ピラゾール、イミダゾール)およびその縮合環化合物(例、インドール、ベンゾイミダゾール)、ならびに電子供与性を有し、環中にヘテロ原子を1個または2個以上含んでなる非芳香族複素環化合物(例、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン)が挙げられる。好ましくは、ヘテロ原子は、窒素原子である。
アニオン性界面活性剤としては、例えば、ヘキシル硫酸、オクチル硫酸、デシル硫酸、ドデシル硫酸、テトラデシル硫酸、ヘキサデシル硫酸、ドデシルホスホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、n−ラウロイルサルコシン、およびn−ドデカノイルサルコシン酸、ならびにこれらの塩(例、ナトリウム塩)が挙げられる。
カチオン性界面活性剤としては、例えば、4級アンモニウム化合物(例、セチルジメチルエチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、およびミリスチルトリメチルアンモニウム)および4級ホスホニウム化合物、ならびにこれらの塩(例、ハロゲン化物)が挙げられる。
両性界面活性剤としては、例えば、Zwittergent、ASB−14、3−N(N,N−ジメチルオクチルアンモニオ)プロパンスルホン酸、3−n(N,N−ジメチルオクチルアンモニオ)プロパンスルホン酸、3−(デシルジメチルアンモニオ)プロパンスルホナート酸、N−ドデシルN,N−ジメチル−3アンモニオ−1プロパンスルホン酸、3−(N,N−ジメチルミリスチルアンモニオ)プロパンスルホン酸、3−(N,N−ジメチルパルミチルアンモニオ)プロパンスルホン酸、および3−(N,N−ジメチルオクタデシルアンモニオ)プロパンスルホン酸、ならびにこれらの塩が挙げられる。
非イオン性界面活性剤としては、例えば、Tween系界面活性剤(例、Tween−20、Tween−40、Tween−60、Tween−80)、TritonX系界面活性剤(例、TritonX−100)、MEGA系界面活性剤(例、Mega−8)、NP40が挙げられる。
例えば、修飾核酸塩基に対するポリクローナル抗体は、上記複合体を抗原として、市販のアジュバント(例、完全または不完全フロイントアジュバント)とともに、動物の皮下あるいは腹腔内に2〜3週間おきに2〜4回程度投与し、最終免疫から約3〜約10日後に全血を採取して抗血清を精製することにより取得できる。抗原を投与する動物としては、例えば、ラット、マウス、ウサギ、ヤギ、ウシ、モルモット、ハムスターなどの哺乳動物が挙げられる。
修飾核酸塩基に対するモノクローナル抗体は、例えば、細胞融合法により作製できる。例えば、上記複合体を市販のアジュバントと共にマウスに2〜4回皮下または腹腔内に投与し、最終投与の約3日後に脾臓あるいはリンパ節を採取し、白血球を採取する。この白血球と骨髄腫細胞(例、NS−1)を細胞融合して該因子に対するモノクローナル抗体を産生するハイブリドーマを得る。細胞融合としては、PEG法、電圧パルス法が挙げられる。所望のモノクローナル抗体を産生するハイブリドーマは、周知のEIAまたはRIA法等を用いて抗原と特異的に結合する抗体を、培養上清中から検出することにより選択できる。モノクローナル抗体を産生するハイブリドーマの培養は、インビトロ、またはマウスもしくはラット、好ましくはマウス腹水中等のインビボで行うことができ、抗体はそれぞれハイブリドーマの培養上清および動物の腹水から取得できる。モノクローナル抗体は、IgG、IgM、IgA、IgE等のいずれのアイソタイプであってもよい。あるいは、モノクローナル抗体の作製方法としては、ファージディスプレイ法(Ulmanら,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,90,1184−89(1993))、ADLibシステム(国際公開第2004/011644号)等のin vitro法も知られているので、修飾核酸塩基に対する抗体の作製のため、このような方法を使用してもよい。
(2−1)上記工程(1)で得られた溶液において、修飾核酸塩基に対する抗体を用いてアッセイして、シグナル値を計測すること;
(2−2)修飾核酸塩基を含む標的核酸を含有せず、かつ捕捉プローブおよびガイドプローブを含有する溶液において、修飾核酸塩基に対する抗体を用いてアッセイして、バックグランド値を計測すること;および
(2−3)シグナル値をバックグランド値と比較して、修飾核酸塩基の有無を評価すること。
修飾核酸塩基の測定において、シグナル値およびバックグランド値は、修飾核酸塩基に対する抗体または2次抗体(2次抗体が用いられる場合)に結合した標識を利用して計測される値(例、吸光度、蛍光度、発色度、および放射活性)である。
(2−1’)上記工程(1)で得られた溶液において、修飾核酸塩基に対する抗体を用いてアッセイして、シグナル値を計測すること;
(2−2’)修飾核酸塩基を含む標的核酸を含有せず、かつ捕捉プローブおよびガイドプローブを含有する溶液において、修飾核酸塩基に対する抗体を用いてアッセイして、バックグランド値を計測すること;
(2−3’)バックグランド値でシグナル値を補正して、補正シグナル値を得ること;ならびに
(2−4’)補正シグナル値に基づき、修飾核酸塩基の量を評価すること。
(2−1’’)上記工程(1)で得られた溶液において、修飾核酸塩基に対する抗体を用いてアッセイして、シグナル値を計測すること;
(2−2’’)修飾核酸塩基を含む標的核酸(標品)、かつ捕捉プローブおよびガイドプローブを含有する溶液において、修飾核酸塩基に対する抗体を用いてアッセイして、検量用値を計測すること;ならびに
(2−3’’)シグナル値を検量用値に照合して、修飾核酸塩基の量を評価すること。
標品を用いる上記測定は、バックグランド値の上記測定と併用されてもよい。
(i)修飾核酸塩基を含む標的核酸を含有する核酸サンプル、第1の親和性物質で標識された捕捉プローブ、およびガイドプローブを溶液中でインキュベートして、当該標的核酸、当該捕捉プローブおよびガイドプローブから構成されるハイブリッドを形成すること;
(ii)ハイブリッドを、第2の親和性物質で処理された固相に固定すること;
(iii)修飾核酸塩基に対する1次抗体を、固相に固定されたハイブリッドと反応させて、1次抗体とハイブリッドとの1次複合体を得ること;
(iv)標識物質で標識された2次抗体を1次複合体と反応させて、2次抗体と1次抗体との2次複合体を得ること;ならびに
(v)2次複合体中の2次抗体が有する標識物質を利用して、形成されたハイブリッド(換言すれば、修飾核酸塩基)の存在および/または量を測定すること
第1の親和性物質および第2の親和性物質は、互いに親和性を有する組合せ(例、ビオチンとストレプトアビジンとの組合せ)で用いられる。なお、本発明の方法は、上記工程(i)および(ii)の代わりに、(i’)修飾核酸塩基を含む標的核酸を含有する核酸サンプル、固相に固定された捕捉プローブ、およびガイドプローブを溶液中でインキュベートして、当該標的核酸、当該捕捉プローブおよびガイドプローブから構成されるハイブリッドを形成することを含んでいてもよい。この場合、固相に固定された捕捉プローブを得ること(例、第1の親和性物質で標識された捕捉プローブを、第2の親和性物質で処理された固相に加えること)をさらに含んでいてもよい。本発明の方法は、工程(iii)の前に、固相を洗浄することを含んでいてもよい。2次抗体は、1次抗体のみを認識する抗体(例、1次抗体の定常領域に結合する抗体)であってもよいが、2次複合体中の1次抗体および1次複合体の双方を認識するものであってもよい。(i)〜(v)を含む本発明の方法はまた、本明細書中に詳細に記載された方法論にしたがって行うことができる。
(I)ガイドプローブ;ならびに
(II)捕捉プローブ、および/または修飾核酸塩基に対する抗体。
ガイドプローブ、捕捉プローブ、および修飾核酸塩基に対する抗体は、上述したとおりである。例えば、捕捉プローブは、親和性物質で標識されていてもよく、修飾核酸塩基に対する抗体は、標識物質で標識されていてもよい。本発明のキットは、親和性物質、標識物質、2次抗体、2次抗体の検出試薬(例、2次抗体が酵素で標識されている場合には、その酵素の基質)および固相等の上述したような構成成分をさらに含んでいてもよい。固相は、親和性物質で処理されていてもよい。本発明のキットはまた、修飾核酸塩基の標品、または修飾核酸塩基を含む標的核酸の標品を、溶液としてまたは粉末として含んでいてもよい。好ましくは、本発明のキットは、ガイドプローブ、捕捉プローブ、および修飾核酸塩基に対する抗体を含む。本発明のキットはまた、上述したような核酸変性剤をさらに含んでいてもよい。本発明のキットはまた、上述したような界面活性剤をさらに含んでいてもよい。
1−1)標的核酸の調製
標的核酸は下記に示す手順で調製した。
標的核酸の調製には、ポリメラーゼ・チェーン・リアクション(PCR)法を使用した。PCR用の酵素としては東洋紡績社製KOD Plus(商品番号:KOD−201)、核酸増幅用の2種類のプライマーとしては北海道システムサイエンス社により人工合成された、フォワードプライマー:5’−TAGAACGCTTTGCGTCCCGAC−3’(配列番号1)、リバースプライマー:5’−CTGCAGGACCACTCGAGGCTG−3’(配列番号2)を使用した。PCR増幅のプロトコールは、94℃で2分間加熱した後、94℃を15秒、55℃を30秒、68℃を1分、を1セットとして30サイクルとした。
北海道システムサイエンス社により人工合成された核酸(ヌクレオチド配列:5’−TAGAACGCTTTGCGTCCCGACGCCCGCAGGTCCTCGCGGTGCGCACCGTTTGCGACTTGGTGAGTGTCTGGGTCGCCTCGCTCCCGGAAGAGTGCGGAGCTCTCCCTCGGGACGGTGGCAGCCTCGAGTGGTCCTGCA−3’(配列番号3))を鋳型として用いてPCR増幅を行った後、キアゲン社QIAquick PCR Purification Kitを使用して精製することで、138塩基対の核酸を調製した。
上記で調製した138塩基対の核酸中のCpGのシトシンをメチル化するため、Thermo Scientific社CpG Methyltransferase(M.SssI)(商品番号:EM0821)で処理を行った。反応溶液は添付文書に従って調製した。37℃で20分間反応させた後、65℃でさらに20分間反応させた後、キアゲン社QIAquick Nucleotide Removal Kitを使用して精製することで、標的核酸(配列番号3のヌクレオチド配列からなるメチル化二本鎖DNA)を得た。
標的核酸の捕捉プローブのヌクレオチド配列は5’−UGCAGGACCACUCGAGGCUGCCAC−3’(配列番号4)(核酸の主鎖は2’−O−メチル化RNA、5’末端はビオチン標識)であり、北海道システムサイエンス社により人工合成されたものを使用した。5−メチルシトシンを含む標的核酸として、一本鎖の標的核酸(配列番号3のヌクレオチド配列からなるメチル化一本鎖DNA)は北海道システムサイエンス社により人工合成されたもの、二本鎖の標的核酸(配列番号3のヌクレオチド配列からなるメチル化二本鎖DNA)は参考例1−1)で調製したものをそれぞれ使用した。
まず、5−メチルシトシンを含む標的核酸(100fmol、10fmol、1fmol、0.1fmol、または0.01fmol)と捕捉プローブ(5pmol)をハイブリダイゼーション緩衝液(5×SSC、0.1%(v/v) Tween20)100μL中に溶解させた。95℃で5分間反応〔変性反応(一本鎖の標的核酸)または解離および変性反応(二本鎖の標的核酸)〕させた後、37℃で1時間ハイブリダイゼーション反応させることで、標的核酸と捕捉プローブのハイブリッドを形成させた。また、標的核酸を含まない溶液も調製し、同様の操作を行った。ハイブリダイゼーション反応後の溶液に、375μg/mLのストレプトアビジンでコートされた磁性粒子(インビトロジェン社製Dynabeads M−280 Streptavidin)を50μL加え、37℃で30分反応させることで、磁性粒子上に核酸のハイブリッドを固定化した。250μLのTBS−Tで3回洗浄し、100ng/mLの抗メチルシトシン抗体(ニッポンジーン社製、Clone33D3)を125μLずつ加え、37℃で1時間反応させた。250μLのTBS−Tで3回洗浄し、250ng/mLのアルカリフォスファターゼ標識抗IgG抗体(Millipore社製)を125μLずつ加え、37℃で30分反応させた。250μLのTBS−Tで3回洗浄した後、化学発光基質AMPPD溶液を110μLずつ加え、37℃で5分反応させた。その後、マイクロプレートリーダー(PerkinElmer社製Arvo)により発光カウントを測定した。
1−1)捕捉プローブおよびガイドプローブを用いた測定
標的核酸の捕捉プローブのヌクレオチド配列は配列番号4のヌクレオチド配列(核酸の主鎖は2’−O−メチル化RNA、5’末端はビオチン標識)、ガイドプローブのヌクレオチド配列は5’−CCCAGGGAGAGCTCCCACTCTTCCGGAGCAGGCACCCAGACACTCACCAAGTCCAAACGTGCCACCCAGGACCTGCGGCTCGGACCAAAGCTTCTA−3’(配列番号5)(ガイドプローブ1)であり、北海道システムサイエンス社により人工合成されたものをそれぞれ使用した。ガイドプローブ1は、捕捉プローブがハイブリダイズする標的核酸中の領域とは異なる領域において、標的核酸にハイブリダイズできるように設計された。5−メチルシトシンを含む標的核酸として、一本鎖の標的核酸(配列番号3のヌクレオチド配列からなるメチル化一本鎖DNA)は北海道システムサイエンス社により人工合成されたものを使用した。
まず、5−メチルシトシンを含む標的核酸(10fmol、または1fmol)と捕捉プローブ(5pmol)、ガイドプローブ(1pmol)をハイブリダイゼーション緩衝液(5×SSC、0.1%(v/v) Tween20)100μL中に溶解させた。95℃で5分間変性反応させた後、37℃で1時間ハイブリダイゼーション反応させることで、標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブから構成されるハイブリッドを形成させた。また、標的核酸を含まない溶液も調製し、同様の操作を行った。ハイブリダイゼーション反応後の溶液に、375μg/mLのストレプトアビジンでコートされた磁性粒子(インビトロジェン社製Dynabeads M−280 Streptavidin)を50μL加え、37℃で30分反応させることで、磁性粒子上に核酸のハイブリッドを固定化した。250μLのTBS−Tで3回洗浄し、100ng/mLの抗メチルシトシン抗体(ニッポンジーン社製、Clone33D3)を125μLずつ加え、37℃で1時間反応させた。250μLのTBS−Tで3回洗浄し、250ng/mLのアルカリフォスファターゼ標識抗IgG抗体(Millipore社製)を125μLずつ加え、37℃で30分反応させた。250μLのTBS−Tで3回洗浄した後、化学発光基質AMPPD溶液を110μLずつ加え、37℃で5分反応させた。その後、マイクロプレートリーダー(PerkinElmer社製Arvo)により発光カウントを測定した。
ガイドプローブを添加しなかったこと以外は、実施例1−1)と同様の方法で試験した。
ガイドプローブを用いて測定された発光カウントは、ガイドプローブを用いずに測定された発光カウントに比し、著しく向上した(表2、図5)。
一本鎖の標的核酸とガイドプローブとのハイブリッドの形成により発光カウントが上昇したという事実は、ガイドプローブの非存在下では、捕捉プローブを介して固相(磁性粒子)上に捕捉された一本鎖の標的核酸が二次構造を形成しており、抗体が二次構造中の修飾核酸塩基を認識し難いことを示唆する(図3)。すなわち、特定課題IIが潜在的に存在していたと考えられる。
一方、ガイドプローブは、一本鎖の標的核酸および捕捉プローブから構成されるハイブリッド中の非ハイブリダイズ領域(ガイドプローブの非存在下で二次構造を形成し得る一本鎖領域)とハイブリダイズすることにより、二次構造をほどくことができ、それにより抗体が修飾核酸を効率よく認識できること(換言すれば、検出感度の向上)が確認できた(表2、図5を参照)。すなわち、ガイドプローブの使用により特定課題IIを解決できた。
2−1)捕捉プローブおよびガイドプローブを用いた測定
5−メチルシトシンを含む標的核酸として、参考例1−1)で調製した二本鎖の標的核酸を使用した以外は、実施例1と同様の方法で試験した。
ガイドプローブを添加しなかったこと以外は、実施例2−1)と同様の方法で試験した。
二本鎖の標的核酸においても、一本鎖の標的核酸と同様に、ガイドプローブの添加の効果が確認できた(表3、図6)。これは、標的核酸に対して相補鎖および捕捉プローブが競合していた状態であったものが、ガイドプローブの添加により、標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブのハイブリッド形成に傾いたためであると考えられる。同時に、二本鎖の標的核酸であっても、捕捉プローブとハイブリッドを形成したときに生じる非ハイブリダイズ領域が、ガイドプローブとハイブリダイズすることにより、二次構造の形成を回避できるためであると考えられる。
3−1)カオトロピック剤の存在下におけるガイドプローブの使用による測定
標的核酸の捕捉プローブのヌクレオチド配列は配列番号4のヌクレオチド配列(核酸の主鎖は2’−O−メチル化RNA、5’末端はビオチン標識)、ガイドプローブのヌクレオチド配列は配列番号5のヌクレオチド配列(ガイドプローブ1)であり、北海道システムサイエンス社により人工合成されたものをそれぞれ使用した。5−メチルシトシンを含む標的核酸として、参考例1−1)で調製した二本鎖の標的核酸を使用した。カオトロピック剤として、グアニジンチオシアネートを用いた。
まず、5−メチルシトシンを含む二本鎖の標的核酸(10fmol、または1fmol)と捕捉プローブ(5pmol)、ガイドプローブ(1pmol)をグアニジンチオシアネート(+)緩衝液(100mM Tris−HCl、4.2M グアニジンチオシアネート、50mM EDTA・2Na)100μL中に溶解させた。95℃で5分間解離および変性反応させた後、37℃で1時間ハイブリダイゼーション反応させることで、標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブから構成されるハイブリッドを形成させた。また、標的核酸を含まない溶液も調製し、同様の操作を行った。ハイブリダイゼーション反応後の溶液に、375μg/mLのストレプトアビジンでコートされた磁性粒子(インビトロジェン社製Dynabeads M−280 Streptavidin)を50μL加え、37℃で30分反応させることで、磁性粒子上にハイブリッドを固定化した。250μLのTBS−Tで3回洗浄し、100ng/mLの抗メチルシトシン抗体(ニッポンジーン社製、Clone33D3)を125μLずつ加え、37℃で1時間反応させた。250μLのTBS−Tで3回洗浄し、250ng/mLのアルカリフォスファターゼ標識抗IgG抗体(Millipore社製)を125μLずつ加え、37℃で30分反応させた。250μLのTBS−Tで3回洗浄した後、化学発光基質AMPPD溶液を110μLずつ加え、37℃で5分反応させた。その後、マイクロプレートリーダー(PerkinElmer社製Arvo)により発光カウントを測定した。
標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブから構成されるハイブリッドを形成させるときに、ハイブリダイゼーション緩衝液(5×SSC、0.1%(v/v) Tween20)を使用したこと以外は、3−1)と同様の方法で試験した。
標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブから構成されるハイブリッドを形成させるときに、グアニジンチオシアネート(−)緩衝液(100mM Tris−HCl、50mM EDTA・2Na)を使用したこと以外は、3−1)と同様の方法で試験した。
カオトロピック剤を含む条件でハイブリダイゼーション反応を行うと、発光カウントが著しく上昇した(表4、図7)。このことは、二本鎖の標的核酸とガイドプローブとのハイブリッドの形成が促進され、固相(磁性粒子)上への標的核酸の捕捉効率が向上することを示す。
標的核酸の捕捉プローブのヌクレオチド配列は配列番号4のヌクレオチド配列(核酸の主鎖は2’−O−メチル化RNA、5’末端はビオチン標識)、ガイドプローブのヌクレオチド配列は配列番号5のヌクレオチド配列(ガイドプローブ1)であり、北海道システムサイエンス社により人工合成されたものをそれぞれ使用した。5−メチルシトシンを含む標的核酸として、一本鎖の標的核酸は北海道システムサイエンス社により人工合成されたもの、二本鎖の標的核酸は参考例1−1)で調製したものを使用した。カオトロピック剤として、グアニジンチオシアネートを用いた。
まず、一本鎖または二本鎖の5−メチルシトシンを含む標的核酸(10fmol、1fmol、0.1fmol、または0.01fmol)と捕捉プローブ(5pmol)、ガイドプローブ(1pmol)をグアニジンチオシアネート(+)緩衝液(100mM Tris−HCl、4.2M グアニジンチオシアネート、50mM EDTA・2Na)100μL中に溶解させた。95℃で5分間反応〔変性反応(一本鎖の標的核酸)または解離および変性反応(二本鎖の標的核酸)〕させた後、37℃で1時間ハイブリダイゼーション反応させることで、標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブから構成されるハイブリッドを形成させた。また、標的核酸を含まない溶液も調製し、同様の操作を行った。ハイブリダイゼーション反応後の溶液に、375μg/mLのストレプトアビジンでコートされた磁性粒子(インビトロジェン社製Dynabeads M−280 Streptavidin)を50μL加え、37℃で30分反応させることで、磁性粒子上に核酸のハイブリッドを固定化した。250μLのTBS−Tで3回洗浄し、100ng/mLの抗メチルシトシン抗体(ニッポンジーン社製、Clone33D3)を125μLずつ加え、37℃で1時間反応させた。250μLのTBS−Tで3回洗浄し、250ng/mLのアルカリフォスファターゼ標識抗IgG抗体(Millipore社製)を125μLずつ加え、37℃で30分反応させた。250μLのTBS−Tで3回洗浄した後、化学発光基質AMPPD溶液を110μLずつ加え、37℃で5分反応させた。その後、マイクロプレートリーダー(PerkinElmer社製Arvo)により発光カウントを測定した。
その結果、驚くべきことに、一本鎖の標的核酸と二本鎖の標的核酸でほぼ同等の発光カウントが得られた(表5、図8)。このことは、ガイドプローブは、カオトロピック剤の存在下で、二本鎖の標的核酸中の修飾核酸塩基の検出感度を、一本鎖の標的核酸中の修飾核酸塩基のものとほぼ同等に向上できることを示す。
標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブから構成されるハイブリッドを形成させるときに、グアニジンチオシアネート(+)緩衝液の代わりにハイブリダイゼーション緩衝液(5×SSC、0.1%(v/v) Tween20)を使用したこと以外は、実施例4と同様の方法で試験した。
その結果、ハイブリダイゼーション緩衝液を用いる条件(即ち、ガイドプローブのみの使用)下では、二本鎖の標的核酸中の修飾核酸塩基の検出感度に幾らかの向上が認められた(参考例1で認められた程の差異はない)ものの、二本鎖の標的核酸中の修飾核酸塩基の検出感度は、一本鎖の標的核酸中の修飾核酸塩基のものに及ばなかった(表6、図9)。すなわち、ガイドプローブは、カオトロピック剤の存在下で、二本鎖の標的核酸中の修飾核酸塩基の検出感度を、一本鎖の標的核酸中の修飾核酸塩基のものとほぼ同等に向上できることが裏付けられた。
標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブから構成されるハイブリッドを形成させるときに、核酸変性剤を含まない、または、4.2M グアニジンチオシアネート、2.7M イミダゾール、または4M ウレアを含む緩衝液(100mM Tris−HCl、50mM EDTA・2Na)を使用した以外は、実施例3−1)と同様の方法で試験した。
その結果、グアニジンチオシアネート以外の核酸変性剤もまた、グアニジンチオシアネートと同等の発光カウントを生じた(表7、図10)。このことは、ガイドプローブが、核酸変性剤の存在下で、標的核酸中の修飾核酸塩基の検出感度を向上できることを示す。
標的核酸の捕捉プローブのヌクレオチド配列は配列番号4のヌクレオチド配列(核酸の主鎖は2’−O−メチル化RNA、5’末端はビオチン標識)、ガイドプローブのヌクレオチド配列は表8に示されるヌクレオチド配列であり、北海道システムサイエンス社により人工合成されたものをそれぞれ使用した。5−メチルシトシンを含む標的核酸として、参考例1−1)で調製した二本鎖の標的核酸を使用した。
ガイドプローブは、表8に示す配列を未添加、または1種、2種、もしくは3種を各10pmolで添加した以外は、実施例3−1)と同様の方法で試験した。
その結果、標的核酸中の修飾核酸塩基含有部位と相補性のあるガイドプローブ(即ち、ガイドプローブ1、2、および4)を添加した場合には、発光カウントの上昇が認められたが、標的核酸中の修飾核酸塩基非含有部位と相補性のあるガイドプローブ(即ち、ガイドプローブ3)を添加した場合には、発光カウントの上昇が認められなかった(表9、図11)。したがって、ガイドプローブによる、修飾核酸塩基を含む部位における二次構造の形成の阻害が、検出感度の向上に重要であることが実証された。
5−メチルシトシンを含む標的核酸(10fmol、または1fmol)と捕捉プローブ(5pmol)、ガイドプローブ1(1pmol)のハイブリッドを形成させるための緩衝液(100mM Tris−HCl、グアニジンチオシアネート、50mM EDTA・2Na)中に含まれるグアニジンチオシアネートの濃度を、表10に示される濃度に設定した以外は、実施例3−1)と同様の方法で試験した。また、グアニジンチオシアネート(−)緩衝液(即ち、0M)でも同様に試験した。
その結果、緩衝液中に含まれるグアニジンチオシアネートが1〜2.5Mの範囲のとき、最も効果的であることが確認された(表10、図12)。
標的核酸の捕捉プローブのヌクレオチド配列は配列番号4のヌクレオチド配列(核酸の主鎖は2’−O−メチル化RNA、5’末端はビオチン標識)であり、北海道システムサイエンス社により人工合成されたものを使用した。また、ガイドプローブのヌクレオチド配列は表11に示されるヌクレオチド配列であり、ガイドプローブ2および4に関しては核酸の主鎖がDNA、ガイドプローブ5および6に関しては核酸の主鎖が2’−O−メチル化RNAまたはRNAのものを使用した。ガイドプローブ5および6はそれぞれ、ガイドプローブ2および4と同等の配列であるが、核酸の主鎖が2’−O−メチル化RNAまたはRNAであるため、チミン塩基(T)をウラシル塩基(U)に変更したものとを使用した。各ガイドプローブは北海道システムサイエンス社により人工合成されたものをそれぞれ使用した。5−メチルシトシンを含む標的核酸として、参考例1−1)で調製した二本鎖の標的核酸を使用した。
ガイドプローブは表11に示されるヌクレオチド配列を未添加、1種、または2種を各1pmolで添加した以外は、実施例3−1)と同様の方法で試験した。
ガイドプローブとして用いた核酸の主鎖がDNA、RNA、2’−O−メチル化RNAと変わっても、ガイドプローブの非存在下の場合と比較して発光カウントの上昇が認められた(表12、図13)。このことは、ガイドプローブが、その主鎖構造にかかわらず、ガイドプローブとして機能することを示す。また、ガイドプローブの主鎖がDNAの場合、もっとも効果的であることも確認された(表12、図13)。
標的核酸の捕捉プローブのヌクレオチド配列は配列番号4のヌクレオチド配列(核酸の主鎖は2’−O−メチル化RNA、5’末端はビオチン標識)、ガイドプローブのヌクレオチド配列は配列番号5のヌクレオチド配列(ガイドプローブ1)であり、北海道システムサイエンス社により人工合成されたものをそれぞれ使用した。5−メチルシトシンを含む標的核酸として、参考例1−1)で調製した二本鎖の標的核酸を使用した。
まず、5−メチルシトシンを含む標的核酸(10fmol、または1fmol)と捕捉プローブ(1pmol)、ガイドプローブ(1pmol)を緩衝液(100mM Tris−HCl、50mM EDTA・2Na)100μL中に溶解させた。また、上記緩衝液中に、1.5M グアニジンチオシアネート、1.5M イミダゾール、1.5M ピラゾール、1.5M ウレア、1%(v/v) Tween20、または1%(v/v) ラウリル硫酸ナトリウムを含む緩衝液を用いて同様の溶液を調製した。95℃で5分間解離および変性反応させた後、37℃で1時間ハイブリダイゼーション反応させることで、標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブから構成されるハイブリッドを形成させた。また、標的核酸を含まない溶液も調製し、同様の操作を行った。ハイブリダイゼーション反応後の溶液に、375μg/mLのストレプトアビジンでコートされた磁性粒子(インビトロジェン社製Dynabeads M−280 Streptavidin)を50μL加え、37℃で30分反応させることで、磁性粒子上に核酸のハイブリッドを固定化した。250μLのTBS−Tで3回洗浄し、100ng/mLの抗メチルシトシン抗体(ニッポンジーン社製、Clone33D3)を125μLずつ加え、37℃で1時間反応させた。250μLのTBS−Tで3回洗浄し、250ng/mLのアルカリフォスファターゼ標識抗IgG抗体(Millipore社製)を125μLずつ加え、37℃で30分反応させた。250μLのTBS−Tで3回洗浄した後、化学発光基質AMPPD溶液を110μLずつ加え、37℃で5分反応させた。その後、マイクロプレートリーダー(PerkinElmer社製Arvo)により発光カウントを測定した。
標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブから構成されるハイブリッドを形成させるときに、核酸変性剤を含まない緩衝液(100mM Tris−HCl、50mM EDTA・2Na)、1.5M グアニジンチオシアネート(+)緩衝液(100mM Tris−HCl、50mM EDTA・2Na)、1.5M グアニジンチオシアネートおよび1%(v/v) Tween20を含む緩衝液(100mM Tris−HCl、50mM EDTA・2Na)、または1.5M グアニジンチオシアネートおよび1%(v/v) Tween80を含む緩衝液(100mM Tris−HCl、50mM EDTA・2Na)を使用した以外は、実施例9と同様の方法で試験した。
参考のため、実験で用いたガイドプローブの詳細を、表15に示す。
Claims (15)
- 以下を含む、修飾核酸塩基の測定方法:
(1)核酸サンプル、捕捉プローブおよびガイドプローブを溶液中でインキュベートすること;ならびに
(2)(1)で得られた溶液において、修飾核酸塩基に対する抗体を用いて修飾核酸塩基を測定すること。 - 核酸サンプルが、修飾核酸塩基を含む標的核酸を含有し、かつ工程(1)および(2)がそれぞれ(1’)および(2’)により行われる、請求項1記載の方法:
(1’)修飾核酸塩基を含む標的核酸を含有する核酸サンプル、捕捉プローブおよびガイドプローブを溶液中でインキュベートにより反応させて、当該標的核酸、捕捉プローブおよびガイドプローブから構成されるハイブリッドを形成すること;ならびに
(2’)当該ハイブリッドを含む溶液において、修飾核酸塩基に対する抗体を用いて修飾核酸塩基を測定すること。 - 前記核酸サンプルと、捕捉プローブおよびガイドプローブを溶液中で合わせて、前記核酸サンプル、捕捉プローブおよびガイドプローブを含有する溶液を調製することをさらに含む、請求項1または2記載の方法。
- 前記核酸サンプルが、修飾核酸塩基を含む一本鎖の標的核酸を含有するサンプルである、請求項1〜3のいずれか一項記載の方法。
- 前記核酸サンプルが、修飾核酸塩基を含む二本鎖の標的核酸を含有するサンプルである、請求項1〜3のいずれか一項記載の方法。
- 前記核酸サンプルが、修飾核酸塩基を含む標的DNAを含有するサンプルである、請求項1〜5のいずれか一項記載の方法。
- 核酸変性剤の存在下で、前記核酸サンプル、捕捉プローブおよびガイドプローブを溶液中でインキュベートすることを含む、請求項1〜6のいずれか一項記載の方法。
- 核酸変性剤および界面活性剤の双方の存在下で、前記核酸サンプル、捕捉プローブおよびガイドプローブを溶液中でインキュベートすることを含む、請求項1〜7のいずれか一項記載の方法。
- 捕捉プローブが異種核酸プローブである、請求項1〜8のいずれか一項記載の方法。
- ガイドプローブが同種核酸プローブである、請求項1〜9のいずれか一項記載の方法。
- 修飾核酸塩基を構成する核酸塩基がシトシンである、請求項1〜10のいずれか一項記載の方法。
- 修飾核酸塩基がメチルシトシンである、請求項1〜11のいずれか一項記載の方法。
- 以下を含む、修飾核酸塩基の測定用キット:
(I)ガイドプローブ;ならびに
(II)捕捉プローブ、および/または修飾核酸塩基に対する抗体。 - 核酸変性剤をさらに含む、請求項13記載のキット。
- 界面活性剤をさらに含む、請求項14記載のキット。
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