KR20010032036A - Methods and compositions for detection of specific nucleotide sequences - Google Patents

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KR20010032036A
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Abstract

본 발명은 핵산 서열 검출방법 및 조성물을 포함한다. 좀더 구체적으로 말하면, 본 발명은 상이한 핵산 표적 보호 및 회수 전략을 사용하는 특이적 유전자 서열의 검출방법 및 조성물을 포함한다. 또한, 본 발명은 핵산 절단 신방법을 포함한다. 본원에서는 서열 특이성이 아닌 절단자 탐침을 사용하는 핵산 서열 검출방법, 삼중나선 형성의 사용, 헤어핀 구조를 수반하는 삼중나선 형성, 및 시그널 증폭방법이 기재된다.The present invention includes nucleic acid sequence detection methods and compositions. More specifically, the present invention includes methods and compositions for detecting specific gene sequences using different nucleic acid target protection and recovery strategies. The present invention also encompasses nucleic acid cleavage novel methods. Disclosed herein are nucleic acid sequence detection methods using cleavage probes that are not sequence specific, use of triple helix formation, triple helix formation with hairpin structure, and signal amplification methods.

Description

특이적 뉴클레오타이드 서열의 검출방법 및 조성물{METHODS AND COMPOSITIONS FOR DETECTION OF SPECIFIC NUCLEOTIDE SEQUENCES}METHODS AND COMPOSITIONS FOR DETECTION OF SPECIFIC NUCLEOTIDE SEQUENCES

발명의 배경Background of the Invention

분자 생물학 기술은 DNA 및 RNA 서열의 결정, 동정 또는 검출을 위한 다수의 정확하고 신속한 시험을 제공하였다. 유감스럽게도, 대부분의 이들 시험은 시험에 포함된 하나 또는 수개의 단계로서 DNA의 PCR 증폭에 의존한다. PCR에 의한 표적 핵산의 증폭은 목적하는 표적 핵산서열이 아닌 핵산서열의 증폭을 초래할 수도 있다.Molecular biology techniques have provided a number of accurate and rapid tests for the determination, identification or detection of DNA and RNA sequences. Unfortunately, most of these tests rely on PCR amplification of DNA as one or several steps involved in the test. Amplification of a target nucleic acid by PCR may result in amplification of a nucleic acid sequence other than the target nucleic acid sequence of interest.

다수의 표적 및 시그널 증폭법이 문헌에 기재되어 왔지만, 그 어느 것도 높은 특이성, 간편성 및 속도를 병행하여 제공하지는 못하는 것으로 추측된다. 핵산 검출 기술은 최근에 와서 21세기용 진단기술의 개발을 위한 면밀한 조사에 들어갔다. 핵산서열-기본 증폭(NASBA Organon Teknika), 표준-치환 증폭(Becton Dickinson), 전사-기본 증폭 시스템(TAS), 전사 매개 증폭(Genprobe), 폴리머라제 연쇄 반응(PCR, F. Hoffmann la Roche), 및 현장 PCR의 표적 증폭법과 같은 다수의 상이한 증폭-기본 기술이 개발되었다.Although a number of target and signal amplification methods have been described in the literature, it is speculated that none of them provide high specificity, simplicity and speed in parallel. Nucleic acid detection technology has recently come into close scrutiny for the development of diagnostic technology for the 21st century. Nucleic acid sequence-based amplification (NASBA Organon Teknika), standard-substituted amplification (Becton Dickinson), transcription-based amplification system (TAS), transcription-mediated amplification (Genprobe), polymerase chain reaction (PCR, F. Hoffmann la Roche), And a number of different amplification-based techniques, such as target amplification of in situ PCR.

기타 증폭-기본 기술로는 시그널(탐침) 증폭법, 예를 들면 리가제 연쇄 반응(LCR/Abbot), q-베타 박테리오파지 레플리카제(Genetrak systems), 사이클링 탐침 기술, (ID Biomedical of Vancouver), b-DNA(Chiron), 현장 하이브리드화, (리가제 하이브리드화), 및 전사체 서열을 이용한 게놈 증폭(GAWTS)이 포함된다.Other amplification-based techniques include signal (probe) amplification, such as ligase chain reaction (LCR / Abbot), q-beta bacteriophage replicas (Genetrak systems), cycling probe technology, (ID Biomedical of Vancouver), b DNA (Chiron), in situ hybridization (ligase hybridization), and genome amplification (GAWTS) using transcript sequences.

상기 기술 모두는 불만족스러운 면을 안고 있다. 표적 증폭법은 앰플리콘 및 기타 형태의 샘플 오염, 및 특이성 관련 문제점을 안고 있다. 이러한 문제점은 이들 기술 토대의 제약에 본질적이며 적당한 실험 (키트) 디자인의 부족에 따르게 되어, 고특이성 및 민감도의 부족으로 귀결된다. 또한, 이들 기술은 특이적 RNA 표적에 대한 직접 스크린능이 부족하여, RNA 바이러스, 암, 및 기타 감염성 질환 진단 및 치료 관리의 진전을 지원하기 위한 이들 기술에 심각한 제약을 가하게 된다.All of these techniques are unsatisfactory. Targeted amplification has problems with amplicons and other forms of sample contamination, and specificity. This problem is inherent in the constraints of these technical foundations and is accompanied by a lack of suitable experimental (kit) designs, resulting in a lack of high specificity and sensitivity. In addition, these technologies lack direct screening ability for specific RNA targets, placing severe restrictions on these technologies to support the progress of RNA virus, cancer, and other infectious disease diagnosis and treatment management.

또한, 고유 표적에 대한 마이크로그램 양 이상의 핵산 스크린 불능은 이들 방법의 특이성과 민감도를 감소시키는 작용도 한다. 사실, 감염성 질환에서 유일한 진실은 검출이 필요한 감염성 타임 코스가 빠를수록, 분석에 필요한 숙주 DNA의 샘플이 많아진다는 점이다(밀리그램 양).In addition, the inability to screen nucleic acids above the microgram amount for the native target also serves to reduce the specificity and sensitivity of these methods. In fact, the only truth in infectious diseases is that the faster the infectious time course that requires detection, the more samples of host DNA required for analysis (milligram amount).

시그널 증폭 기술 또한 고유 문제를 안고 있다. 비-특이성 고 백그라운드 시그널 및 민감도의 부적절한 수준은 단일 카피로 줄어든 표적의 총체적인 인식 불능으로 인하여, 표적 정량 불능과 커플링되어, 진단 성공의 기회를 거의 제공하지 못한다.Signal amplification techniques also present unique problems. Inappropriate levels of non-specific high background signal and sensitivity are coupled with target incapacity due to the total inability of the target to be reduced to a single copy, providing little chance of successful diagnostic success.

현재 단일 유전자 카피 검출에 있어 가장 민감한 분석법인 생물발광은 최소 수십 만의 보호된 표적을 검출할 수 있을 따름이다. 필요한 것은 단일 유전자 검출을 위해 표적 검출의 민감도를 증가시키는 방법이다.Bioluminescence, currently the most sensitive assay for single gene copy detection, is able to detect at least hundreds of thousands of protected targets. What is needed is a method of increasing the sensitivity of target detection for single gene detection.

현재 이용가능한 핵산 증폭법이 소량의 샘플에 존재하는 비교적 소량의 표적 핵산 분자(마이크로그램 양의 DNA)의 검출을 허용하지만, 백그라운드 간섭이 적으면서 더 짧은 시간에 표적 핵산 분자의 검출능이 요구된다. PCR 및 기타 증폭 기술에 내재하는 문제점은 수집 과정 중의 샘플 오염 및 DNA 시편을 오염시켜 의-양성 결과를 제공하는 앰플리콘(증폭된 DNA)의 존재를 포함한다. 밀접히 관련된 서열에 의해 매개된 비-특이성 증폭 및 프라이머 이량체의 생성과 관련된 문제점이 존재한다. 또한, 의양성 반응을 이끌게 되는 특이성의 불량한 조절, 및 의-음성 반응을 이끌게 되는 민감성의 불량한 조절이 존재한다. PCR 결과는 종종 DNA-서던 블롯팅, RNA 블롯팅 및 탐침 하이브리드화, 또는 현장 하이브리드화와 같은 기타 기술에 의해 확인하고 유효화하여야 한다. 아울러, PCR 및 증폭 기술은 최대 1 마이크로그램 범위의 극소량의 출발 샘플 DNA와만 사용될 수 있다. 이는 다량의 전체/비-특이성 핵산내 적은 카피수의 핵산 표적의 검출 및 초기 감염 타임 코스 진단을 위한 PCR 기술을 취소한다.While currently available nucleic acid amplification methods allow the detection of relatively small amounts of target nucleic acid molecules (microgram amounts of DNA) present in a small amount of sample, the ability to detect target nucleic acid molecules in a shorter time with less background interference is required. Problems inherent in PCR and other amplification techniques include sample contamination during collection and the presence of amplicons (amplified DNA) that contaminate DNA specimens to provide false positive results. There are problems associated with the generation of non-specific amplification and primer dimers mediated by closely related sequences. There is also a poor regulation of specificity that leads to a false positive response, and a poor regulation of sensitivity that leads to a pseudo-negative response. PCR results should often be confirmed and validated by other techniques such as DNA-South blotting, RNA blotting and probe hybridization, or in situ hybridization. In addition, PCR and amplification techniques can only be used with very small amounts of starting sample DNA in the range of up to 1 microgram. This cancels PCR techniques for the detection of low copy number nucleic acid targets in large amounts of whole / non-specific nucleic acids and for the diagnosis of early infection time course.

직접 RNA 분석을 제공하는 기술은 노던 블롯 및 리보뉴클레아제 분석을 포함한다. 노던 블롯은 먼저 RNA 분자를 변성시키고 이를 선형으로 풀어지게 보장한다. 이어서 RNA를 겔 전기영동하여 막에 옮긴 다음 표지된 탐침과 하이브리드화하여 가시화법에 투입한다. 이러한 절차는 정성적이고 정량적이다. 이러한 길고 비용이 많이 드는 절차는 DNA 진단학에서 디자인에 있어 서던 블롯팅 사용과 관련한 문제점과 유사한 이의 모든 아래쪽에 기인하여 RNA 진단학에 거의 또는 전혀 부적당하다. 이러한 것들에는 시간 소모, 고 비용/재료 및 노동력, 상대적으로 풍부하지 않은 표적 검출에 있어서 민감도의 부족, 및 단일 표적 카피로 적어짐에 따른 민감성이 되기에 불능이 포함된다.Techniques for providing direct RNA analysis include northern blot and ribonuclease assays. Northern blots first denature the RNA molecule and ensure it is linearly released. RNA is then transferred to the membrane by gel electrophoresis, hybridized with labeled probes, and subjected to visualization. This procedure is qualitative and quantitative. This long and costly procedure is almost unsuitable for RNA diagnostics due to all of its downsides similar to the problems associated with the use of Southern blotting in design in DNA diagnostics. These include time consuming, high cost / materials and labor, lack of sensitivity in relatively inadequate detection of targets, and inability to become sensitive as it decreases to a single target copy.

리보뉴클레아제 보호 분석(Ambion)은 탐침과 RNA 분자의 결합, 비-특이성 RNA와 일본쇄 RNA 영역 제거를 위한 S1 처리, 및 전기영동 겔 상에서의 분리를 포함한다. 이 절차는 단지 정성적일 뿐이며 분석에서 가시화에 필요한 DNA의 양에 기인하여 진단 기술에 대한 민감성이 결핍된다.Ribonuclease protection assays include binding of probes and RNA molecules, S1 treatment to remove non-specific RNA and single-stranded RNA regions, and separation on electrophoretic gels. This procedure is only qualitative and lacks sensitivity to diagnostic techniques due to the amount of DNA required for visualization in the assay.

RNA 진단학에 다소의 잠재성을 가진 현재 이용가능한 유일한 과정인 역전사효소-PCR(RT-PCR)은 단지 간접적인 RNA 분석을 달성할 수 있다. RNA는 DNA 카피(cDNA)로 전환되고 정량적 PCR이 수행된다. RT-PCR은 비용이 많이 들고, 특이성이 비교적 낮으며 민감도가 비교적 낮으며, 재현가능한 결과를 제공하기 위해서는 모든 단계의 극도의 표준화를 요하며 대단히 노동 집약적이다. 또한, RT-PCR은 초기 감염성 타임 코스 핵산 진단학에는 사용될 수 없다.Reverse transcriptase-PCR (RT-PCR), the only currently available process with some potential for RNA diagnostics, can only achieve indirect RNA analysis. RNA is converted into DNA copies (cDNA) and quantitative PCR is performed. RT-PCR is expensive, relatively low in specificity, relatively low in sensitivity and extremely labor intensive, requiring extreme standardization at all levels to provide reproducible results. In addition, RT-PCR cannot be used for early infectious time course nucleic acid diagnostics.

따라서, 특이적 핵산 서열을 검출할 수 있는 방법과 조성물이 필요하다. 목적하는 수준의 특이성을 이용하여 핵산 서열의 분리를 허용하게 될 유연성을 제공하는 방법 및 조성물이 특히 필요하다. 또한, 핵산 증폭 기술을 사용하지 않고, 임의량, 특히 다량의 샘플 핵산으로부터 특이적 표적 서열의 분리를 허용하며, 목적하는 특이성의 수준에 따라 특이성의 여러 수준에서 분리를 달성하기 위한 유연성이 있는 방법이 필요하다. 핵산 표적 서열원으로서 mRNA(이에 한정되지는 않음)를 포함하여, RNA를 사용하여 표적 서열을 검출해낼 수 있는 방법 및 조성물이 특히 필요하다.Accordingly, what is needed are methods and compositions that can detect specific nucleic acid sequences. There is a particular need for methods and compositions that provide the flexibility to allow separation of nucleic acid sequences using the desired level of specificity. In addition, methods that permit the separation of specific target sequences from any amount, particularly large amounts of sample nucleic acid, without the use of nucleic acid amplification techniques, and are flexible to achieve separation at different levels of specificity depending on the level of specificity desired. This is necessary. There is a particular need for methods and compositions that can detect target sequences using RNA, including but not limited to mRNA as a nucleic acid target sequence source.

발명의 요약Summary of the Invention

각종 세포 및/또는 조직원으로부터 분리된 표적 디옥시리보핵산(DNA) 또는 리보핵산(RNA) 서열의 정성적이고 정량적인 검출 및 분석 방법 및 조성물이 기재된다. 방법은 비용이 적게 들고, 여러 수준의 특이성으로 특이적이며, 민감성이며, 광범위량의 핵산을 분석할 수 있으며, 재현가능한 결과를 제공하며, 최소의 노력을 요한다. 본 발명의 방법 및 조성물은 바이러스와 기타 미생물과 같은 미생물, 및 인간, 동물 및 식물의 병원체의 검출과 같은 진단 및 치료; 인간, 동물 및 식물에서의 감염 질환, 암 및 전이의 진단, 혈액 산물의 분석에, 및 종양, 법의학, 친자 결정, 조직 또는 장기 이식 및 유전병 결정과 같은 분야에 사용하기 위한 유전자 분석용으로 사용될 수 있다. 이러한 분석법은 또한 식품, 토양, 물, 혈액 산물의 오염 검출 및 공기의 품질 검사에 사용될 수 있다.Methods and compositions for qualitative and quantitative detection and analysis of target deoxyribonucleic acid (DNA) or ribonucleic acid (RNA) sequences isolated from various cells and / or tissue sources are described. The method is low cost, specific to various levels of specificity, sensitive, capable of analyzing a wide range of nucleic acids, provides reproducible results, and requires minimal effort. The methods and compositions of the present invention include diagnostics and treatments such as detection of microorganisms such as viruses and other microorganisms, and pathogens of humans, animals and plants; Can be used for the diagnosis of infectious diseases, cancers and metastases in humans, animals and plants, for the analysis of blood products and for genetic analysis for use in fields such as tumors, forensics, paternity determination, tissue or organ transplantation and genetic disease determination have. These assays can also be used to detect contamination of food, soil, water and blood products and to check air quality.

본 발명의 두 양태는 제한 단편 표적 분석(RFTA) 및 표적 보호 분석(TPA)을 포함한다. 본 발명은 또한, 할로겐화 뉴클레오타이드 유도체, 바람직하게는 피리미딘 또는 퓨린 동족체 같은 반응성 그룹을 갖는 절단자 탐침(CP)과 절단 핵산을 포함하는, 핵산의 부위 지향성 절단 신기술을 포함한다. RFTA는 핵산의 선택적 제한 절단 및 특수 탐침을 이용하는 검출을 포함한다. TPA는 표적 단백질 서열의 보호 및 특수 탐침을 사용한 검출을 포함한다.Two aspects of the invention include restriction fragment target assays (RFTA) and target protection assays (TPA). The invention also encompasses new site directed cleavage techniques of nucleic acids, including cleavage probes (CP) having a reactive group such as halogenated nucleotide derivatives, preferably pyrimidines or purine homologs, and cleavage nucleic acids. RFTA includes selective restriction cleavage of nucleic acids and detection using special probes. TPA includes the protection of target protein sequences and detection using special probes.

절단자 탐침(CP) 및 절단자 탐침 분석(CPA)Cutter Probe (CP) and Cutter Probe Analysis (CPA)

절단자 탐침은 핵산 절단 신방법 및 조성물을 포함하고 핵산의 절단을 요하는 공지의 분석법에 사용될 수 있다. 바람직한 방법은 절단될 표적 서열에 상보적인 올리고뉴클레오타이드 탐침 서열을 포함하며, 표적 서열에서 할로겐화 뉴클레오타이드 유도체와 같은 반응성 그룹은 표적에서 절단될 위치에 병렬로 놓인 위치로 탐침에 혼입된다. 예를 들면, 치환된 브로모우라실(BU)은 상보성 아데닌이 표적 핵산(반대편 본쇄)에서 절단 부위가 되는 탐침내 티미딘 위치에 혼입된다. 절단자 탐침은 규정된 부위에서 DNA 또는 RNA만을 절단한다. BU가 티미딘으로 치환되면, 다른 세개의 염기와 함께 절단자 탐침에 존재하는 다른 티미딘은 염기 절단자 탐침에 의한 배치 및 절단의 특이성에 대한 토대를 형성한다. 절단자 탐침은 표적 본쇄와 반대로 평행한 서열을 갖는다. 이러한 신규 절단자 탐침은 표적 핵산의 검출을 위한 절단자 탐침 분석(CPA) 또는 핵산의 절단을 소망하는 여타 분석에 사용될 수 있다. 절단자 탐침의 다른 용도는 표적 핵산의 특이적 구역의 파괴 및 기지의 점 돌연변이의 검출을 포함한다. CP내 반응성 그룹인 BU는 특이적 에너지, 광 에너지 또는 화학 약제의 적정 형태에 의해 달성되며 표적 서열이 절단된다.Cleavage probes can be used in known assays that include nucleic acid cleavage novel methods and compositions and require cleavage of nucleic acids. Preferred methods include oligonucleotide probe sequences complementary to the target sequence to be cleaved, wherein reactive groups, such as halogenated nucleotide derivatives, in the target sequence are incorporated into the probe at positions parallel to the position to be cleaved at the target. For example, substituted bromouracil (BU) is incorporated at the thymidine position in the probe where the complementary adenine is a cleavage site in the target nucleic acid (opposite strand). Cleavage probes cleave only DNA or RNA at defined sites. When BU is substituted with thymidine, the other thymidine present in the cleavage probe along with the other three bases forms the basis for the specificity of placement and cleavage by the base cleavage probe. Cleavage probes have sequences that are parallel to the target backbone. Such novel cleavage probes can be used for cleavage probe analysis (CPA) for detection of target nucleic acids or any other assay that desires cleavage of nucleic acids. Other uses of cleavage probes include disruption of specific regions of target nucleic acids and detection of known point mutations. BU, a reactive group in CP, is achieved by appropriate forms of specific energy, light energy or chemical agents and the target sequence is cleaved.

CP는 본 발명의 신규 분석에 사용될 수 있다. 또한, 일단 표적 서열이 절단자 탐침에 의해 결합되면, 표적/탐침 복합체는 특이적 뉴클레아제 분해에 견디며 PNAS, TPA에서 보호된 표적 핵산 구조(PNAS) 및 RFTA에서 부분 이중나선 표적 탐침 복합체(PDTP)를 형성한다.CP can be used for novel analysis of the present invention. In addition, once the target sequence is bound by the cleavage probe, the target / probe complex resists specific nuclease degradation and is protected from PNAS, TPA protected target nucleic acid structures (PNAS) and partial double helix target probe complex (PDTP) in RFTA. ).

절단자 탐침은 본원에서 전부 참조로 인용되는, 1998년 2월 24일자 출원된 US 임시 특허출원 No. 60/075,812, 및 1998년 3월 5일자 출원된 No. 60/076,872에 기재되어 있다.Cleaver probes are described in US Provisional Patent Application No. filed February 24, 1998, which is incorporated herein by reference in its entirety. 60 / 075,812, and No. 5, filed March 5, 1998. 60 / 076,872.

제한 단편 표적 분석(RFTA)Restriction Fragment Target Analysis (RFTA)

제한 단편 표적 분석(RFTA)은 본원에서 전부 참조로 인용되는, 1997년 11월 12일자 출원된 US 임시 특허출원 No. 60/065,378, 및 1998년 2월 24일자 출원된 No. 60/075,812에 기재되어 있다.Restriction fragment target analysis (RFTA) is disclosed in US Provisional Patent Application No. filed November 12, 1997, which is incorporated herein by reference in its entirety. 60 / 065,378, and No. Filed February 24, 1998. 60 / 075,812.

일반적으로, RFTA는 일본쇄 또는 이본쇄 RNA 또는 DNA 표적의 검출에 사용될 수 있다. 바람직하게는, RFTA법 및 조성물은 적어도 하나의 1차 탐침 및 적어도 하나의 2차 탐침을 포함한다. 탐침은 바람직하게는 일본쇄이다. 1차 탐침은 적어도 두 구역을 가질 수 있다. 1차 탐침의 적어도 하나의 구역은 표적에 상보적이고 1차 탐침의 적어도 하나의 다른 구역은 2차 탐침에 상보적이다. 2차 탐침은 표적에 상보적인 것이 아니라, 2차 탐침에 상보적인 1차 탐침의 구역에만 상보적이다. 추가의 구역이 탐침에 첨가될 수 있다.In general, RFTA can be used for the detection of single- or double-stranded RNA or DNA targets. Preferably, the RFTA method and composition comprise at least one primary probe and at least one secondary probe. The probe is preferably a Japanese chain. The primary probe may have at least two zones. At least one zone of the primary probe is complementary to the target and at least one other zone of the primary probe is complementary to the secondary probe. The secondary probe is not complementary to the target but only to the region of the primary probe that is complementary to the secondary probe. Additional zones can be added to the probe.

DNA 및 RNA 적용 모두를 위한 본 발명의 RFTA법은 전기영동 분리 후 표적 핵산의 이동 후 막 하이브리드화를 이용하는 통상의 DNA 또는 RNA 블롯팅 과정에 비해 몇 가지 장점을 보유한다. RFTA는 막 하이브리드화보다 수행하기가 상당히 신속하고 한층 편리하며, 전기- 또는 진공-전달 시스템, UV 가교결합제 또는 진공 오븐, 및 하이브리드화 오븐 및 수조와 같은 덜 기술적인 기술 및 특수 장비를 요한다. RFTA는 또한, 비교적 다량으로 하이브리드화하고, 이에 따라 하이브리드화 역학이 비례적으로 더 느린 것과는 대조적으로 전기영동에 앞서 소량으로 하이브리드화하기에 훨씬 적은 탐침이 사용된다는 점에서 표준 RFLP 분석보다 수행하기가 상당히 저렴하다. RFTA에는 어떠한 특수 전기영동 시스템도 요구되지 않으며, 이용가능한 검출 시스템 모두가, 더 나은 것은 아니지만, 고정되거나 건조된 겔 상에서도, 막에서와 같이 잘 작동한다. 또한, RFTA는 손상 또는 비효율적인 전달에 기인하여 특이적 시그널의 손실을 초래할 수 있는 핵산 전달 또는 막 가교결합을 요하지 않기 때문에 막 하이브리드화보다 더욱 민감할 수 있다. 최종적으로, RFTA는 수 종의 탐침이 주어진 전기영동 겔 상에서 동시에 단일 샘플로 시험될 수 있다는 점에서 다중화, 시행되는 수 개의 겔과 같이 복제 분리 단계 수행의 필요 제거 및/또는 후속 재-탐지를 위한 이미 하이브리드화된 막의 제거(두 단계 모두 비용이 많이 들고 시간 소모성 과정이다) 같은 장점이 있다.The RFTA method of the present invention for both DNA and RNA applications has several advantages over conventional DNA or RNA blotting procedures that utilize membrane hybridization after migration of target nucleic acids after electrophoretic separation. RFTA is considerably faster and more convenient to perform than membrane hybridization and requires less technical skills and special equipment such as electro- or vacuum-delivery systems, UV crosslinkers or vacuum ovens, and hybridization ovens and water baths. RFTA is also difficult to perform than standard RFLP analysis in that it uses a relatively large amount of hybridization and therefore uses much less probes to hybridize in small quantities prior to electrophoresis, as opposed to proportionally slower hybridization kinetics. It is quite inexpensive. No special electrophoretic system is required for RFTA, and all of the available detection systems work as well as on membranes, even on fixed or dried gels, although not better. In addition, RFTA can be more sensitive than membrane hybridization because it does not require nucleic acid delivery or membrane crosslinking, which can result in damage or loss of specific signals due to inefficient delivery. Finally, RFTA is designed for eliminating the need for performing a replication separation step and / or for subsequent re-detection, such as several gels being multiplexed, in that several probes can be tested simultaneously in a single sample on a given electrophoretic gel. There are advantages, such as the removal of hybridized membranes (both steps are expensive and time-consuming).

본 발명의 바람직한 RFTA법의 일례는 하기의 단계를 이용한다:1)표적 핵산을 이용하여 샘플 핵산의 분리 및 정제;2)샘플 핵산을 절단하여 표적 핵산의 절단;3)ds 핵산 샘플을 일본쇄로 변성;4)목적하는 표적 서열의 적어도 일부에 상보적인 표지된 표적 특이성 1차 탐침과 정제된 핵산 샘플의 결합. 탐침과 표적 핵산의 자발적 하이브리드화를 허용하는 조건하에서 탐침을 몰과량으로 첨가한다;5)표적 핵산-탐침 복합체의 분리; 및 6)표적 핵산-탐침 복합체의 검출.An example of a preferred RFTA method of the present invention uses the following steps: 1) isolation and purification of sample nucleic acid using a target nucleic acid; 2) cleavage of the target nucleic acid by cleavage of the sample nucleic acid; 3) ds nucleic acid sample into the Japanese chain. Denaturation; 4) Binding of the purified nucleic acid sample with a labeled target specificity primary probe complementary to at least a portion of the target sequence of interest. Add the probe in molar excess under conditions that allow spontaneous hybridization of the probe to the target nucleic acid; 5) isolation of the target nucleic acid-probe complex; And 6) detection of the target nucleic acid-probe complex.

표적 보호 분석(TPA)Targeted Protection Assay (TPA)

TPA 양태를 포함하는 방법 및 조성물은 이본쇄 헤어핀 DNA 탐침으로 일본쇄 RNA의 검출에 사용될 수 있다. TPA 양태의 방법 및 조성물은 분자 생물학 기술에 통용되는 성분 및 방법과 사용될 수 있다. 또한, TPA 양태는 CP와 같은 신규 핵산 절단술과 사용될 수 있다.Methods and compositions comprising a TPA embodiment can be used for the detection of single stranded RNA with a double stranded hairpin DNA probe. The methods and compositions of the TPA embodiments can be used with components and methods commonly used in molecular biology techniques. In addition, TPA embodiments can be used with novel nucleic acid cleavage such as CP.

바람직하게는 폴리퓨린 또는 폴리피리미딘이 풍부한 서열을 갖는 다양한 길이의 이본쇄 헤어핀 DNA 탐침의 시험관내 작제에서 TPA, RNA-TPA의 바람직한 양태는 중앙에서 접히고 이중나선 DNA 구조를 형성한다.Preferred embodiments of TPA, RNA-TPA in the in vitro construction of a double stranded hairpin DNA probe of various lengths, preferably having a sequence rich in polypurine or polypyrimidine, fold centrally and form a double helix DNA structure.

mRNA TPA에서 TFO 헤어핀 포획 탐침TFO hairpin capture probe from mRNA TPA

폴리피리미딘이 풍부한 mRNA에서 영역은 동일하여야 한다. 이러한 점은 삼중나선 형성을 위한 피리미딘 퓨린 피리미딘 모티프에 대한 요구조건에 기인하여 필수이다. dsDNA 헤어핀 포획 탐침은 두 구역을 가짐을 특징으로 한다: 3′말단은 폴리퓨린 풍부 영역이고, 5′말단은 폴리피리미딘 풍부 영역이며, 두 영역은 헤어핀의 루프를 형성하는 신장부에 의해 중앙에서 연결된다. 헤어핀 포획 탐침은 다시 스스로 접혀 헤어핀을 형성한다. 또한, 3′말단은 3′에서 근접하지 않은 생화학적 후크(디곡시게닌 또는 DIG)과 접합되어야 한다.Regions should be identical in polypyrimidine-rich mRNA. This is necessary due to the requirement for pyrimidine purine pyrimidine motifs for triple helix formation. The dsDNA hairpin capture probe is characterized by having two zones: the 3 'end is a polypurine rich area, the 5' end is a polypyrimidine rich area, and the two areas are centered by the extension forming the loop of the hairpin. Connected. The hairpin capture probe again folds itself to form a hairpin. Also, the 3 'end must be conjugated with a biochemical hook (digoxigenin or DIG) that is not in close proximity at 3'.

1.당업자에 공지된 방법에 의한 mRNA의 분리 및 단계 1의 dsDNA 헤어핀 탐침에 의한 특이적 mRNA 분자의 결합. 탐침/표적 서열은 현재 보호된 핵산 서열(PNAS)이다. 고유한 RNA 표적 부위는 mRNA와 3′폴리 A와 5′mRNA 말단(5′에 더 근접) 사이에 위치된다. 이는 특이성의 첫번째 수준이다.1.Isolation of mRNA by methods known to those skilled in the art and binding of specific mRNA molecules by dsDNA hairpin probe of step 1. The probe / target sequence is currently protected nucleic acid sequence (PNAS). The unique RNA target site is located between the mRNA and the 3 'poly A and 5' mRNA ends (closer to 5 '). This is the first level of specificity.

2.표적 mRNA 분자의 존재에 의해 삼중나선 PNAS가 되지 않는 dsDNA 탐침 분자를 분해하게 될, Exo III 같은 뉴클레아제의 첨가에 의해서와 같이 이본쇄 구조의 제거.2. Removal of the double-stranded structure, such as by the addition of nucleases such as Exo III, which will degrade dsDNA probe molecules that do not become triple-stranded PNAS due to the presence of target mRNA molecules.

3.이어서 PNAS를 분리한다. 바람직한 방법에서, PNAS는 당업자에 공지된 방법을 이용하여 고체 기질에 부착시킨다. 이러한 방법은 DIG(디곡시게닌) 및 BIOTIN 및 안티-DIG, 및 스트렙타비딘 코팅 마그네틱 비드 같은 생화학적 후크 또는 특이적 결합쌍을 이용함에 의한 탐침/표적 복합체와 마그네틱 비드의 부착(이에 한정되지 않음)을 포함한다. 표적의 길이는 다양할 수 있으며, 바람직하게는 8 내지 25 뉴클레오타이드 염기에서 킬로베이스 길이 단편까지의 범위이다.3. Then separate the PNAS. In a preferred method, PNAS is attached to a solid substrate using methods known to those skilled in the art. Such methods include, but are not limited to, attachment of probe / target complexes and magnetic beads by using biochemical hooks or specific binding pairs such as DIG (digoxigenin) and BIOTIN and anti-DIG, and streptavidin coated magnetic beads. ). The length of the target can vary and is preferably in the range from 8 to 25 nucleotide bases to kilobase length fragments.

4.표적의 존재는 3′아데닌 mRNA 분자와 하이브리드화하게 될, 바람직하게는 대략 25 뉴클레오타이드의 리포터 탐침 분자, 바람직하게는 폴리 (dt) 올리고에 의해 확인된다. 각각의 리포터 탐침 분자는 리포터 탐침 분자와 회합된 결합 그룹의 적어도 하나의 멤버를 갖는다.4. The presence of the target is identified by a reporter probe molecule, preferably poly (dt) oligo, of approximately 25 nucleotides, which will hybridize with the 3 ′ adenine mRNA molecule. Each reporter probe molecule has at least one member of a binding group associated with the reporter probe molecule.

낮은 카피수의 RNA 표적의 존재를 정확히 결정하기 위한 역량은 치료적 적용에 도움이 될 것이며 간접 접근에 의한 단일 DNA의 존재 측정을 허용한다.The ability to accurately determine the presence of low copy number RNA targets would aid therapeutic applications and allow for the determination of the presence of a single DNA by an indirect approach.

CP, RFTA 및 TPA의 양태를 포함하는 본 발명의 조성물은 본원에 교시된 방법을 실행하는 데 필수적인 조성물을 포함한다. 예를 들면, RFTA를 위한 방법에 사용된 조성물은 표적 서열과 상보적인 뉴클레오타이드의 하나 이상의 구역 및 2차 탐침 서열과 상보적인 뉴클레오타이드의 하나 이상의 구역을 갖는 1차 탐침, 및 표지된 2차 탐침을 포함할 수 있다. 뉴클레아제 및 완충제와 함께, 선택된 1차 및 2차 탐침을 포함하는 조성물이나 키트는 본 발명에 포함된다. 개개의 분자, 탐침 및 성분도 개별적으로 제공될 수 있음이 이해된다.Compositions of the invention comprising aspects of CP, RFTA, and TPA include compositions that are essential for practicing the methods taught herein. For example, the composition used in the method for RFTA includes a primary probe having one or more regions of nucleotides complementary to the target sequence and one or more regions of nucleotides complementary to the secondary probe sequence, and a labeled secondary probe can do. Compositions or kits comprising selected primary and secondary probes, together with nucleases and buffers, are included in the present invention. It is understood that individual molecules, probes and components may also be provided separately.

따라서, 본 발명의 목적은 인간, 식물 및 동물에서, 바람직하게는 다양한 수준의 특이성으로 특이적 유전자 서열을 검출하는 방법 및 조성물을 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide methods and compositions for detecting specific gene sequences in humans, plants and animals, preferably with varying levels of specificity.

본 발명의 다른 목적은 절단자 탐침을 포함하는 신규의 특이적 핵산 절단법 및 조성물을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide novel specific nucleic acid cleavage methods and compositions comprising cleavage probes.

본 발명의 다른 목적은 1차 및 2차 탐침을 포함하여, 특이적으로 디자인된 탐침을 포함하는 DNA 서열의 검출방법 및 조성물을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method and composition for detecting DNA sequences comprising specifically designed probes, including primary and secondary probes.

본 발명의 목적은 1차 및 2차 탐침을 포함하여, 특이적으로 디자인된 탐침을 포함하는 RNA 서열의 검출방법 및 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide methods and compositions for detecting RNA sequences comprising specifically designed probes, including primary and secondary probes.

본 발명의 목적은 삼중나선 구조를 포함하는 핵산 서열의 검출방법 및 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method and composition for detecting a nucleic acid sequence comprising a triple helix structure.

본 발명의 목적은 인간, 식물 및 동물내 특이적 유전자 서열을 다양한 수준의 특이성으로 검출하는 방법 및 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide methods and compositions for detecting specific gene sequences in humans, plants and animals with varying levels of specificity.

본 발명의 목적은 인간, 식물 및 동물내 미생물 또는 병원체의 실재 검출을 위한 핵산 서열의 검출방법 및 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method and composition for detecting nucleic acid sequences for the actual detection of microorganisms or pathogens in humans, plants and animals.

본 발명의 목적은 친자 확인 또는 종 확인 같은 유전 관계의 결정, 또는 장기 또는 조직의 잠재적 공여자의 결정을 위한 핵산 서열의 검출방법 및 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide methods and compositions for the detection of nucleic acid sequences for the determination of genetic relationships such as paternity or species identification, or for determination of potential donors of organs or tissues.

본 발명의 목적은 법의학적 결정용 또는 혈액 공급 보호를 위한 핵산 서열의 검출방법 및 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide methods and compositions for the detection of nucleic acid sequences for forensic decision or for blood supply protection.

본 발명의 목적은 인간, 식물 및 동물에서 유전병의 분석을 위한 핵산 서열의 검출방법 및 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide methods and compositions for the detection of nucleic acid sequences for the analysis of genetic diseases in humans, plants and animals.

본 발명의 이러한 목적과 기타 목적, 특징 및 장점은 기재된 양태의 상세한 설명과 특허청구의 범위를 검토한 후 자명해진다.These and other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent after review of the detailed description of the described embodiments and the claims.

관련출원에 대한 전후 참조Cross Reference to Related Applications

본 출원은 1997년 12월 12일자 출원된 US 임시 특허출원 No. 60/065,378, 및 1998년 2월 24일자 출원된 US 임시 특허출원 No. 60/075,812, 및 1998년 3월 5일자 출원된 US 임시 특허출원 No. 60/076,872에 대한 우선권을 주장한다.This application is directed to US Provisional Patent Application No. 1, filed December 12,1997. 60 / 065,378, and US Provisional Patent Application No., filed February 24, 1998. 60 / 075,812, and US Provisional Patent Application No., filed March 5, 1998. Claim priority on 60 / 076,872.

기술분야Technical Field

본 발명은 핵산서열의 검출방법 및 조성물을 포함한다. 좀더 구체적으로 말하면, 본 발명은 상이한 핵산 표적 검출 및 회수 전략을 이용한 특이적 유전자 서열의 검출방법 및 조성물을 포함한다. 또한, 본 발명은 새로운 핵산 절단법을 포함한다.The present invention includes methods and compositions for detecting nucleic acid sequences. More specifically, the present invention encompasses methods and compositions for detecting specific gene sequences using different nucleic acid target detection and recovery strategies. The present invention also encompasses novel nucleic acid cleavage methods.

도 1은 일본쇄 핵산의 절단에 사용되는 절단자 탐침의 양태이다.1 is an embodiment of a cleavage probe used for cleavage of single stranded nucleic acid.

도 2는 샘플로부터 표적 핵산을 절단하는 데 사용되는 절단자 탐침의 양태이다.2 is an embodiment of a cleaver probe used to cleave a target nucleic acid from a sample.

도 3은 샘플로부터 절단된 표적 핵산을 회수하기 위한 분석에 사용되는 절단자 탐침의 양태이다.3 is an embodiment of a cleavage probe used in an assay to recover cleaved target nucleic acid from a sample.

도 4는 이본쇄 표적의 절단에 사용되는 일본쇄 절단자 탐침(삼중나선 형성 올리고뉴클레오타이드, TFO)의 양태이다.4 is an embodiment of a single chain cleavage probe (triple-forming oligonucleotide, TFO) used for cleavage of a double stranded target.

도 5는 이본쇄 유전자 표적의 파괴에 사용되는 일본쇄 절단자 탐침(TFO)의 양태이다.5 is an embodiment of a single stranded truncated probe (TFO) used to disrupt a double stranded gene target.

도 6은 표적/탐침 복합체가 크기 분리에 의해 분리되는 제한 단편 표적 분석(RFTA)의 양태이다.6 is an embodiment of a restriction fragment target assay (RFTA) in which the target / probe complex is separated by size separation.

도 7은 시험관 포맷에 의해 표적/탐침 복합체가 분리되는 RFTA의 양태이다.7 is an embodiment of RFTA in which the target / probe complex is separated by in vitro format.

도 8은 크기 분리에 의한 표적/탐침 분리와 사용하기 위한 RFTA 1차 탐침의 대체 양태이다. 도 8I 및 8II는 헤어핀 루프를 갖는 1차 탐침이다.8 is an alternative embodiment of an RFTA primary probe for use with target / probe separation by size separation. 8I and 8II are primary probes with hairpin loops.

도 9는 시험관 포맷에 의한 표적/탐침 분리와 사용하기 위한 RFTA 1차 탐침의 대체 양태이다. 도 8II, 8III 및 8iv는 헤어핀 루프를 갖는 1차 탐침이다.9 is an alternative embodiment of an RFTA primary probe for use with target / probe separation by in vitro format. 8II, 8III and 8iv are primary probes with hairpin loops.

도 10은 절단자 탐침의 특징인 겔 기본 분리를 위한 RNA/RFTA 분석의 양태이다.10 is an embodiment of RNA / RFTA analysis for gel basal separation that is characteristic of cleavage probes.

도 11은 RFTA/RNA 적용의 양태이다.11 is an aspect of RFTA / RNA application.

도 12는 TPA/RNA 포획 분석의 양태이다.12 is an embodiment of a TPA / RNA capture assay.

도 13은 RNA/TPA 튜브 분석을 위한 시그널 증폭의 양태이다.13 is an embodiment of signal amplification for RNA / TPA tube analysis.

도 14는 TPA/RNA의 양태이다.14 is an embodiment of TPA / RNA.

도 15a 및 b는 시그널 증폭에 의한 TPR/RNA의 양태이다.15a and b show aspects of TPR / RNA by signal amplification.

도 16은 삼중나선 록의 양태이다.16 is an embodiment of a triple helix lock.

본 발명은 표적을 함유하는 것으로 추정되는 샘플내 표적 핵산 서열의 검출방법 및 조성물을 포함한다. 방법 및 조성물은 RNA 및 DNA 서열 모두의 직접 검출에 필요한 조성물 및 방법을 포함한다. 방법 및 조성물은 소정 핵산량, 바람직하게는 나노그램 내지 밀리그램량의 핵산 범위의 표적 서열을 검출할 수 있다. 분석의 특이성을 향상시키는 단계는 수행되는 순서로 기술되며 특이성의 수준으로 명명한다. 본 발명의 방법 및 조성물은 바이러스와 같은 미생물 및 기타 미생물, 및 인간, 동물 및 식물의 병원체의 검출과 같은 진단 및 치료; 인간, 동물 및 식물에서의 감염성 질환의 진단, 혈액 산물의 분석과 같은 진단 및 치료에, 및 종양, 법의학, 친자 결정, 조직 또는 장기 이식 및 유전병 결정과 같은 분야에 사용하기 위한 유전자 분석용으로 사용될 수 있다. 이러한 분석법은 또한 식품, 토양, 물, 혈액 산물의 오염 검출 및 공기의 품질 검사에도 사용될 수 있다.The present invention includes methods and compositions for detecting target nucleic acid sequences in a sample that are believed to contain the target. Methods and compositions include compositions and methods necessary for the direct detection of both RNA and DNA sequences. The methods and compositions can detect target sequences in a range of nucleic acid amounts, preferably in the range of nanograms to milligrams. Steps to enhance the specificity of the assay are described in the order in which they are performed and named by the level of specificity. The methods and compositions of the present invention include diagnostics and treatments, such as detection of microorganisms such as viruses and other microorganisms, and pathogens of humans, animals and plants; To be used for diagnosis and treatment such as diagnosis of infectious diseases in humans, animals and plants, analysis of blood products, and for genetic analysis for use in fields such as tumors, forensics, paternity, tissue or organ transplantation and genetic disease determination Can be. These assays can also be used to detect contamination of food, soil, water and blood products and to check air quality.

특이성은 현재 DNA 진단학에서 진화하는 개념이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 특이성 수준은 예상된 최종 결과를 가시화하기 위해 일어나야 하는 단일 사건으로서 인식된다. 핵산 진단학에서, 이러한 사건은 다음을 포함할 수 있다:Specificity is a concept that is currently evolving in DNA diagnostics. As used herein, specificity levels are recognized as a single event that must occur to visualize the expected end result. In nucleic acid diagnostics, such events may include:

특이적 핵산 제한 반응;Specific nucleic acid restriction reaction;

특이적 핵산 탐침 하이브리드화 반응;Specific nucleic acid probe hybridization reactions;

PNAS와 고정 기질의 특이적 결합; 또는Specific binding of PNAS with a fixed substrate; or

시그널 가시화 반응.Signal visualization reaction.

DNA 진단 기술의 방향선회 및 향상 목적을 향해, 추가의 특이성 수준이 첨가된다. 추가의 특이성 수준은 탐침 하이브리드화 결과로서 표적을 다시 크기별로 선별함으로써 표적의 크기를 효과적으로 증가시키는 단계를 포함한다. 이러한 수준은 겔 포맷을 이용하는 RFTA의 바람직한 양태에서 발견된다. 표적 핵산의 CP 부위 특이성 비-효소적 절단을 포함하는 본 발명의 방법 및 조성물은 분석에 두 수준의 특이성을 제공하는 장점이 있다.For the purposes of turning and improving DNA diagnostic techniques, additional levels of specificity are added. Additional levels of specificity include effectively increasing the size of the target by screening the target again in size as a result of probe hybridization. This level is found in the preferred embodiment of RFTA using the gel format. Methods and compositions of the present invention that include non-enzymatic cleavage of CP site specificity of a target nucleic acid have the advantage of providing two levels of specificity for analysis.

본 출원은 전부 본원에서 참조로 인용되는, 1997년 11월 12일자 출원된 US 임시 특허출원 No.60/065,378, 및 1998년 2월 24일자 출원된 US 임시 특허출원 No.60/075,812, 및 1998년 3월 5일자 출원된 US 임시 특허출원 No.60/076,872에 대한 우선권을 주장한다.This application is fully incorporated by reference in US Provisional Patent Application No. 60 / 065,378, filed Nov. 12, 1997, and US Provisional Patent Application No. 60 / 075,812, filed February 24, 1998, and 1998. Priority is claimed to US Provisional Patent Application No. 60 / 076,872, filed March 5, 2011.

본 발명은 익히 공지된 분자 생물학 기술인 방법 및 조성물을 사용한다. 본 발명은 뉴클레아제, 탐침, 하이브리드화 전략, 포회 용출 방법, 크기 검출의 각종 방법 또는 검출에 의한 용출의 조합을 고려한다. 예를 들면, 본원에 사용되는 핵산의 분리는 당업자에 공지된 기술에 의해 수행될 수 있다. 분리 및 정제방법은 Sambrook et al., Molecular Cloning; A Laboratory Manual, second edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York(1989)(본원에서 참조로 인용)의 익히 공지된 실험실 매뉴얼에서 찾아볼 수 있다.The present invention uses methods and compositions that are well known molecular biology techniques. The present invention contemplates nucleases, probes, hybridization strategies, methods for catching elution, various methods of size detection or a combination of elution by detection. For example, isolation of nucleic acids as used herein can be performed by techniques known to those skilled in the art. Separation and purification methods are described in Sambrook et al., Molecular Cloning; A well known laboratory manual, A Laboratory Manual, second edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York (1989), incorporated herein by reference.

기타 익히 공지된 기술은 핵산의 표지 및 검출을 위한 이러한 핵산의 가시화를 포함한다. 이러한 표지물은 리포터 분자로 불리며, 표지물을 함유하는 일부 탐침을 리포터 탐침이라 부른다. 사용되는 표지물은 현재 이용가능한 다양한 것들일 수 있고, 방사능, 또는 형광성 분자 같이 직접; 바이오틴/아비딘 또는 디곡시게닌 같이 간접; 측색성 및/또는 형광성 기질과 커플링된 알칼라인 포스파타제 또는 퍼옥시다제 같은 효소; 생물발광성 분자, 또는 1 시스템 이상의 조합일 수 있다. 이러한 예는 검출의 유일한 방법으로 한정하고자 하는 것은 아니다. 핵산 또는 탐침의 표지방법이 본 발명에 사용될 수 있다. 검출 방법은 각 개별 시험의 디자인에 선택되는 표지 시스템에 좌우될 것이다.Other well known techniques include visualization of such nucleic acids for labeling and detection of nucleic acids. Such labels are called reporter molecules, and some probes containing labels are called reporter probes. The label used may be various ones currently available and may be used directly, such as radioactive, or fluorescent molecules; Indirect like biotin / avidin or digoxigenin; Enzymes such as alkaline phosphatase or peroxidase coupled with colorimetric and / or fluorescent substrates; Bioluminescent molecules, or combinations of one or more systems. This example is not intended to be limited to the only method of detection. Methods of labeling nucleic acids or probes can be used in the present invention. The detection method will depend on the labeling system chosen for the design of each individual test.

예를 들면, 표지된 핵산은 형광을 이용할 수 있고 핵산, 또는 당업자에 공지된 여타 형광성 분자에 다중 FITC 분자(플루오레신 이소티오시아네이트)를 배치함으로써 달성될 수 있다. 또한, 시그널 증폭이 검출의 특이성 증가에 요구되는 경우에, 화학발광, 생물발광, 또는 화학형광(모두 효소 매개), 방사능 또는 당업자에 공지된 기타 표지물이 사용될 수 있다. 겔 가시화는 방사선 사진술 가시화를 위한 방사능 또는 화학형광 또는 당업자에 공지된 여타의 것들을 사용할 수 있다. 하나의 방법은 겔을 이를 실행 후 ATTOPHOSÆ 용액(Boehringer Mannheim)에 배치하는 단계를 요한다. 핵산 상의 표지물인 알칼라인 포스파타제는 ATTOPHOSÆ와 반응하여 형광을 발생한다. 특이적 서열의 직접 검출의 다른 방법은 Afquorin 생물발광(SeaLite Sciences, Inc.)으로 하는 것이다. 본 발명은 당업자에 의해 공지된 단일 표적에 100 만큼의 시그널 증폭 분자 로딩능을 청구하는 기술을 고려한다.For example, labeled nucleic acids can utilize fluorescence and can be achieved by placing multiple FITC molecules (fluorescein isothiocyanate) on the nucleic acid, or other fluorescent molecules known to those skilled in the art. In addition, where signal amplification is required for increased specificity of detection, chemiluminescence, bioluminescence, or chemifluorescence (all enzyme mediated), radioactivity or other labels known to those skilled in the art can be used. Gel visualization can use radioactivity or chemifluorescence for radiographic visualization or others known to those skilled in the art. One method involves placing the gel in an ATTOPHOS® solution (Boehringer Mannheim) after running it. Alkaline phosphatase, a label on nucleic acid, reacts with ATTOPHOS® to generate fluorescence. Another method of direct detection of specific sequences is by Afquorin Bioluminescence (SeaLite Sciences, Inc.). The present invention contemplates a technique for charging as many as 100 signal amplification molecule loading capacities to a single target known by those skilled in the art.

또한, 표적 서열은 분석으로부터 표적의 분리에 의해 측정될 수 있다. 익히 공지된 두 기술은 크기 분리 기술 또는 포획 분자와의 결합에 의한 표적의 제거를 포함한다. 이들 두 기술은 본원에서 각각 겔 포맷과 시험관 포맷으로 언급한다.In addition, target sequences can be determined by separation of the target from the analysis. Two well known techniques include the removal of a target by size separation techniques or binding to capture molecules. These two techniques are referred to herein in gel format and in vitro format, respectively.

겔 포맷은 크기 분리에 의한 분리를 수반하고 시험관 포맷의 포획법과 같은 생화학적 후크 및 고체 기질을 사용하지 않는다. 그 대신에, 표적/탐침 복합체는 여타 가능한 방식으로 표적/탐침 복합체를 크기별로 선별함으로써 분리된다. 바람직한 방법은 겔 전기영동이지만, 크로마토그래피 또는 상이한 원심분리와 같은 기타 크기별 선별 기술도 본 발명에 의해 고려된다.Gel formats involve separation by size separation and do not use biochemical hooks and solid substrates, such as in vitro format capture. Instead, the target / probe complexes are separated by size selection of the target / probe complexes in other possible ways. Preferred methods are gel electrophoresis, but other sized sorting techniques such as chromatography or different centrifugation are also contemplated by the present invention.

일반적으로, 표적/탐침 복합체는 통상적으로, 폴리아크릴아미드 또는 아가로스 겔 전기영동, 모세관 겔 전기영동에 의해(이에 한정되지는 않는다) 비-하이브리드화 탐침으로부터 크기별로 분리된다. 특이적 표적/탐침 분자는 특이적 핵산 탐침 위에 놓인 표지에 따라 동일하다.In general, target / probe complexes are typically separated by size from non-hybridized probes by, but not limited to, polyacrylamide or agarose gel electrophoresis, capillary gel electrophoresis. Specific target / probe molecules are identical according to the label placed on the specific nucleic acid probe.

표적/탐침 복합체의 예상된 단편 크기, 및 따라서 겔에서 이동하는 위치가 계산될 수 있다. 계산에 대한 설명은 다수의 표준 문헌, 예를 들면, Sambrook 등에서 찾아볼 수 있다. 일정 시간 후 기지 크기의 단편의 예상 이동 거리는 겔의 유형 및 겔의 러닝에 사용된 전류량을 고려하여 계산해낼 수 있다. 이동은 목적하는 표지 잔기의 지연 계수(Rf)를 반영한다. Rf는 로딩점에서 목적 복합체의 겔 상의 이동점까지의 거리를 겔에 의해 지연되지 않은 최소 분자(통상적으로 염료 프론트)의 이동으로 나눈 값으로 정의된다. 환언하면, 탐침/표적 복합체의 Rf는 염료 프론트의 이동 거리로 나눈 탐침/표적 복합체의 이동 거리로서 정의된다. 염료 프론트가 동일 조건하에서 동일하게 이동한다는 사실에 기인하여, Rf는 일반적으로 일정한 수이므로, 복합체의 Rf는 표적/탐침 복합체의 이동 거리에 비례한다.The expected fragment size of the target / probe complex, and thus the position moving in the gel, can be calculated. Descriptions of calculations can be found in a number of standard documents, such as Sambrook et al. After a period of time, the expected travel distance of the known sized fragments can be calculated taking into account the type of gel and the amount of current used to run the gel. The shift reflects the delay coefficient (Rf) of the desired label residue. Rf is defined as the distance from the loading point to the moving point on the gel of the target complex divided by the movement of the smallest molecule (usually the dye front) that is not delayed by the gel. In other words, Rf of the probe / target complex is defined as the travel distance of the probe / target complex divided by the travel distance of the dye front. Due to the fact that the dye fronts move identically under the same conditions, Rf is generally a constant number, so the Rf of the complex is proportional to the travel distance of the target / probe complex.

고유(규정) 겔 위치로의 이동은 표지물의 존재에 기인한 특이성의 하나의 추가적인 수준을 첨가하며, 바로 탐침/표적 복합체의 크기는 아니다. 표지 탐침을 갖는 표적 서열은 유사 크기이고 겔 상의 동일 위치에서 러닝되는 다른 비표지 비표적 핵산 서열에 의한 검출에서 간섭 없이 특이적 크기에서 검출될 수 있다. 표적/탐침 복합체는 당업계에 공지된 방법에 의해 겔에서 가시화된다.Transfer to the intrinsic (normative) gel position adds one additional level of specificity due to the presence of the label, not just the size of the probe / target complex. Target sequences with labeling probes can be detected at specific sizes without interference in detection by other non-labeled non-target nucleic acid sequences that are of similar size and run at the same location on the gel. Target / probe complexes are visualized in the gel by methods known in the art.

시험관 포맷은 DIG 또는 바이오틴/스트렙타비딘, 효소/기질, 또는 항체/항원 같은 특이적 결합쌍을 사용한다. 이러한 결합쌍은 또한 생화학적 후크로 언급된다. 결합쌍 중 하나는 포획 탐침으로 언급되는 탐침, 또는 다른 탐침이나 표적 서열과 결합하는 탐침의 일부에 결합된다. 다른 결합쌍 멤버는 고체 지지체 표면에 또는 마그네틱 비드와 같이 용액으로부터의 포획된 분자의 분리에 사용될 수 있는 표면에 부착된다. 고체 지지체는 플라스틱 플레이트, 실리콘처리 플레이트, 및 표적이 절단되거나 추가 분석을 위해 용출될 수 있는 플라스틱 비드를 포함한다. 이는 단일 분석에서 하나 이상의 표적의 분석을 허용한다.In vitro formats use specific binding pairs such as DIG or biotin / streptavidin, enzymes / substrates, or antibodies / antigens. Such binding pairs are also referred to as biochemical hooks. One of the binding pairs is bound to a probe, referred to as a capture probe, or a portion of a probe that binds to another probe or target sequence. The other binding pair member is attached to the surface of the solid support or to a surface that can be used for separation of trapped molecules from solution, such as magnetic beads. Solid supports include plastic plates, siliconized plates, and plastic beads from which the target can be cut or eluted for further analysis. This allows for the analysis of one or more targets in a single assay.

본 발명의 두 바람직한 양태는 제한 단편 표적 분석(RFTA) 및 표적 보호 분석(TPA)을 포함한다. 또한, 본 발명에서는 각각의 양태가 할로겐화 뉴클레오타이드와 같은 반응성 그룹을 갖는 절단자 탐침(CP)으로 핵산을 절단하는 신규 방법 및 조성물과 사용될 수 있음이 고려된다. CP의 방법 및 조성물은 핵산의 절단이 요망되는 분석에 사용될 수 있다.Two preferred embodiments of the invention include restriction fragment target assays (RFTA) and target protection assays (TPA). It is also contemplated that the invention may be used with novel methods and compositions for cleaving nucleic acids with cleavage probes (CP) having reactive groups such as halogenated nucleotides. Methods and compositions of CP can be used in assays where cleavage of nucleic acids is desired.

핵산 서열의 절단을 위한 CP법 및 조성물CP method and composition for cleavage of nucleic acid sequences

본원에서 사용되는 바와 같이, CP는 활성화될 때 유리 라디칼을 형성하는 반응성 그룹을 갖는 핵산 탐침이다. 바람직하게는, 반응성 그룹은 할로겐-치환 뉴클레오타이드 유도체, 바람직하게는 브롬 또느 염소, 가장 바람직하게는 할로겐-치환 피리미딘 유도체이지만, 뉴클레오타이드는 할로겐-치환될 수 있다. 그러나, 기능상 동등한 분자, 즉 고 효율로, 및 핵산 본쇄의 당-포스페이트 백본을 절단하는 두 유리 라디칼의 에너지 주입 후 생성을 특징으로 하는 것들이 CP라는 용어에 의해 포함되는 것으로 고려된다. 본 발명은 또한, 다중 본쇄 복합체내 뉴클레오타이드의 포스페이트 당 백본을 절단하기에 충분한 유리 라디칼을 생성하는 분자도 포함한다. BU(브로모우라실)란 용어는 본원에서 이해의 용이를 위해 사용되며 탐침 분자에 사용될 수 있는 화합물에 한정되지는 않는다. BU 또는 CP라는 용어에 의해 고려되는 기타 가능한 반응성 그룹은 클로로우라실, 브로모시토신 및 클로로시토신을 포함하며, 이들은 활성화시에 유리 라디칼을 생성하는 것으로 알려져 있다.As used herein, CP is a nucleic acid probe with reactive groups that, when activated, form free radicals. Preferably, the reactive group is a halogen-substituted nucleotide derivative, preferably bromine or chlorine, most preferably a halogen-substituted pyrimidine derivative, but the nucleotide may be halogen-substituted. However, it is contemplated to include by the term CP those functionally equivalent molecules, ie those that are characterized by high efficiency and after energy injection of two free radicals that cleave the sugar-phosphate backbone of the nucleic acid backbone. The present invention also encompasses molecules that produce sufficient free radicals to cleave the backbone sugar backbone of nucleotides in multiple stranded complexes. The term BU (bromouracil) is used herein for ease of understanding and is not limited to compounds that may be used in the probe molecule. Other possible reactive groups contemplated by the term BU or CP include chloruracil, bromocytosine and chlorocytosine, which are known to produce free radicals upon activation.

그러한 탐침의 사용 일례는 5′브로모우라실(BU) 함유 탐침에 에너지를 주입하는 단계를 포함한다. 높은 빈도로 BU와 평행으로 놓인 핵산 본쇄를 제한하게될 우라실 유리 라디칼이 형성된다.One example of the use of such a probe includes injecting energy into a 5'bromouracil (BU) containing probe. Uracil free radicals are formed that will limit the nucleic acid backbone placed parallel to the BU at high frequency.

브롬 유리 라디칼은 낮은 빈도로 맞은편 핵산 본쇄를 제한할 것이다. 이러한 방법에서, 내위첨가 염료의 첨가는 브로모우라실 활성화를 일으켜 맞은편 본쇄를 고 빈도를 절단하게될 브롬 유리 라디칼을 생성한다.Bromine free radicals will limit the nucleic acid backbone with a low frequency. In this method, the addition of the internal addition dye produces bromouracil activation, producing bromine free radicals that will cleave the high frequency of the opposite strand.

본 발명의 방법 및 조성물은 절단자 탐침을 이용한 표적 핵산의 절단을 포함한다. 표적 핵산은 일본쇄(ss) 또는 이본쇄(ds)일 수 있다. 바람직하게는 CP는 일본쇄이지만, 다른 형태나 회합된 구조도 본 발명에서 고려된다. 신규 절단자 탐침은 표적 핵산의 존재를 검출하기 위한 절단자 탐침 분석(CPA)에 사용될 수 있다. 절단자 탐침의 타 용도는 표적 핵산의 특이적 구역의 파괴 및 기지의 점 돌연변이의 검출을 포함한다.The methods and compositions of the present invention include cleavage of the target nucleic acid using a cleavage probe. The target nucleic acid may be single stranded (ss) or double stranded (ds). Preferably CP is a Japanese chain, but other forms or associated structures are also contemplated in the present invention. New cleavage probes can be used for cleavage probe analysis (CPA) to detect the presence of target nucleic acids. Other uses of cleavage probes include disruption of specific regions of target nucleic acids and detection of known point mutations.

핵산 표적의 제한은 사용된 효소에 특이적이고, 제한 부위가 게놈 전체에 걸쳐서 위치하는 경우에만 서열에서 핵산을 절단하는 제한 엔도뉴클레아제로 달성되어 왔다. 이러한 방식에 의한 핵산의 제한은 제한 서열이 보존된 핵산 표적 영역내 목적하는 위치에서 항상 발견되지는 않을 수도 있기 때문에 한계가 있다. 더욱이, 다수의 제한 효소는 절단을 위한 염기의 메틸화 요구와 같은 고유의 요구사항이 있다. 본 발명의 방법은 이러한 구속이 없다.Restriction of nucleic acid targets has been achieved with restriction endonucleases that are specific for the enzyme used and that cleave the nucleic acid in the sequence only if the restriction site is located throughout the genome. Restriction of nucleic acids in this manner is limited because restriction sequences may not always be found at the desired position in the nucleic acid target region where they are conserved. Moreover, many restriction enzymes have inherent requirements, such as the requirement for methylation of bases for cleavage. The method of the present invention does not have this restriction.

본 발명은 예를 들면, 특이적 에너지 또는 화학 약제에 의한 작용에 의해 활성화될 때, 핵산 본쇄에 특이적 파괴를 일으키는 반응성 그룹을 함유하도록 변성되는 신규 뉴클레오타이드의 사용을 포함한다. 본 발명은 이러한 이본쇄 파괴를 일으킬 수 있는 UV 에너지 또는 기타 주파수의 사용을 고려한다. 아울러, 본 발명은 핵산 서열 중으로의 혼입 또는 이와의 접합이 가능하고 광이나 기타 자극에 노출시 핵산의 하나의 본쇄 또는 양 본쇄 모두에서의 파괴를 일으키는, 브롬 및 염소를 포함한(이에 한정되지 않음) 광 반응성 화합물의 사용을 고려한다.The present invention includes the use of novel nucleotides that are denatured to contain reactive groups that cause specific destruction in the nucleic acid backbone, for example, when activated by action by specific energy or chemical agents. The present invention contemplates the use of UV energy or other frequencies that can cause such double strand breaks. In addition, the present invention includes, but is not limited to, bromine and chlorine, which are capable of incorporation or conjugation into nucleic acid sequences and cause destruction in one or both strands of the nucleic acid upon exposure to light or other stimuli. Consider the use of photoreactive compounds.

CP의 방법 및 조성물은 절단될 표적 서열과 상보적인 탐침 서열을 사용한다. 절단자 탐침에서, 할로겐화 뉴클레오타이드 유도체와 같은 반응성 그룹은 표적에서 절단될 위치에 평행하게 배치되어 있는 탐침내 일정 위치에 혼입된다. 예를 들면, 브로모우리딘은 상보성 아데닌이 표적에서 절단되는 CP에서 티미딘 대신에 혼입된다. 절단자 탐침은 목적하는 위치에서만 DNA 또는 RNA를 절단한다. BU가 티미딘 일부로 치환될 때, 탐침 분자의 상보 서열은 표적상 배치의 특이성 및 절단자 탐침에 의한 특이적 부위 절단을 위한 토대를 형성한다.The methods and compositions of CP use probe sequences that are complementary to the target sequence to be cleaved. In the cleavage probe, reactive groups, such as halogenated nucleotide derivatives, are incorporated at certain positions in the probe that are arranged parallel to the position to be cleaved at the target. For example, bromouridine is incorporated in place of thymidine in CP where complementary adenine is cleaved at the target. Cleavage probes cleave DNA or RNA only at desired locations. When BU is substituted with a thymidine moiety, the complementary sequence of the probe molecule forms the basis for specificity of placement on the target and specific site cleavage by the cleavage probe.

바람직한 양태는 브로모우리딘을 사용한다. CP의 BU와의 활성은 브로모우라실-치환 DNA의 감광화를 기초로 한다. BU 치환 DNA는 단파장 UV 254 nm 내지 장파장 UV 313 nm 범위 및 심지어는 313 nm 이상의 고강도 가시광 영역, 및 x선 및 감마선을 포함한 범위의 광선에 의해 절단될 수 있다. 비록 특정 이론에 구애받기를 원하지는 않지만, 상기 유형의 에너지는 할로겐화 피리미딘(BU)을 두 유리 라디칼, 즉 브롬 유리 라디칼 및 우라실릴 유리 라디칼로 전환시키는 것으로 생각된다. 우라실릴 라디칼은 BU가 혼입되는 본쇄 상의 당 포스페이트 백본을 파괴하고, 상류 및 하류의 두 인접 염기와 브롬 유리 라디칼은 표적 본쇄의 당 포스페이트 백본을 파괴한다. 브로모우리딘 염기에서의 이본쇄 파괴 효과는 254 nm에서 현저하다. 그러나, 생체내에서, 티미딘 이량체는 보조 반응으로서 형성되기 쉽다. 본 발명의 생체내 방법에서, 티미딘 이량체를 원하지 않는 경우, 바람직한 양태는 313 nm UV 파장을 사용한다. 시험관내 시스템에서, 티미딘 이량체가 적용에 어떠한 해도 없으면, 대략 254 nm UV 노출이 바람직하다.Preferred embodiments use bromouridine. The activity of CP with BU is based on photosensitization of bromouracil-substituted DNA. The BU substituted DNA can be cleaved by light rays in the range of high wavelength visible light ranging from short wavelength UV 254 nm to long wavelength UV 313 nm and even 313 nm or more, and x-rays and gamma rays. Although not wishing to be bound by a particular theory, it is believed that this type of energy converts halogenated pyrimidines (BU) into two free radicals, namely bromine free radicals and uracilyl free radicals. The urasilyl radicals destroy the sugar phosphate backbone on the backbone into which the BU is incorporated, and the two adjacent bases upstream and downstream and the bromine free radicals destroy the sugar phosphate backbone on the target backbone. The double strand break effect at the bromouridine base is significant at 254 nm. In vivo, however, thymidine dimers are liable to form as an adjuvant reaction. In the in vivo method of the present invention, when thymidine dimer is not desired, the preferred embodiment uses a 313 nm UV wavelength. In in vitro systems, approximately 254 nm UV exposure is preferred if thymidine dimer is harmless to the application.

염기 절단자 탐침을 사용하는 장점은 DNA 또는 RNA 분자 상 목적 부위에서 표적을 제한하는 것이다. 이는 표적의 정확한 크기로 표적을 함유하는 것으로 추정되는 샘플 핵산의 절단 및 표적의 마진 측정을 허용한다. 이러한 절단으로 5′또는 3′오버행이 없는 평활말단 표적이 생성된다.The advantage of using a base cleavage probe is to limit the target at the target site on a DNA or RNA molecule. This allows for cleavage of the sample nucleic acid that is believed to contain the target at the exact size of the target and measurement of the target's margin. This cleavage results in a smooth terminal target with no 5 'or 3' overhang.

CP의 방법 및 조성물 양태가 도 1에 도시되어 있다. DNA 또는 RNA인 일본쇄 표적(50)을 적어도 하나의 ss 절단자 탐침(54,56)과의 하이브리드화에 의해 절단한다. BU는 탐침(54,56)에서 티민을 치환하고, 표적에서 절단될 아데닌과 평행 배치될 것이다. 활성화시, BU는 표적(50)에서 아데닌과 상호작용한다. BU-함유 탐침(54,56)이 표적 핵산 본쇄(50) 상의 특이적 영역과 하이브리드화한 후, 표적/절단자 탐침 복합체를 UV에 노출시킨다. 광 노출에 의해 탐침(54,56) 상 BU 삽입 부위, 및 맞은편 표적 핵산 본쇄(50) 상 평행 배치 부위 모두에서 본쇄 파괴가 일어난다.A method and composition aspect of CP is shown in FIG. 1. Single chain target 50, DNA or RNA, is cleaved by hybridization with at least one ss cleavage probe 54,56. BU will displace thymine in probes 54 and 56 and will be placed in parallel with the adenine to be cleaved at the target. Upon activation, the BU interacts with adenine at the target 50. After the BU-containing probes 54,56 hybridize with specific regions on the target nucleic acid backbone 50, the target / indicator probe complex is exposed to UV. Light exposure causes chain break at both the BU insertion site on probes 54 and 56 and parallel placement sites on opposite target nucleic acid backbone 50.

탐침에서 BU 분자는 서로 인접하게 위치되거나 임의 위치에서 탐침 전체에 산재되어있다. 이러한 기술을 이용하면, 임의 위치에서 핵산을 선택적으로 절단할 수 있다. 절단은 특정 서열만을 절단하는 제한 엔도뉴클레아제에 의해 인식되는 부위에 한정되지는 않는다. 이러한 신규 방법에 의해, 비효소적이지만, 서열-특이성 핵산 절단이 표적의 양쪽 말단 모두의 경우에 가능하다. 달리, CP는 표적에 상보적일 수 있고 CP의 활성은 ds 표적/탐침 복합체를 절단한다. 본 발명은 1 또는 2 군데의 BU 부위에만 사용되지 않고, 완전한 절단은 2 이상의 이웃한 BU 분자를 포함할 수 있다.In probes, BU molecules are located adjacent to each other or scattered throughout the probe at arbitrary locations. Using this technique, nucleic acids can be selectively cleaved at any position. Cleavage is not limited to sites recognized by restriction endonucleases that cleave only specific sequences. By this novel method, non-enzymatic, but sequence-specific nucleic acid cleavage is possible for both ends of the target. Alternatively, the CP may be complementary to the target and the activity of the CP cleaves the ds target / probe complex. The present invention is not used for only one or two BU sites, and complete cleavage may include two or more neighboring BU molecules.

핵산의 제한 및 Kb 길이 단편의 보호Restriction of Nucleic Acids and Protection of Kb Length Fragments

본 발명의 또다른 양태는 도 2에서 알 수 있듯이 표적 핵산 서열(50)을 함유하는 것으로 여겨지는 이본쇄 DNA 샘플(64)이 CP(54,56)와 함께 이용될 수 있다. 샘플 서열(64)을 변성에 이어 CP(54,56)와의 하이브리드화에 의해 분리한다. CP의 활성은 제한 부위 1과 제한 부위 2에서 전체 표적을 제한한다. 단계 D에서 CP는 절단된 ss 표적을 생성하는 표적의 어느 한쪽 말단상에 존재한다.Another aspect of the invention is that double stranded DNA sample 64, which is believed to contain the target nucleic acid sequence 50, as can be seen in Figure 2, can be used with CP 54,56. Sample sequence 64 is isolated by denaturation followed by hybridization with CP (54,56). The activity of CP limits the entire target at restriction site 1 and restriction site 2. In step D, the CP is on either end of the target to produce a truncated ss target.

ssDNA와 ssRNA 표적과의 CP에 바람직한 양태Preferred Embodiments for CP of ssDNA with ssRNA Target

절단자 탐침 분석(CPA)은 자동화 및 소형화될 수 있고 고 특이성과 고 민감도의 결과를 제공하는데, 이는 이 세가지 특이성의 최저 한도가 이 포맷에서 확인될 수 있기 때문이다. 이 기술은 광범위한 양의 핵산을 프로세싱하면서, 여전히 매우 높은 민감도를 보장할 수 있다. 또한, 원한다면, CPA에 의해 만들어진 표적/탐침 복합체는 PCR과 같은 기타 DNA 분석 기술, 앞서 기재된 기타 증폭 기술 및 DNA-칩 분석과 함께 이용될 수 있다.Cleavage probe analysis (CPA) can be automated and miniaturized and provides results of high specificity and high sensitivity, since the minimum of these three specificities can be identified in this format. This technique can still ensure very high sensitivity while processing a wide range of nucleic acids. Also, if desired, target / probe complexes made by CPA can be used with other DNA analysis techniques such as PCR, other amplification techniques described above, and DNA-chip analysis.

바람직한 CPA 3-단계 방법은Preferred CPA three-step method

1) 샘플 ss 핵산 분리;1) sample ss nucleic acid isolation;

2) 탐침/표적 복합체를 형성하는 절단자 탐침을 이용한 하이브리드화 및 제한; 및2) hybridization and restriction with cleavage probes to form probe / target complexes; And

3) 표적 분리 및 검출이다. 표적 분리는 공지된 기술, 바람직하게는 시험관 포맷 또는 크기 분리에 의해 달성될 수 있다.3) target separation and detection. Target separation can be accomplished by known techniques, preferably in vitro format or size separation.

표적/탐침 복합체 분리를 위한 시험관 포맷을 이용하는 CPA는 도 3에 도시되어 있으며 RNA 또는 DNA의 경우에 사용될 수 있다. 1 이상의 서열 특이성 CP가 분석에 사용될 수 있다. 도 3a에서는, 시험되는 샘플 핵산(64)을 분리 및 정제한다. 도 3에 도시된 예에서, 샘플은 DNA(64)이다. 이 샘플은 RNA일 수 있으며, 보통은 ss이다.CPA using an in vitro format for target / probe complex isolation is shown in FIG. 3 and can be used for RNA or DNA. One or more sequence specificity CPs can be used for analysis. In FIG. 3A, the sample nucleic acid 64 to be tested is isolated and purified. In the example shown in FIG. 3, the sample is DNA 64. This sample may be RNA, usually ss.

도 3의 단계 B에서, CP 올리고(54,56)는 표적 서열과 원하는 절단 부위 또는 부위들에 기초하여 디자인 및 생성된다. CP-앵커(56)는 임의 위치에서 이와 접합된 생화학적 후크를 가진다. CP-리포터(54)는 표적/탐침 복합체 확인을 돕는 위치에서 이와 접합된 리포터 분자를 가진다.In step B of FIG. 3, CP oligos 54, 56 are designed and generated based on the target sequence and the desired cleavage site or sites. CP-anchor 56 has a biochemical hook bonded thereto at any position. CP-reporter 54 has a reporter molecule conjugated to it in a position that aids in identifying the target / probe complex.

단계 C에서, 표적을 함유하는 것으로 여겨지는 샘플 핵산은 ds인 경우 변성된다.In step C, the sample nucleic acid believed to contain the target is denatured if ds.

단계 D에서, 하기 성분들은 하이브리드화를 가능케하는 조건하에 혼합된다: 변성된 샘플 핵산; 절단자 탐침쌍; 및 CP 앵커/표적 복합체와의 결합을 위한 고정된 기질, 예를 들면 안티-DIG(88)로 코팅된 마그네틱 비드(72). CP 리포터(54)상의 표지물은 (*)로 표시된다. 시험관내 VU선은 대략 313 nm에서 표적(50)을 제한한다.In step D, the following components are mixed under conditions that allow hybridization: denatured sample nucleic acid; Cleaver probe pairs; And magnetic beads 72 coated with an immobilized substrate for binding to CP anchor / target complexes, such as anti-DIG 88. The label on the CP reporter 54 is indicated by (*). In vitro VU lines limit target 50 at approximately 313 nm.

도 3의 단계 E는 복합체가 고체 기질(72)에 정착하는 과정을 도시한다. 일단 결합되면, 제한된 표적/탐침 복합체는 고분자량의 게놈 DNA, ssDNA (변성) 또는 RNA 표적으로부터 쉽게 분리된다. 예를 들어, 앵커 포획 분자(88)에 의해 부착된 표적/탐침 복합체를 지닌 마그네틱 비드(8)는 광범위하게 세척된다. 두개의 탐침(54,56)을 지닌 표적(50)은 PNAS(90)이다.Step E of FIG. 3 shows the process of the complex settling into the solid substrate 72. Once bound, the restricted target / probe complexes are easily separated from high molecular weight genomic DNA, ssDNA (denatured) or RNA targets. For example, magnetic beads 8 with target / probe complexes attached by anchor capture molecules 88 are extensively washed. Target 50 with two probes 54, 56 is PNAS 90.

단계 F에서 CP-리포터(54)에서 나온 시그널이 증폭된다.In step F the signal from the CP-reporter 54 is amplified.

바람직한 양태에서, 각 분석은 절단자 탐침-앵커쌍(CP-앵커쌍, CP1)으로 언급된 두개의 절단자 탐침과, 절단자 탐침-리포터쌍(CP-리포터쌍, CP2)으로 언급된 두개의 리포터 탐침을 사용한다.In a preferred embodiment, each assay comprises two cutter probes referred to as a cutter probe-anchor pair (CP-anchor pair, CP1) and two referred to as a cutter probe-reporter pair (CP-reporter pair, CP2). Use a reporter probe.

절단자 탐침-앵커쌍은 표적 서열의 일부에만 결합할 수 있음이 특징적이다. 도 3에 도시된 DNA 앵커 탐침(56)은 5' 말단에 브로모우라실 염기와, 탐침에서 또다른 염기와 접합된 디곡시게닌(DIG) 또는 앵커 분자를 가진다. 앵커 포획 분자(88)는 안티-DIG이다.Cleavage probe-anchor pairs are characterized by being able to bind only a portion of the target sequence. The DNA anchor probe 56 shown in FIG. 3 has a bromouracil base at the 5 'end and a digoxigenin (DIG) or anchor molecule conjugated with another base at the probe. The anchor capture molecule 88 is anti-DIG.

절단자 탐침-리포터쌍(54)은 ssDNA 표적의 나머지 부분과 결합할 수 있음이 특징적인데, 이 서열에 CP-앵커쌍은 결합할 수 없다.The cleavage probe-reporter pair 54 is characterized by being able to bind with the rest of the ssDNA target, wherein the CP-anchor pair cannot bind to this sequence.

CP쌍은 상보적인 ssDNA 표적 또는 이본쇄 DNA 또는 RNA 표적의 변성 본쇄 또는 하나의 RNA 표적에 결합한다.CP pairs bind to the degenerate strand or one RNA target of the complementary ssDNA target or double stranded DNA or RNA target.

도시된 특정 요소는 일례로서 사용되고 있으며 이는 본 발명이 이러한 특정 예에 한정되지 않는 것으로 해석된다. 상기 탐침은 길이가 달라질 수 있다. 또한, 도 1b와 1c에서 도시된 바와 같이, 추가 수준의 특이성이 CPA 분석에 필요하다면, 좀더 많은 절단자 탐침(58, 60 및 62)이 첨가될 수 있으며, 각각의 탐침은 특이성의 추가 수준에 기여한다.The specific elements shown are used as examples and it is to be understood that the invention is not limited to these specific examples. The probe may vary in length. In addition, as shown in FIGS. 1B and 1C, if additional levels of specificity are required for CPA analysis, more cleavage probes 58, 60, and 62 may be added, each probe being added to an additional level of specificity. Contribute.

CPA는 하기를 포함한 복수 수준의 특이성을 가진다:CPA has multiple levels of specificity, including:

1. BUCP-앵커쌍(BUCP1)(56)의 결합1.Combination of BUCP-anchor pairs (BUCP1) 56

2. BUCP-리포터쌍(BUCP2)(54)의 결합2. Combination of BUCP-Reporter Pair (BUCP2) 54

3. (표적-제한 및 보호된) 표적/탐침 복합체의 포획; DIG/안티-DIG 마그네틱 비드 상호작용.3. capture of (target-limited and protected) target / probe complexes; DIG / anti-DIG magnetic bead interaction.

또한, BUCP-앵커 탐침(56)과 BUCP-리포터 탐침(54)이 비상보적이고, 표적 서열(50) 자체가 이들 두 탐침에 연결된 핵산 단편이라는 사실은 낮은 백그라운드를 지닌 높은 특이성 분석을 제공한다.In addition, the fact that the BUCP-anchor probe 56 and the BUCP-reporter probe 54 are non-complementary and that the target sequence 50 itself is a nucleic acid fragment linked to these two probes provides a high specificity analysis with a low background.

일본쇄 표적 DNA(변성된-ssDNA) 또는 RNA 표적 검출의 민감도는 3'에서 5' 방향으로 ssDNA와 ssRNA를 분해하기 위해, S1 또는 Mung Bean 뉴클레아제와 같은 효소를 이용하거나, 유사한 기능의 기타 효소를 이용하여 새로운 이본쇄 표적/탐침 복합체 및 기타 ssDNA/게놈 DNA를 처리함으로써 개선될 수 있다. 일단 탐침이 표적에 결합하면, 표적/탐침 복합체는 보호된 핵산 구조(PNAS)가 되고, 이는 이들 효소에 의한 분해에 강하다. 이러한 뉴클레아제 처리는 임의적이지만, 본 발명에서는 필요한 경우 분석의 민감도를 증가시키기 위해 이의 사용을 고려중이며, 이는 수행되는 분석에 좌우된다.Sensitivity of single-stranded DNA (denatured-ssDNA) or RNA target detection is determined by the use of enzymes such as S1 or Mung Bean nucleases, or other similar functions, to degrade ssDNA and ssRNA from the 3 'to 5' It can be improved by treating new double-stranded target / probe complexes and other ssDNA / genomic DNA with enzymes. Once the probe binds to the target, the target / probe complex becomes a protected nucleic acid structure (PNAS), which is resistant to degradation by these enzymes. Such nuclease treatment is optional, but the present invention contemplates its use if necessary to increase the sensitivity of the assay, depending on the assay being performed.

크기 분리를 이용하는 CPACPA using size separation

이러한 바람직한 양태의 겔 분석 포맷은 도 3의 단계 F에서의 시험관 포맷과는 다르다. 겔 분석 포맷은 하기의 수준의 특이성으로 구성된다.The gel assay format of this preferred embodiment differs from the in vitro format in step F of FIG. 3. Gel assay formats consist of the following levels of specificity.

1. CP-1의 결합에서, 앵커 분자, DIG 등이 필요하지는 않지만, 탐침(56)은 표적(50)을 보호 및 제한할 것이다.1. In the binding of CP-1, no anchor molecule, DIG, etc. are required, but the probe 56 will protect and limit the target 50.

2. CP-2의 결합에서, 리포터 분자가 필요 없지만, 탐침(54)은 표적(50)을 보호 및 제한할 것이다.2. In the binding of CP-2, the reporter molecule is not needed, but the probe 54 will protect and limit the target 50.

3. 겔 러닝에서, 제한된 표적(50)은 앞서 기재된 크기 분리 기술을 이용하여 예상가능한 거리, Rf까지 이동할 것이다. 추가 수준의 특이성이 필요하다면, 표적을 보호하고 제한하기 위해 직렬로 하이브리드화하는 세 탐침으로 두 CP를 단편화시켜 도입될 수 있다. 도 1은 이 탐침 단편화(58,60,62)를 설명하고 있다.3. In gel learning, the restricted target 50 will travel to an expected distance, Rf, using the size separation technique described above. If additional levels of specificity are needed, they can be introduced by fragmenting two CPs with three probes that hybridize in series to protect and limit the target. 1 illustrates this probe fragmentation 58, 60, 62.

삼중나선이 형성되는 CPA의 양태 - TFO(도 4)Aspects of CPA with Triple Helix Formation-TFO (Figure 4)

이 양태에서, 표적 서열(50)은 이본쇄이고 탐침(68)은 ss이다. 탐침(68)이 표적 서열에 하이브리드화될 때 탐침(68)은 삼중나선 구조를 형성한다. 이러한 탐침은 삼중나선 형성 올리고뉴클레오타이드(TFO)로 불리며 특정 이본쇄 유전자 단편을 절단하는 데 사용될 수 있다. 탐침은 ds-표적의 어느 한쪽 본쇄와 (비공유) 결합할 수 있다. 이 양태는 생체내 및 시험관내에서 유전자의 절단에 사용될 수 있다.In this embodiment, target sequence 50 is double stranded and probe 68 is ss. When the probe 68 hybridizes to the target sequence, the probe 68 forms a triple helix structure. Such probes are called triple helix forming oligonucleotides (TFOs) and can be used to cleave specific double stranded gene fragments. The probe can bind (noncovalently) with either strand of the ds-target. This embodiment can be used for cleavage of genes in vivo and in vitro.

특정 이본쇄 유전자 서열(dsDNA)의 절단은 유전자 요법과 생물공학 분야의 부상으로 인해 관심분야를 넓혀가고 있다. 이들 방법에서 DNA의 비효소적 제한은 DNA의 엔도뉴클레아제 제한의 사용보다 신규할 뿐만 아니라 유리하다. 엔도뉴클레아제 제한은 서열을 절단하길 원하는 곳에 배치될 수 없는 제한 엔도뉴클레아제(RE)에 의한 4 내지 8 군데의 염기 제한/인식 부위를 요구한다. 블레오마이신, EDTA 및 기타와 같은 큰 전기음성 분자는 핵산에 부착되어 DNA(ssDNA)와 하이브리드화하는 올리고뉴클레오타이드에 부착시킴으로써 특이성이 약한-염기 절단자를 생성하는 방법을 제공하며 ssDNA로 블레오마이신 또는 EDTA의 접근은 DNA 본쇄의 분리를 야기한다.Cleavage of specific double-stranded gene sequences (dsDNAs) is of increasing interest due to the emergence of gene therapy and biotechnology. In these methods non-enzymatic restriction of DNA is new and advantageous over the use of endonuclease restriction of DNA. Endonuclease restriction requires 4 to 8 base restriction / recognition sites by restriction endonucleases (RE) that cannot be placed where desired to cleave the sequence. Large electronegative molecules such as bleomycin, EDTA, and others provide a method of generating weakly-specific cleavers by attaching to oligonucleotides that attach to nucleic acids and hybridize with DNA (ssDNA). The approach leads to separation of the DNA strands.

DNA 절단의 전기음성 형태로 인한 문제는 유전자 단편을 절단하기 위해 dsDNA를 변성, 절단 및 재생할 필요성과, 높은 전기음성 절단 분자의 조절불가능한 반응성으로 인해 복잡하다. 이들 분자는 특정 부위와의 탐침 하이브리드화 이전에 자체적으로 비-특정 DNA 부위와 반응할 수 있다.Problems due to the electronegative form of DNA cleavage are complicated by the need to denature, cleave and regenerate dsDNA to cleave gene fragments and the uncontrollable reactivity of highly electronegative cleavage molecules. These molecules can react with non-specific DNA sites themselves before probe hybridization with specific sites.

예를 들어, 생체내 및 시험관내 유전자 절단을 위한 본 발명의 신규 방법 및 조성물은 TFO, CP 형태의 사용에 의해 달성된다. 시험관내에서, 유일한 dsDNA 단편에 특이한 TFO가 DNA와의 하이브리드화를 위해 몇배 초과하는 양으로 첨가된다. TFO는 나선의 주(major) 그룹에 존재하며, 여기서 이는 Hoogstein 결합(약한 수소형 결합)에 의해 결합된다. 본 발명의 일 양태에서, TFO는 BU-TFO로 불리는 BU로 치환된 두개의 말단 티미딘 염기를 지닌 올리고뉴클레오타이드이다.For example, the novel methods and compositions of the present invention for in vivo and in vitro gene cleavage are achieved by the use of TFO, CP forms. In vitro, the TFO specific for the unique dsDNA fragment is added in an amount several times greater for hybridization with DNA. TFOs exist in the major group of the helix, where they are bound by Hoogstein bonds (weak hydrogen bonds). In one aspect of the invention, the TFO is an oligonucleotide having two terminal thymidine bases substituted with BU called BU-TFO.

대략 313 nm 또는 브롬 원자를 여기시켜 유리 라디칼을 생성하는 임의 파장에서 UV를 이용한 BU-TFO 보호된 표적/탐침 복합체의 처리는 짧은 dsDNA 절단을 위해 TFO의 양 말단에서 dsDNA를 절단하는 기능을 한다.Treatment of BU-TFO protected target / probe complexes with UV at approximately 313 nm or any wavelength that excites bromine atoms to produce free radicals functions to cleave dsDNA at both ends of the TFO for short dsDNA cleavage.

도 4b에 설명된 제 2 양태에서, 보다 큰 dsDNA 단편은 두개의 BU-TFO를 이용하여 절단될 수 있다. DNA의 큰 구역의 플랭킹 영역이 CP 또는 TFO에 하이브리드화될 때, 전체 DNA 구역은 핵산 분해로부터 보호된다.In the second embodiment described in FIG. 4B, larger dsDNA fragments can be cleaved using two BU-TFOs. When flanking regions of large regions of DNA hybridize to CP or TFO, the entire DNA region is protected from nucleic acid degradation.

BU-TFO 절단자 탐침의 생체내 적용은 세포막 결합된 DNA 뉴클레아제에 의해 인식되지 않는 변형된 염기로 구성된 BU-TFO를 이용한 세포의 형질감염을 요구한다. 생체내에서 염색체 부위와 두 BU-TFO 형태의 결합에 이어 좀더 침투적인 형태의 에너지, 예를 들면, BU 감작화 효과에 관여하는 것으로 나타난 낮은 양의 x-선을 조사한다.In vivo application of the BU-TFO cleavage probe requires transfection of cells with BU-TFO consisting of modified bases that are not recognized by cell membrane bound DNA nucleases. In vivo, the binding of two BU-TFO forms with the chromosomal site is followed by a lower amount of x-rays that appear to be involved in more invasive forms of energy, such as BU sensitizing effects.

이들 제한 방법 및 절단자 탐침 조성물은 생체내 및 시험관내에서 유전자 파괴에 사용되며, TFO 형태의 결합은 유전자 절단 프로세스에서의 결합과 유사하다. 이 양태는 도 5에 도시되어있다. BU와 같이 다수의 가깝게 간격지워진 반응성 그룹은 TFO 전체에 존재하고 있어 자외선 조사 후, 원하지 않는 핵산 서열의 삭제 및 보통 세포 파괴를 야기한다.These restriction methods and cleavage probe compositions are used for gene disruption in vivo and in vitro, and the binding of the TFO form is similar to that in the gene cleavage process. This aspect is shown in FIG. 5. Many closely spaced reactive groups, such as BU, are present throughout the TFO, resulting in deletion of unwanted nucleic acid sequences and normal cell destruction after ultraviolet irradiation.

본 발명의 또다른 양태는 BU 치환 분자를 이용하여 세포 mRNA 또는 기타 RNA를 표적화하는 것이다. 이는 부위 선택 절단을 위해 특정 RNA 분자와 BU-절단자 탐침의 결합을 야기한다. 브롬과 기타 유리 라디칼의 생성은 mRNA 전사 기능을 파괴하고 세포는 파괴된 특정 mRNA 집단없이 계속 생존할 것이다. BU-CP는 안티센스 DNA보다 유리한데 이는 BU-CP 탐침을 이용할 경우 RNA는 제거되지만, 안티센스 DNA를 이용할 경우, RNA는 여전히 존재하여 오직 DNA와 결합한다. 결합 조건은 변할 수 있고 RNA는 해독 또는 기타 기능을 위해 존재할 수 있다.Another aspect of the invention is the targeting of cellular mRNA or other RNA using BU substitution molecules. This results in the binding of the specific RNA molecule with the BU-cleavage probe for site selective cleavage. The production of bromine and other free radicals destroys mRNA transcriptional functions and cells will continue to survive without the specific mRNA population destroyed. BU-CP has an advantage over antisense DNA, where RNA is removed using the BU-CP probe, while with antisense DNA, the RNA is still present and only binds to the DNA. Binding conditions may change and RNA may be present for translation or other functions.

TFO를 이용한 점 돌연변이 검출Point mutation detection using TFO

절단자 탐침의 조성물 및 방법의 또다른 양태는 자료화된 점 돌연변이의 검출이다. 점 돌연변이 검출을 위한 CP의 사용예는 표 1에 도시되어있다. 이 방법의 일 양태는 표적 서열을 얻기 위해 점 돌연변이를 함유하는 것으로 여겨지는 샘플 DNA의 변성 및 제한을 포함한다. 이 제한은 공지된 제한 방법 또는 좀더 바람직하게는, 두개의 CP를 이용하여 점 돌연변이 부위를 함유하는 것으로 여겨지는 DNA의 소 단편을 분리함으로써 달성된다. 제 3 CP는 표적 서열에 하이브리드화하는데 사용된다. 도 1에서 알 수 있듯이, 점 돌연변이가 존재하면, 제 3 CP의 조사는 표적 서열과 CP 복합체에서 절단을 야기한다. 점 돌연변이가 존재하지 않으면, 절단이 일어나지 않는다. 샘플은 겔상에서 러닝되고 복합체가 절단되었는지 여부를 눈으로 알 수 있다. 점 돌연변이의 존재 또는 부재를 확인하는 한가지 방법은 표적 서열에 결합하는 CP를 표지하는 것이다.Another aspect of the compositions and methods of cleavage probes is the detection of documented point mutations. Examples of the use of CPs for point mutation detection are shown in Table 1. One aspect of this method involves denaturation and restriction of sample DNA that is believed to contain point mutations to obtain a target sequence. This restriction is achieved by separating small fragments of DNA that are known to contain point mutation sites using known restriction methods or more preferably two CPs. The third CP is used to hybridize to the target sequence. As can be seen in FIG. 1, if a point mutation is present, irradiation of the third CP causes cleavage in the target sequence and the CP complex. If no point mutation is present, cleavage does not occur. The sample can be run visually on the gel and see visually whether the complex is cleaved. One way to identify the presence or absence of point mutations is to label CPs that bind to the target sequence.

표 1: 자료화/특징화된 BU 절단자 탐침(BUCP)을 이용한 단일 염기 돌연변이의 검출.(BU의 위치는 절단 지점에 존재함)Table 1: Detection of single base mutations using a documented / characterized BU cleavage probe (BUCP) (the location of the BU is at the cleavage point).

+* → -** BUCP 작용+ * →-** BUCP action

DNA G - A 왓슨 본쇄 절단DNA G-A Watson-Chain Cut

(왓슨 본쇄) T - A 왓슨 본쇄 절단(Watson Sprint) T-A Watsons Cut Saw

C - A 왓슨 본쇄 절단C-A Watson-cut cutting

A - G 왓슨 본쇄 절단안됨A-G Watson Not Printed

A - T 왓슨 본쇄 절단안됨A-T Watson Uncut

A - C 왓슨 본쇄 절단안됨A-C Watson Not Printed

C - T 왓슨 본쇄 절단안됨C-T Watson Not Printed

C - G 왓슨 본쇄 절단안됨C-G Watson Not Printed

T - C 왓슨 본쇄 절단안됨T-C Watson Not Printed

T - G 왓슨 본쇄 절단안됨T-G Watson Not Printed

G - T 왓슨 본쇄 절단안됨G-T Watson Not Printed

G - C 왓슨 본쇄 절단안됨G-C Watson Not Printed

DNA A - T 왓슨 본쇄 절단DNA A-T Watson Chain Cleavage

(크릭 본쇄) C - T 왓슨 본쇄 절단(Creek Cut) C-T Watson Cut Cut

G - T 왓슨 본쇄 절단G-T Watson-cut cutting

A - G 왓슨 본쇄 절단안됨A-G Watson Not Printed

A - C 왓슨 본쇄 절단안됨A-C Watson Not Printed

C - G 왓슨 본쇄 절단안됨C-G Watson Not Printed

C - A 왓슨 본쇄 절단안됨C-A Watson Not Printed

G - A 왓슨 본쇄 절단안됨G-A Watson Not Printed

G - C 왓슨 본쇄 절단안됨G-C Watson Not Printed

T - A 왓슨 본쇄 절단안됨T-A Watson Not Printed

T - C 왓슨 본쇄 절단안됨T-C Watson Not Printed

T - G 왓슨 본쇄 절단안됨T-G Watson Not Printed

RNA U - A RNA 본쇄 절단RNA U-A RNA strand cutting

C - A RNA 본쇄 절단C-A RNA strand cutting

G - A RNA 본쇄 절단G-A RNA strand cutting

A - U RNA 본쇄 절단안됨A-U RNA strand not cleaved

A - C RNA 본쇄 절단안됨A-C RNA strand not cleaved

A - G RNA 본쇄 절단안됨A-G RNA strand not cleaved

C - G RNA 본쇄 절단안됨C-G RNA strand not cleaved

C - U RNA 본쇄 절단안됨C-U RNA strand not cleaved

G - C RNA 본쇄 절단안됨G-C RNA backbone not cleaved

G - U RNA 본쇄 절단안됨G-U RNA strand not cleaved

U - C RNA 본쇄 절단안됨U-C RNA strand not cleaved

U - G RNA 본쇄 절단안됨U-G RNA strand not cleaved

+* 야생형 -** 돌연변이체+ * Wild type-** mutant

제한 단편 표적 분석(RFTA)Restriction Fragment Target Analysis (RFTA)

본 발명의 제한 단편 표적 분석(RFTA)은 RNA 또는 DNA 표적 모두를 직접 검출한다. 표적은 일본쇄 또는 이본쇄일 수 있다. RFTA법은 적어도 하나의 1차 탐침과 적어도 하나의 2차 탐침을 이용한다. 모든 탐침은 일본쇄이다. 1차 탐침은 적어도 두개의 구역을 가진다. 1차 탐침의 최소 한 구역은 표적에 상보적이고 1차 탐침의 최소 1 구역은 2차 탐침에 상보적이다. 2차 탐침은 표적에 상보적이지 않고, 단지 2차 탐침에 상보적이도록 디자인된 1차 탐침 구역에만 상보적이다. 추가 구역은 1차 탐침에 첨가될 수 있다. 추가 구역은 표적 또는 2차 탐침에 상보적일 수 있다.Restriction fragment target analysis (RFTA) of the present invention directly detects both RNA or DNA targets. The target may be single stranded or double stranded. The RFTA method uses at least one primary probe and at least one secondary probe. All probes are Japanese. The primary probe has at least two zones. At least one zone of the primary probe is complementary to the target and at least one zone of the primary probe is complementary to the secondary probe. The secondary probe is not complementary to the target, but only complementary to the primary probe zone, which is designed to be complementary to the secondary probe. Additional zones can be added to the primary probe. The additional zone may be complementary to the target or secondary probe.

일단 탐침/표적 복합체가 형성되면, 이는 크기 분리 또는 생화학적 후크 및 시험관 포맷에서 고체 지지체와 연결시켜 분리될 수 있다. 두 분리 방법이 앞서 기재되고 있다.Once the probe / target complex is formed, it can be separated by linkage with a solid support in size separation or biochemical hook and test tube formats. Two separation methods are described above.

TPA와 RFTA와 같은 기술은 핵산을 밀리그램에서 나노그램, 피코그램, 심지어는 이보다 적은 양(펜타몰)의 표적을 분석할 수 있다. 본 발명의 양태는 매우 적은 샘플에서 낮은 카피수의 핵산 또는 기타 표적을 동정한다. 이러한 다량의 핵산의 프로세싱 능력은 현존 마이코그램 분석 기술로부터 기본적으로 출발하고 있어, DNA 진단법을 상당한 정도로 개선시킨다.Techniques such as TPA and RFTA can analyze nucleic acids from milligrams to nanograms, picograms, and even less (pentamol) targets. Embodiments of the invention identify low copy number nucleic acids or other targets in very few samples. The processing power of such large amounts of nucleic acid is fundamentally starting from existing microgram analysis techniques, which significantly improves DNA diagnostics.

DNA RFTA 적용Apply DNA RFTA

RFTA는 감염제의 확인을 위한 DNA 서열의 단순한 검출에서부터, 미세한 서열 분석이 원해지는 좀더 복잡한 적용, 예를 들어 조직적합성 항원에 대한 유전자형 구분, 바이러스주 구분, 또는 유전병 시험에 이르기까지 다양한 종류의 DNA 진단법에 사용될 수 있다. 작은 DNA 서열 차이도 서열 특이성 탐침을 이용하거나, 초기 절단 단계에 사용된 제한 엔도뉴클레아제의 선택 및 이 둘 모두를 조합하여 알 수 있으며, 후자의 방법은 하이브리드화된 제한 단편의 크기를 변화시킨다. RFTA를 사용하여 다양한 수의 직렬 반복 (VNTR), 및 제한 단편 길이 다형(RFLP) 과정을 변형시켜 샘플간의 작은 직렬 반복(STR) 마커에서의 차이점을 알 수 있다. RFLP 과정은 현재 법의학 및 친자 확인 시험을 수행하고 골수 이식의 성공을 평가하기 위해 하이브리드화에 대한 막을 사용한다. 하기 상세한 설명은 DNA(RNA도 고려됨)를 위한 방법과 조성물의 적용에 관한 것이고, RNA 적용을 위한 변형은 하기에 주어진다.RFTA can be used for a variety of DNA types, from simple detection of DNA sequences for identification of infectious agents to more complex applications where fine sequence analysis is desired, such as genotyping, viral strain, or genetic disease testing for histocompatibility antigens. It can be used in diagnostics. Small DNA sequence differences can also be determined by using sequence specificity probes or by selecting a restriction endonuclease used in the initial cleavage step and a combination of both, the latter method alters the size of the hybridized restriction fragment. . RFTA can be used to modify the variable number of serial iterations (VNTR), and the restriction fragment length polymorphism (RFLP) process to see differences in small serial iteration (STR) markers between samples. The RFLP process currently uses membranes for hybridization to perform forensic and paternity tests and to evaluate the success of bone marrow transplantation. The following detailed description relates to the application of methods and compositions for DNA (RNA is also contemplated), and modifications for RNA application are given below.

DNA RFTA 양태의 예는 도 6과 7에 도시된다. 도 6은 단계 A-G; 단계 A, 샘플 DNA의 분리 및 정제; 단계 B, 샘플 DNA로부터 표적 서열(50)의 방출, 단계 C, 이본쇄 핵산 샘플 서열의 변형; 단계 D, 표지된 1차 탐침(74)과 표적 서열(50)의 하이브리드화; 단계 E, 2차 탐침(76)과의 하이브리드화; 단계 F, 또다른 2차 탐침(78)과의 하이브리드화; 및 단계 G, 크기 분리에 의한 분리를 보여준다. 결과는 바람직하게는 겔 전기영동을 이용하여 분석 겔에 적용되고, 표지된 밴드의 Rf를 계산한다.Examples of DNA RFTA embodiments are shown in FIGS. 6 and 7. 6 shows steps A-G; Step A, isolation and purification of sample DNA; Step B, release of the target sequence 50 from the sample DNA, step C, modification of the double stranded nucleic acid sample sequence; Step D, hybridization of the labeled primary probe 74 with the target sequence 50; Step E, hybridization with secondary probe 76; Step F, hybridization with another secondary probe 78; And step G, separation by size separation. The result is preferably applied to the assay gel using gel electrophoresis and the Rf of the labeled band is calculated.

RFTA에 기재된 특이성 수준은 표적/탐침 복합체가 겔 전기영동에 의해 분리될 경우; 1) 5' 표적 절단 메카니즘, 2) 3' 표적 절단 메카니즘 (제 1 표적 절단 메카니즘과는 상이한 추가 특이성 수준), 3) 표지물(74)을 이용한 1차 탐침, 4) 2차 탐침(76), 5) 2차 탐침(78), 및 6) 예측가능한 이동거리(복합체의 Rf)이다. 추가 탐침은 단편화되어 특정 서열에서 특이성 수준을 추가로 증가시키는데 첨가될 수 있다.Specificity levels described in the RFTA were determined when the target / probe complexes were separated by gel electrophoresis; 1) 5 'target cleavage mechanism, 2) 3' target cleavage mechanism (additional level of specificity different from the first target cleavage mechanism), 3) primary probe using label 74, 4) secondary probe 76, 5) secondary probe 78, and 6) predictable travel (Rf of the composite). Additional probes can be fragmented and added to further increase the level of specificity in a particular sequence.

도 6에 설명된 DNA RFTA의 단계 및 고려사항:Steps and Considerations of DNA RFTA Explained in FIG. 6:

단계 A: 샘플 DNA원; DNA의 분리 및 정제Step A: sample DNA source; Isolation and Purification of DNA

본 발명의 제한 단편 표적 분석(RFTA)은 샘플에 존재하는 표적 DNA 서열을 검출한다. 방법은 표적을 함유하는 것으로 여겨지는 원료로부터 DNA 샘플의 정제를 이용한다. 원료는 세포, 조직, 세포 기관, 혈청, 물, 및 기타 유체(이에 한정되지 않음)를 포함한다. 숙주 또는 샘플 DNA는 고분자량의 게놈 DNA 형태일 수 있다. 정제는 당해 분야의 숙련인에게 공지된 각종 방법 중 하나이거나 이러한 목적으로 의도된 증폭된 DNA를 사용할 수 있다.Restriction fragment target analysis (RFTA) of the present invention detects target DNA sequences present in a sample. The method utilizes the purification of a DNA sample from a source that is believed to contain a target. Raw materials include, but are not limited to, cells, tissues, organelles, serum, water, and other fluids. The host or sample DNA may be in the form of high molecular weight genomic DNA. Purification may use amplified DNA that is one of a variety of methods known to those skilled in the art or intended for this purpose.

단계 B: DNA RFTA의 표적 핵산의 절단Step B: Cleavage of Target Nucleic Acid of DNA RFTA

정제된 샘플 DNA는 샘플에 존재하는 표적 핵산 서열을 절단하기 위해 절단된다. 표적 핵산의 절단은 RFTA 방법에서 특이성의 제 1 수준이다.Purified sample DNA is cut to cleave the target nucleic acid sequence present in the sample. Cleavage of the target nucleic acid is the first level of specificity in the RFTA method.

절단은 다수의 상이한 방법으로 달성될 수 있다. 일 방법은 1 이상의 서열-특이성 제한 엔도뉴클레아제를 이용한 절단을 포함하며, 이의 제한 부위는 표적 핵산에 접하는 것으로 알려져 있다. 추가 수준의 특이성은 제 1 제한 엔도뉴클레아제와 상이한 부위에서 표적을 절단하는 제 2 엔도뉴클레아제를 사용하여 첨가될 수 있다.Cleavage can be accomplished in a number of different ways. One method involves cleavage with one or more sequence-specific restriction endonucleases, whose restriction sites are known to contact the target nucleic acid. Additional levels of specificity can be added using a second endonuclease that cleaves the target at a different site than the first restriction endonuclease.

비-특이성 엔도뉴클레아제와 같은 기타 유형의 뉴클레아제가 이용될 수 있다. 예를 들어, 핵산은 라이보자임, 리보뉴클레아제가 이용된 방법, 또는 핵산을 절단하는 기타 방법을 이용하여 절단될 수 있다. 1 이상의 엔도뉴클레아제 또는 기타 유형의 뉴클레아제의 선택은 표적 서열 및 수행되는 개개 시험 디자인에 좌우된다.Other types of nucleases can be used, such as non-specific endonucleases. For example, the nucleic acid can be cleaved using ribozymes, methods using ribonucleases, or other methods of cleaving nucleic acids. The choice of one or more endonucleases or other types of nucleases depends on the target sequence and the individual test design performed.

DNA의 뉴클레아제 절단 대신 기타 방법이 이용가능하다. 본 발명의 신규 접근법은 임의 부위에서 DNA와 RNA를 선택적으로 절단하기 위해 앞서 기재된 절단자 탐침(CP)이다. 절단은 특정 서열만을 절단하는 엔도뉴클레아제에 의해 인식된 부위에 한정되지 않는다.Other methods may be used instead of nuclease cleavage of DNA. The novel approach of the present invention is the above-described cleavage probe (CP) for selectively cleaving DNA and RNA at any site. Cleavage is not limited to sites recognized by endonucleases that cleave only specific sequences.

단계 C: DNA RFTA에서 변형Step C: Modification in DNA RFTA

샘플 핵산이 표적 핵산의 절단을 받으면, 전체 샘플 DNA는 열, 이온 또는 염 조건, 하이드록사이드, 또는 pH 조건과 같은 공지된 과정을 이용하여 개개 상보성 본쇄로 변성된다.When the sample nucleic acid undergoes cleavage of the target nucleic acid, the whole sample DNA is denatured into individual complementary strands using known procedures such as heat, ionic or salt conditions, hydroxides, or pH conditions.

단계 D: DNA RFTA에서 1차 탐침(들)의 하이브리드화Step D: Hybridization of Primary Probe (s) in DNA RFTA

도 6에서 알 수 있듯이, 변성 후, 샘플 DNA는 하이브리드화를 가능케하는 조건하에 탐침과 결합된다. 바람직한 양태에서, 세 탐침, 하나의 1차 탐침 및 두개의 2차 탐침이 RFTA법에 이용된다. 1차 탐침은 표적과만 결합하도록 특수하게 디자인되어, 단지 표적이 샘플내에 존재하는 경우, 1차 탐침이 결합할 것이다. 본 발명은 표적과 탐침 크기가 다양할 수 있음을 고려한다.As can be seen in FIG. 6, after denaturation, the sample DNA is bound to the probe under conditions that allow hybridization. In a preferred embodiment, three probes, one primary probe and two secondary probes are used in the RFTA method. The primary probe is specially designed to bind only to the target so that only if the target is present in the sample the primary probe will bind. The present invention contemplates that the target and probe size may vary.

a) 1차 탐침 디자인: 1차 탐침(들)(74)을 디자인함에 있어 고려사항은 샘플 본쇄(왓슨 또는 크릭 본쇄로 알려짐, 도면에서는 W 또는 C로 생략되어 표기)중 어느 하나 또는 두 샘플 본쇄가 본 발명에서 표적 본쇄(50)로 사용될 수 있다는 점이다. 두 본쇄의 사용은 시그널의 두배 증폭을 야기한다. 후자의 양태는 특정 표적 핵산 본쇄(50)에 특이적인 본쇄 특이성 1차 탐침(74)의 사용을 요구한다.a) Primary probe design: In designing the primary probe (s) 74, consideration should be given to one or two sample strands of sample strands (known as Watson or Creek chains, abbreviated W or C in the figures). Can be used as the target backbone 50 in the present invention. The use of two strands results in double amplification of the signal. The latter embodiment requires the use of a strand specificity primary probe 74 specific for the particular target nucleic acid strand 50.

1차 탐침(74)은 1 이상의 구역을 가질 수 있다. 바람직한 양태에서, 1차 탐침은 세 구역을 가진다. 제 1 구역(80)은 서열 상동성 또는 기타 수단에 의해, 표지될 수 없는 2차 탐침(76)에 결합할 수 있다. 1차 탐침(74)의 제 1 구역(80)은 서열 상동성 또는 기타 수단에 의해 표적 핵산 서열(50)과 결합할 수 없고 초기 2차 탐침(74)과 결합할 것이다. 일반적으로 1차 탐침(74)의 중간에 근접한 제 2 구역(82)은 서열 상동성 또는 기타 수단에 의해 표적 서열(50)과 결합할 수 있다. 이 양태에서, 1차 탐침(74)의 제 3 구역(84)은 서열 상동성 또는 기타 수단에 의해 표지되거나 될 수 없는 또다른 2차 탐침(78)에 결합할 수 있다. 2차 탐침은 표적 서열에 결합할 수 없다.Primary probe 74 may have one or more zones. In a preferred embodiment, the primary probe has three zones. The first zone 80 may bind to the secondary probe 76 which may not be labeled by sequence homology or other means. The first zone 80 of the primary probe 74 cannot bind to the target nucleic acid sequence 50 by sequence homology or other means and will bind to the initial secondary probe 74. In general, the second zone 82 proximate to the middle of the primary probe 74 may bind to the target sequence 50 by sequence homology or other means. In this embodiment, the third zone 84 of the primary probe 74 may bind to another secondary probe 78 which may or may not be labeled by sequence homology or other means. The secondary probe cannot bind to the target sequence.

특정 포맷에서 1차 탐침(74)의 제 1(80) 및 제 3(84) 구역 중 어느 하나 또는 둘 모두는 표지물과 같은 부착된 리포터 분자를 가진다. 리포터는 시그널 증폭을 개선시키기 위해 길어지거나 짧아질 수 있다.In certain formats, either or both of the first 80 and third 84 regions of the primary probe 74 have an attached reporter molecule, such as a label. The reporter can be lengthened or shortened to improve signal amplification.

1 이상의 서열 확인이 원해지는 분석의 경우, 복수의 1차 탐침은 상이한 표적 영역에 결합하는 상이한 서열과 함께, 동시에 (다중) 반응 혼합물에 이용된다. 이들 탐침은 서로에 대해 상보적이지 않다. 사용된 탐침의 수는 포획-검출, 분리 및 당해 분야의 숙련인에게 공지된 검출법에 의해 한정된다.For assays in which more than one sequence identification is desired, multiple primary probes are used in the (multiple) reaction mixture simultaneously with different sequences that bind to different target regions. These probes are not complementary to each other. The number of probes used is limited by capture-detection, separation and detection methods known to those skilled in the art.

1차 탐침은 RFTA법에서 특이성의 제 3 수준이다.Primary probes are the third level of specificity in the RFTA method.

b) 탐침 표지: 탐침은 방사능, 형광 또는 당해 분야의 숙련인에게 공지된 기타 검출 방법을 사용하여 검출 분자로 표지될 수 있다. 일 양태에서, 1차 탐침은 얼마나 많은 상이한 구역이 1차 탐침을 포함하느냐에 상관없이, 전체 길이를 따라 표지된다.b) Probe Labeling: The probe can be labeled with a detection molecule using radioactivity, fluorescence or other detection methods known to those skilled in the art. In one aspect, the primary probe is labeled along the entire length, regardless of how many different zones comprise the primary probe.

c) 1차 탐침(들)의 하이브리드화: 1차 탐침(74)은 자발적 반응을 보장하기 위해 몰과량으로 변성된 샘플 DNA에 놓인다. 일본쇄 샘플 DNA와 탐침이 하이브리드화된다. 하이브리드화는 느린 냉각, 이온 조절, 또는 pH 중화와 같은 공지 과정에 의해 이루어질 수 있다. 이는 분석의 특이성의 제 3 수준이다.c) Hybridization of the primary probe (s): The primary probe 74 is placed in molar excess of sample DNA to ensure spontaneous reaction. Single-stranded sample DNA and the probe hybridize. Hybridization can be accomplished by known processes such as slow cooling, ion control, or pH neutralization. This is the third level of specificity of the assay.

단계 E: DNA RFTA에서 제 1의 2차 탐침(들)의 하이브리드화Step E: Hybridization of the Primary Secondary Probe (s) in DNA RFTA

도 6의 단계 E에서 알 수 있듯이, 제 1의 2차 탐침은 1차 탐침에 하이브리드화된다. 2차 탐침(76)은 표적을 기록하기 위한 표지에 사용되는 리포터 탐침이다. 2차 탐침은 보통 10-25 mer 탐침(이에 한정되지 않음)의 올리고뉴클레오타이드(ssDNA) 서열로 구성된다. 겔 포맷에서 2차 탐침은 광범위하게 표지될 수 있다. 각각의 2차 탐침은 RFTA법에 또다른 수준의 특이성을 첨가한다. 바람직한 양태에서, 두개의 2차 탐침이 사용되며, 이들은 각각 특이성의 제 4 및 제 5 수준이다.As can be seen in step E of FIG. 6, the first secondary probe is hybridized to the primary probe. Secondary probe 76 is a reporter probe used for a label to record a target. Secondary probes usually consist of oligonucleotide (ssDNA) sequences of, but not limited to, 10-25 mer probes. Secondary probes in gel format can be extensively labeled. Each secondary probe adds another level of specificity to the RFTA method. In a preferred embodiment, two secondary probes are used, which are the fourth and fifth levels of specificity, respectively.

2차 탐침(76)과 1차 탐침은 동시에 첨가되어 몰과량으로 변성된 샘플 DNA와 하이브리드화될 수 있다. 달리, 2차 탐침은 1차 탐침이 하이브리드화된 후에 첨가될 수 있다. 하이브리드화는 공지된 과정에 의해 수행될 수 있다. 이는 분석의 특이성의 제 4 수준이다.The secondary probe 76 and the primary probe can be added simultaneously to hybridize with the sample DNA modified in molar excess. Alternatively, the secondary probe can be added after the primary probe has hybridized. Hybridization can be carried out by known procedures. This is the fourth level of specificity of the assay.

단계 F: DNA RFTA에서 또다른 2차 탐침의 하이브리드화Step F: Hybridization of Another Secondary Probe in DNA RFTA

도 6에서 알 수 있듯이, 또다른 2차 탐침(78)이 사용되면, 이는 표지되어 1차 탐침에 하이브리드화된다. 표지물의 유형은 선택된 검출법에 의해 알 수 있다. 모든 1차 및 2차 탐침(76,78)은 동시에 특이성의 누적 수준으로 하이브리드화될 수 있다. 제 2의 2차 탐침의 첨가는 특이성의 제 5 수준이다.As can be seen in FIG. 6, if another secondary probe 78 is used, it is labeled and hybridized to the primary probe. The type of label can be determined by the selected detection method. All primary and secondary probes 76,78 can hybridize to cumulative levels of specificity at the same time. The addition of a second secondary probe is the fifth level of specificity.

단계 G: DNA RFTA에서 분리 및 검출Step G: Isolation and Detection in DNA RFTA

표적(50)이 샘플에 존재하면, 부착된 2차 탐침 또는 탐침들 및 표적 서열과 1차 탐침의 복합체는 이본쇄 구조이다(도 6의 단계 F에 도시됨). 복합체는 나머지 샘플 DNA로부터 분리되어 검출된다. 두가지 양태의 분리는 (a) 도 6에 도시된 크기 분리 및 (b) 도 7에 도시된 포획 탐침이다. 겔 전기영동 후, 예상된 겔 위치(Rf)에서 표지된 밴드의 검출은 특이성의 제 6 수준을 지닌 핵산 표적의 존재를 나타낸다.When the target 50 is present in the sample, the attached secondary probe or probes and the complex of the target sequence and the primary probe are double stranded structures (shown in step F of FIG. 6). The complex is separated from the remaining sample DNA and detected. The separation of the two aspects is (a) the size separation shown in FIG. 6 and (b) the capture probe shown in FIG. After gel electrophoresis, detection of the labeled band at the expected gel position (Rf) indicates the presence of a nucleic acid target with a sixth level of specificity.

몇몇 경우, 표적은 1차 탐침과 2차 탐침 농도보다 낮은 수로 존재할 수 있다. 이 경우, 1차 탐침과 2차 탐침은 표적과의 결합 없이 함께 하이브리드화될 수 있고 겔상에 의-양성을 제공한다. 표적과 하이브리드화되지 않는 탐침을 검출하기 위해, 1차 탐침의 제 2 부분(표적에 상보적인 구역)에 대해 서열 특이성을 지닌 BU 염기 절단자와 같은 절단자 탐침은 1차 및 2차 탐침의 하이브리드화 이후에 표적/탐침 복합체에 하이브리드화될 수 있다. 이후, 하이브리드화된 샘플 복합체를 UV(대략 313 nm)로 처리하면 탐침/표적 복합체가 두개의 보다 작은 복합체로 절단된다. 두개의 작은 복합체는 표적없는 탐침 복합체로부터 크기별 선별 겔상의 Rf를 계산하여 쉽게 구분될 것이다.In some cases, the target may be present in numbers lower than the primary and secondary probe concentrations. In this case, the primary and secondary probes can hybridize together without binding to the target and provide false-positive on the gel. To detect probes that do not hybridize with the target, a cleavage probe, such as a BU base cleaver with sequence specificity for the second portion of the primary probe (region complementary to the target), may be used to hybridize primary and secondary probes. Post-oxidation may be hybridized to the target / probe complex. The hybridized sample complex is then treated with UV (approximately 313 nm) to cut the probe / target complex into two smaller complexes. The two small complexes will be easily distinguished by calculating the Rf on the selection gel by size from the untargeted probe complex.

1차 탐침의 결합이 비특이적이면, 표지된 밴드는 (보통 작은 밴드를 제공하는) 표적/탐침 복합체의 계산된 Rf와는 다른 크기 위치에서 나타나거나 겔 또는 막상에서 관찰된 DNA 밴드는 표지물을 가지지 않을 것이다. 따라서 1차 탐침의 약간의 비특이 결합은 이러한 RFTA 시험에서 진단 해석 결과를 혼동시키지는 않을 것이다.If the binding of the primary probe is nonspecific, the labeled band will appear at a different size position than the calculated Rf of the target / probe complex (which usually provides a small band) or the DNA band observed on the gel or membrane will not have a label. . Thus, some nonspecific combination of primary probes will not confuse diagnostic interpretation results in these RFTA tests.

표적/탐침 복합체의 3' 말단은 3' 말단을 제거하여 3' 말단에서 유리 데옥시리보스 하이드록실 그룹(즉, 또다른 뉴클레오타이드에 결합하지 않는 하이드록실)을 캐핑하고 표적과 2차 탐침 서열을 디자인하여 갭이 이들 사이에 존재하지 않도록 함으로써 뉴클레아제에 강해지도록 할 수 있다. 마찬가지로, 5' 말단에서의 캐핑은 유리 5' 하이드록실 또는 포스페이트를 제거하여 달성된다. 뉴클레아제에 대한 내성은 비록 RFTA에서는 불필요하지만, 특정 적용을 위한 분석의 민감도를 증가시키는 데 기여할 수 있다.The 3 'end of the target / probe complex removes the 3' end to cap free deoxyribose hydroxyl groups (i.e., hydroxyls that do not bind another nucleotide) at the 3 'end and design the target and secondary probe sequences So that gaps do not exist between them, thereby making them strong in nucleases. Likewise, capping at the 5 'end is achieved by removing free 5' hydroxyl or phosphate. Resistance to nucleases, although unnecessary in RFTA, can contribute to increasing the sensitivity of the assay for specific applications.

표적/탐침 복합체가 크기 분리에 의해 분리되는 RFTA 발명의 또다른 양태는 도 7에 도시되어있다. 탐침/표적 복합체가 핵산 본쇄 중 하나 또는 둘 모두에 결합함을 주목하라. 본 발명은 이러한 탐침 세트를 사용하여 표적 서열을 검출하기 위한 시그널 증폭을 고려중이다.Another embodiment of the RFTA invention in which the target / probe complex is separated by size separation is shown in FIG. 7. Note that the probe / target complex binds to one or both of the nucleic acid strands. The present invention is contemplating signal amplification for detecting target sequences using such probe sets.

도 8-I는 세 개의 상이한 탐침이 사용되는 RFTA의 양태를 도시한다. 보다 긴 탐침, 1차 탐침(74)은 표적 서열(50)의 최소 일부와 결합하고, 양쪽 말단(74)에서 결합되지 않은, 일본쇄 영역을 남겨 둔다. 이는 2차 탐침(76 및 78)이 결합하여 겔 전기영동에 의해 분리된 복합체를 형성하는 1차 탐침의 말단이다. 원한다면 엑소뉴클레아제에 의해 처리될 수 있는 복합체와 결합되지 않는 말단이 존재한다. 1 이상의 탐침이 표지될 수 있다. 왓슨 또는 크릭 본쇄는 상응하는 결합 능력을 지닌 탐침의 사용시 표적 서열로 이용될 수 있다. 이 구조는 특이성의 5 수준을 제공한다.8-I shows an embodiment of an RFTA in which three different probes are used. The longer probe, the primary probe 74, binds with at least a portion of the target sequence 50, leaving a single chain region that is not bound at both ends 74. This is the end of the primary probe where the secondary probes 76 and 78 combine to form a complex separated by gel electrophoresis. If desired, there are ends that are not bound to the complex that can be processed by the exonuclease. One or more probes may be labeled. Watson or creek backbones can be used as target sequences in the use of probes with corresponding binding capacities. This structure provides 5 levels of specificity.

도 8-II는 두 말단 모두에 헤어핀 루프를 형성하는 탐침(74)을 사용하여 헤어핀에 대해 내부적으로 표적 서열(50)과 결합하는 또다른 양태를 도시한다. 이 탐침/표적 복합체는 엑소뉴클레아제 절단에 강하다. 이러한 탐침/표적 복합체의 형성 후, 엑소뉴클레아제는 샘플에 첨가될 수 있고, 모든 비결합 표적 및 탐침, 및 기타 핵산은 절단되어 없어진다. 헤어핀 탐침은 앞서 기재된 방법으로 표지될 수 있다. 이러한 구조는 특이성의 4 수준을 제공한다.8-II illustrate another embodiment of binding the target sequence 50 internally to the hairpin using a probe 74 forming a hairpin loop at both ends. This probe / target complex is resistant to exonuclease cleavage. After formation of such probe / target complexes, exonuclease can be added to the sample, and all unbound targets and probes, and other nucleic acids, are cleaved away. The hairpin probe can be labeled by the method described above. This structure provides four levels of specificity.

도 8-III은 두 개의 1차 탐침(74 및 86)을 이용하는 바람직한 양태를 도시하고 있으며, 각각은 한쪽 말단상에 하나의 헤어핀 루프를 형성할 수 있고 나머지 말단은 표적 서열(50)의 일부와 결합할 수 있다. 바람직한 양태에서, 탐침(74,86)은 뉴클레아제 절단을 가능케하는 두 탐침(74,86)의 말단 사이에 상당한 갭이 존재하지 않도록 디자인된다. 헤어핀 루프는 임의 크기일 수 있고 헤어핀 효과를 지닌 임의 형상, 말단이 동일한 본쇄의 내부 서열에 결합하는 구조를 형성할 수 있다. 이러한 구조는 헤어핀, 클로버잎, 측쇄 구조 및 당해 분야의 숙련인에게 공지된 기타 구조를 포함한다. 두개의 상이한 탐침(각각은 표적 서열의 상이한 부분에 결합할 수 있고, 각각은 헤어핀 루프를 형성함)의 사용은 엑소뉴클레아제 절단에 강한 표적/탐침 복합체를 만든다. 따라서, 결합되지 않거나 불완전하게 결합된 탐침(74,86) 또는 표적(50)은 엑소뉴클레아제 처리에 의해 절단된다.8-III illustrate a preferred embodiment using two primary probes 74 and 86, each of which can form one hairpin loop on one end and the other end with a portion of the target sequence 50. Can be combined. In a preferred embodiment, the probes 74 and 86 are designed such that there is no significant gap between the ends of the two probes 74 and 86 allowing nuclease cleavage. The hairpin loops can be of any size and form any shape with a hairpin effect, a structure that binds to the internal sequence of the same strand at the same end. Such structures include hairpins, cloverleaf, side chain structures, and other structures known to those skilled in the art. The use of two different probes, each capable of binding to different portions of the target sequence, each forming a hairpin loop, creates a target / probe complex that is resistant to exonuclease cleavage. Thus, unbound or incompletely coupled probes 74 and 86 or target 50 are cleaved by exonuclease treatment.

도 8-III의 양태에서 두 탐침(74,86)은 서로에 결합하지 않고 표적(50)이 두 탐침(74,86)에 결합하는 경우, 백그라운드 시그널을 상당한 정도로 감소시킬 수 있어 겔에서만 관찰된다. 부가적으로, 원하지 않은 복합체는 예상된 Rf로 이동하지 않아, 원하는 표적과는 구분될 수 있다. 따라서, 원하는 표적이 없는 복합체는 예상된 Rf로 겔상에 밴드를 생성하지 않는다.In the embodiment of Figs. 8-III, the two probes 74,86 do not bind to each other and when the target 50 binds to the two probes 74,86, the background signal can be reduced to a significant extent and only observed in the gel. . In addition, unwanted complexes do not migrate to the expected Rf, which can be distinguished from the desired target. Thus, complexes without the desired target do not produce bands on the gel with the expected Rf.

포획 탐침/시험관 포맷 및 검출Capture probe / tube format and detection

본 발명에서 고려되는 또다른 방법은 크기 분리 대신, 튜브 분석 및 포획 탐침을 사용하여 탐침/표적 복합체를 분리하는 데 있다 (도 7).Another method contemplated in the present invention is to separate probe / target complexes using tube analysis and capture probes instead of size separation (FIG. 7).

하기는 샘플 핵산에서 표적/탐침 복합체의 분리를 위해 포획 탐침을 이용하는 15 뉴클레오타이드(달라질 수 있음)의 표적 서열에 대한 RFTA 방법의 바람직한 양태의 예이다. 표적 서열을 가지는 것으로 여겨지는 샘플은 세 탐침과 하이브리드화된다. 이들 탐침 중 둘은 탐침/표적 복합체를 분리하기 위해 크기 분리를 이용하는 RFTA 방법에 기재된 탐침에서 변형된다.The following is an example of a preferred embodiment of the RFTA method for a target sequence of 15 nucleotides (which may vary) using a capture probe for isolation of the target / probe complex from the sample nucleic acid. The sample believed to have the target sequence is hybridized with the three probes. Two of these probes are modified in the probes described in the RFTA method using size separation to separate probe / target complexes.

탐침 구조Probe structure

1) 시험관 포맷의 일 양태에서, 1차 탐침은 대략 55개의 뉴클레오타이드 염기를 가질 수 있고 여기서 대략 15개의 뉴클레오타이드 염기 구역은 표적 서열에 상보적이다. 이러한 구역은 2차 탐침에 결합하는 일 말단상의 대략 15개 뉴클레오타이드 염기의 또다른 구역 및 또다른 2차 탐침에 결합하는 나머지 말단상의 대략 25개 뉴클레오타이드 염기의 제 3 구역과 함께 1차 탐침의 중앙 또는 근처에 놓일 수 있다.1) In one aspect of the in vitro format, the primary probe can have approximately 55 nucleotide bases, wherein approximately 15 nucleotide base regions are complementary to the target sequence. This zone is the center of the primary probe, with another zone of approximately 15 nucleotide bases on one end that binds the secondary probe and a third zone of approximately 25 nucleotide bases on the other end that binds another secondary probe or Can be placed nearby.

2) 제 1의 2차 탐침은 적어도 15개의 뉴클레오타이드 염기이고 1차 탐침의 제 1 구역에 상보적이지만 표적 서열에 상보적이지는 않다.2) The first secondary probe is at least 15 nucleotide bases and is complementary to the first region of the primary probe but not complementary to the target sequence.

3) 제 2의 2차 탐침은 적어도 25개의 뉴클레오타이드 염기이고 제 1의 2차 탐침에 결합되지 않는 1차 탐침의 말단에 상보적이지만 표적 서열에는 상보적이지 않다.3) The second secondary probe is complementary to the end of the primary probe that is at least 25 nucleotide bases and does not bind to the first secondary probe but is not complementary to the target sequence.

앞서 기재된 겔 적용에 의한 탐침/표적 복합체의 분리에서, 2차 탐침은 표지될 필요는 없다; 단지 1차 탐침만이 표지될 필요가 있다. 그러나, 이들 시험관 또는 튜브-기본 적용에서, 단지 하나의 2차 탐침만이 당해 분야에 공지된 임의 표지물로 표지된다.In the separation of probe / target complexes by gel application described above, the secondary probe need not be labeled; Only the primary probe needs to be labeled. However, in these test tube or tube-based applications, only one secondary probe is labeled with any label known in the art.

RFTA의 시험관 포맷은 표적/1차 탐침 복합체를 고체 지지체에 부착하기 위해, (DIG 또는 당해 분야에 공지된 기타 생화학적 ″후크″와 접합된) 포획 탐침으로서 하나의 2차 탐침을 사용한다.The in vitro format of RFTA uses one secondary probe as a capture probe (conjugated with DIG or other biochemical `` hooks '' known in the art) to attach the target / primary probe complex to a solid support.

도 7은 이러한 방법의 바람직한 양태를 도시한다: 샘플 DNA의 분리, 및 긴 샘플 DNA 본쇄에서 표적 서열의 제한 뉴클레아제 분리. 표적 서열(1)은 변성되어 1차 탐침, 탐침(2)과 하이브리드화된다. 2차 탐침(4), 포획 탐침은 이에 부착된 포획 분자를 가진다. 도 7에서, 포획 분자는 디곡시게닌(DIG)(3)으로 도시된다. 그러나, 이는 유사한 기능을 지닌 임의의 기타 분자일 수 있다. 마그네틱 비드(5)는 DIG에 대한 항체와 함께 시험관에 첨가되어 표적/탐침 복합체를 포획한다. 도 7의 단계 G는 바람직하게는 표지된 제 3 탐침, 리포터 탐침(6)이 상기 표적/탐침 복합체에 첨가되는 양태를 도시한다. 이러한 표지된 탐침의 결합에 의해, 전체 구조는 시험관 용기내에서 쉽게 검출(가시화)된다. 포획 및 리포터 탐침(둘 모두 2차 탐침)은 임의 순서로 첨가될 수 있다.7 shows a preferred embodiment of this method: isolation of sample DNA, and restriction nuclease isolation of target sequences in the long sample DNA backbone. The target sequence 1 is denatured and hybridized with the primary probe, probe 2. The secondary probe 4, the capture probe, has a capture molecule attached thereto. In FIG. 7, the capture molecule is shown as digoxigenin (DIG) 3. However, it can be any other molecule with a similar function. Magnetic beads 5 are added to the test tube with antibodies to DIG to capture the target / probe complex. Step G of FIG. 7 preferably shows an embodiment in which a labeled third probe, reporter probe 6 is added to the target / probe complex. By combining these labeled probes, the entire structure is easily detected (visualized) in the in vitro container. The capture and reporter probes (both secondary probes) can be added in any order.

표적 및 탐침 크기는 달라질 수 있고, 리포터 탐침은 최적의 시그널을 만들기 위해 길어지거나 짧아질 수 있다. 2차 리포터 탐침은 시험관 분석에서 표지된 유일한 것으로 이는 당해 분야의 숙련인에게 공지된 임의 방법을 이용하여 표지될 수 있다; 그러나, 또다른 표지물이 필요시에 사용될 수 있다. 시험관 적용에서, 리포터 탐침 시그널은 검출에 있어 중요하다. 예를 들어, 튜브 포맷에서, 리포터 시그널은 단지 표적이 포획 및 리포터 탐침 사이의 갭을 브리징하기 위해 존재하는 경우에 고체 기질에 부착되어야 한다.Target and probe size may vary, and reporter probes may be lengthened or shortened to produce an optimal signal. Secondary reporter probes are the only ones labeled in vitro analysis, which can be labeled using any method known to those skilled in the art; However, another label may be used if necessary. In in vitro applications, reporter probe signals are important for detection. For example, in tube format, the reporter signal should only be attached to the solid substrate when the target is present to bridge the gap between capture and the reporter probe.

도 9는 표적 탐침 복합체(PDTP-Partial Duplex Target/Probe Complex)에서 튜브 적용 및 변형을 나타낸다.9 shows tube application and modification in a target probe complex (PDTP-Partial Duplex Target / Probe Complex).

튜브에 기초한 분석은 DNA 칩, PCR, 및 기타 핵산 또는 시그널 증폭 기술의 경우, 예를 들어 모든 표적을 밀리그램의 핵산에서 마이코그램 양으로 농축시키기 위한 예비프로세싱 풀로서 사용될 수 있다. 시그널 증폭은 당해 분야에 공지된 임의 방법일 수 있다.Tube-based assays can be used as preprocessing pools for DNA chips, PCR, and other nucleic acid or signal amplification techniques, for example to enrich all targets in milligrams of nucleic acid to mycogram amounts. Signal amplification can be any method known in the art.

표적/1차 탐침/포획 탐침/리포터 탐침 복합체의 존재는 모든 탐침을 함께 부착시키기 위한 표적 서열의 존재에 직접 좌우된다. 표적 서열의 부재는 기본적으로 비특이성 시그널(백그라운드)이 존재하지 않도록 해야한다.The presence of the target / primary probe / capture probe / reporter probe complex directly depends on the presence of the target sequence for attaching all probes together. The absence of the target sequence should basically ensure that no nonspecific signal (background) is present.

RFTA 시험관 분석 포맷에 사용되는 표적/탐침(PDTP) 작제물의 다수의 기타 양태는 도 9에 도시되어있다. 핵산, 왓슨 또는 크릭 본쇄 중 하나 또는 두 본쇄 모두의 사용이 이들 다이어그램에서 고려된다. 헤어핀 구조는 도 9에서만 예를 들어 도시되고 이는 형성된 구조 유형을 제한하는 의도는 아니다.Many other aspects of target / probe (PDTP) constructs used in the RFTA in vitro assay format are shown in FIG. 9. The use of either or both of the nucleic acid, Watson or creek strand is contemplated in these diagrams. The hairpin structure is shown for example only in FIG. 9, which is not intended to limit the type of structure formed.

도 9-I는 포획 탐침(4)에 직접 부착된 포획 분자(3)를 지닌 1차 탐침(2)에 결합된 표적 서열(1)을 도시하고 있다. 표지된 리포터 탐침(5)은 구조 검출을 위해 첨가된다. 이 양태는 특이성의 5 수준을 가지며, 말단이 힌지/루프 영역의 첨가 또는 기타 방법에 의해 캐핑되지 않으면 엑소뉴클레아제에 강하지 않다.9-I shows the target sequence 1 bound to the primary probe 2 with the capture molecule 3 attached directly to the capture probe 4. Labeled reporter probes 5 are added for structure detection. This embodiment has five levels of specificity and is not resistant to exonucleases unless the ends are capped by the addition of hinge / loop regions or other methods.

도 9-II는 2차 탐침이 헤어핀 또는 기타 유사한 구조를 형성하는 양태를 도시하고 있다. 표적 서열(1)은 1차 탐침(2)과 결합한다. 리포터 탐침(5)은 당해 분야의 숙련인에게 공지된 방법을 이용하여 표지된다. 부착된 포획 분자(3)를 지닌 포획 탐침(4)도 표적/탐침 구조에 결합된다. 이 양태는 특이성의 5 수준을 가지고 엑소뉴클레아제에 강하다.9-II illustrate an embodiment in which the secondary probe forms a hairpin or other similar structure. The target sequence 1 binds to the primary probe 2. The reporter probe 5 is labeled using methods known to those skilled in the art. The capture probe 4 with attached capture molecule 3 is also bound to the target / probe structure. This embodiment has five levels of specificity and is resistant to exonucleases.

도 9-III는 헤어핀 루프, 포획 1차 탐침(2) 및 리포터 탐침(4)을 형성하는 두개의 탐침의 사용을 도시하고 있다. 각각의 탐침 부분은 표적 서열(1)에 결합된다. 1차 탐침(2)은 이에 부착된 포획 분자(3)를 가지고 있어 표적/탐침 복합체의 포획을 제공한다. 이 양태는 특이성의 4 수준을 가지고 엑소뉴클레아제 절단에 강하다.9-III illustrate the use of two probes to form a hairpin loop, capture primary probe 2 and reporter probe 4. Each probe portion is bound to the target sequence (1). The primary probe 2 has a capture molecule 3 attached thereto to provide capture of the target / probe complex. This embodiment has four levels of specificity and is resistant to exonuclease cleavage.

도 9-IV는 헤어핀 루프를 형성하는 리포터 탐침(4)의 사용을 도시하고 있다. 표적 서열(1)은 1차 탐침(2)에 결합한다. 1차 탐침(2)은 리포터 탐침(4)에 결합하여 헤어핀 구조를 이룬다. 1차 탐침(2)은 또한 부착된 포획 분자(3)를 지닌 포획 탐침(5)에 결합된다. 이 양태는 특이성의 5 수준을 가지고 말단이 캐핑되지 않으면 단지 부분적으로 엑소뉴클레아제 절단에 강하다.9-IV illustrate the use of the reporter probe 4 to form a hairpin loop. The target sequence 1 binds to the primary probe 2. The primary probe 2 is coupled to the reporter probe 4 to form a hairpin structure. The primary probe 2 is also coupled to the capture probe 5 with the capture molecule 3 attached. This embodiment has five levels of specificity and is only partially resistant to exonuclease cleavage unless the ends are capped.

RFTA의 이 양태는 표적 서열 없이 시그널이 생성되게끔 해줄 수 있다. 이 경우, 리포터 및 포획 영역을 후킹하지 않도록 주의해야 한다. 이는 다수의 방법으로 달성될 수 있다:This aspect of RFTA can allow for a signal to be generated without a target sequence. In this case, care must be taken not to hook the reporter and the capture area. This can be accomplished in a number of ways:

i) 하이브리드화 단계 첨가, 1차 및 2차 하이브리드화 후. 이 시점에서, 표적 영역의 일부와 상동이고 1차 탐침에 상보적인 절단자 탐침은 탐침 복합체에 하이브리드화된다; UV 처리(대략 313 nm)에 이은 이러한 하이브리드화는 (표적 영역의 부재하에) 포획 및 리포터 탐침을 분리할 것이다.i) hybridization step addition, after primary and secondary hybridization. At this point, the cleavage probe homologous to a portion of the target region and complementary to the primary probe hybridizes to the probe complex; This hybridization following UV treatment (approximately 313 nm) will separate the capture and reporter probes (in the absence of the target area).

ii) 1차 탐침은 두개의 탐침으로 단편화될 수 있음, 각각은 표적의 상이한 영역에 결합함.ii) The primary probe can be fragmented into two probes, each binding to a different region of the target.

iii) 표적 안정화된 표적/탐침 복합체의 뉴클레아제 내성을 이용하는 리포터 및 포획 영역을 후킹하지 않는 기타 방법.iii) other methods that do not hook the reporter and capture region using the nuclease resistance of the target stabilized target / probe complex.

도 9-V는 표적 서열(1)에 결합된 1차 탐침(2)의 사용을 도시하고 있다. 리포터 탐침(5)과 포획 탐침(4)은 포획 분자(3)와 함께 1차 탐침(2)에 결합한다. 이 양태는 특이성의 5 수준을 가지고 캐핑법이 이용되지 않으면 엑소뉴클레아제에 의해 절단될 수 있다.9-V illustrate the use of a primary probe 2 bound to a target sequence 1. The reporter probe 5 and the capture probe 4 bind to the primary probe 2 together with the capture molecule 3. This embodiment has five levels of specificity and can be cleaved by exonucleases unless capping is used.

특이성의 추가 수준은 다수의 표지물을 탐침에 첨가하거나, 하나 또는 두개의 리포터 탐침을 만들어 달성될 수 있다. 표 2는 튜브에 기초한 분석에서 복수개의 탐침이 특징이다.Additional levels of specificity can be achieved by adding multiple labels to the probe or by making one or two reporter probes. Table 2 features a plurality of probes in tube-based analysis.

추가 탐침은 특이성 수준을 추가로 증가시키기 위해 단편화되어 특정 서열에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 표적/탐침 작제물의 또다른 양태는 탐침의 수를 3에서 2로 줄이기 위해 헤어핀 루프의 사용을 포함한다.Additional probes can be fragmented and added to specific sequences to further increase the level of specificity. For example, another embodiment of the target / probe construct includes the use of hairpin loops to reduce the number of probes from three to two.

서열을 뉴클레아제에 강하도록 함은 비록 불필요할 지라도 특정 서열 위치에서 백그라운드를 감소시키거나 민감도를 증가시키는데 사용될 수 있다. 탐침과 표적 서열간에 갭이 형성되지 않도록 탐침을 디자인하여 Exo III와 같은 뉴클레아제에 강한 보호된 표적 서열, 또는 보호된 표적 핵산 서열(PNAS)을 만든다. 추가로, 3' 탐침 말단은 뉴클레아제로부터 보호되도록 하기 위해 당해 분야의 숙련인에게 공지된 몇몇 방법에 의해 캐핑, 또는 탈하이드록실화 또는 변형될 필요가 있다. 기타 공지된 변형 수단은 DIG, 바이오틴, 아비딘, 또는 하이드록실라제 반응의 존재(이에 한정되지 않음)를 포함한다. 이러한 변형은 상기 구조 중 하나와 함께 사용될 수 있다.Strengthening a sequence to nucleases can be used to reduce background or increase sensitivity at specific sequence locations, although unnecessary. Probes are designed so that no gap is formed between the probe and the target sequence to create a protected target sequence, or protected target nucleic acid sequence (PNAS) resistant to nucleases such as Exo III. In addition, the 3 ′ probe ends need to be capped, or dehydroxylated or modified by some methods known to those skilled in the art to be protected from nucleases. Other known modification means include, but are not limited to, the presence of a DIG, biotin, avidin, or hydroxylase reaction. Such a modification can be used with one of the above structures.

신장된 헤어핀 리포터 탐침의 사용은 좀더 많은 리포터 분자의 첨가를 가능케하고, 표적의 가시화를 증진시킨다.The use of elongated hairpin reporter probes allows the addition of more reporter molecules and enhances the visualization of the target.

RNA 검출 변형RNA detection variant

RNA 표적 서열의 검출을 위해, RNA 서열 변형법과 함께, 앞서 기재된 DNA 방법 및 조성물과 유사한 방법 및 조성물이 이용될 수 있다.For the detection of RNA target sequences, in addition to RNA sequence modifications, methods and compositions similar to the DNA methods and compositions described above can be used.

DNA 샘플의 경우, 초기 단계는 당해 분야의 숙련인에게 공지된 각종 방법에 의한 샘플 RNA의 정제이다. 가장 단순한 형태로, 특정 RNA 서열의 검출 및 특징규명은 특정 표지된 핵산 탐침의 하이브리드화에 이은 앞서 기재된 크기 분리 및 특정 표적의 검출을 이용하여 달성된다.For DNA samples, the initial step is the purification of sample RNA by various methods known to those skilled in the art. In its simplest form, detection and characterization of specific RNA sequences is accomplished using hybridization of specific labeled nucleic acid probes followed by size separation and detection of specific targets described above.

일반적으로, 샘플 RNA로부터 표적 절단은 불필요하며 이는 다수의 RNA 표적 서열이 tRNA 또는 mRNA와 같은 크기가 구분된 별개의 RNA 분자로 발견되기 때문이다. 그러나, 필요하다면, 표적 RNA는 본 발명에서 절단될 수 있다. 예를 들어, RNA 분자는 정확한 크기의 상보적인 탐침, DNA 또는 RNA를 결합하고 일본쇄 뉴클레아제를 이용하여 일본쇄 영역을 제거함으로써 표적 서열을 분리하기 위한 원하는 크기로 절단될 수 있다. 기타 공지된 효소 및 RNA 조작 방법은 라이보자임과 CP 절단자 탐침과 같은 RNA 분자를 크기별로 구분하는 데 사용될 수 있다.In general, target cleavage from sample RNA is unnecessary because many RNA target sequences are found as discrete RNA molecules of different size, such as tRNA or mRNA. However, if desired, the target RNA can be cleaved in the present invention. For example, RNA molecules can be cleaved to the desired size to separate target sequences by binding complementary probes, DNA or RNA of the correct size and removing single stranded regions using single stranded nucleases. Other known enzyme and RNA manipulation methods can be used to size-sort RNA molecules such as ribozymes and CP cleavage probes.

특정 RNA 표적 서열의 검출은 유전자 발현 분석, RNA 바이러스(HCV, 간염 C 바이러스)의 검출, 또는 활성 vs. 잠재성 바이러스(즉, CMV, 사이토메갈로바이러스) 감염 식별과 같은 적용에 유용하다. 본 발명은 또한 이들 적용을 위해 정량되도록 디자인될 수 있다.Detection of specific RNA target sequences can be performed by gene expression analysis, detection of RNA virus (HCV, hepatitis C virus), or activity vs. activity. Useful in applications such as identifying latent virus (ie CMV, cytomegalovirus) infections. The invention can also be designed to be quantified for these applications.

RNA 적용의 경우 RFTA의 다능성을 증가시키기 위해, 역전사 단계가 초기에 수행되어 일본쇄 또는 이본쇄 cDNA를 생성할 수 있다. 이는 DNA 적용의 경우에 기재된 것과 실질적으로 동일한 방법으로 RFTA와 커플링된 제한 단편 분석을 사용가능케해준다. 이러한 유형의 분석은 RNA 바이러스 유전자형 구분(HCV) 및 몇몇 병원체(예, HIV 및 HCV)에서 높은 돌연변이 속도로 인해 생성될 수 있는 내약성 또는 면역 회피 유사 종의 검출에 적용가능하다. 서열 특이성의 추가 수준은 비교적 비특이적인 프라이머 대신 서열 특이성 프라이머, 예를 들면 랜덤 헥사머 또는 올리고-dT 프라이머를 이용하여 cDNA를 합성함으로써 RFTA에 첨가될 수 있으며, 이로 인해 RFTA 분석될 수 있는 정해진 크기의 런오프 역 전사체를 생성한다. 이들 특이성의 2 수준, 서열 특이성 RFTA와 커플링된 서열 특이성 cDNA 합성은 의-양성 시그널의 가능성을 감소시켜, 전체 시험 특이성을 증가시킨다.For RNA application, in order to increase the pluripotency of RFTA, a reverse transcription step can be performed initially to produce single- or double-stranded cDNAs. This makes it possible to use restriction fragment analysis coupled with RFTA in substantially the same way as described for DNA applications. This type of analysis is applicable to the detection of tolerant or immune evasive similar species that may be generated due to RNA virus genotyping (HCV) and high mutation rates in some pathogens (eg HIV and HCV). Additional levels of sequence specificity can be added to RFTA by synthesizing cDNAs using sequence specific primers, such as random hexamers or oligo-dT primers, instead of relatively nonspecific primers, thereby allowing a defined size of RFTA to be analyzed. Generate a runoff reverse transcript. Two levels of these specificities, sequence specificity cDNA synthesis coupled with sequence specificity RFTA, reduce the likelihood of false-positive signals, increasing overall test specificity.

RNA 표적의 RFTA 직접 분석:RFTA Direct Analysis of RNA Targets:

대부분의 RNA 표적, 예를 들어 mRNA, 바이러스 RNA, tRNA 및 기타는 겔과 시험관 포맷 모두에서 RFTA에 의해 직접 검출될 수 있다. 따라서, 차후 검출을 위해 RNA를 cDNA로 전환시키는 역전사효소 반응을 수행할 필요는 없다.Most RNA targets such as mRNA, viral RNA, tRNA and others can be detected directly by RFTA in both gel and in vitro formats. Thus, there is no need to perform a reverse transcriptase reaction that converts RNA to cDNA for later detection.

본 RNA RFTA 발명의 바람직한 양태는 도 11에 도시되어있다(mRNA RFTA 겔 분석). 크기 분리가 시험관 방법에 의해, 탐침상의 포획 분자 또는 기타 적절한 분자를 이용하여 수행될 수 있다. 부가적으로, DNA RFTA의 경우에 도시된 헤어핀 구조는 적절한 곳에 사용될 수 있다.Preferred embodiments of the present RNA RFTA invention are shown in FIG. 11 (mRNA RFTA gel analysis). Size separation can be performed by in vitro methods, using capture molecules or other suitable molecules on the probe. In addition, the hairpin structure shown in the case of DNA RFTA can be used where appropriate.

단계 I: mRNA를 분리함.Step I: Isolate mRNA.

단계 II: mRNA(폴리피리미딘)상의 표적 부위를 선택해 1차 탐침을 디자인함.Step II: Design the primary probe by selecting target sites on mRNA (polypyrimidine).

단계 III: mRNA 표적에 대한 1차 탐침의 하이브리드화.Step III: Hybridization of Primary Probe to mRNA Target.

단계 IV: 엑소리보뉴클레아제(S1 및 Ming Bean 뉴클레아제)로 처리.Step IV: Treatment with Exoribonuclease (S1 and Ming Bean Nuclease).

단계 V: 표적 탐침 복합체(PDTP 복합체)의 생성.Step V: Generation of Target Probe Complex (PDTP Complex).

단계 VI: 2차 리포터 탐침 폴리 dT(바이오티닐화됨)를 하이브리드화를 위해 삼중 나선의 폴리 A 3' 말단에 첨가하여 시그널 증폭을 개시함.Step VI: Secondary reporter probe poly dT (biotinylated) is added to the poly A 3 ′ end of the triple helix for hybridization to initiate signal amplification.

단계 VII: 아비딘-효소 복합체를 접합된 바이오틴 분자를 지닌 복합체에 첨가함.Step VII: Add the avidin-enzyme complex to the complex with conjugated biotin molecules.

단계 VIII: 예상가능한 Rf로 전기영동.Step VIII: Electrophoresis with predictable Rf.

단계 IX: 색소원 기질 용액에 겔 배치Step IX: Gel Placement in Pigment Substrate Solution

이 분석은 특이성의 4 수준을 제공한다.This assay provides 4 levels of specificity.

BU 절단자 탐침을 이용하는 mRNA RFTA Gel 기본 분석의 양태는 하기 단계를 포함한다:Embodiments of mRNA RFTA Gel basic assay using BU cleavage probe include the following steps:

단계 I: mRNA 분리Phase I: mRNA Isolation

단계 II: BU 절단자 탐침을 이용한 하이브리드화Step II: Hybridization with BU Cleaver Probe

단계 III: 제한을 완료하기 위해 UV광 조사Step III: UV light irradiation to complete the restriction

단계 IV: 1차 탐침을 이용한 하이브리드화Phase IV: Hybridization with Primary Probe

단계 V: 2차 리포터 탐침을 이용한 하이브리드화Step V: Hybridization with Secondary Reporter Probes

단계 VI: 예상가능한 Rf로 겔상에서 복합체 러닝.Step VI: Running the complex on gel with predictable Rf.

이는 특이성의 4 수준을 가진다.It has 4 levels of specificity.

이 방법의 예는 도 11에 도시되어있다. 분리된 총 mRNA(이 중 몇몇은 표적 서열을 함유함)는 샘플에 존재한다. BU 절단자 부위를 함유한 탐침(2)은 표적 서열(1)에 결합된다. 표적은 UV를 이용하여 절단된다. 표적 서열의 일본쇄 부위에 결합하는 표지된 탐침(3)이 첨가된다.An example of this method is shown in FIG. Total mRNA isolated (some of which contain the target sequence) is present in the sample. The probe 2 containing the BU cleavage site is bound to the target sequence 1. The target is cut using UV. A labeled probe 3 is added that binds to the single chain region of the target sequence.

추가 양태에서, 표지된 탐침(3)에 결합하는 제 3 탐침을 첨가한다. 탐침/표적(PDTP)의 완전한 이본쇄 구조는 겔상에서 특정 Rf로 러닝된다.In a further embodiment, a third probe is added that binds to the labeled probe 3. The complete double-stranded structure of the probe / target (PDTP) is run on a specific Rf on the gel.

본원에서 1차 탐침 단편으로 표시된 염기 절단자 탐침(2)과 표적의 하이브리드화에 의한 RNA 절단은 앞서 기재했듯이 모든 경우에 필요한 것은 아니다.RNA cleavage by hybridization of the target with the base cleavage probe 2, denoted herein as the primary probe fragment, is not necessary in all cases as described above.

염기 절단자 탐침이 사용되지 않으면, 표적은 RNA 표적에 하이브리드화되는 두 영역과, 표적에 하이브리드화되지 않는 5' 말단 또는 3' 말단을 지닌 제 3 구역을 지닌 1차 탐침(3)과 하이브리드화될 수 있다. 이 탐침의 전체 길이는 앞서 기재된 바와 같이 표지된다. RNA 양태에서 한가지 변수는 완전히 표지될 수 있거나 표지될 수 없고, 첫번째 1차 탐침에 직렬로 가까이 결합할 염기 절단자 탐침(2)으로서 작용하는, 두번째 1차 탐침을 첨가함으로써 특이성을 증진시키는 것이다.If a base cleavage probe is not used, the target hybridizes with the primary probe (3) having two regions that hybridize to the RNA target and a third region with a 5 'end or 3' end that does not hybridize to the target. Can be. The total length of this probe is labeled as described above. One variable in the RNA embodiment is to enhance specificity by adding a second primary probe, which may or may not be fully labeled and acts as a base cleavage probe (2) that will bind in series close to the first primary probe.

RNA 표적에 하이브리드화할 핵산 탐침의 부위는 단편이 될 수 있다. 결국, 생성된 각 부가의 탐침 단편에 대해, 다른 수준의 특이성이 첨가된다. 단편이 된 탐침은 본원에서 설명된 RFTA 포맷에 모두 설명되어 있는 염기 절단자 탐침 분자로 쉽게 치환되는 올리고뉴클레오타이드일 수 있다.The site of the nucleic acid probe to hybridize to the RNA target may be a fragment. As a result, for each additional probe fragment produced, a different level of specificity is added. The fragmented probe may be an oligonucleotide that is readily substituted with a base cleavage probe molecule, all described in the RFTA format described herein.

1차 탐침의 세번째 부위(4)에 결합하는 표지되지 않은 2차 탐침으로 하이브리드화한다.Hybridize with an unlabeled secondary probe that binds to the third site (4) of the primary probe.

S1 뉴클레아제 처리 또는 당업자에게 공지된 기술은 염기 절단자 탐침의 존재하의 과정에서는 임의의 단계이고 절단자 탐침의 부재하에서는 필요한 단계이다. 비-하이브리드화 mRNA의 제거는 기대되는 표적/탐침 복합체에 대한 예상가능한 Rf값을 산출할 것이다. ssRNA 테일이 제거되지 않는다면, 테일/표적/탐침 복합체의 Rf절대값은 약간 상이하게 변형될 것이지만 예상가능한 Rf값이다. 최종 복합체의 크기는 중요하지 않다. 표적을 검출하는 능력은 복합체의 Rf이동의 예상과 재현가능성에 따라 좌우된다.S1 nuclease treatment or techniques known to those skilled in the art are optional steps in the presence of base cleavage probes and necessary steps in the absence of cleavage probes. Removal of non-hybridized mRNA will yield predictable R f values for the expected target / probe complexes. If the ssRNA tail is not removed, the R f absolute value of the tail / target / probe complex will be slightly differently modified but is a predictable R f value. The size of the final complex is not critical. The ability to detect a target depends on the predictability and reproducibility of the R f shift of the complex.

비-하이브리드화 ssRNA 테일을 절단하는 본 발명에 포함되는 다른 가능한 양태는 ssRNA 테일에 인접한 탐침의 말단에 EDTA 분자나 블레오마이신을 결합시킴을 포함한다. 당업자에게 공지된 다른 유사한 분자를 가지는 탐침과 RNA의 하이브리드화는 표적 RNA가 절단되고 ssRNA 테일(들)을 제거할 것이다.Other possible embodiments encompassed by the present invention for cleaving non-hybridized ssRNA tails include binding EDTA molecules or bleomycin to the ends of the probes adjacent to the ssRNA tails. Hybridization of RNA with probes having other similar molecules known to those of skill in the art will result in cleavage of the target RNA and removal of the ssRNA tail (s).

비-하이브리드화 ssRNA 테일을 절단하는 다른 접근은 하나 이상의 티민 염기로 mRNA 테일에 탐침을 접근시키는 것이다. 이것들을 BU로 치환시킨 다음 하이브리드화된 복합체를 UV, 바람직하게는 장파장, 대략 313 nm에 노출시키면 mRNA 테일을 비-효소적으로 분리할 것이다. 앞서 설명된 CP의 다른 양태 또한 사용될 수 있다.Another approach to cleaving non-hybridized ssRNA tails is to approach the probe to the mRNA tail with one or more thymine bases. Substituting these with BU and then exposing the hybridized complex to UV, preferably long wavelength, approximately 313 nm will separate the mRNA tail non-enzymatically. Other aspects of the CP described above may also be used.

표적/탐침 복합체가 폴리아크릴아미드 또는 아가로스 겔에 러닝되면, 이본쇄 표적/탐침 복합체는 가시화되고 Rf는 핵산 크기 표준의 Rf와 비교함으로써 계산된다. 표적/탐침 복합체에 대해 기대되는 Rf값의 수득은 바람직한 RNA 표적이 샘플에 존재함을 확인해준다(4 단계의 특이성으로).When the target / probe complex learning in polyacrylamide or agarose gel, a double-stranded target / probe complex is visualized and R f is calculated by comparing the R f of the nucleic acid size standard. Obtaining the expected R f value for the target / probe complex confirms the presence of the desired RNA target in the sample (with four specificities).

RFTA/RNA 겔 분석: 특이성 단계(4)RFTA / RNA Gel Assay: Specificity Step (4)

1. 1차 탐침의 결합1. Combination of Primary Probes

2. 백그라운드 시그널을 감소시킴으로써, 민감도/특이성을 증가시키는 엑소리보뉴클레아제 처리(비-특이성 RNA는 파괴된다)2. Exoribonuclease treatment that increases sensitivity / specificity by reducing background signals (non-specific RNA is destroyed)

3. 2차 탐침의 결합3. Combination of Secondary Probes

4. 겔의 고정된 지점까지로 표적/탐침(Rf, 지연 계수)의 이동4. Movement of the target / probe (R f , delay coefficient) to the fixed point of the gel

엑소리보뉴클레아제 처리를 생략하면 특이성 단계가 3 단계로 변한다. 그러나, 엑소리보뉴클레아제에 대한 염기 절단자 탐침의 치환은 특이성 3 단계를 2단계 더해 총 5단계의 특이성으로 증가시킨다.Omitting excoribonuclease treatment changes the specificity step to three steps. However, substitution of the base cleavage probe for exoribonuclease increases the specificity of a total of five levels by adding two levels of specificity.

RNA 표적의 RFTA 직접 분석:시험관 포맷RFTA Direct Analysis of RNA Targets: in Vitro Format

표적 복합체는 또한 포획 분자를 탐침에 부착시킴을 포함하는 겔 포맷에 의해 검출될 수 있다.Target complexes can also be detected by a gel format which involves attaching capture molecules to the probe.

DNA 및 RNA 검출을 위한 본 발명의 장점Advantages of the Invention for DNA and RNA Detection

DNA RFTA의 장점:Advantages of DNA RFTA:

다단계 특이성Multilevel Specificity

포획 및 리포터 탐침은 그들 자체와 결합하지 않고 다만 통상적인 표적에 결합한다.The capture and reporter probes do not bind to themselves but only to conventional targets.

PCR은 DNA 탐침 상에서 실행될 수 있다.PCR can be run on a DNA probe.

DNA-칩 기술은 또한 표적/탐침 복합체를 검출할 수 있다.DNA-chip technology can also detect target / probe complexes.

(w) 또는 (c) 본쇄는 독립적으로 또는 함께 검출될 수 있다.(w) or (c) strands can be detected independently or together.

RNA RFTA의 장점:Benefits of RNA RFTA:

다단계 특이성Multilevel Specificity

포획 또는 리포터 탐침은 그들 자체와 결합하지 않고(서로 직접적으로 결합하지 않는다), 다만 통상적인 표적에 결합한다.The capture or reporter probes do not bind themselves (but directly to each other), but only to conventional targets.

대략 200 내지 250 mer의 5' 폴리 A 부위는 시그널 확대를 위해 사용될 수 있다(폴리 dT 표지된 탐침을 사용).5 'poly A sites of approximately 200 to 250 mer can be used for signal amplification (using poly dT labeled probes).

RNA는 역전사(RT) 단계를 실행함으로써 직접적으로 분석될 수 있다.RNA can be analyzed directly by performing a reverse transcription (RT) step.

DNA 및 RNA 적용 모두의 RFTA 양태를 포함하는, 본 발명은 전기영동 분리 다음 표적 핵산의 이동 후에 막 하이브리드화를 이용하는 통상적인 DNA 또는 RNA 블롯팅 과정에 비해 다수의 장점을 가진다. RFTA는 막 하이브리드화보다도 실행하기가 상당히 빠르고 더 편리하며, 기술과 전기- 또는 진공-이동 시스템, UV 가교결합제 또는 진공오븐, 및 하이브리드화 오븐 및 수조와 같은 특정 장치가 덜 필요하다. RFTA는 또한 막 하이브리드화를 이용하는 것보다도 비례적으로 더 느린 속도로, 비교적 큰 용적으로 하이브리드화 하는 것에 비해서 전기영동 전에 작은 용적으로 하이브리드화 하는 데 훨씬 적은 탐침이 이용된다는 점에서 표준 RFLP 분석보다 실질적으로 더 저렴하게 실행된다.The present invention, including RFTA aspects of both DNA and RNA applications, has a number of advantages over conventional DNA or RNA blotting procedures that employ membrane hybridization following migration of target nucleic acids following electrophoretic separation. RFTA is considerably faster and more convenient to implement than membrane hybridization, and requires less technology and specific equipment such as electro- or vacuum-transfer systems, UV crosslinkers or vacuum ovens, and hybridization ovens and baths. RFTA is also more substantial than standard RFLP analysis in that it uses proportionally slower rates than using membrane hybridization, and much less probes are used to hybridize to smaller volumes prior to electrophoresis compared to hybridization to relatively large volumes. As it runs cheaper.

부가적인 특정 전기영동 시스템이 RFTA를 위해 필요하지 않고, 더 우수하지 않다면 이용 가능한 검출 시스템을 막 상에서 분석하는 것처럼 겔 러닝 또는 고정되거나 건조된 겔에서 분석으로 실험실에서 또는 원래의 겔 상에서 잘 실행한다. 게다가, RFTA는 막 하이브리드화보다 더 민감할 수 있는데, 이는 손상 또는 불충분한 이동 때문에 특정 시그널의 손실을 초래할 수 있는 핵산 이동 또는 막 가교결합을 필요로 하지 않기 때문이다. RFTA가 DNA 증폭을 이용하지 않기 때문에, 높은 비율로 비-특이적 시그널이 PCR-기본 시험에서 종종 보여지는 경향은 없다. 최종적으로, RFTA는 다수의 탐침이 한번에 복제 샘플 상에서, 또는 모두 비싸고 시간-소모 과정인 복제 겔을 러닝할 필요 및/또는 후속 재-탐침을 위해 이미 하이브리드화된 막을 스트리핑할 필요를 제거하는 전기영동 레인 또는 겔 상에서 동일한 샘플에서 다수의 탐침으로 이용될 수 있는 장점을 가진다.No additional specific electrophoretic system is required for RFTA, and if not better, it performs well in the laboratory or on the original gel with analysis on gel running or fixed or dried gels as if the available detection systems were analyzed on the membrane. In addition, RFTA can be more sensitive than membrane hybridization because it does not require nucleic acid transfer or membrane crosslinking, which can result in loss of certain signals due to damage or insufficient migration. Since RFTA does not use DNA amplification, high rates of non-specific signals are not often seen in PCR-based tests. Finally, RFTA provides electrophoresis which eliminates the need for multiple probes to run on duplicate samples all at once, or to run duplicate gels that are both expensive and time-consuming and / or to strip already hybridized membranes for subsequent re-probes. It has the advantage that it can be used with multiple probes in the same sample on the lane or gel.

전술한 DNA 분석, 특히 진단학 분야에서 주요 문제점은 한가지 시험에서 핵산 1 ㎎을 처리하는 모든 진단 기술의 무력함이었다. 이는 감염 초기 동안 소수 표적의 존재를 진단하는 모든 DNA 분석 방법에서 필요하다. 고 민감도은 전술한 기술에서는 이용 불가능하다. 본 발명의 방법은 증폭되든(PCR 등) 또는 증폭되지 않든, 및 칩으로 모든 DNA 분석과 진단기술에서 사용될 수 있다.A major problem in the above-described DNA analysis, particularly in the field of diagnostics, was the inability of all diagnostic techniques to process 1 mg of nucleic acid in one test. This is necessary in all DNA analysis methods to diagnose the presence of minority targets during the early stages of infection. High sensitivity is not available in the above technique. The method of the present invention can be used in all DNA analysis and diagnostic techniques, whether amplified (PCR, etc.) or not, and on chip.

mRNA RFTA 시험관 분석의 양태가 제시되어 있다.An embodiment of mRNA RFTA in vitro assay is shown.

단계 1: mRNA의 분리Step 1: Isolation of mRNA

단계 2: mRNA(폴리피리미딘) 상의 표적 부위가 선택되고 1차 탐침이 정해진다.Step 2: The target site on the mRNA (polypyrimidine) is selected and the primary probe is defined.

단계 3: 1차 탐침을 mRNA 표적으로 하이브리드화Step 3: Hybridize Primary Probe to mRNA Target

단계 4: 2차 포획 탐침으로 하이브리드화Stage 4: Hybridization with Secondary Capture Probe

단계 5: 엑소리보뉴클레아제(S1 및 Mung Bean nuclease)로 처리Step 5: Treatment with Exoribonuclease (S1 and Mung Bean nuclease)

단계 6: 결과 PDTP 복합체 생성Step 6: Create Resulting PDTP Complex

단계 7: 2차 리포터 바이오틴화된 증폭 탐침의 첨가Step 7: Addition of Secondary Reporter Biotinylated Amplification Probe

단계 8: 접합체 첨가Step 8: Add Conjugate

단계 9: PDTP를 고체 기질에 결합Step 9: Binding PDTP to Solid Substrate

단계 10: PDTP를 고체 기질에 결합Step 10: bind PDTP to solid substrate

단계 11: 세척Step 11: Wash

단계 12: 색소원 기질을 첨가하고 발색을 관찰Step 12: Add the pigment source substrate and observe the color development

이는 4단계의 특이성을 가진다.It has four levels of specificity.

mRNA RFTA의 대체 양태, 튜브-기본 포맷Alternative Aspects of mRNA RFTA, Tube-Base Format

단계 1: mRNA 분리Step 1: mRNA isolation

단계 2: mRNA 표적을 선택하고 1차 탐침을 정한다(BUCP)Step 2: Select mRNA Target and Set Primary Probe (BUCP)

단계 3: BUCP와 mRNA 표적 부위(BUCP-1, 포획)를 하이브리드화Step 3: Hybridize BUCP and mRNA Target Sites (BUCP-1, Capture)

단계 4: 1차 탐침으로 하이브리드화Step 4: Hybridize with the Primary Probe

단계 5: PDTP 복합체를 포획Step 5: Capture PDTP Complex

단계 6: 세척Step 6: wash

단계 7: 2차 리포터 탐침으로 하이브리드화하고 표지의 존재를 결정Step 7: Hybridize with secondary reporter probe and determine presence of label

이는 3단계의 특이성을 가진다.It has three levels of specificity.

본 발명의 방법과 조성물의 사용은 단일 튜브에서 분석될 수 있는 핵산 샘플의 크기를 제한하지 않고, 다량의 가능한 비-특이적 오염물이 있을거라는 사실 때문에 향상된 민감도와 특이성으로 DNA 칩과 PCR 기술작동을 초래할 것이다.The use of the methods and compositions of the present invention does not limit the size of the nucleic acid sample that can be analyzed in a single tube, but rather enhances DNA chip and PCR techniques with improved sensitivity and specificity due to the fact that there will be a large amount of possible non-specific contaminants. Will effect.

공지된 DNA 분석 기술의 다수의 방법은 이들의 민감도를 향상시키는 핵산의 충분한 양을 시험할 수 없다. 본 발명의 방법은 게놈 또는 다른 다량의 DNA(비-특이적 핵산의 ㎎ 내지 샘플에 존재하는 표적이 풍부한 ug )를 미리-처리해서 미리 공지된 DNA 분석 기술을 가능하게 해서 선택된 표적 핵산서열의 존재를 특이적으로 및 정확하게 결정한다.Many methods of known DNA analysis techniques are unable to test sufficient amounts of nucleic acids to enhance their sensitivity. The methods of the present invention pre-treat the genome or other large amounts of DNA (mg of non-specific nucleic acid to the target-rich ug present in the sample) to enable known DNA analysis techniques in the presence of selected target nucleic acid sequences. Specifically and accurately.

표적 보호 분석(TPA)Targeted Protection Assay (TPA)

핵산 표적 서열 검출을 위한 본 발명의 다른 양태는 표적 보호 분석(TPA)으로 불린다. TPA는 본원에 인용된 1996년 10월 26일에 출원된 U.S. 특허 출원 제08/739,069호, 본 발명에 이르러 U.S. 특허 , 및 1998년 2월 24일에 출원된 U.S. 임시 특허 출원 제60/075,812호 및 1998년 3월 5일에 출원된 60/076,872에 기재되어 있다.Another aspect of the invention for detecting nucleic acid target sequences is called Target Protection Assay (TPA). TPA is described in U.S. Patent Application on October 26, 1996, which is incorporated herein. Patent application 08 / 739,069, to the present invention U.S. Patent, and U.S. application filed February 24, 1998. Provisional Patent Application 60 / 075,812 and 60 / 076,872, filed March 5, 1998.

TPA 기술은 특정 DNA와 RNA 표적의 직접 분석을 위한 방법이고 단일 DNA(유전자) 복제를 검출할 정도로 민감하다. TPA 방법은 또한 ds 및 ssDNA 모두를 검출한다.TPA technology is a method for direct analysis of specific DNA and RNA targets and is sensitive enough to detect single DNA (gene) replication. The TPA method also detects both ds and ssDNA.

본 발명의 방법과 조성물은 미리 설명되고 예전의 기술로는 성취할 수 없었던 출원의 개발을 위해 필요한 민감도를 부여하는 RNA의 넓은 범위의 양을 처리하는 능력을 가진다. TPA 처리는 초기 감염 동안의 진단기술을 가능하게 한다. 감염 초기 동안 RNA 표적을 검출하는 중요성은 복제 RNA 바이러스, 종양 발달 및 감염질환 발명 모두가 숙주에서 단백질 합성을 필요로 한다는 사실에 기인한 것이지만, 더 중요한 것은 특이적 mRNA 종의 생성이다.The methods and compositions of the present invention have the ability to handle a wide range of RNAs that impart the sensitivity needed for the development of applications that have been described previously and could not be achieved with prior art. TPA treatment enables diagnostic techniques during early infection. The importance of detecting RNA targets during the early stages of infection is due to the fact that both replicating RNA viruses, tumor development and infectious disease inventions require protein synthesis in the host, but more important is the generation of specific mRNA species.

본 발명에 포함되는 한 양태는 간접적인 단일 유전자 복제 검출을 포함한다. 각 활성화된 유전자에 대해, mRNA 분자의 10/1000가 생성된다. 단일 유전자가 활성화될 경우, 20,000 특이적 mRNA 표적이 세포와 조직에 존재할 것이고 규명될 수 있다.One aspect encompassed by the present invention includes indirect single gene duplication detection. For each activated gene, 10/1000 of the mRNA molecule is generated. When a single gene is activated, 20,000 specific mRNA targets will be present in cells and tissues and can be identified.

본 발명의 방볍의 바람직한 양태는 하기의 단계를 포함한다. 첫째, RNA 상에서 서열 특이적 표적 부위를 선택한다. 둘째, 표적 서열을 가진다고 추정되는 RNA 샘플을 당업자에게 공지된 방법으로 분리해서, 변성된 선형 RNA를 수득한다. 샘플 RNA를 존재가능한 원료로부터 또는 그러한 목적으로 증폭된 DNA를 사용해서 정제한다. 샘플 핵산으로부터 표적의 절단은 mRNA가 이미 예상되는 크기라는 사실 때문에 불필요하다.Preferred embodiments of the present invention include the following steps. First, a sequence specific target site is selected on RNA. Second, RNA samples that are presumed to have the target sequence are separated by methods known to those skilled in the art to obtain denatured linear RNA. Sample RNA is purified using DNA amplified from or available for such purposes. Cleavage of the target from the sample nucleic acid is unnecessary because of the fact that the mRNA is already of the expected size.

세번째 단계에서, 특정 일본쇄 RNA 표적은 이중나선 DNA 구조로 하이브리드화함으로써 보호되고, 이는 보호된 표적 핵산 구조(PNAS)라고 불리는 부분 삼중나선 분자를 형성한다. 삼중나선 구조 형성의 양태는 도 12에 도시되어 있다. 이 양태에서, 리포터 탐침은 DNA이고, 이본쇄 DNA 포획 분자 길이는 다양하며, 생화학적 후크는 이 목적으로 당업자에게 알려진 분자, 예를 들면 DIG와 같은 것이다. 이러한 DNA 포획 분자는 도 12의 ds 구조처럼 작용하는 ds 분자를 형성하는 헤어핀 구조일 수 있다.In a third step, certain single-stranded RNA targets are protected by hybridizing to double-stranded DNA structures, which form partial triple helix molecules called protected target nucleic acid structures (PNAS). An aspect of triple helix structure formation is shown in FIG. 12. In this embodiment, the reporter probe is DNA, the double-stranded DNA capture molecules vary in length, and the biochemical hook is such a molecule known to those skilled in the art for this purpose, for example DIG. Such DNA capture molecules may be hairpin structures that form ds molecules that act like the ds structure of FIG. 12.

mRNA TPA에서 TFO 헤어핀 포획 탐침TFO hairpin capture probe from mRNA TPA

부위는 폴리피리미딘이 풍부한 mRNA에서 규명되어야 한다. 이는 삼중나선 구조 형성을 위한 피리미딘-퓨린-피리미딘 모티프를 위한 필요조건이기 때문에 필요하다. ds DNA 헤어핀 포획 탐침은 두가지 부위를 가짐을 특징으로 한다:The site should be identified in polypyrimidine-rich mRNA. This is necessary because it is a requirement for the pyrimidine-purine-pyrimidine motif for the formation of the triple helix structure. The ds DNA hairpin capture probe is characterized by having two sites:

ㆍ3' 말단은 폴리퓨린이 풍부한 다양한 길이의 부위이다.The 3 'end is a site of various lengths rich in polypurine.

ㆍ5' 말단은 폴리피리미딘이 풍부한 다양한 길이의 부위이다.The 5 'end is a site of various lengths rich in polypyrimidine.

ㆍ두 부위 모두 헤어핀의 루프를 형성하는 6개의 염기 스트레치에 의해 중간이 연결되어 있다.Both sites are connected in the middle by six base stretches forming a loop of hairpins.

결국, 헤어핀 포획 탐침은 자체가 꼬여서 헤어핀을 형성하는 DNA 분자이다. 또한, 3' 말단은 생화학적 후크와 접합될 수 있지만, 3' 말단에 근접하지는 않는다. 표적은 RNA 본쇄 기원으로 dsDNA 헤어핀 탐침에 하이브리드화된다.After all, the hairpin capture probe is a DNA molecule that twists itself to form a hairpin. Also, the 3 'end may be conjugated with a biochemical hook, but not close to the 3' end. The target is hybridized to the dsDNA hairpin probe with RNA strand origin.

본 발명의 부가 양태는 폴리 dT 표지된 탐침을 포획된 mRNA 분자에 첨가함을 포함한다. 이는 리포터 시그널을 증진시킨다. 도 13은 이러한 양태를 도시한다. mRNA 실시예에서 보여진 폴리 A 부위와 같은 반복되는 서열이 이러한 새로운 시그널 증폭을 위해 사용될 수 있다는 것이 본 발명에 포함된다.Additional aspects of the invention include adding a poly dT labeled probe to the captured mRNA molecule. This enhances the reporter signal. 13 illustrates this embodiment. It is included in the present invention that repeating sequences such as the poly A sites shown in the mRNA examples can be used for this new signal amplification.

mRNA TPA 겔-기본 분석은 하기의 단계를 포함한다:mRNA TPA gel-based assays comprise the following steps:

단계 1: mRNA의 분리Step 1: Isolation of mRNA

단계 2: 표적 부위의 선택과 DNA 포획 탐침의 결정Step 2: Selection of Target Site and Determination of DNA Capture Probe

단계 3: mRNA 표적과 dsDNA 탐침의 하이브리드화Step 3: Hybridization of mRNA Target with dsDNA Probe

단계 4: 분석 특이성을 향상시키기 위해 비-mRNA와 결합된 dsDNA 탐침을 파괴하기 위한 엑소뉴클레아제 처리Step 4: Treatment with Exonucleases to Destroy the Non-mRNA-Coupled dsDNA Probes to Improve Assay Specificity

단계 5: PNAS를 고체 지지체에 부착Step 5: Attach PNAS to Solid Support

단계 6: 세척Step 6: wash

단계 7: PNAS를 폴리 dT 리포터 탐침(바이오틴화된 25 mer 분자)과 하이브리드화함으로써 시그널 증폭Step 7: Signal amplification by hybridizing PNAS with poly dT reporter probe (25 mer biotinylated molecules)

단계 8: 세척Step 8: wash

단계 9: 접합된 폴리 dT 증폭 탐침 상의 바이오틴 분자에 결합하는 표적 용액에 아비딘-효소 접합체를 첨가Step 9: Add an avidin-enzyme conjugate to the target solution that binds to the biotin molecule on the conjugated poly dT amplification probe

단계 10: 세척Step 10: Wash

단계 11: PNAS 구조 강도를 보전하면서 마그네틱 비드로부터 PNAS를 분리Step 11: Isolate PNAS from Magnetic Beads While Preserving PNAS Structural Strength

단계 12: 가용성 PNAS를 전기영동 겔 상에 러닝해서 Rf를 예상Step 12: Run soluble PNAS on an electrophoretic gel to predict R f

단계 13: 겔을 색소원 기질 용액에 두고 발색되도록 배양Step 13: Place the gel in the pigment substrate solution and incubate to develop

이는 5단계의 특이성을 가진다.It has five levels of specificity.

이 양태는 제한하고자 하는 것이 아니고, 다른 동등하거나 유사한 변수가 사용될 수 있다. 표적 부위 크기와 탐침 길이는 짧거나 긴 크기로 다양할 수 있고, 다만 표적과 분석이 예상할 포맷의 유형에 따라 좌우된다. 하이브리드화는 상이하게 정해진 탐침으로 앞서 설명된 RFTA 방법과 동일하게 동반된다. 여기에서 사용된 탐침은 헤어핀 또는 이본쇄 구조를 형성하는 다른 구조일 수 있다. 헤어핀 구조가 바람직한 양태이다.This aspect is not intended to be limiting, and other equivalent or similar variables may be used. Target site size and probe length can vary from short or long, but depend on the type of format expected for the target and analysis. Hybridization is accompanied by differently defined probes, identically to the RFTA method described above. The probe used herein may be a hairpin or other structure that forms a double stranded structure. Hairpin structure is a preferred embodiment.

PNAS의 형성은 본 발명의 방법과 조성물의 특이성의 첫번째 수준이다. 특이성의 이러한 수준은 DNA 이중나선 보호 분자에서 폴리퓨린 또는 폴리피리미딘이 풍부한 부위에서 작용하기 위해 필요하기 때문에 낮고 약간의 비-특이성 RNA 종은 dsDNA 보호 분자에 결합할 수 있다. 이 문제점을 풀기 위한 한가지 방법은 폴리가 풍부한 부위의 두가지 염기가 아닌 4가지 일반 염기에 따라 다양한 표적 보호 분자(dsDNA)의 사용을 가능하게 하는 recA 단백질의 첨가이다.Formation of PNAS is the first level of specificity of the methods and compositions of the present invention. This level of specificity is necessary to function at sites rich in polypurine or polypyrimidine in DNA double helix protective molecules, so that low and some non-specific RNA species can bind to dsDNA protective molecules. One way to solve this problem is the addition of the recA protein, which allows the use of a variety of target protective molecules (dsDNA) depending on the four general bases rather than the two bases of the poly-rich site.

18 뉴클레오타이드 염기 긴 서열을 가지는 표적 서열을 가지는 상기의 바람직한 양태의 실시예는 mRNA TPA 겔 분석이다.An example of a preferred embodiment of the above having a target sequence with an 18 nucleotide base long sequence is mRNA TPA gel analysis.

mRNA TPA 겔-기본 분석의 양태는 도 14에 도시되어 있다.An embodiment of the mRNA TPA gel-based assay is shown in FIG. 14.

mRNA TPA 시험관 또는 포획 분석의 양태는 도 15에 도시되어 있다.An embodiment of mRNA TPA in vitro or capture assay is shown in FIG. 15.

단계 1: mRNA의 분리Step 1: Isolation of mRNA

단계 2: 표적 부위의 선택 및 포획 탐침의 결정Step 2: Selection of Target Site and Determination of Capture Probe

단계 3: 표적과 탐침의 하이브리드화Step 3: Hybridize Target and Probe

단계 4: 표적에 의해 보호되지 않은 dsDNA 포획 탐침을 제거하기 위한 Exo Ⅲ 처리Step 4: Exo III Treatment to Remove dsDNA Capture Probe Not Protected by Target

단계 5: PNAS를 고체 지지체에 부착Step 5: Attach PNAS to Solid Support

단계 6: 세척Step 6: wash

단계 7: 리포터 탐침(폴리 dT, 바이오틴화되고 25 mer)으로 하이브리드화Step 7: Hybridization with Reporter Probe (Poly dT, Biotinylated and 25 mer)

단계 8: 세척Step 8: wash

단계 9: 아비딘-효소 접합체 첨가Step 9: Add Avidin-Enzyme Conjugate

단계 10: 세척Step 10: Wash

단계 11: PNAS 구조 분해 없이 마그네틱 비드로부터 PNAS를 분리Step 11: Isolate PNAS from Magnetic Beads without PNAS Structure Degradation

단계 12: 특정 Rf로 겔 전기영동Step 12: Gel Electrophoresis with Specific R f

단계 13: 겔을 색소원 기질에 두고 겔 상의 밴드 가시화(Rf계산)Step 13: Place the gel on the pigment substrate and visualize the band on the gel (R f calculation)

이 분석은 6단계의 특이성을 가진다. 여기에서 사용된 DNA 탐침은 헤어핀 또는 이본쇄 구조를 형성하는 다른 구조일 수 있다. 헤어핀 구조는 바람직한 양태이다.This assay has six levels of specificity. The DNA probe used herein may be a hairpin or other structure that forms a double stranded structure. The hairpin structure is a preferred embodiment.

TPA 과정의 RNA/TPA PNAS(표적/탐침 복합체)는 분리될 수 있고 시험관과 겔 분석 포맷 모두에서 검출될 수 있다. PNAS를 형성하는 TFO의 하이브리드화 후, 후속 단계는 검출 방법에 의해 결정된다.RNA / TPA PNAS (target / probe complex) of the TPA process can be isolated and detected in both in vitro and gel assay formats. After hybridization of the TFO forming the PNAS, the subsequent step is determined by the detection method.

RNA/TPA 시험관 적용은 매우 높은 특이성을 제공하는데 이는 분석이 적어도 5단계의 특이성에 의해 개시되기 때문이다. 분석은 다량의 RNA의 직접분석을 가능하게 한다.RNA / TPA in vitro applications provide very high specificity because the assay is initiated by at least five levels of specificity. The analysis allows for the direct analysis of large amounts of RNA.

Exo Ⅲ 처리는 포획 탐침에 의해 하이브리드화되는 비-특이적 DNA를 제거하는 데 필요하다.Exo III treatment is required to remove non-specific DNA hybridized by the capture probe.

DNA 헤어핀 구조를 사용하는 mRNA TPA 탐침 기본 분석의 실시예가 기재되어 있다.Examples of mRNA TPA probe basic assays using DNA hairpin structures are described.

단계 1: mRNA 분리Step 1: mRNA isolation

단계 2: 표적 부위의 선택과 헤어핀 포획 탐침의 결정Step 2: Selection of Target Site and Determination of Hairpin Capture Probe

단계 3: 표적과 헤어핀 탐침의 하이브리드화Step 3: Hybridization of Target and Hairpin Probe

단계 4: 표적에 의해 보호되지 않은 dsDNA 헤어핀 포획 탐침을 제거하기 위한 엑소뉴클레아제 Ⅲ 처리Step 4: Exonuclease III treatment to remove dsDNA hairpin capture probe that is not protected by the target

단계 5: PNAS를 고체 지지체에 부착Step 5: Attach PNAS to Solid Support

단계 6: 세척Step 6: wash

단계 7: 리포터 탐침(폴리 dT, 바이오틴화되고 25 mer)으로 하이브리드화Step 7: Hybridization with Reporter Probe (Poly dT, Biotinylated and 25 mer)

단계 8: 세척Step 8: wash

단계 9: 아비딘-효소 접합체의 첨가Step 9: Addition of avidin-enzyme conjugate

단계 10: 세척Step 10: Wash

단계 11: 발색을 위한 색소원 기질 첨가Step 11: Add Pigment Substrate for Color Development

이는 5단계의 특이성을 가진다.It has five levels of specificity.

mRNA CPA 겔 포맷 분석의 양태Aspects of mRNA CPA Gel Format Analysis

단계 1: mRNA 분리Step 1: mRNA isolation

단계 2: 두개의 BU 절단자 탐침을 하이브리드화하고 표적 제한Step 2: Hybridize the two BU cleavage probes and target restriction

단계 3: PNAS를 고정된 기질에 정착Step 3: Settling PNAS on Fixed Substrate

단계 4: 겔을 러닝하고 밴드 시그널 가시화로 Rf결정Step 4: Run the gel and determine the R f by band signal visualization

이 분석은 3단계의 특이성을 가진다.This assay has three levels of specificity.

도 18은 mRNA CPA 시험관 포맷 분석을 나타낸다.18 shows mRNA CPA in vitro format analysis.

단계 1: mRNA 분리Step 1: mRNA isolation

단계 2: 두개의 BU 절단 탐침을 하이브리드화하고 표적 제한Step 2: Hybridize two BU cleavage probes and target restriction

단계 3: PNAS를 고정된 기질에 정착Step 3: Settling PNAS on Fixed Substrate

단계 4: 세척Step 4: wash

단계 5: 시그널 증푹에 의해 검출되는 PNASStep 5: PNAS Detected by Signal Depth

삼중나선 구조 형성과 사용될 수 있는 다른 양태는 3중 록이다. 어떤 조건하에서는, dsDNA 단편의 Exo Ⅲ(엑소뉴클레아제)로의 노출은 W와 C 쇄 상의 DNA를 3'5' 방향으로 분해할 수 있다. 삼중나선 구조 형성 올리고뉴클레오타이드(TFO)의 DNA의 이중나선 구조로 결합은 단시간에 Exo Ⅲ에 의해 분해되는 것을 방지한다.Another embodiment that may be used with triple helix structure formation is a triple lock. Under certain conditions, exposure of dsDNA fragments to Exo III (exonuclease) results in 3 ′ DNA on the W and C chains. Can decompose in 5 'direction. Triple Helix Structure Formation The double helix structure of the DNA of the oligonucleotide (TFO) prevents degradation by Exo III in a short time.

삼중나선 구조의 안정성을 성취하기 위해서, 삼중나선 구조 록의 양태는 도 16에 도시되어 있다. 도 16은 mRNA가 위치할 수 있는 주요 그루브를 생성하도록 정해진 dsDNA 포획 탐침으로 삼중나선 구조를 형성하는 mRNA 분자를 지시한다. 이 헤어핀은 또한 3' DNA 이중나선 구조 말단 상의 Exo Ⅲ 공격의 가능한 위치를 제거한다.In order to achieve stability of the triple helix structure, an embodiment of the triple helix structure lock is shown in FIG. FIG. 16 illustrates mRNA molecules forming a triple helix structure with dsDNA capture probes defined to produce major grooves in which mRNA can be located. This hairpin also eliminates possible sites of Exo III attack on the 3 'DNA double helix structure ends.

Exo Ⅲ 분해에 대항해 남아있는 유일한 3' 탐침 말단을 보호할 필요 또한 있다. 이는 서로서로 꼬이고 염기(7) 스트링에 의해 근접 말단에 연결된 폴리퓨린(3' 말단)과 폴리피리미딘(5' 말단)이 풍부한 본쇄인 헤어핀 DNA 포획 탐침을 가짐을 특징으로 하는 Triplex Lock의 발명에 의해 성취되고, 본원에서는 폴리 dT가 사용되었다.There is also a need to protect the only 3 'probe ends remaining against Exo III degradation. This invention in the Triplex Lock is characterized by having a hairpin DNA capture probe that is stranded rich in polypurine (3 'terminus) and polypyrimidine (5' terminus), which are twisted together and connected to the proximal end by a string of bases (7) And poly dT was used herein.

존재하는 mRNA 표적과의 통상적인 수소결합을 통해 하이브리드화할 DNA의 12-15 염기에 의한 3개의 포획 탐침의 3'말단의 연장은 DNA-RNA 하이브리드 생성에 의한 Exo Ⅲ 분해에 저항하는 3' 탐침 말단을 생성한다. 평활 말단과 3' 노출된 말단을 위한 Exo Ⅲ의 존재는 탐침의 3' 말단(ssmRNA 3' 말단은 오버행을 생성한다)을 보호하는 목표를 성취하게 하고 Exo Ⅲ는 3' 탐침 말단(15 염기(A, T, C 및 G)의 엑스트라 스트레치는 3'에서 5'로의 분해에 저항하는 특이적 말단을 보내는 RNA와 수소결합을 형성할 것이다)을 동시에 분해할 수 없다.Extension of the 3 'end of the three capture probes by 12-15 bases of DNA to hybridize via conventional hydrogen bonds with the existing mRNA target results in a 3' probe end that resists Exo III degradation by DNA-RNA hybrid production. Create The presence of Exo III for smooth and 3 'exposed ends achieves the goal of protecting the 3' end of the probe (ssmRNA 3 'end produces an overhang) and Exo III is the 3' probe end (15 bases) Extra stretches of A, T, C and G) will not be able to simultaneously cleave hydrogen) with RNAs that send specific ends that resist 3 'to 5' degradation.

RNA/TPA의 장점Advantages of RNA / TPA

RNA/TPA 사용의 주요 장점은 모든 시그널 증폭 기술과 칩과 PCR 상의 DNA가 본 발명의 방법과 조성물의 사용에 의해 단일 유전자 복제 검출만큼 민감하게 표적 검출을 성취하도록 하는 것이다. 이는 또한 기원 샘플에서 모든 표적을 함유하는, 환자의 시편에서 핵산의 ㎎ 양 내지 핵산의 단일 ug의 감소, 보호, 농축을 제공한다. 이는 도에 제시되어 있다.The main advantage of using RNA / TPA is that all signal amplification techniques and DNA on chip and PCR achieve target detection as sensitive as single gene replication detection by the use of the methods and compositions of the present invention. It also provides a reduction, protection, enrichment of a mg amount of nucleic acid to a single ug of nucleic acid in a patient's specimen, containing all targets in the sample of origin. This is shown in the figure.

HIV 치료에서 바이러스 로드 문제는 지금까지 비성공적인 것으로 기재되어 왔다. 현재 PCR은 바이러스 로드의 손실을 검출할 수 없는 수준가지 측정하면서, AZT + 칵테일 요법이 개체로부터 HIV 바이러스의 모든 징후를 제거하고, PCR에서의 본래의 제한, RT-PCR의 불량한 성능 및 RT(역전사효소)와 PCR 처리 모두가 함께 사용되어서 생성되는 복잡성 때문에 거의 또는 전혀 성공하지 못하는 결과를 규명하고자 시도하고 있다.The viral load problem in HIV treatment has been described so far as unsuccessful. While current PCR measures undetectable levels of viral load, AZT + cocktail therapy removes all signs of HIV virus from an individual, inherent limitations in PCR, poor performance of RT-PCR, and RT (reverse transcription). Both enzymes and PCR treatments are used together to attempt to identify results that have little or no success because of the complexity created.

본 발명의 방법과 조성물은 발명자가 HIV 처리 관리 기간 동안 mRNA 수준을 따르도록 함으로써, 바이러스 로드 진단을 위해 사용된다. 예를 들면, 프로테아제 억제제 요법은 치료를 그만두어야 할 시점, 바이러스 로드가 감소하는 시점을 결정하는 PCR 능력에서 어려움을 겪는다. PCR은 이의 민감도와 특이성에 영향을 끼치는 본래의 결점을 가지고, 가장 중요한 것은 과량의 게놈 DNA에서 낮은 복제 수 표적(DNA)의 규명과 RNA 표적을 직접적으로 분석하는 능력의 부족이 일어나지 않게 하는 것이다. 본 발명은 과량의 DNA/RNA에서 풍부하지 않은 표적을 단일 유전자 또는 RNA 표적 복제로 직접 분석해서 규명함으로써 이러한 문제점을 해결한다. 결국, TPA가 바이러스 로드의 분석을 위해 전달할 수 있는 파라미터는 하기의 핵산 형태의 수를 모니터함을 포함할 것이다:The methods and compositions of the present invention are used for diagnosing viral load, by allowing the inventors to follow mRNA levels during HIV treatment control. For example, protease inhibitor therapy suffers from PCR ability to determine when treatment should be stopped and when viral loads decrease. PCR has the inherent drawbacks affecting its sensitivity and specificity, and most importantly, the identification of low copy number targets (DNA) in excess genomic DNA and the lack of the ability to directly analyze RNA targets. The present invention solves this problem by identifying and analyzing the targets that are not abundant in excess DNA / RNA directly by single gene or RNA target replication. Eventually, parameters that TPA can deliver for analysis of viral loads will include monitoring the number of the following nucleic acid types:

1. 단일 유전자 복제에 민감한 HIV 바이러스의 dsRNA1. dsRNA of HIV virus sensitive to single gene replication

2. HIV 프로바이러스의 dsDNA(통합형)-단일 유전자 복제에 민감2. Sensitive to dsDNA (Integrated) -Single Gene Replication of HIV Proviruses

3. 바이러스 단백질에 특이적인 mRNA-단일 유전자 복제로 생각되는 10,000 내지 20,000 mRNA 분자에 민감3. Sensitive to 10,000-20,000 mRNA molecules thought to be mRNA-single gene replication specific for viral proteins

현재, 생물발광을 통한 시그널 증폭은 mRNA 분석의 간접 평가에 의한 단일 유전자 DNA 또는 RNA 표적에 민감하다. 생물발광과 다른 시그널 증폭 기술이 향상됨에 따라, mRNA 표적은 다량의 비-특이적 핵산에서의 단일 메신저 복제 수준에서 직접적으로 평가될 수 있다.Currently, signal amplification through bioluminescence is sensitive to single gene DNA or RNA targets by indirect evaluation of mRNA analysis. As bioluminescence and other signal amplification techniques improve, mRNA targets can be assessed directly at the level of single messenger replication in large quantities of non-specific nucleic acids.

본 발명의 다른 사용은 직접적인 mRNA 분석이다. 직접적인 mRNA 분석의 특별한 사용은 핵산 기본 암 전이 분석이다. 단일 암세포를 품고 있는 림프 절은 자체가, 모든 림프절(㎎ 양)에서 모든 RNA의 분리와 이의 한번의 분석으로 검출될 수 있는 종양 세포 표면 마커, 수용체 단백질에 대해 특이적인 최소 10,000 내지 20,000 mRNA 표적으로 존재할 것이다.Another use of the present invention is direct mRNA analysis. A particular use of direct mRNA analysis is nucleic acid based cancer metastasis analysis. Lymph nodes containing a single cancer cell, by themselves, target at least 10,000 to 20,000 mRNA targets specific for tumor cell surface markers, receptor proteins, which can be detected by isolation of all RNA in all lymph nodes (mg amount) and a single analysis thereof. Will exist.

본 발명의 다른 사용은 간염 C RNA와 mRNA의 직접적인 규명이다. 이 직접적인 검출은 감염성 바이러스의 초기 검출을 가능하게 하고 전세계 혈액과 혈장 공ㄱ급의 안전성을 보장하는 데 도움이 된다.Another use of the invention is the direct identification of hepatitis C RNA and mRNA. This direct detection enables the early detection of infectious viruses and helps to ensure the safety of blood and plasma supplies worldwide.

본 발명의 다른 사용은 다수의 치료 양식이, 처리되어야 하는 이상에 특이적인 mRNA 표적 분석에 의해 모니터될 수 있다는 것이다. 호르몬 이상(hypo- 및 hyper- 상태)의 진단은 유사한 mRNA 분석으로 모니터될 수 있다. 성장 인자 치료 또한 유전자 제한 문제인 경우에 직접적인 mRNA 조사로 모니터될 수 있다. 근간에, 무수한 인체 의학 적용에 따라, 농업 및 수의학 적용의 동등하거나 더 강력한 리스트가 존재한다.Another use of the present invention is that a number of treatment modalities can be monitored by mRNA target analysis specific to the condition to be treated. Diagnosis of hormonal abnormalities (hypo- and hyper-states) can be monitored by similar mRNA analysis. Growth factor treatment can also be monitored by direct mRNA irradiation in the case of gene restriction issues. In recent years, with myriad human medical applications, there is an equal or stronger list of agricultural and veterinary applications.

본 발명의 조성물은 본원에서 교시된 방법을 실행하는데 필요한 성분의 조성물을 포함한다. 예를 들면, 특이적인 표적 서열 및 하나 이상의 2차 탐침 서열에 상보적인 뉴클레오타이드 부위의 1차 탐침, 및 표지된 2차 탐침을 포함하는 조성물. 뉴클레아제에 따라 선택된 1차 및 2차 탐침을 포함하는 조성물 또는 키트, 라이보자임 및 완충액이 본 발명에 포함된다. 각 분자, 탐침 및 성분은 또한 각각 또는 배합되어서 제공될 수 있음이 이해된다.Compositions of the present invention include compositions of ingredients necessary to practice the methods taught herein. For example, a composition comprising a primary probe at a nucleotide site complementary to a specific target sequence and at least one secondary probe sequence, and a labeled secondary probe. Included in the present invention are compositions or kits, ribozymes and buffers comprising primary and secondary probes selected according to nucleases. It is understood that each molecule, probe and component may also be provided separately or in combination.

본 발명은 어떤식으로든 이의 취지를 제한하는 것으로 해석되어서는 안되는, 첨부된 실시예에 의해 설명된다. 반대로, 레조트가 다수의 기타 양태, 변형, 및 이와 동등한 의미를 가질 수 있고 본원의 설명을 읽은 후, 당업자들에게 본 발명의 취지 및/또는 하기에 첨부된 청구범위의 범위와 동떨어지지 않는다면 제안될 수 있다.The invention is illustrated by the appended examples, which should not be construed as limiting the scope thereof in any way. On the contrary, a resort may have a number of other aspects, modifications, and equivalents, and after reading the description herein, it is suggested to those skilled in the art without departing from the spirit of the invention and / or the scope of the claims appended hereto. Can be.

실시예 1Example 1

삼중나선 구조에 의해 개시되는 PNAS와 함께 dsDNA 표적 서열을 사용하는 표적 검출 분석의 일반적인 포맷: DNA TPAGeneral format of target detection assay using dsDNA target sequence with PNAS initiated by triple helix structure: DNA TPA

DNA의 분리Isolation of DNA

하기의 프로토콜은 다량의 혈액으로부터 DNA를 신속히 분리하기 위한 예시의 과정이다: 정맥천자 튜브에서 수집된 혈액 150 ㎖(헤어핀, ACD 또는 EDTA)를 500 ㎖ 원심분리 튜브에 함께 담아서 Isoton Ⅱ(Coulter Diagnostics) 150 ㎖로 희석한다. 10% Triton X-100 30 ㎖를 첨가하고 3초 동안 격렬히 혼합한다. 세포 핵을 최대속도(12,000 x g)로 5분 동안 펠렛화한다. 상등액을 제거한 후, 펠렛을 10 ㎖ PK 혼합물(10 mM Tris-HCl, pH 8.0, 1 mM EDTA, 0.5% Tween 20, 0.5% NP-40, 및 2.5 ㎎/㎖ 프로테아제 K)에 재현탁하고, 55 ℃에서 15분 동안, 95 ℃에서 10분 동안(프로테아제 K가 불활성화될 때까지) 배양시킨 다음 서서히 실온으로 냉각시킨다. 샘플을 이어서 원심분리 튜브로 옮기고 10분 동안 12,000 x g으로 회전시킨다. 상등액을 회수하고 DNA를 10 M 암모늄 아세테이트 0.2 용적과 에탄올 2 용적의 첨가로 펠렛화시킨다. 침전된 DNA를 10분 동안 5,000 x g으로 펠렛화하고 70% 에탄올로 2회 세척한 다음 0.5 ㎖ 살균수로 재현탁한다. 부드러운 초음파 분해 또는 절단이 펠렛의 완전한 용해를 달성하기 위해 필요할 수 있다. 총 게놈 DNA의 대략 1 ㎎이 150 ㎖의 총 혈액(대략 1억 5천 응집 세포)으로부터 회수될 것이다. RNA 예비 기술 또한 적용될 수 있다.The following protocol is an exemplary procedure for rapidly separating DNA from large volumes of blood: 150 ml of blood (hairpin, ACD or EDTA) collected from venipuncture tubes, together with 500 ml centrifuge tubes, isoton II (Coulter Diagnostics) Dilute to 150 ml. Add 30 ml of 10% Triton X-100 and mix vigorously for 3 seconds. Cell nuclei are pelleted for 5 minutes at full speed (12,000 x g). After removing the supernatant, the pellet was resuspended in 10 ml PK mixture (10 mM Tris-HCl, pH 8.0, 1 mM EDTA, 0.5% Tween 20, 0.5% NP-40, and 2.5 mg / ml protease K), 55 Incubate at 95 ° C. for 15 minutes at 95 ° C. for 10 minutes (until protease K is inactivated) and then slowly cool to room temperature. The sample is then transferred to a centrifuge tube and spun at 12,000 x g for 10 minutes. The supernatant is recovered and the DNA is pelleted by addition of 0.2 volume of 10 M ammonium acetate and 2 volumes of ethanol. Precipitated DNA is pelleted at 5,000 x g for 10 minutes, washed twice with 70% ethanol and then resuspended in 0.5 ml sterile water. Gentle sonication or cutting may be necessary to achieve complete dissolution of the pellets. Approximately 1 mg of total genomic DNA will be recovered from 150 ml of total blood (approximately 150 million aggregated cells). RNA preliminary techniques can also be applied.

삼중나선 구조 형성에 의해 매개되는 PNAS의 형성Formation of PNAS Mediated by Triple Helix Structure Formation

물 중의 DNA 샘플 0.5 ㎖로 50 ㎕ 10×TFO 완충액(0.25 M Tris-아세테이트, pH 7.0, 0.5 M NaCl, 100 mM MgCl2, 50 mM-머캅토에탄올, 0.10 mg/㎖ BSA, 및 40 mM 스퍼민-HCl)을 첨가한 다음 특이적 TFO 10 나노몰을 첨가한다. 다음 단계를 진행하기 전에 안정한 PNAS가 형성될 만큼 충분한 온도와 시간 동안, 예를 들면 37 ℃에서 10분 동안 배양한다.50 μl 10 × TFO buffer (0.25 M Tris-acetate, pH 7.0, 0.5 M NaCl, 100 mM MgCl 2 , 50 mM-mercaptoethanol, 0.10 mg / ml BSA, and 40 mM spermine-) in 0.5 ml of DNA sample in water. HCl) is added followed by 10 nanomoles of specific TFO. Incubate for 10 minutes at a temperature and time sufficient for stable PNAS formation, for example 37 ° C., before proceeding to the next step.

효소 분해zymolysis

각 제한 효소(대부분의 경우에 50 ㎕) 500 단위와 Exo Ⅲ(100,000 u/㎖ 스톡의 40 ㎕) 4,000 단위를 첨가한다. 반응 혼합물을 37 ℃에서 부가의 50분 동안 배양한 다음 생화학적 또는 생물리학적 방법으로 효소를 불활성화시킨다. 샘플은 이제 다음 단계를 위해 준비되었다.Add 500 units of each restriction enzyme (50 μl in most cases) and 4,000 units of Exo III (40 μl of 100,000 u / ml stock). The reaction mixture is incubated at 37 ° C. for an additional 50 minutes and then the enzyme is inactivated by biochemical or biophysical methods. The sample is now ready for the next step.

포획 시스템Capture system

분해된 DNA 혼합물에, DIG 표지된 포획 탐침 10 나노몰과 0.5 ㎖ 2.5x 하이브리드화 완충액(5.0 M NaCl, 0.5 M NaOAc, pH 4.5)을 첨가한다. 혼합물을 최적 하이브리드화 온도에서 안정한 하이브리드화 복합체가 형성되기에 충분한 시간 동안, 예를 들면 1시간 동안 배양한 다음 100 ㎕의 안티-DIG로 코팅된 마그네틱 비드를 첨가하고 세척하며 하이브리드화 완충액에 재현탁한다. 1시간의 추가 배양 후에, 자기 입자 농축기를 사용해 비드를 분리하고 0.5 ㎖ 하이브리드화 완충액으로 8회 세척한다. 샘플은 이제 DNA 삼중나선 구조 TPA 과정의 최종 단계를 위해 준비되었다.To the digested DNA mixture, 10 nanomoles of DIG labeled capture probe and 0.5 ml 2.5x hybridization buffer (5.0 M NaCl, 0.5 M NaOAc, pH 4.5) are added. The mixture is incubated for a time sufficient to form a stable hybridization complex at an optimal hybridization temperature, for example 1 hour, then 100 μl of anti-DIG coated magnetic beads, washed and resuspended in hybridization buffer. do. After an additional hour of incubation, the beads are separated using a magnetic particle concentrator and washed eight times with 0.5 ml hybridization buffer. The sample is now ready for the final step of the DNA triple helix structure TPA process.

FITC 표지된 리포터 탐침이 사용되고 검출을 이방성 형광을 사용해 실행한다. 하이브리드화 완충액에서 리포터 탐침을 10 나노몰로 함유하는 1.0 ㎖ 용액의 초기 이방성을 측정한 후, 세척된 마그네틱 비드로 첨가한다. 혼합물을 부드러운 록킹하에 50 ℃에서 1시간 동안 배양한 다음, 모든 내용물(비드를 포함)을 Abbott TDM 샘플 바이얼로 옮긴다. 이어서 이방성을 분석을 위해 초기값과 비교해서 재측정한다. 분획 결합은 fb=(robs-rin)/(rb-rin)으로 표현되고, 여기에서 fb는 분획 결합이고rin은 초기 이방성이며 robs는 하이브리드화 후 관찰되는 이방성이며 rb는 총 결합이다(과량의 결합제로 옅은 농도의 탐침을 적정함으로써 측정).FITC labeled reporter probes are used and detection is performed using anisotropic fluorescence. Initial anisotropy of a 1.0 ml solution containing 10 nanomoles of reporter probe in hybridization buffer is measured and then added to the washed magnetic beads. The mixture is incubated for 1 hour at 50 ° C. under gentle locking, then all the contents (including the beads) are transferred to an Abbott TDM sample vial. The anisotropy is then remeasured against the initial value for analysis. Fractional binding is expressed as f b = ( r obs- r in) / ( r b- r in), where f b is fractional binding, r in is initial anisotropy, robs is anisotropy observed after hybridization, and r b Is the total binding (measured by titrating light probes with excess binder).

실시예 2 HIVExample 2 HIV

인간 면역결핍 바이러스 유형 1(HIV-1)은 AIDS의 두 병원체 중 하나이다. 근간에, 안티-HIV 항체의 존재를 검출하는 혈청 분석은 혈액과 혈액 산물을 스크린하는 데 사용된다. 일반적으로 확실한 반면, 이러한 시험은 교차 반응 항체 때문에 의-양성 결과를 나타내거나 감염이 측정되는 면역 반응의 발병 전 감염 초기 단계일 경우에는 의-음성 반응을 나타낸다. 후자의 경우에 TPA와 같은 대체 방법이 특히 유용하고, 다량의 샘플 DNA가 처리될 수 있고 단일 분석 튜브에서 시험할 수 있다. 손상입기 쉬운 세포 라인으로 공-배양을 사용하는 바이러스의 직접분석이 존재하지만, 이 방법은 더 수고스럽고 끝내는 데 여러날이 필요하다. 하기의 실시예는 가장 나쁜 경우에 다량의 혈액 추출을 설명할 것이다: 감염된 CD4 양성 세포의 낮은 수준으로 최근에 감염된 개인의 것.Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) is one of two pathogens of AIDS. In recent years, serum assays that detect the presence of anti-HIV antibodies are used to screen blood and blood products. While generally evident, these tests show false-positive results due to cross-reactive antibodies or negative-negative responses when the infection is in the early stages of infection prior to the onset of the immune response for which it is measured. In the latter case alternative methods such as TPA are particularly useful and large amounts of sample DNA can be processed and tested in a single assay tube. Direct analysis of viruses using co-cultures as susceptible cell lines exists, but this method is more laborious and requires several days to complete. The following example will illustrate a large amount of blood extraction in the worst case: from individuals who have been recently infected with low levels of infected CD4 positive cells.

1. 실시예 1에서 설명된 것처럼 DNA를 150 ㎖ 총 혈액으로부터 추출한다(1억 4천 백혈구). 정제된 DNA를 0.5 ㎖ 물에 재현탁한다.1. DNA is extracted from 150 ml total blood (140 million leukocytes) as described in Example 1. The purified DNA is resuspended in 0.5 ml water.

2. 50 ㎕ 10x TFO 완충액과 10 나노몰 TFO를 첨가한다:2. Add 50 μl 10 × TFO buffer and 10 nanomolar TFO:

HIV-1 TFO:HIV-1 TFO:

5'-TTT TCT TTT CCC CCC T-3'5'-TTT TCT TTT CCC CCC T-3 '

3. 10분 동안 37℃에서 배양한다.3. Incubate at 37 ° C. for 10 minutes.

4. Sau 3A 500 단위와 Exo Ⅲ 4,000 단위를 첨가한다.4. Add 500 units of Sau 3A and 4,000 units of Exo III.

5. 37 ℃에서 50분 동안 배양한 다음 60 ℃에서 20분 동안 배양한다.5. Incubate at 37 ° C. for 50 minutes and then at 60 ° C. for 20 minutes.

6. 0.5 ㎖ 2.5x 하이브리드화 완충액과 10 나노몰의 DIG 표지된 포획 탐침을 첨가한다.6. Add 0.5 ml 2.5x hybridization buffer and 10 nanomoles of DIG labeled capture probe.

HIV-1 포획 탐침:HIV-1 Capture Probe:

5'-ACT GCC ATT TGT ACT GCT GT-DIG-3'5'-ACT GCC ATT TGT ACT GCT GT-DIG-3 '

7. 50 ℃에서 1시간 동안 배양한다.7. Incubate at 50 ° C for 1 hour.

8. 세척된 DIG 코팅된 마그네틱 비드 100 ㎕를 첨가한다.8. Add 100 μl of washed DIG coated magnetic beads.

9. 록킹으로 1시간 동안 50 ℃에서 배양한다.9. Incubate at 50 ° C. for 1 hour by locking.

10. 튜브를 마그네틱 농축기에 두고 액체를 제거한다.10. Place the tube in the magnetic concentrator to remove the liquid.

11. 0.5 ㎖ 하이브리드화 완충액으로 8회 세척한다.11. Wash 8 times with 0.5 ml hybridization buffer.

12. 이방성 형광을 미리 측정하고 리포터 탐침을 10 나노몰로 함유하는 하이브리드화 완충액 1.0 ㎖에 비드를 재현탁한다.12. Measure the anisotropic fluorescence in advance and resuspend the beads in 1.0 ml of hybridization buffer containing 10 nanomoles of reporter probe.

HIV-1 리포터 탐침:HIV-1 Reporter Probe:

5'-GAA TAG TAG ACA TAA TAG TA-FITC-3'5'-GAA TAG TAG ACA TAA TAG TA-FITC-3 '

13. 50 ℃에서 1시간 동안 배양한다.13. Incubate at 50 ° C. for 1 hour.

14. 이방성을 재측정하고 결합된 탐침(fb)의 분획을 상기에서 주어진대로 분석한다.14. Re-measure anisotropy and analyze the fraction of bound probe (fb) as given above.

대체적으로 단계 13 후에, 비드를 자기 입자 농축기로 재정제하고 하이브리드화 완충액으로 8회 세척하며, 직접적인 형광 측정(-exe=490 nm, -em=520 nm)을 위해 형광계에 두거나 비드를 형광 현미경에서 보기 위해 슬라이드 상에 둘 수 있다.As a rule, after step 13, the beads were redefined with a magnetic particle concentrator and washed eight times with hybridization buffer, placed in a fluorometer for direct fluorescence measurements (-exe = 490 nm, -em = 520 nm) or the beads were fluorescent microscope Can be placed on the slide for viewing.

실시예 3Example 3

일본쇄 M 13 mp 18 박테리오파지 DNA를 BUCP로 절단Single-chain M 13 mp 18 Bacteriophage DNA digested with BUCP

필라멘트상 박테리오파지의 복제가 E.coli 섬모 함유 숙주 박테리아내에서 함께 일어나고 감염된 세포는 세대 당 세포 당 수백 바이러스 입자를 생성하는 동안 분해되지 않고 상등액으로 방출된다. 감염된 박테리아의 배양액에서 박테리오파지의 역가는 ㎖ 당 1012pfu에 이를 수 있다. 세포외 감염 본쇄는 일본쇄 원형 DNA 분자인 M13(+)본쇄이다(대략 7.2 kb 길이).Replication of filamentous bacteriophages occurs together in E. coli cilia containing host bacteria and infected cells are released into the supernatant without degradation while producing hundreds of viral particles per cell per generation. The titer of bacteriophage in culture of infected bacteria can reach 10 12 pfu per ml. The extracellular infection strand is the M13 (+) strand, a single stranded DNA molecule (approximately 7.2 kb in length).

BU 절단자 탐침 DNA 제한을 설명하는데 사용될 시스템은 원형 M13mp18 박테리오파지 상의 특정 서열에 하이브리드화하는 BU 절단자 탐침의 능력을 이용한다. 다음은 2500 내지 2525 염기의 서열이다.The system to be used to describe the BU cleavage probe DNA restriction utilizes the ability of the BU cleavage probe to hybridize to specific sequences on circular M13mp18 bacteriophages. The following is a sequence of 2500 to 2525 bases.

F=형광성 분자F = fluorescent molecule

2. 영양소 육즙에서 성장한 E.coli의 후반기 배양액을 10분 동안 12,000 x g으로 원심분리 할 것이고 결과 상등액을 튜브로 가만히 따라서 클로로포름 두 방울을 적가해서 박테리오파지 스톡을 살균한다.2. The second half of E. coli grown in nutrient broth will be centrifuged at 12,000 x g for 10 minutes, and the resulting supernatant is poured into the tube, dropping two drops of chloroform to sterilize the bacteriophage stock.

M13 DNA의 다양한 농축액이 제한되어야 하는 M13 분자의 수에 비해 10배 과량의 절단자 탐침의 배양에 의해 미리 제시되었던 BU 절단자 탐침 서열로 하이브리드화되고, 그럼으로써 완전한 하이브리드화를 보장한다(탐침 M13 상호작용의 Tm은 염기 함량 실험에 의해 44℃로 계산된다). 하이브리드화 온도는 하이브리드화 완충액 1 M 염에서 37℃ 주위의 온도이어야 한다.Various concentrates of M13 DNA are hybridized to the BU cleavage probe sequence that was previously presented by culturing a 10 times excess cleavage probe relative to the number of M13 molecules to be limited, thereby ensuring complete hybridization (probe M13 Tm of the interaction is calculated at 44 ° C. by base content experiments). The hybridization temperature should be around 37 ° C. in the hybridization buffer 1 M salt.

고순도의 세척액이 37 ℃에서 낮은 염농도로 첨가되어서 비-특이적 부위에 결합하는 BUCP 탐침을 제거한다.High purity washes are added at 37 ° C. at low salt concentrations to remove BUCP probes that bind to non-specific sites.

부착된 탐침과 함께 원형 DNA는 이어서 페트리 디쉬에서 장파장 UV(313 nm)로 14.6Wm -2의 함량비율로 조사된다. 그러나 조사 전에, Hoechst Dye #33258이 표적의 브롬 유리 라디칼에 의한 고진동수 커팅을 보장하기 위해 첨가되어야 한다(M13 mp 18 박테리오파지의 반대 본쇄 당-포스페이트 백본).Circular DNA along with the attached probe is then irradiated in Petri dishes with a long wavelength UV (313 nm) at a content rate of 14.6 W m −2 . However, prior to irradiation, Hoechst Dye # 33258 must be added to ensure high frequency cutting by the bromine free radicals of the target (opposite back sugar-phosphate backbone of M13 mp 18 bacteriophage).

박테리오파지 DNA의 제한은 탐침 본쇄와 M13 DNA 본쇄에서 유도된 절단을 보이는 아가로스(1%) 겔 전기영동을 실행함으로써 가시화된다. BU 절단자 탐침은 적어도 하나의 유사한 형광원 분자를 BU 분자 양쪽에 가진다. M13mp 18 박테리오파지 DNA는 다른 형광성 염료를 가지고 첫번째와는 상이한 파장을 형광하게 하는 다른 형광원 염료를 가지고 겔 분석으로 원형(비-제한 표적) 및 선형 표적(표적 제한)의 Rf 를 확인할 것이다.Restriction of bacteriophage DNA is visualized by performing agarose (1%) gel electrophoresis showing cleavage induced in the probe backbone and M13 DNA backbone. The BU cleavage probe has at least one similar fluorescent source molecule on both sides of the BU molecule. M13mp 18 bacteriophage DNA will have different fluorescent dyes and other fluorescent source dyes that cause different wavelengths to fluoresce than the first, and gel analysis will identify Rf of circular (non-limiting target) and linear target (target limiting).

이러한 형광원 염료는 스펙트럼에서 적외선에 가까워서 실험 백그라운드을 최소화한다. Molecular Dynamic Fluorescence Analyzer에서 겔의 분석은 프로파일을 제공할 것이다.These fluorescent dyes are close to infrared in the spectrum, minimizing the experimental background. Analysis of the gel in the Molecular Dynamic Fluorescence Analyzer will provide a profile.

표적이 제한되지 않았다면, M13은 특이적 Rf로 겔에서 이동하는 DNA의 손상되지 않은 원형 단편을 남긴다. 표적의 제한은 겔 Rf를 컷 및 선형 박테리오파지의 생성을 증명하는 다른 위치로 옮길 것이다. 반응 조건은 절단자 탐침 제거를 나타내는(2) 다른 작은 밴드의 변성 겔을 사용해서 조사함으로써 조절되는 조건일 수 있다(실험 조건이 만족스럽지 않다면 손상되지 않은 절단자 탐침 밴드가 관찰될 것이다).If the target was not limited, M13 leaves an intact circular fragment of DNA that migrates in the gel with specific R f . Restriction of the target will move the gel Rf to another location demonstrating the production of cut and linear bacteriophages. The reaction conditions may be conditions controlled by irradiation with another small band of denaturing gel (2) indicating cleavage probe removal (undamaged cleavage probe bands will be observed if the experimental conditions are not satisfactory).

실시예 4Example 4

특이한 표적/탐침 복합체(PDTP)와 함께 ssDNA 표적 서열을 사용하는 DNA RFTA의 일반적인 포맷General format of DNA RFTA using ssDNA target sequences with specific target / probe complexes (PDTP)

선택된 표적은 Bacillus Anthracis의 독소 생성 유전자의 민감한 본쇄(w) 서열이다. DNA 샘플에서 표적의 존재는 박테리아와 감염의 존재를 지시한다.The selected target is the sensitive strand (w) sequence of the toxin producing gene of Bacillus Anthracis. The presence of the target in the DNA sample indicates the presence of bacteria and infection.

혈청 표본에서 박테리아 표적의 분리Isolation of Bacterial Targets from Serum Specimens

1. 혈청 샘플 50-100 ㎖를 12,000 xg로 4℃에서 원심분리한다.1. Centrifuge 50-100 mL of serum sample at 4 ° C. at 12,000 × g.

2. 반복된 피펫팅으로 567 ㎕ TE 완충액으로 펠렛을 재현탁한다. 10% SDS 30 ㎕와 프로테이나제 K 20 mg/㎖의 3 ㎕를 첨가하고, 혼합하며, 1시간 동안 37℃에서 배양한다.2. Resuspend the pellet with 567 μL TE buffer by repeated pipetting. 30 μl of 10% SDS and 3 μl of proteinase K 20 mg / ml are added, mixed and incubated at 37 ° C. for 1 hour.

3. 5 M NaCl 100 ㎕를 첨가하고 완전히 혼합한다. CTAB/NaCl 용액 80㎕를 첨가하고 혼합하며 10분 동안 65℃에서 배양한다.3. Add 100 μl 5 M NaCl and mix thoroughly. Add 80 μl of CTAB / NaCl solution, mix and incubate at 65 ° C. for 10 minutes.

4. 등용적 클로로포름/이소아밀 알콜을 첨가하고, 혼합하며, 4 내지 5분동안 미세원심분리한다. 상등액을 새로운 튜브로 옮긴다. 상등액을 제거하는 것이 어렵다면, 이쑤시개로 경계면을 제거한다.4. Add isovolume chloroform / isoamyl alcohol, mix and microcentrifuge for 4-5 minutes. Transfer the supernatant to a new tube. If it is difficult to remove the supernatant, use a toothpick to remove the interface.

5. 등용적 페놀/클로로포름/이소아밀 알콜을 첨가하고, 혼합하며, 5분 동안 미세원심분리한다. 상등액을 새로운 튜브로 옮긴다.5. Add isovolume phenol / chloroform / isoamyl alcohol, mix and microcentrifuge for 5 minutes. Transfer the supernatant to a new tube.

클로로포름 추출 후에 형성된 경계면의 약간의 박테리아 본쇄는 상등액의 용이한 제거를 가능하게 할 정도로 밀집되어 있지 않다. 이러한 경우에는, 대부분의 경계면을 상등액을 제거하기 전에 살균된 이쑤시개로 제거할 수 있다. 남아있는 CTAB 침전물을 이어서 페놀-클로로포름 추출로 제거한다.Some bacterial backbones at the interface formed after chloroform extraction are not dense enough to allow easy removal of the supernatant. In this case, most of the interface can be removed with sterile toothpicks before removing the supernatant. The remaining CTAB precipitate is then removed by phenol-chloroform extraction.

6. 0.6 용적 이소프로판올을 첨가하고 DNA가 침전될 때까지 부드럽게 혼합한다. 밀봉된 파스퇴르 피펫으로 침전물을 70% 에탄올 1 ㎖로 옮기고 세척한다.6. Add 0.6 volume isopropanol and mix gently until DNA precipitates. Transfer the precipitate to 1 ml of 70% ethanol with a sealed Pasteur pipette and wash.

이와 달리, 침전물을 짧게 미세원심분리할 수 있고 70% 에탄올 1 ㎖로 세척할 수 있다.Alternatively, the precipitate can be briefly centrifuged and washed with 1 ml of 70% ethanol.

7. 5분 동안 미세원심분리해서 상등액을 버리고 동결건조기에서 짧게 건조시킨다. 100 ㎕ TE 완충액에서 재현탁한다. 제한 분해 당 10 내지 15 ㎕를 사용한다.7. Discard supernatant for 5 minutes by centrifugation and dry briefly in lyophilizer. Resuspend in 100 μl TE buffer. Use 10-15 μl per restriction digest.

DNA RTFADNA RTFA

Bacillus anthracis에서 독소 유전자의 규명Identification of Toxin Genes in Bacillus anthracis

일단 DNA가 분리되면 이는 선택된 표적 부위(다양한 길이)에 인접한 위치를 가지는 하나 또는 두개의 제한 엔도뉴클레아제내에서 제한되어야 한다.Once the DNA is isolated it must be restricted in one or two restriction endonucleases with positions adjacent to the selected target site (various lengths).

효소적 분해Enzymatic degradation

각 제한 효소(대부분의 경우에 50 ㎕) 500 단위를 첨가한다. 부가의 50분 동안 37℃에서 반응 혼합물을 배양한 다음 효소를 생화학적 또는 생물리학적 방법으로 효소를 불활성화한다. 샘플은 이제 다음 단계를 위해 준비되었다.Add 500 units of each restriction enzyme (50 μl in most cases). The reaction mixture is incubated at 37 ° C. for an additional 50 minutes and then the enzyme is inactivated by biochemical or biophysical methods. The sample is now ready for the next step.

다음은 모든 탐침과 RFTA를 함유하는 구조에 대한 서열이다:The following is the sequence for all probes and structures containing RFTA:

염기 581-660 B.anthracis 독소 생성 유전자Base 581-660 B.anthracis Toxin Gene

3'(541)actttgagtg gtccgtctt tatccccctt gtacagggg cgggcggtca tggtgatgta3 '(541) actttgagtg gtccgtctt tatccccctt gtacagggg cgggcggtca tggtgatgta

(601)ggtatgcacg taaaagagaa agagaaaaat aaagatgaga ataagagaaaa agatgaagaa-5'(601) ggtatgcacg taaaagagaa agagaaaaat aaagatgaga ataagagaaaa agatgaagaa-5 '

표적 서열:Target sequence:

3'GTACAGGGGG, CGGGCGGTCA TGGTGATGTA 5'(이 지점에서 이중나선)3'GTACAGGGGG, CGGGCGGTCA TGGTGATGTA 5 '(double helix at this point)

1차 탐침:Primary probe:

5'CCAGT ACCACTACAT AGCTTGCTAC TCAGG3'5'CCAGT ACCACTACAT AGCTTGCTAC TCAGG3 '

표적의 결합부위 리포터 영역Binding site reporter region of target

2차 탐침:Secondary probe:

5'TAGCG TTACGACGCG CATCTCCCCC GCCCG3'5'TAGCG TTACGACGCG CATCTCCCCC GCCCG3 '

포획 부위 표적의 결합부위Binding site of the capture site target

포획 탐침:Take probe:

3'ATCGC AATGCTGCGC5'3'ATCGC AATGCTGCGC5 '

DIGDIG

리포터 탐침:Reporter probe:

3'TCGAACGATG AGTCC5' B=바이오틴3'TCGAACGATG AGTCC5 'B = Biotin

B B B B BB B B B B

일단 DNA가 제한되면, DNA는 변성되어서 ssDNA 표적을 방출해야 한다.Once the DNA is restricted, the DNA must be denatured to release the ssDNA target.

DNA의 변성DNA denaturation

제한한 후, DNA는 94℃로 최소 1분 동안(94-C에서) 가열함으로써 또는 알칼리 처리(0.4 N No. OH plus 25 mM EDTA)에 의해 변성되어야 한다.After limitation, DNA should be denatured by heating to 94 ° C. for at least 1 minute (at 94-C) or by alkali treatment (0.4 N No. OH plus 25 mM EDTA).

다음에 1차 탐침은 표적 서열의 부위로 하이브리드화된다. 하이브리드화 조건이 유사하다면 포획 탐침은 혼합물(DIG 표지된 탐침의 10 나노몰)로 동시에 첨가될 수 있고 표적 부위의 다른 부위에 결합한다. 하이브리드화의 온도는 통상적으로 ds 핵산의 용융점보다 20 ℃ 낮다. 통상적인 하이브리드화 조건은 10배로 적은 각 탐침을 필요로 하고 20-60분 동안 50℃에서 배양하고, 중성 OH에서 고급 염(5x55PE)완충액을 첨가한다.The primary probe is then hybridized to the site of the target sequence. If the hybridization conditions are similar, capture probes can be added simultaneously in a mixture (10 nanomoles of DIG labeled probe) and bind to other sites of the target site. The temperature of hybridization is typically 20 ° C. below the melting point of the ds nucleic acid. Conventional hybridization conditions require 10 times less each probe and incubate at 50 ° C. for 20-60 minutes, and add higher salt (5 × 55 PE) buffer in neutral OH.

포획 시스템Capture system

DNA 혼합물에 DIG 표지된 포획 탐침 10 나노몰과 하이브리드화 완충액(5.0 M NaCl, 0.5 M NaOAc, pH 4.5) 0.5 ㎖ 2.5x를 첨가한다. 혼합물을 최적 하이브리드화 온도에서 안정한 하이브리드화 복합체가 형성될 충분한 시간, 예를 들면 1시간 동안 배양한 다음, 안티-Dig로 코팅된 마그네틱 비드 100 ㎕를 첨가하고, 세척하며 하이브리드화 완충액에 재현탁한다. 부가의 1시간 동안 배양한 후, 자기 입자 농축기를 사용해서 비드를 분리하고 0.5 ㎖ 하이브리드화 완충액(1 x SSPE)(저급염)으로 최소 손상으로 8회 세척한다. 세척한 후에 마그네틱 비드는 모든 n번째 염기마다 바이오틴으로 치환된 리포터 탐침의 하이브리드화를 위해 준비된다. 리포터 탐침(25 mer)을 5XSSPE에서 20-60분 동안 50℃에서 배양하고 세척수가 도입되어서 45℃에서 1XSSPE 완충액으로 세척함으로써 결합하지 않은 탐침을 제거한다. 마그네틱 비드를 함유하는 모든 튜브 세척기를 마그네틱 튜브 홀더에서 작동시켜서 비드/표적 손실을 방지한다.To the DNA mixture is added 10 nanomoles of DIG labeled capture probe and 0.5 ml 2.5x of hybridization buffer (5.0 M NaCl, 0.5 M NaOAc, pH 4.5). The mixture is incubated for a sufficient time, for example 1 hour, to form a stable hybridization complex at the optimal hybridization temperature, then 100 μl of anti-Dig coated magnetic beads are added, washed and resuspended in hybridization buffer. . After incubation for an additional hour, the beads are separated using a magnetic particle concentrator and washed eight times with minimal damage with 0.5 ml hybridization buffer (1 × SSPE) (lower salt). After washing the magnetic beads are prepared for hybridization of the reporter probe substituted with biotin every nth base. Reporter probes (25 mer) are incubated at 5 ° C. for 20-60 minutes at 50 ° C. and wash water is introduced to wash unbound probes at 45 ° C. with 1 × SSPE buffer. All tube washers containing magnetic beads are operated in a magnetic tube holder to prevent bead / target loss.

다음 단계는 아비딘-호오스 래디쉬 퍼옥시다제 접합체를 첨가함으로써 시그널 발생을 개시하는 것이다. 접합체를 표적이 포획된 비드를 함유하는 튜브에서 10배 과량으로 첨가한다. 비드를 유사하게 세척해서 결합하지 않은 접합체를 제거하고 색소원 기질 테트라메틸 벤지딘을 첨가해서 가용성 색을 생성하는 퍼옥시다제와 접촉하게 한다.The next step is to initiate signal generation by adding the avidin-horse radish peroxidase conjugate. The conjugate is added in 10-fold excess in the tube containing the beads on which the target is trapped. Beads are similarly washed to remove unbound conjugates and contacted with peroxidase, which produces a soluble color by adding the pigment source substrate tetramethyl benzidine.

색의 강도는 존재하는 표적의 수에 비례한다.The intensity of the color is proportional to the number of targets present.

이 출원에서 인용된 모든 특허와 출원의 설명은 참조문헌으로 인용되어서 본 발명이 관계하는 기술을 더 자세히 설명한다.The descriptions of all patents and applications cited in this application are incorporated by reference to further describe the technology to which the invention relates.

본 발명의 방법이 특정 양태의 세부 사항을 참조로 설명되었지만, 이러한 세부 사항이 첨부된 청구범위에 포함되는 바를 제외하고는 본 발명의 취지에 제한되지 않는다.Although the method of the present invention has been described with reference to specific aspects of the details, these details are not limited to the spirit of the invention except as included in the appended claims.

Claims (23)

표적 핵산 서열에 상보적이고 반응성 그룹을 갖는 절단자 탐침을 제공하고;Providing a cleavage probe having a reactive group that is complementary to the target nucleic acid sequence; 절단자 탐침과 표적 핵산 서열을 하이브리드화 및 표적/탐침 복합체 형성을 허용하는 조건하에서 결합시킨 다음;The cleavage probe and the target nucleic acid sequence are combined under conditions that allow hybridization and target / probe complex formation; 활성화가 절단자 탐침내 반응성 그룹의 위치 및 표적 핵산 서열내 상보적 위치에서 표적/탐침 복합체를 파괴하는 반응성 그룹을 활성화시키는 단계를 포함하는, 샘플내 표적 핵산 서열의 절단방법.Wherein the activation comprises activating a reactive group that disrupts the target / probe complex at the position of the reactive group in the cleavage probe and at a complementary position in the target nucleic acid sequence. 제 1 항에 있어서, 반응성 그룹이 할로겐화 뉴클레오타이드인 방법.The method of claim 1 wherein the reactive group is a halogenated nucleotide. 제 2 항에 있어서, 반응성 그룹이 퓨린 또는 피리미딘 동족체인 방법.The method of claim 2, wherein the reactive group is a purine or pyrimidine homologue. 제 3 항에 있어서, 반응성 그룹이 브로모우라실이고 활성화 방법이 광 조사인 방법.The method of claim 3, wherein the reactive group is bromouracil and the activation method is light irradiation. 제 1 항에 있어서, 절단자 탐침이 포획 분자를 추가로 포함하는 방법.The method of claim 1, wherein the cleavage probe further comprises a capture molecule. 표적 핵산 서열과 결합된 반응성 그룹을 갖는 절단자 탐침을 포함하는, 샘플내 표적 핵산 서열 검출용 조성물.A composition for detecting a target nucleic acid sequence in a sample, comprising a cleavage probe having a reactive group bonded to the target nucleic acid sequence. 제 6 항에 있어서, 리포터 분자를 추가로 포함하는 조성물.7. The composition of claim 6 further comprising a reporter molecule. a)표적 핵산 서열을 함유하는 것으로 추정되는 샘플로부터 분리된 비표지 핵산 서열을 수득하고;a) obtaining an unlabeled nucleic acid sequence isolated from a sample presumed to contain the target nucleic acid sequence; b)표적 핵산 서열을 절단하며;b) cleaving the target nucleic acid sequence; c)샘플과 절단된 표적 핵산 서열을 변성시키며;c) denature the sample and the cleaved target nucleic acid sequence; d)일부가 표적 핵산 서열에 특이적으로 결합하는 표적-보호 분자를 보호된 표적 핵산 서열(PNAS)을 형성하기에 충분한 하이브리드화 조건하에서 단계 a)의 비표지 핵산 서열과 접촉시키며;d) contacting the target-protecting molecule, the portion of which specifically binds to the target nucleic acid sequence, with the unlabeled nucleic acid sequence of step a) under hybridization conditions sufficient to form a protected target nucleic acid sequence (PNAS); e)적어도 하나의 2차 탐침을 접촉시켜 이본쇄 표적-보호 분자의 비결합 부위와 결합시킨 다음;e) contacting at least one secondary probe with the non-binding site of the double-stranded target-protecting molecule; f)PNAS를 검출하는 단계를 포함하는, 표적 핵산 서열의 검출방법.f) detecting the PNAS. 제 8 항에 있어서, 표적 핵산 서열이 일본쇄인 방법.The method of claim 8, wherein the target nucleic acid sequence is single chain. 제 8 항에 있어서, 표적이 이본쇄인 방법.The method of claim 8, wherein the target is double stranded. 제 8 항에 있어서, 표적-보호 분자 및 2차 탐침이 일본쇄인 방법.The method of claim 8, wherein the target-protecting molecule and the secondary probe are single chain. 제 8 항에 있어서, 표적-보호 분자 또는 리포터 분자를 갖는 2차 탐침을 추가로 포함하는 방법.The method of claim 8, further comprising a secondary probe having a target-protecting molecule or reporter molecule. 표적-보호 분자 및 표적 핵산 서열과 결합된 2차 탐침을 포함하는, 샘플내 표적 핵산 서열 검출용 조성물.A composition for detecting a target nucleic acid sequence in a sample, comprising a target-protecting molecule and a secondary probe bound to the target nucleic acid sequence. 제 13 항에 있어서, 리포터 분자를 추가로 포함하는 조성물.The composition of claim 13, further comprising a reporter molecule. a)표적 핵산 서열을 함유하는 것으로 추정되는 샘플로부터 분리된 비표지 핵산 서열을 수득하고;a) obtaining an unlabeled nucleic acid sequence isolated from a sample presumed to contain the target nucleic acid sequence; b)표적 핵산 서열을 절단하며;b) cleaving the target nucleic acid sequence; c)일부가 표적 핵산 서열에 특이적으로 결합하는 표적-보호 분자를 보호된 표적 핵산 서열(PNAS)을 형성하기에 충분한 하이브리드화 조건하에서 단계 a)의 비표지 핵산 서열과 접촉시키며;c) contacting the unlabeled nucleic acid sequence of step a) under hybridization conditions sufficient to form a protected target nucleic acid sequence (PNAS), wherein the target-protecting molecule, wherein the portion specifically binds to the target nucleic acid sequence; d)적어도 하나의 2차 탐침을 접촉시켜 표적-보호 분자의 비결합 부위와 결합시킨 다음;d) contacting at least one secondary probe with the non-binding site of the target-protecting molecule; e)PNAS를 검출하는 단계를 포함하는, 표적 핵산 서열의 검출방법.e) detecting the PNAS. 제 15 항에 있어서, 표적 핵산 서열이 일본쇄인 방법.The method of claim 15, wherein the target nucleic acid sequence is single chain. 제 15 항에 있어서, 표적-보호 분자가 이본쇄인 방법.The method of claim 15, wherein the target-protecting molecule is double stranded. 제 15 항에 있어서, 표적-보호 분자가 헤어핀 구조를 생성하는 방법.The method of claim 15, wherein the target-protecting molecule produces a hairpin structure. 제 15 항에 있어서, PNAS가 삼중나선인 방법.The method of claim 15, wherein the PNAS is triple helix. 제 15 항에 있어서, 이본쇄 표적-보호 분자 또는 리포터 분자를 갖는 2차 탐침을 추가로 포함하는 방법.The method of claim 15, further comprising a secondary probe having a double-stranded target-protecting molecule or reporter molecule. 제 15 항에 있어서, Exo III가 2차 탐침이 결합된 후 이본쇄 분자를 분해하는 방법.The method of claim 15, wherein Exo III degrades the double stranded molecule after the secondary probe is bound. 이본쇄 표적-보호 분자 및 표적 핵산 서열과 결합된 2차 항체를 포함하는, 샘플내 표적 핵산 서열 검출용 조성물.A composition for detecting a target nucleic acid sequence in a sample comprising a double-stranded target-protecting molecule and a secondary antibody coupled with a target nucleic acid sequence. 제 23 항에 있어서, 리포터 분자를 추가로 포함하는 조성물.The composition of claim 23 further comprising a reporter molecule.
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