KR20040038445A - Hybridization method using periodic heating and cooling and polynucleotide detection apparatus using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A hybridization method through periodic heating and cooling and a polynucleotide detection apparatus using the same are provided, thereby reducing the time for hybridization and increasing the specificity of hybridization, so that the disorder of target polynucleotide can be rapidly and accurately detected. CONSTITUTION: A hybridization method through periodic heating and cooling comprises the steps of: supplying a probe with a target polynucleotide; and circulating a high temperature hybridization process, wherein the hybridization is carried out at higher temperature than the melting point of the probe and target polynucleotide hybrid, and a low temperature hybridization process wherein the hybridization is carried out at lower temperature than the melting point of the probe and target polynucleotide hybrid two or more times, wherein the high temperature is at least 20 deg. C as higher as the melting point; and the low temperature is at least 5 deg. C as lower as the melting point.

Description

주기적 가열과 냉각을 통한 혼성화 방법 및 이를 사용하는 폴리뉴클레오타이드 검출 장치{Hybridization method using periodic heating and cooling and polynucleotide detection apparatus using the same}Hybridization method using periodic heating and cooling and polynucleotide detection apparatus using the same {Hybridization method using periodic heating and cooling and polynucleotide detection apparatus using the same}

본 발명은 단시간에 증대된 혼성화 특이성으로 프로브와 타겟 폴리뉴클레오타이드를 혼성화시키는 방법 및 이를 사용하는 사용하는 폴리뉴클레오타이드 검출 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for hybridizing a probe and a target polynucleotide with increased hybridization specificity in a short time, and a polynucleotide detection apparatus using the same.

폴리뉴클레오타이드 검출 장치는 기본적으로 분석하고자 하는 타겟 폴리뉴클레오타이드를 증폭하는 증폭부, 증폭된 폴리뉴클레오타이드 내의 서열 상의 이상 존재 여부를 판별하는 분석부, 기타 액체 이송과 관련한 유체 조절부, 버퍼, 시약 등의 저장부 등으로 구성된다. 이 중, 증폭부와 분석부에서 폴리뉴클레오타이드 검출 장치 사용 시간의 대부분이 소요된다. 최근에는 증폭부에서는 PCR(polymerase chain reaction)을 사용하여 미량의 반응액을 사용함으로써 시간과 비용이 많이 절약되었다. 따라서, 기본적으로 수 시간 이상이 소요되는 혼성화 방법을 사용하고, 형광 표지법, 전기영동법, 전기화학적 방법 등으로 결과를 분석하는 분석부가 폴리뉴클레오타이드 검출 장치의 성능을 좌우하게 되었다.The polynucleotide detection device basically stores an amplification unit for amplifying a target polynucleotide to be analyzed, an analysis unit for determining whether there is an abnormality on a sequence in the amplified polynucleotide, a fluid control unit for buffer transfer, a buffer, a reagent, and the like. It consists of wealth. Among these, most of the time for using the polynucleotide detection apparatus in the amplification unit and the analysis unit is required. Recently, the amplification unit uses a small amount of reaction solution using PCR (polymerase chain reaction), thereby saving a lot of time and money. Therefore, an analytical unit that uses a hybridization method that basically takes several hours or more and analyzes the results by a fluorescence labeling method, an electrophoresis method, an electrochemical method, etc. has influenced the performance of the polynucleotide detection device.

따라서, 폴리뉴클레오타이드 검출 장치의 성능을 향상시키기 위해서는 분석부의 성능이 향상되어야 한다. 특히, 인간 DNA의 1000bp 내지 2000bp에 하나 존재한다고 알려져 있는 염기 배열의 1염기 변화이며, 질병의 원인 해명 예방에 유효한 마커로서 기대되는 단일염기이상(SNP) 또는 이미 알려져 있는 DNA의 염기 배열의 1 염기 변화로 이에 의해 코딩되는 단백질의 기능 이상을 일으키는 점 돌연변이 등의 분석 시에는 혼성화 과정이 보다 짧은 시간에 특이성을 가지고 진행될 것이 요구된다. 혼성화 특이성(stringency 또는 specificity)은 상보적인 두 개의 핵산과 비상보적인 핵산을 함께 혼성화할 때 상보적인 서열끼리 특이적 혼성화를 이루는 정도를 나타낸다. 일반적으로 버퍼내의 염의 농도와 온도를 조절하거나, 덴하르트(Denharts) 용액과 같은 첨가물을 첨가하거나, 비 특이적 DNA 또는 RNA를 첨가하여 혼성화 경쟁을 유도하여 보다 높은 혼성화 특이성을 얻고 있다. 그러나, 이들 방법들은 수 시간 이상을 필요로 한다. 따라서, 혼성화 특이성을 유지하며 보다 단시간에 혼성화를 마칠 수 있는 혼성화 방법에 대한 개발이 요구된다.Therefore, in order to improve the performance of the polynucleotide detection apparatus, the performance of the analysis unit should be improved. In particular, it is a single base change of a nucleotide sequence known to exist in 1000 to 2000 bp of human DNA, and it is expected to be a single base abnormality (SNP) or a base of a known DNA sequence that is expected to be an effective marker for preventing the cause of the disease. Analysis of point mutations that cause changes in the function of the protein encoded by the change requires hybridization to proceed with specificity in a shorter time. Hybridization specificity (stringency or specificity) refers to the degree of specific hybridization between complementary sequences when hybridizing two complementary and non-complementary nucleic acids together. In general, higher hybridization specificities are obtained by controlling the concentration and temperature of salts in the buffer, by adding additives such as Denhart's solutions, or by adding non-specific DNA or RNA to induce hybridization competition. However, these methods require more than a few hours. Therefore, there is a need for development of a hybridization method capable of maintaining hybridization specificity and finishing hybridization in a shorter time.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 혼성화 속도 및 혼성화 특이성을 증대시킬 수 있는 혼성화 방법을 제공하고자 하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a hybridization method that can increase the hybridization rate and hybridization specificity.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 혼성화 속도 및 혼성화 특이성이 증대된 혼성화 방법을 사용한 폴리뉴클레오타이드 검출 장치를 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a polynucleotide detection apparatus using a hybridization method with increased hybridization rate and hybridization specificity.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼성화 방법의 흐름도이다.1 is a flowchart of a hybridization method according to an embodiment of the present invention.

도 2a는 혼성화 전의 모식도를, 도 2b는 고온과 저온 혼성화를 2회 순환하여 실시한 후의 모식도를 각각 나타낸다.FIG. 2A is a schematic diagram before hybridization, and FIG. 2B is a schematic diagram after performing two cycles of high temperature and low temperature hybridization, respectively.

도 3은 혼성화 단계의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the temperature change of the hybridization step.

도 4는 타겟 DNA인 brca1 엑손을 증폭시킨 후 전기 영동한 사진이다.Figure 4 is a photograph of electrophoresis after amplifying the brca1 exon, a target DNA.

도 5는 증폭된 타겟 DNA를 염기서열 분석한 후 유전자뱅크(Genbank)의 brca1 엑손 서열과 정렬한 결과를 나타낸다.5 shows the result of aligning the amplified target DNA with brca1 exon sequence of the gene bank (Genbank).

도 6은 혼성화 정도를 화학 발광법에 기초하여 X-ray 필름 감광법으로 검출한 결과를 나타낸다.6 shows the result of detecting the degree of hybridization by X-ray film photosensitive method based on the chemiluminescence method.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100: 기판210: 제1 프로브100: substrate 210: first probe

220: 제2 프로브300: 타겟 폴리뉴클레오타이드220: second probe 300: target polynucleotide

400: 표지400: sign

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 혼성화 방법은 주기적 가열과 냉각을 통한 혼성화 방법이다. 먼저, 프로브에 타겟 폴리뉴클레오타이드를 공급한다. 이어서, 프로브와 타겟 폴리뉴클레오타이드의 혼성화물의 용융 온도보다 높은 온도에서 혼성화시키는 고온 혼성화 단계와 용융 온도보다 낮은 온도에서 혼성화시키는 저온 혼성화 단계를 2회 이상 순환하여 실시한다.Hybridization method according to the present invention for achieving the above technical problem is a hybridization method through periodic heating and cooling. First, a target polynucleotide is supplied to a probe. Subsequently, a high temperature hybridization step of hybridizing at a temperature higher than the melting temperature of the hybridization of the probe and the target polynucleotide and a low temperature hybridization step of hybridizing at a temperature lower than the melting temperature are performed in a cycle of two or more times.

바람직하기로는, 상기 고온은 상기 용융 온도보다 적어도 20℃ 높은 온도이고, 상기 저온은 상기 용융 온도보다 적어도 5℃ 낮은 온도이다.Preferably, the high temperature is at least 20 ° C. above the melting temperature and the low temperature is at least 5 ° C. below the melting temperature.

바람직하기로는, 상기 프로브는 상기 타겟 폴리뉴클레오타이드와 완전히 상보적인 제1 프로브 및 상기 타겟 폴리뉴클레오타이드와 1 염기 이상이 비상보적인 제2 프로브를 포함한다.Preferably, the probe comprises a first probe that is completely complementary to the target polynucleotide and a second probe that is at least one base non-complementary with the target polynucleotide.

고온 혼성화 단계에서 저온 혼성화 단계로의 전이는 비특이적 혼성화가 일어나지 않도록 하는 램핑 시간 동안 일어나는 것이 바람직하다.The transition from the high temperature hybridization step to the low temperature hybridization step preferably occurs during a ramping time such that nonspecific hybridization does not occur.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 폴리뉴클레오타이드 검출 장치는 상기 혼성화 방법을 사용하는 장치이다.Polynucleotide detection apparatus according to the present invention for achieving the above another technical problem is a device using the hybridization method.

기타 나머지 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다, 그러나 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Other remaining details are included in the detailed description and drawings, but the invention is defined only by the scope of the claims.

이하 첨부된 도면들을 참조하면서, 본 발명에 따른 혼성화 방법에 대한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 고체 지지체(solid support), 표지 등은 설명의 편의를 위하여 과장 또는 개략화된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 부재를 지칭한다.Hereinafter, an embodiment of a hybridization method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. Solid supports, labels, etc. in the drawings are exaggerated or outlined for convenience of description. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하, 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명에 따른 혼성화 방법의 일 실시예를 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the hybridization method according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼성화 방법의 흐름도이다. 도 2a는 혼성화 전의 모식도를, 도 2b는 고온과 저온 혼성화 단계를 2회 순환 반복한 후의 모식도를 각각 나타낸다. 도 3은 각 혼성화 단계의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.1 is a flowchart of a hybridization method according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a schematic diagram before hybridization, and FIG. 2B is a schematic diagram after two cycles of high temperature and low temperature hybridization. 3 is a graph showing the temperature change of each hybridization step.

먼저 프로브들을 고정화시킨다(도 1의 S10). 혼성화 특이성을 근거로 타겟 폴리뉴클레오타이드내의 SNP 또는 점 돌연변이를 알아보고자 할 경우에는, 도 2a에 도시되어 있는 바와 같이, 타겟 폴리뉴클레오타이드와 완전히 상보적인 제1 프로브(210)와 제1 프로브(210)와 하나의 염기만 다른 제2 프로브(220)를 고체 지지체(100)에 고정화시킨다. 본 발명에서 사용되는 폴리뉴클레오타이드라는 용어는 DNA, RNA, 변형된 DNA, 변형된 RNA를 모두 포함한다.First, the probes are fixed (S10 of FIG. 1). In order to determine the SNP or point mutation in the target polynucleotide based on the hybridization specificity, as shown in FIG. 2A, the first probe 210 and the first probe 210 are completely complementary to the target polynucleotide. The second probe 220 having only one base is immobilized on the solid support 100. The term polynucleotide as used in the present invention includes all DNA, RNA, modified DNA, modified RNA.

고체 지지체(100)는 유전자 진단 장치의 분석부를 구성하는 챔버 내에 설치되는 기판 또는 폴리뉴클레오타이드 칩의 기판일 수 있다. 기판으로는 니트로셀룰로오즈, 나일론, 유리, 폴리아크릴레이트, 혼합 폴리머, 폴리스티렌, 실란 폴리프로필렌 등이 사용될 수 있다. 폴리뉴클레오타이드 칩의 경우 고체 지지체(100)는 실리콘 또는 유리 기판 상에 금, 은, 구리 또는 백금을 증발 또는 스퍼터링 방법으로 증착하여 형성한 전극층으로 구성된다. 고정화는 티올기를 매개로 한 자기조립법(self assembly), LB(Langmuir Blodgett) 법 등을 사용하여 행한다.The solid support 100 may be a substrate installed in a chamber constituting an analysis unit of a gene diagnosis apparatus or a substrate of a polynucleotide chip. As the substrate, nitrocellulose, nylon, glass, polyacrylate, mixed polymer, polystyrene, silane polypropylene, or the like may be used. In the case of the polynucleotide chip, the solid support 100 is composed of an electrode layer formed by depositing gold, silver, copper or platinum on a silicon or glass substrate by an evaporation or sputtering method. Immobilization is carried out using a self-assembly (Langmuir Blodgett) method, such as a self-assembly (third group).

이어서, 고온 혼성화를 진행한다(도 1의 S20). 고온 혼성화는 타겟 폴리뉴클레오타이드 샘플을 포함하는 혼성화 버퍼 용액을 제1 및 제2 프로브들(210, 220)이 결합되어 있는 고체 지지체(100) 위에 공급함으로써 진행한다. 타겟 폴리뉴클레오타이드 샘플은 PCR, SDA(strand displacement amplification), NASBA(nucleic acidsequence-based amplification), TMA(transcription-mediated amplification) 방법에 의해 증폭한다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 고온 혼성화는 제1 프로브와 타겟 폴리뉴클레오타이드의 혼성화물(hybridization complex)의 Tm(용융 온도)보다 높은 온도에서 소정 시간(tH)동안 진행한다. Tm은 제1 프로브와 타겟 폴리뉴클레오타이드가 완전히 어닐링(annealing) 되는 온도와 완전히 변성(denaturation)되는 온도의 중간 온도로 정의된다. 고온 혼성화는 Tm보다 적어도 20℃ 높은 온도에서 진행하는 것이 혼성화 특이성 증대 관점에서 바람직하다. 고온 혼성화 과정을 통해 비특이적 혼성화물은 상당부분 변성된다.Next, high temperature hybridization is performed (S20 of FIG. 1). High temperature hybridization proceeds by supplying a hybridization buffer solution comprising a target polynucleotide sample onto the solid support 100 to which the first and second probes 210 and 220 are coupled. Target polynucleotide samples are amplified by PCR, strand displacement amplification (SDA), nucleic acids sequence-based amplification (NASBA), and transcription-mediated amplification (TMA) methods. As shown in FIG. 3, the high temperature hybridization proceeds for a predetermined time t H at a temperature higher than the T m (melting temperature) of the hybridization complex of the first probe and the target polynucleotide. T m is defined as the intermediate temperature between the temperature at which the first probe and the target polynucleotide are fully annealed and the temperature at which it is fully denaturated. The high temperature hybridization is preferably performed at a temperature at least 20 ° C. higher than the T m from the viewpoint of increasing the hybridization specificity. The high temperature hybridization process denatures much of the nonspecific hybrids.

온도 조절은 폴리뉴클레오타이드 검출 장치와 관련된 기술 분야의 당업자에게 공지된 임의 방법 또는 당업자에게 자명한 다양한 방법으로 조절될 수 있다. 예컨대, 고체 지지체(100)가 놓여지는 분석부를 구성하는 챔버가 온도 조절이 가능한 챔버일 수도 있고, 고체 지지체(100)가 놓여지는 분석부의 챔버가 온도 조절이 가능한 핫 플레이트를 구비하여 이 핫 플레이트 위에 고체 지지체(100)를 놓음으로써 온도를 조절할 수도 있다. 또 경우에 따라서는 분석부가 아니라 PCR 증폭부에 설치되어 있는 핫 플레이트 위에 고체 지지체(100)를 놓음으로서 혼성화 온도를 조절할 수도 있다.Temperature control can be controlled by any method known to those skilled in the art related to polynucleotide detection devices or by various methods apparent to those skilled in the art. For example, the chamber constituting the analysis unit in which the solid support 100 is placed may be a chamber capable of temperature control, and the chamber of the analysis unit in which the solid support 100 is placed is provided on the hot plate having a hot plate which is capable of temperature control. The temperature may be controlled by placing the solid support 100. In some cases, the hybridization temperature may be controlled by placing the solid support 100 on a hot plate provided in the PCR amplification unit instead of the analysis unit.

계속해서, 저온 혼성화를 진행한다(S30). 고온 혼성화에서 저온 혼성화로의 전이는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 고온에서 저온으로 낮추기 위한 램핑 시간(tR)을 적절히 조절하여 냉각 속도를 조절한다. 냉각 속도를 너무 빨리하면 비특이적 혼성화(non-specific hybridization)가 일어나기 때문에 제1 및 제2 프로브와 타겟 폴리뉴클레오타이드 사이의 혼성화 차이를 극대화하기 힘들다. 즉, 램핑 시간(tR)은 비특이적 혼성화가 일어나지 않도록 고온 혼성화와 저온 혼성화의 온도에 따라 적절히 조절한다.Subsequently, low temperature hybridization is performed (S30). The transition from high temperature hybridization to low temperature hybridization is controlled by appropriately adjusting the ramping time (t R ) for lowering from high temperature to low temperature as shown in FIG. 3. Too fast a cooling rate results in non-specific hybridization, making it difficult to maximize the hybridization difference between the first and second probes and the target polynucleotide. That is, the ramping time t R is appropriately adjusted according to the temperatures of the high temperature hybridization and the low temperature hybridization so that nonspecific hybridization does not occur.

저온 혼성화는 Tm보다 낮은 온도에서 소정 시간(tL)동안 진행한다. Tm보다 적어도 5℃ 낮은 온도에서 진행하는 것이 혼성화 효율 관점에서 바람직하다.Low temperature hybridization proceeds for a predetermined time t L at a temperature lower than T m . It is preferable from the viewpoint of hybridization efficiency to proceed at a temperature at least 5 ° C. lower than T m .

바람직하기로는 고온 혼성화와 저온 혼성화를 순환하여 2회 이상 실시한다. 저온 혼성화 후 다시 고온 혼성화를 실시하면 비상보적인 염기를 가지는 프로브와 타겟 폴리뉴클레오타이드의 비특이적 혼성화물은 서로 떨어지거나 결합이 느슨해진다. 적어도 2회 정도 이 과정을 반복하면 혼성화가 매우 특이적으로 일어나게 된다. 그 결과 도 2b에 도시되어 있는 바와 같이, 완전히 상보적인 제1 프로브(210)와 타겟 폴리뉴클레오타이드(300)만 혼성화되고, 하나의 염기만이 불일치하는 제2 프로브(220)에는 타겟 폴리뉴클레오타이드(300)가 결합하지 않게 된다. 즉, 주기적인 가열 및 냉각을 통해 혼성화 특이성을 용이하게 증대시킬 수 있게 된다.Preferably, the high temperature hybridization and the low temperature hybridization are repeated two or more times. When the hybridization is performed again after the low temperature hybridization, the nonspecific hybridization of the probe with the non-complementary base and the target polynucleotide is separated from each other or the binding is loose. Repeating this process at least twice makes hybridization very specific. As a result, as shown in FIG. 2B, only the fully complementary first probe 210 and the target polynucleotide 300 hybridize, and only one base mismatches the second probe 220 with the target polynucleotide 300. ) Will not combine. That is, the hybridization specificity can be easily increased through periodic heating and cooling.

혼성화 반응이 완료되면 세정 및 혼성화 정도 검출을 실시한다(S40). 세정을 통해 혼성화 반응에 참여하지 않고 남아있는 타겟 폴리뉴클레오타이드를 제거한다. 세정은 버퍼를 사용하여 실시한다. 혼성화 정도 검출은 타겟 폴리뉴클레오타이드를 표지(label)한 후, 사용된 표지에 따라 적절한 검출 방법을 사용하여 혼성화 정도를 결정한다. 도 2b에 도시되어 있는 바와 같이 표지(400)는 타겟 폴리뉴클레오타이드의 증폭시 미리 표지한 후, 혼성화 반응을 시킬 수도 있고, 혼성화 반응이 완료된 후 표지할 수도 있다. 표지(400)로는 형광물질, 화학 발광 물질, 방사성동위원소, 바이오틴, 아비딘, 효소 또는 효소 기질 등이 사용될 수 있으며, 검출 방법으로는 형광, 화학 발광, 전기 화학적 방법, 방사선 사진 촬영 등이 다양하게 사용될 수 있다.After the hybridization reaction is completed, the degree of cleaning and hybridization is detected (S40). The washing removes remaining target polynucleotides without participating in the hybridization reaction. Washing is performed using a buffer. The degree of hybridization is detected by labeling the target polynucleotide and then determining the degree of hybridization using an appropriate detection method according to the label used. As shown in FIG. 2B, the label 400 may be labeled in advance at the time of amplification of the target polynucleotide, followed by hybridization, or may be labeled after the hybridization is completed. As the label 400, a fluorescent substance, a chemiluminescent substance, a radioisotope, biotin, avidin, an enzyme or an enzyme substrate, and the like may be used. The detection methods may include fluorescence, chemiluminescence, electrochemical methods, and radiographic imaging. Can be used.

위와 같은 방식의 혼성화 방법은 다양한 폴리뉴클레오타이드 검출 장치에서 유용하게 사용되어 보다 짧은 시간에 폴리뉴클레오타이드 서열 내 이상에 관한 정보를 얻어내는데 유용하게 사용될 수 있다.The hybridization method in the above manner can be usefully used in various polynucleotide detection apparatuses to obtain information on abnormalities in the polynucleotide sequence in a shorter time.

본 발명에 관한 보다 상세한 내용은 다음의 구체적인 실험예를 통하여 설명하며, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 설명을 생략한다.More detailed information about the present invention will be described through the following specific experimental examples, and details not described herein will be omitted because it is sufficiently technically inferred by those skilled in the art.

<프로브 제조>Probe Manufacturing

아래 표 1의 서열 리스트에 기재되어 있는 바와 같이 인간 유방암 관련 유전자 brca1의 엑손(exon) 중 일부 서열인 127 염기를 타겟 DNA로 선정하고, 굵은 굴씨로 된 서열 중 이탤릭체로 표시된 한 염기(g)를 분석 대상 염기로 선정하였다.As shown in the sequence list of Table 1 below, 127 bases, which are some of the exons of the human breast cancer-related gene brca1, were selected as the target DNA, and one base (g) indicated in italics among the bold oyster sequences was selected. The base to be analyzed was selected.

[표 1]TABLE 1

서열 명Sequence name 길이Length 서열order 타겟 DNATarget DNA 127127 tgcttgtgaattttctgagacggatgtaacaaatactgaacatcatcaacccag taataat g atttgaacaccactgagaagcgtgcagctgagaggcatccagaaaagcatcggggtagttctgtttgcttgtgaattttctgagacggatgtaacaaatactgaacatcatcaacc cag taataat g atttgaa caccactgagaagcgtgcagctgagaggcatccagaaaagcatcggggtagttctgtt 제1 프로브First probe 1818 5'-thiolated-cagtaataatgatttgaa-3'5'-thiolated-cagtaataat g atttgaa-3 ' 제2 프로브Second probe 1818 5'-thiolated-cagtaataattatttgaa-3'5'-thiolated-cagtaataat t atttgaa-3 '

선정된 분석대상 염기를 포함하는 서열에 맞추어 대립 유전자(allele) 프로브를 제조하였다. 표 1에 기재되어 있는 바와 같이 완전히 상보적인 서열을 가진 제1 프로브와 1 염기만이 비상보적인 제2 프로브를 디자인하였다. 프로브 한 쪽 끝(5'말단)에 티올기가 부착되도록 합성하였다.Allele probes were prepared according to sequences comprising the selected base of analysis. As described in Table 1, the first probe with a completely complementary sequence and the second probe with only one base were designed. A thiol group was attached to one end of the probe (5 'end).

<프로브 고정화><Probe Immobilization>

고체 지지체로 유리 기판을 사용하였다. 프로브의 티올기를 메르캅토실란(mercaptosilane)과 먼저 반응시켜 이중 황화(disulfied) 결합으로 연결시키고 이 메르캅토 실란-프로브 분자를 유리와 반응시켜 고정되도록 하였다. 2 개의 유리 기판 별로 세 개의 스폿(spot) 형태로 프로브를 고정시켰고 기판 왼쪽 하단은 반응 버퍼(아세테이트 버퍼)를 스폿하여 네가티브 대조군으로 사용하였다. 즉, 두 개의 유리 기판에 각각 프로브 스폿 3개와 버퍼 스폿 1개가 만들어지도록 하였다.A glass substrate was used as the solid support. The thiol group of the probe was first reacted with mercaptosilane to connect with double disulfied bonds and the mercapto silane-probe molecules were reacted with glass to immobilize. The probe was fixed in the form of three spots per two glass substrates, and the bottom left of the substrate was used as a negative control by spotting the reaction buffer (acetate buffer). That is, three probe spots and one buffer spot were made on each of two glass substrates.

<타겟 DNA 증폭>Target DNA Amplification

아래 표 2에 기재된 프라이머 쌍(primer pair)을 사용하여 brca 1 엑손을 증폭하였다.The brca 1 exon was amplified using the primer pairs described in Table 2 below.

[표 2]TABLE 2

서열 명Sequence name 길이Length 서열order 프라이머 쌍Primer pair 2626 (left) 5'-tgcttgtgaattttctgagacggatg-3'(left) 5'-tgcttgtgaattttctgagacggatg-3 ' 2828 (right) 5'-aacagaactaccctgatacttttctgga-3'(right) 5'-aacagaactaccctgatacttttctgga-3 '

프라이머는 상호작용으로 프라이머 다이머가 생성되지 않도록 디자인하였다. PCR 증폭 완료 후 PCR 액의 일부를 전기영동하여 도 4와 같은 사진을 얻었다. 크기는 마커 DNA와 비교(화살표 표시 부분)해서 대략 확인할 수 있었다.Primers were designed such that no primer dimer was produced by interaction. After completion of PCR amplification, a portion of the PCR solution was electrophoresed to obtain a photo as shown in FIG. 4. The size was approximately confirmed by comparison with the marker DNA (arrow-marked portion).

서열 확인을 위해 벡터에 클로닝하고 염기 서열 분석을 하였다. 유전자뱅크(Genebank) 서열과 염기서열 분석 결과를 서로 정렬하여 도 5와 같이 PCR 산물을 재확인할 수 있었다.The sequence was cloned into the vector and sequenced for identification. Genebank (Genebank) sequence and sequencing results were aligned with each other to confirm the PCR product as shown in FIG.

PCR 증폭시 DIG 표지된 UTP를 첨가해 줌으로써 얻어진 타겟 DNA에 DIG를 표지하였다.During PCR amplification, DIG was labeled on the target DNA obtained by adding DIG labeled UTP.

<혼성화><Hybridization>

타겟 DNA의 증폭 완료후 PCR액 일부를 2×SSC(1×SSC 용액=0.15M 염화나트륨/0.015M소듐 시트레이트 용액) 또는 2M 염화 나트륨 용액과 섞은 후 프로브가 고정되어 있는 유리 기판을 충분히 덮을 수 있을 만큼 투입한 후, PCR 장치 블락 위의 평평한 부분에 올려 놓고 80℃ 5분 →45℃ 5분 →80℃ 5분 →45℃ 5분으로 가열과 냉각을 주기적으로 반복하여 혼성화를 진행하였다. 이 때, 한 온도에서 다른 지정온도까지 도달하는데 걸리는 시간인 램핑 시간은 5분으로 하여 진행하였다.After amplification of the target DNA, a portion of the PCR solution may be mixed with 2 × SSC (1 × SSC solution = 0.15M sodium chloride / 0.015M sodium citrate solution) or 2M sodium chloride solution to sufficiently cover the glass substrate on which the probe is fixed. After the addition, the mixture was placed on a flat portion on the PCR device block, and the hybridization was repeated by heating and cooling periodically at 80 ° C. 5 minutes → 45 ° C. 5 minutes → 80 ° C. 5 minutes → 45 ° C. 5 minutes. At this time, the ramping time, which is the time taken to reach the specified temperature from one temperature to another, was set to 5 minutes.

<세정 및 혼성화 정도 검출>Detecting degree of cleaning and hybridization

혼성화 완료후 버퍼 용액으로 세정한 후, 2×SSC 또는 1×SSC 용액에서 알칼라인 포스파타아제가 결합된 항 DIG 항체와 반응시켰다. 2 내지 4 시간 정도 경과후 티슈로 커버 유리 표면을 닦은 후 암실에서 화학 발광 처리된 알칼라인 포스파타아제 기질을 처리하고, X-레이 필름에 노출시켰다. 필름을 현상하여 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 그 결과를 확인할 수 있었다. 도 6에서 A는 타겟 DNA와 완전히 상보적인 제1 프로브가 고정화된 유리 기판이고, B는 1 염기가 다른 제2 프로브가 고정화된 유리 기판이다. 네가티브 대조군으로 사용된 버퍼 스폿 부위가 하얗게 나타났다. 이로써 검은 스폿으로 나타난 부분은 비특이적 혼성화에 의한 것이 아니라 특이적 혼성화에 의한 것임을 알 수 있었다. 즉, 완전히 상보적인 제1 프로브와만 타겟 DNA가 혼성화되고(A영역), 1 염기가 다른 제2 프로브와는 혼성화가 이루어지 않았음(B영역)을 알 수 있었다. 이로써 본 발명에 따른 혼성화 방법을 사용할 경우, 단시간에 혼성화 특이성을 가지고 혼성화를 진행할 수 있음을 알 수 있었다.After completion of hybridization, the cells were washed with buffer solution and then reacted with an alkaline anti-DIG antibody bound to alkaline phosphatase in 2 × SSC or 1 × SSC solution. After about 2 to 4 hours, the cover glass surface was cleaned with a tissue, and then treated with a chemiluminescent alkaline phosphatase substrate in a dark room and exposed to an X-ray film. The film was developed to confirm the results as shown in FIG. 6. In FIG. 6, A is a glass substrate to which a first probe completely complementary to a target DNA is immobilized, and B is a glass substrate to which a second probe having a different base is immobilized. The buffer spot site used as the negative control appeared white. Thus, the black spots were found to be due to specific hybridization rather than nonspecific hybridization. That is, it was found that the target DNA hybridized only with the first probe that was completely complementary (region A), and that the hybridization did not occur with the second probe having a different base (region B). Thus, when using the hybridization method according to the present invention, it was found that hybridization can proceed with hybridization specificity in a short time.

본 발명에 따른 혼성화 방법은 단시간에 혼성화를 이루어낼 수 있다는 장점이 있다. 특히, 타겟 폴리뉴클레오타이드와 완전히 상보적인 프로브와 일부 염기가 비상보적인 프로브를 동시에 사용할 경우 혼성화 특이성을 극대화시킬 수 있으므로 타겟 폴리뉴클레오타이드의 서열 상의 이상 유무를 매우 신속하고 정밀하게 검출해 낼 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 혼성화 방법을 사용한 폴리뉴클레오타이드 검출 장치의 특성이 고속화 정밀화 될 수 있다.Hybridization method according to the present invention has the advantage that the hybridization can be achieved in a short time. In particular, hybridization specificity can be maximized when a probe that is completely complementary to the target polynucleotide and a probe that is not complementary to some bases can be maximized to detect abnormality on the sequence of the target polynucleotide very quickly and precisely. Therefore, the characteristics of the polynucleotide detection apparatus using the hybridization method according to the present invention can be speeded up and precision.

Claims (6)

프로브에 타겟 폴리뉴클레오타이드를 공급하는 단계; 및Supplying a target polynucleotide to a probe; And 상기 프로브와 타겟 폴리뉴클레오타이드의 혼성화물의 용융 온도보다 높은 온도에서 혼성화시키는 고온 혼성화 단계와 상기 용융 온도보다 낮은 온도에서 혼성화시키는 저온 혼성화 단계를 2회 이상 순환하여 실시하는 주기적 가열과 냉각을 통한 혼성화 단계를 포함하는 혼성화 방법.Hybridization step through periodic heating and cooling, which is performed by cycling at least two times a high temperature hybridization step of hybridizing at a temperature higher than the melting temperature of the hybrid of the probe and the target polynucleotide and a low temperature hybridization step of hybridizing at a temperature lower than the melting temperature. Hybridization method comprising a. 제1 항에 있어서, 상기 고온은 상기 용융 온도보다 적어도 20℃ 높은 온도인 것을 특징으로 하는 혼성화 방법.The hybridization method of claim 1, wherein the high temperature is at least 20 ° C higher than the melting temperature. 제1 항에 있어서, 상기 저온은 상기 용융 온도보다 적어도 5℃ 낮은 온도인 것을 특징으로 하는 혼성화 방법.The hybridization method of claim 1, wherein the low temperature is at least 5 ° C. lower than the melting temperature. 제1 항에 있어서, 상기 프로브는 상기 타겟 폴리뉴클레오타이드와 완전히 상보적인 제1 프로브 및 상기 타겟 폴리뉴클레오타이드와 1 염기 이상이 비상보적인 제2 프로브를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성화 방법.The hybridization method of claim 1, wherein the probe comprises a first probe that is completely complementary to the target polynucleotide and a second probe that is at least one base non-complementary with the target polynucleotide. 제1 항에 있어서, 상기 고온 혼성화 단계에서 상기 저온 혼성화 단계로의 전이는 비특이적 혼성화가 일어나지 않도록 하는 램핑 시간 동안 일어나는 것을 특징으로 하는 혼성화 방법.The hybridization method of claim 1, wherein the transition from the high temperature hybridization step to the low temperature hybridization step occurs during a ramping time such that nonspecific hybridization does not occur. 1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 따른 혼성화 방법을 사용하는 폴리뉴클레오타이드 분석 장치.Polynucleotide analysis device using the hybridization method according to any one of claims 1 to 5.
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FR2555363B1 (en) * 1983-11-18 1986-02-21 Cit Alcatel COMPONENT TRANSFER MACHINE FOR HYBRID CIRCUITS
US5712090A (en) * 1993-05-18 1998-01-27 Iowa State University Research Foundation, Inc. PCR-based assay for Mycoplasma hyopneumoniae
US5863726A (en) * 1993-11-12 1999-01-26 Geron Corporation Telomerase activity assays
KR960002234A (en) * 1994-06-09 1996-01-26 이헌조 Tape speed control method of tape recording / playback device
US5741677A (en) * 1995-06-07 1998-04-21 Geron Corporation Methods for measuring telomere length
US5888778A (en) * 1997-06-16 1999-03-30 Exact Laboratories, Inc. High-throughput screening method for identification of genetic mutations or disease-causing microorganisms using segmented primers
US6093370A (en) * 1998-06-11 2000-07-25 Hitachi, Ltd. Polynucleotide separation method and apparatus therefor
JP4505776B2 (en) * 2001-01-19 2010-07-21 凸版印刷株式会社 Gene detection system, gene detection apparatus equipped with the same, detection method, and gene detection chip

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