KR20220096382A - Method and kits for detecting methylation of gene using non-methylation specific probe - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a gene methylation detection method and a detection kit using a probe specific for an unmethylated gene. The gene methylation detection method can detect gene methylation simply without treating bisulfite, and can be detected with excellent sensitivity and accuracy, and thus is useful in various disease diagnosis fields comprising cancer.

Description

비메틸화 특이적 프로브를 이용한 유전자의 메틸화 검출 방법 및 검출 키트{Method and kits for detecting methylation of gene using non-methylation specific probe}Method and kits for detecting methylation of gene using non-methylation specific probe

본 발명은 비메틸화 유전자 프로브를 이용한 유전자의 메틸화 검출 방법 및 검출 키트에 관한 것으로, 상세하게는 비메틸화 유전자에 특이적인 프로브를 이용하여 표적 유전자의 증폭 억제를 통하여, 융해 곡선의 분석으로부터 유전자의 메틸화 여부를 검출하는 방법 및 검출 키트에 관한 것이다. The present invention relates to a method and a detection kit for detecting gene methylation using a non-methylated gene probe, and more particularly, to a gene methylation from analysis of a melting curve through suppression of amplification of a target gene using a probe specific for a non-methylated gene. It relates to a method and a detection kit for detecting whether

포유류 세포의 게놈 DNA에는 A, C, G, T 외에 5번째 염기가 존재하며, 이는 시토신 고리의 5번째 탄소에 메틸기가 붙은 5-메틸시토신(5-mC)이다. 5-mC는 항상 CG 다이뉴클레오타이드의 C에만 오며(5'-mCG-3'), 이러한 CG를 흔히 CpG라고 표시한다. CpG의 C는 대부분이 메틸기가 붙어서 메틸화되어 있다.In the genomic DNA of mammalian cells, there is a 5th base in addition to A, C, G, and T, which is 5-methylcytosine (5-mC) with a methyl group attached to the 5th carbon of the cytosine ring. 5-mC always occurs only at C of a CG dinucleotide (5'-mCG-3'), and this CG is often denoted as CpG. Most of C in CpG is methylated with a methyl group attached.

이러한 CpG는 포유류 세포에서 유전자외 변화가 가장 흔히 나타나는 부위로서, CpG의 메틸화는 알루(alu)나 전이인자(transposon)와 같이 게놈내에 반복되는 염기서열이 발현되지 못하도록 억제한다. 이러한 CpG의 5-mC에서는 자연히 탈아미노화되어 염기가 T로 바뀌며, 이에 따라 포유류 게놈내 CpG는 정상적으로 나타나야 할 빈도(1/4 x 1/4 = 6.25%)보다 훨씬 낮은 1%의 빈도만을 나타낸다. Such CpG is the most common site for extragenic changes in mammalian cells, and CpG methylation inhibits the expression of repetitive nucleotide sequences in the genome, such as alu or transposon. In 5-mC of this CpG, it is naturally deamidated and the base is changed to T. Accordingly, CpG in the mammalian genome shows only a frequency of 1%, which is much lower than the frequency that should normally appear (1/4 x 1/4 = 6.25%). .

CpG 중에 예외적으로 밀집되어 나타나는 것들이 있는데, 이를 CpG 섬이라고 한다. CpG 섬은 길이가 0.2~3 kb이고, C 및 G 염기의 분포율이 50%를 넘으며, CpG의 분포율이 3.75%이상으로 높게 집중되어 나타나는 부위를 가리킨다. Among CpG, there are some that appear in exceptional concentration, which are called CpG islands. A CpG island is 0.2~3 kb in length, and the distribution rate of C and G bases exceeds 50%, and the distribution rate of CpG indicates a highly concentrated region of 3.75% or more.

CpG 섬은 전체 인체 유전체에 약 45,000개가 나타나며, 특히 유전자의 발현을 조절하는 프로모터 부위에 집중되어 나타난다. 실제로 인체 유전자 중 약 절반을 차지하는 하우스키핑 유전자(housekeeping genes)의 프로모터에는 CpG 섬이 나타난다(Cross, S. & Bird, A.P., Curr. Opin. Gene Develop., 5:309, 1995).About 45,000 CpG islands appear in the entire human genome, and are particularly concentrated in the promoter region that regulates gene expression. In fact, a CpG island appears in the promoter of housekeeping genes, which accounts for about half of human genes (Cross, S. & Bird, A.P., Curr. Opin. Gene Develop., 5:309, 1995).

한편, 정상인의 체세포에서는 이들 하우스키핑 유전자 프로모터 부위의 CpG 섬이 메틸화되어 있지 않으나, 발생 중에는 발현되지 않도록 각인된(imprinted) 유전자 및 비활성화된 X 염색체 상의 유전자들은 메틸화되어 있다. 주로 발암과정에서 프로모터 CpG 섬에 메틸화가 나타나며, 그 해당 유전자의 발현에 장애가 나타나게 된다. 특히, 세포주기 또는 세포고사(apoptosis)를 조절하고, DNA를 복구하며 세포의 부착 및 세포간 상호협조 작용에 관여하고, 침윤과 전이를 억제하는 종양억제 유전자들의 프로모터 CpG 섬에 메틸화가 발생하는 경우, 이는 코딩서열의 돌연변이와 동일하게 이들 유전자의 발현과 기능을 차단하며, 그 결과 암의 발생과 진행이 촉진된다. 그 외에도 노화에 따라 CpG 섬에 부분적으로 메틸화가 나타나기도 한다.On the other hand, in normal human somatic cells, the CpG islands of these housekeeping gene promoter regions are not methylated, but imprinted genes and genes on the inactivated X chromosome are methylated so that they are not expressed during development. In the process of carcinogenesis, methylation occurs on the promoter CpG island, and the expression of the corresponding gene is impaired. In particular, when methylation occurs in the promoter CpG island of tumor suppressor genes that regulate the cell cycle or apoptosis, repair DNA, participate in cell adhesion and intercellular interaction, and inhibit invasion and metastasis , which blocks the expression and function of these genes in the same way as the mutation of the coding sequence, and as a result, the development and progression of cancer is promoted. In addition, with aging, partial methylation of CpG islands appears.

이렇듯 종양억제 유전자의 프로모터 CpG 섬의 메틸화 현상은 암 발생의 가장 초기에 일어나는 대표적인 현상이기 때문에 암의 중요한 지표가 되며, 암의 조기진단을 포함한 진단, 발암의 예측, 암의 예후 예측, 치료 후 추적조사, 항암 요법에 대한 반응 예측 등 다양한 분야에 이용될 수 있다.As such, methylation of the promoter CpG island of the tumor suppressor gene is an important indicator of cancer because it is a representative phenomenon that occurs at the earliest stage of cancer development. It can be used in various fields such as investigation and prediction of response to anticancer therapy.

프로모터 메틸화를 이용하여 상기 암 진단 및 예후 예측의 정확도를 극대화하기 위해서는 프로모터 CpG 섬 메틸화를 정확하게 분석할 수 있는 검사가 필요하다. 현재 표준적인 방법으로 바이설파이트 시퀀싱(bisulfite sequencing), 복합 바이설파이트 제한분석(combined bisulfite restriction analysis, COBRA), 파이토시퀀싱(pyrosequencing) 및 메틸화특이 PCR(polymerase chain reaction) 등이 적극적으로 시도되고 있다. In order to maximize the accuracy of cancer diagnosis and prognosis prediction using promoter methylation, a test capable of accurately analyzing promoter CpG island methylation is required. Currently, as standard methods, bisulfite sequencing, combined bisulfite restriction analysis (COBRA), pyrosequencing, and methylation-specific polymerase chain reaction (PCR) are being actively tried. .

그러나 이들 바이설파이트 시퀀싱 또는 복합 바이설파이트 제한분석과 같이 바이설파이트를 사용하는 방법은 바이설파이트를 처리하여 비메틸화 시토신을 우라실로 전환시키고, 이미 메틸화된 5-메틸 시토신은 그대로 유지되는 점을 이용하여 DNA 개별 시토신의 메틸화 상태를 확인하는 방법으로서, 한 번에 검사할 수 있는 유전자의 수나 검체의 수에 한계가 있으며, 바이설파이트를 처리한 genomic DNA의 90% 이상이 분해(degradation)됨으로써 검출시 많은 양의 DNA가 필요하다. 또한, 비메틸화 시토신이 우라실로 전환되지 않거나, 5-메틸 시토신이 그대로 유지되어 있는 것이 아니라 티민으로 전환 등의 오류가 발생할 수 있다. 이런 오류로 인해 바이설파이트 처리를 필요로 하는 DNA 메틸화 검출 방법은 위양성 결과를 나타내어 결국 정확도, 특이도, 민감도와 재현성이 모두 떨어지는 문제를 가진다.However, the method using bisulfite, such as these bisulfite sequencing or complex bisulfite restriction analysis, converts unmethylated cytosine to uracil by treating bisulfite, and the already methylated 5-methyl cytosine is maintained as it is. As a method to check the methylation status of individual cytosines in DNA using Therefore, a large amount of DNA is required for detection. In addition, errors such as conversion of unmethylated cytosine to uracil or conversion to thymine instead of maintaining 5-methyl cytosine as it may occur. Due to this error, the DNA methylation detection method that requires bisulfite treatment gives false-positive results, and consequently has a problem in that accuracy, specificity, sensitivity, and reproducibility are all lowered.

이러한 문제를 해결하기 위하여 최근에 시도된 것으로서 바이설파이트의 처리없이, PNA(peptide nucleic acid) 프로브와 메틸화된 시토신과의 결합력의 차이를 이용하여 PCR 클램핑으로 유전자의 메틸화를 검출하는 방법이 있다. 바이설파이트를 처리하지 않는다는 점에서 검출용 프라이머 디자인의 한계 및 염기 전환 오류에 따른 위양성의 한계를 극복하였다는 점에서 종래 표준화된 방법에서 진일보한 측면이 있지만, 이는 메틸화에 의하여 유전자 과발현이 일어난 하이포-메틸화(Hypo-methylation)가 아닌 하이퍼-메틸화(Hyper-methylation)의 검출에 대해서는 검출 민감도가 떨어진다는 한계가 있다.As a recent attempt to solve this problem, there is a method of detecting methylation of a gene by PCR clamping using a difference in binding force between a PNA (peptide nucleic acid) probe and methylated cytosine without treatment with bisulfite. There is an advanced aspect from the conventional standardized method in that it overcomes the limitation of the detection primer design in that it does not treat bisulfite and the limitation of false positives due to base conversion errors, but this is a hypothetical overexpression caused by methylation. - With respect to the detection of hyper-methylation rather than methylation (Hypo-methylation), there is a limit in that the detection sensitivity is lowered.

하이퍼-메틸화(Hyper-methylation)을 검출하기 위한 특화된 마커 역시도 하이포-메틸화의 마커와 비교할 때, 10 % 수준에 불과하여, 실제로 발현되어야 할 유전자가 메틸화에 의하여 억제되어 발생하는 질병 진단을 위해서는 하이퍼-메틸화의 검출에 특화된 고민감도의 검출 방법의 고안이 필요한 실정이다.The specialized marker for detecting hyper-methylation is also at a level of only 10% compared to that of hypo-methylation. It is necessary to devise a highly sensitive detection method specialized for the detection of methylation.

본 발명자는 상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 연구한 결과, 비메틸화 부위에 특이적인 단백질 및 핵산 프로브를 이용한 하이퍼-메틸화에 높은 민감도를 나타내는 검출 방법을 안출하게 되었다.As a result of research in order to solve the above technical problem, the present inventors have devised a detection method showing high sensitivity to hyper-methylation using a protein and nucleic acid probe specific for a non-methylation site.

본 발명의 목적은 하이퍼-메틸화에 특화된 고민감도의 유전자 메틸화 검출 방법을 제공하는 것에 있다. It is an object of the present invention to provide a method for detecting gene methylation with high sensitivity specialized for hyper-methylation.

또한, 바이설파이트 처리 없이, 핵산 프로브를 이용한 PCR 수행으로 간편하게 유전자 메틸화를 검출하는 방법을 제공한다.In addition, there is provided a method for conveniently detecting gene methylation by performing PCR using a nucleic acid probe without bisulfite treatment.

본 발명의 다른 목적은 비메틸화 부위에 특이적으로 결합하는 핵산 프로브를 이용한 유전자의 메틸화 검출용 키트를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a kit for detecting methylation of a gene using a nucleic acid probe that specifically binds to an unmethylated site.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 메틸화가 일어날 수 있는 표적 유전자에 비메틸화 부위와 특이적으로 결합할 수 있는 프로브를 처리하는 단계;In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of: treating a probe capable of specifically binding to an unmethylated site to a target gene in which methylation can occur;

상기 표적 유전자에 메틸-친화성 분자를 처리하는 단계; 상기 표적 유전자에 대한 PCR(Polymerase Chain Reaction)을 수행하는 단계; 및 상기 PCR에 의한 융해 곡선을 분석하여, ΔTm(melting temperature) 및 ΔCt(cycle threshold) 중 적어도 하나 이상을 산출하는 단계;를 포함하는, 비메틸화 유전자 프로브를 이용한 유전자의 메틸화 검출 방법을 제공한다.treating the target gene with a methyl-affinity molecule; performing PCR (Polymerase Chain Reaction) on the target gene; and analyzing the melting curve by the PCR, calculating at least one of ΔT m (melting temperature) and ΔC t (cycle threshold) do.

상기 ΔTm = Tm (표적 유전자) - Tm (표적 유전자와 동일한 염기서열로 이루어진 메틸화 되지 않은 유전자) 이고, 상기 ΔCt = Ct (표적 유전자) - Ct (표적 유전자와 동일한 염기서열로 이루어진 메틸화 되지 않은 유전자)이다.ΔT m = T m (target gene) - T m (unmethylated gene consisting of the same nucleotide sequence as the target gene) , and ΔC t = C t (target gene) - C t (with the same nucleotide sequence as the target gene) unmethylated genes) .

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 표적 유전자에 프로브를 처리하기 전, 제한효소를 처리하여 비메틸화 부위를 선택적으로 절단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, before treating the target gene with the probe, the method may further include a step of selectively cleaving the unmethylated site by treatment with a restriction enzyme.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 제한효소는 HgaI, HhaI, Hinp1I, HpaI, SacII, AccII, Ava, BssHII, BstUI, HpaII, AatII, AciI, AcII, AfeI, AscI, Agel, BceAIBmgBI, BsaAI, BsaHI, BsiEI, BspDI, BstBI, ClaI, HaeII, KasI, NaeI, NarI, NgoMIV, NotI, NruI, Nt.BsmAI, PaeR7I, PluTI, PmlI, PvuI, RsrII, SacII, SalI, SfoI, SgrAI, SmaI, SnaBI, SrfI, TspMI, ZraI 또는 이들의 조합일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the restriction enzyme is HgaI, HhaI, Hinp1I, HpaI, SacII, AccII, Ava, BssHII, BstUI, HpaII, AatII, AciI, AcII, AfeI, AscI, Agel, BceAIBmgBI, BsaAI, BsaHI , BsiEI, BspDI, BstBI, ClaI, HaeII, KasI, NaeI, NarI, NgoMIV, NotI, NruI, Nt.BsmAI, PaeR7I, PluTI, PmlI, PvuI, RsrII, SacII, SalI, SfoI, SgrAI, SmaI, SnaBI , TspMI, ZraI, or a combination thereof.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 메틸-친화성 분자는 테트라메틸암모늄(tetramethyl ammonium: TMA)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the methyl-affinity molecule may be tetramethyl ammonium (TMA).

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 프로브는 올리고뉴클레오티드(Oligonucleotide), LNA(Locked Nucleic Acid), PNA(Peptide Nucleic Acid) 및 이들의 혼합으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the probe is any one or two or more selected from the group consisting of oligonucleotides, Locked Nucleic Acid (LNA), Peptide Nucleic Acid (PNA), and mixtures thereof.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 프로브는 표적 유전자의 메틸화 염기와 상보적 결합하는 위치에 염기를 포함하지 않는 변형 PNA 프로브일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the probe may be a modified PNA probe that does not include a base at a position complementary to a methylated base of a target gene.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 유전자의 메틸화는 유전자가 메틸화된 염기서열, 하이드록시 메틸화된 염기서열, 포르밀 메틸화된 염기서열, 카르복실 메틸화된 염기서열 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the methylation of the gene may include a methylated nucleotide sequence, a hydroxymethylated nucleotide sequence, a formyl methylated nucleotide sequence, a carboxyl methylated nucleotide sequence, or a combination thereof. have.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 검출 방법은 표준 PCR, 실시간 PCR(Real Time PCR), 디지털 PCR, 등온 PCR(Isothermal PCR), 메틸화 특이적 PCR(Methylation specific PCR), 실시간 메틸화 특이적 PCR(Real Time Methylation specific PCR), 질량 PCR, DNA 칩, DNA FISH (Fluorescence in situ hybridization)에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the detection method is standard PCR, real time PCR (Real Time PCR), digital PCR, isothermal PCR (Isothermal PCR), methylation specific PCR (Methylation specific PCR), real-time methylation specific PCR ( It may be any one or more selected from Real Time Methylation specific PCR), mass PCR, DNA chip, and DNA FISH (Fluorescence in situ hybridization).

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 PCR을 수행하기 전, 증폭용액에 메틸-친화성 분자를 추가하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, before performing the PCR, adding a methyl-affinity molecule to the amplification solution; may further include.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 표적 유전자의 메틸화 검출 한계가 1 % 미만일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the detection limit of methylation of the target gene may be less than 1%.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 프로브는 리포터, 소광자, 인터컬레이팅 형광 물질 또는 이들의 조합으로 표지된 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the probe may be labeled with a reporter, a quencher, an intercalating fluorescent substance, or a combination thereof.

본 발명의 일 구현예에 있어서,상기 PCR 수행 후, 메틸화된 표적 유전자의 시퀀싱 분석 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, after the PCR is performed, the step of analyzing the sequencing of the methylated target gene; may further include.

또한, 본 발명은 메틸화가 일어날 수 있는 표적 유전자의 비메틸화 부위와 특이적으로 결합할 수 있는 프로브를 포함하는, 상술한 특징들을 포함하는 유전자의 메틸화 검출 방법에 사용하기 위한 키트를 제공한다.In addition, the present invention provides a kit for use in a method for detecting methylation of a gene, including a probe capable of specifically binding to an unmethylated site of a target gene in which methylation can occur, and including the above-described characteristics.

본 발명에 따른 비메틸화에 특이적 프로브를 사용한 유전자 메틸화 검출 방법은 메틸화된 유전자를 직접 증폭함으로써, 유전자의 메틸화 여부를 우수한 민감도 및 정확도로 검출할 수 있으며, 간편하게 일 단계 과정만으로 DNA 메틸화 및 메틸화 정도를 분석할 수 있는 이점을 제공한다. The gene methylation detection method using a non-methylation-specific probe according to the present invention can detect whether a gene is methylated with excellent sensitivity and accuracy by directly amplifying a methylated gene, and the degree of DNA methylation and methylation with a simple one-step process It provides the advantage of being able to analyze

도 1은 본 발명에 따른 비메틸화 유전자 프로브를 이용한 유전자의 메틸화 검출 방법의 단계를 간략히 순서도를 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1에 따라 메틸-친화성 분자의 유무에 따른 비메틸화 DNA와 메틸화 DNA 간 ΔTm의 값을 측정한 결과 그래프이다.
도 2b는 본 발명의 비교예 2-1 및 비교예 2-2에 따라 메틸-친화성 분자의 유무에 따른 비메틸화 DNA와 메틸화 DNA 간 ΔTm의 값을 측정한 결과 그래프이다.
도 2c는 본 발명의 비교예 3-1 및 비교예 3-2에 따라 메틸-친화성 분자의 유무에 따른 비메틸화 DNA와 메틸화 DNA 간 ΔTm의 값을 측정한 결과 그래프이다.
도 2d는 본 발명의 비교예 4-1 및 비교예 4-2에 따라 메틸-친화성 분자의 유무에 따른 비메틸화 DNA와 메틸화 DNA 간 ΔTm의 값을 측정한 결과 그래프이다.
도 3a는 본 발명의 실시예 2에 따라 메틸화 유전자 특이적 제한효소(MSRE) 처리 전후에 따른 메틸화 DNA 및 비메틸화 DNA의 ΔCt값을 각각 나타낸 결과 그래프이다.
도 3b는 본 발명의 비교예 5에 따라 메틸화 유전자 특이적 제한효소(MSRE) 처리 전후에 따른 메틸화 DNA 및 비메틸화 DNA의 ΔCt값을 각각 나타낸 결과 그래프이다.
도 4는 메틸화 검출 PCR의 민감도 테스트를 실시한 결과 그래프로서, (a)는 본 발명에 따른 비메틸화 특이적 프로브(abasic PNA), (b)는 일반적 PNA 프로브 및 (c)는 DNA 프로브를 사용하여 메틸화 및 비메틸화 DNA간의 ΔCt를 측정한 것이다.
1 is a flowchart schematically illustrating the steps of a method for detecting methylation of a gene using an unmethylated gene probe according to the present invention.
Figure 2a is a graph of the result of measuring the value of ΔT m between unmethylated DNA and methylated DNA according to the presence or absence of a methyl-affinity molecule according to Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.
2B is a graph showing the result of measuring the value of ΔT m between unmethylated DNA and methylated DNA according to the presence or absence of a methyl-affinity molecule according to Comparative Examples 2-1 and 2-2 of the present invention.
FIG. 2c is a graph showing the results of measuring ΔT m between unmethylated DNA and methylated DNA according to the presence or absence of a methyl-affinity molecule according to Comparative Examples 3-1 and 3-2 of the present invention.
FIG. 2D is a graph showing the results of measuring ΔT m between unmethylated DNA and methylated DNA according to the presence or absence of a methyl-affinity molecule according to Comparative Examples 4-1 and 4-2 of the present invention.
3A is a graph showing the ΔC t values of methylated DNA and unmethylated DNA before and after treatment with a methylated gene-specific restriction enzyme (MSRE) according to Example 2 of the present invention, respectively.
3B is a graph showing the ΔC t values of methylated DNA and unmethylated DNA before and after treatment with a methylated gene-specific restriction enzyme (MSRE) according to Comparative Example 5 of the present invention, respectively.
4 is a graph showing the result of a sensitivity test of methylation detection PCR, (a) is a non-methylation-specific probe (abasic PNA) according to the present invention, (b) is a general PNA probe, and (c) is a DNA probe. ΔC t between methylated and unmethylated DNA was measured.

이하에서 본 발명인 유전자의 메틸화 검출 방법 및 이에 사용하기 위한 키트에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 따로 정의하지 않는 경우 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 내용으로 해석되어야 할 것이다. 본 명세서의 도면 및 실시예는 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 이해하고 실시하기 위한 것으로 도면 및 실시예에서 발명의 요지를 흐릴 수 있는 내용은 생략될 수 있으며, 본 발명이 도면 및 실시예로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a method for detecting methylation of a gene according to the present invention and a kit for use thereof will be described in detail. Unless otherwise defined, terms used in this specification should be interpreted as content commonly understood by those of ordinary skill in the art. The drawings and embodiments of the present specification are for those of ordinary skill in the art to easily understand and practice the present invention, and content that may obscure the gist of the present invention may be omitted from the drawings and embodiments, and the present invention is not limited to the drawings and embodiments is not limited to

또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 가진다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. Also, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used herein is for the purpose of effectively describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention.

이하에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 “포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.In the following, when it is said that any one component "includes" another component, it is not construed as being limited to only the component, unless otherwise stated, and it is understood that other components may be further included. should be

본 발명은 (S100)메틸화가 일어날 수 있는 표적 유전자에 비메틸화 염기와 특이적으로 결합할 수 있는 프로브를 처리하는 단계; (S200)상기 표적 유전자에 메틸-친화성 분자를 처리하는 단계; (S300)상기 표적 유전자에 대한 PCR(Polymerase Chain Reaction)을 수행하는 단계; 및 (S400)상기 PCR에 의한 융해 곡선을 분석하여, ΔTm(melting temperature) 및 ΔCt(cycle threshold) 중 적어도 하나 이상을 산출하는 단계;를 포함하는, 비메틸화 유전자 프로브를 이용한 유전자의 메틸화 검출 방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of (S100) treating a probe capable of specifically binding with a non-methylated base to a target gene in which methylation can occur; (S200) treating the target gene with a methyl-affinity molecule; (S300) performing PCR (Polymerase Chain Reaction) on the target gene; And (S400) analyzing the melting curve by the PCR, calculating at least one of ΔT m (melting temperature) and ΔC t (cycle threshold); Containing, methylation detection of a gene using a non-methylated gene probe provide a way

상기 ΔTm = Tm (표적 유전자) - Tm (표적 유전자와 동일한 염기서열로 이루어진 메틸화 되지 않은 유전자) 이고, 상기 ΔCt = Ct (표적 유전자) - Ct (표적 유전자와 동일한 염기서열로 이루어진 메틸화 되지 않은 유전자)이다. ΔT m = T m (target gene) - T m (unmethylated gene consisting of the same nucleotide sequence as the target gene) , and ΔC t = C t (target gene) - C t (with the same nucleotide sequence as the target gene) unmethylated genes) .

본 발명의 비한정적인 일 예로서, 상기 (S100)메틸화가 일어날 수 있는 표적 유전자에 비메틸화 염기와 특이적으로 결합할 수 있는 프로브를 처리하는 단계 및 (S200)상기 표적 유전자에 메틸-친화성 분자를 처리하는 단계는 동시에 진행될 수 있다. As a non-limiting example of the present invention, the (S100) step of treating a probe capable of specifically binding to an unmethylated base to a target gene in which methylation can occur, and (S200) methyl-affinity to the target gene The steps of processing the molecule may proceed concurrently.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 있어서, 상기 표적 유전자에 프로브를 처리하기 전, (S50)제한효소를 처리하여 비메틸화 염기를 선택적으로 절단하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, before treating the target gene with the probe, (S50) treatment with a restriction enzyme to selectively cut the unmethylated base; may further include.

상기 표적 유전자에 처리되는 제한효소는 메틸화 민감성 제한효소(methylation sensitive restriction enzyme,MSRE)로서, 바람직하게는 비메틸화 염기를 선택적으로 절단하는 MSRE일 수 있다. 구체적으로 예를 들면, HgaI, HhaI, Hinp1I, HpaI, SacII, AccII, Ava, BssHII, BstUI, HpaII, AatII, AciI, AcII, AfeI, AscI, Agel, BceAIBmgBI, BsaAI, BsaHI, BsiEI, BspDI, BstBI, ClaI, HaeII, KasI, NaeI, NarI, NgoMIV, NotI, NruI, Nt.BsmAI, PaeR7I, PluTI, PmlI, PvuI, RsrII, SacII, SalI, SfoI, SgrAI, SmaI, SnaBI, SrfI, TspMI, ZraI 또는 이들의 둘 이상의 조합일 수 있으나, 비메틸화 염기를 선택적으로 절단하는 제한효소라면 당업계에서 공지된 것을 제한없이 사용할 수 있다.The restriction enzyme processed to the target gene is a methylation sensitive restriction enzyme (MSRE), preferably MSRE that selectively cuts unmethylated bases. Specifically, for example, HgaI, HhaI, Hinp1I, HpaI, SacII, AccII, Ava, BssHII, BstUI, HpaII, AatII, AciI, AcII, AfeI, AscI, Agel, BceAIBmgBI, BsaAI, BsaHI, BsiEI, BspDI, BstBI ClaI, HaeII, KasI, NaeI, NarI, NgoMIV, NotI, NruI, Nt.BsmAI, PaeR7I, PluTI, PmlI, PvuI, RsrII, SacII, SalI, SfoI, SgrAI, SmaI, SnaBI, SrfI, TspMI, ZraI or their It may be a combination of two or more, as long as it is a restriction enzyme that selectively cuts unmethylated bases, those known in the art may be used without limitation.

표적 유전자에 비메틸화 특이적 프로브를 처리하기 전, 비메틸화 유전자의 염기를 선택적으로 절단하는 제한효소를 처리함으로써 비메틸화 염기의 증폭을 억제할 수 있고, 절단되지 않고 남은 비메틸화 DNA는 비메틸화 특이적 프로브와 강하게 결합하므로 PNA 클램핑 원리에 따라 증폭이 억제된다. 이는 결과적으로 메틸화 유전자의 증폭을 유도하여 표적 유전자의 메틸화 여부 또는 메틸화 정도를 높은 정확도로 검출하기에 효과적이다.Amplification of unmethylated bases can be suppressed by treating the target gene with a restriction enzyme that selectively cuts bases of unmethylated genes before treating the target gene with a non-methylation-specific probe. Since it binds strongly to the enemy probe, amplification is suppressed according to the PNA clamping principle. As a result, it is effective for inducing amplification of the methylated gene to detect whether or not the target gene is methylated or the degree of methylation with high accuracy.

이때 비메틸화 특이적 프로브는 올리고뉴클레오티드(Oligonucleotide), LNA(Locked Nucleic Acid), PNA(Peptide Nucleic Acid) 및 이들의 혼합으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 바람직하게는 표적 유전자의 메틸화 염기와 상보적 결합하는 위치에 염기를 포함하지 않는 변형 PNA 프로브일 수 있다. 본 발명의 비한정적인 일 예로서, 상기 프로브는 메틸화가 주로 이루어지는 염기인 시토신과 상보적인 결합이 형성되는 위치에서 구아닌이 결실된 것일 수 있다. In this case, the non-methylation-specific probe may be any one or two or more selected from the group consisting of oligonucleotides, locked nucleic acid (LNA), peptide nucleic acid (PNA), and mixtures thereof. Preferably, the modified PNA probe may be a modified PNA probe that does not include a base at a position complementary to the methylated base of the target gene. As a non-limiting example of the present invention, the probe may be one in which guanine is deleted at a position where a complementary bond with cytosine, which is a base for which methylation is mainly performed, is formed.

상기 위치에서 염기가 결실된 프로브는 비메틸화 유전자 및 메틸화 유전자에 대한 PCR 수행 시, ΔTm 차이를 증가시킴으로써, 유전자의 메틸화 검출을 용이하게 할 수 있다. 특히 상기 표적 유전자에 메틸-친화성 분자를 처리하는 경우 ΔTm 차이는 더욱 더 증가할 수 있다. 상기 메틸-친화성 분자는 구체적인 일 예로서, 테트라메틸암모늄(tetramethyl ammonium: TMA)일 수 있는데, TMA는 표적 유전자의 메틸화 염기에 보다 용이하게 접근하여 메틸화 염기 부위에 위치하게 됨으로써, 표적 유전자 및 프로브 사이의 결합력을 약화시킬 수 있다. 이는 곧 융해온도의 저하를 초래하는 것을 의미할 수 있다.A probe having a base deleted at the position may facilitate detection of methylation of a gene by increasing the difference in ΔT m when PCR is performed on an unmethylated gene and a methylated gene. In particular, when the target gene is treated with a methyl-affinity molecule, the ΔT m difference may further increase. As a specific example, the methyl-affinity molecule may be tetramethyl ammonium (TMA). The TMA more easily accesses the methylated base of the target gene and is positioned at the methylated base site, so that the target gene and probe It may weaken the bonding force between them. This may mean that the melting temperature is lowered.

상기의 특성을 이용한 본 발명의 비메틸화 유전자 프로브를 이용한 유전자의 메틸화 검출 방법은 상기 PCR을 수행하고 융해 곡선을 분석하여 ΔTm(melting temperature) 및 ΔCt(cycle threshold) 중 적어도 하나 이상을 산출하는 단계를 포함한다. 이때, 바람직하게 ΔTm < 0 ℃인 것으로 나타날 수 있고, 보다 바람직하게 ΔTm ≤ -3 ℃일 수 있다. The method for detecting methylation of a gene using the non-methylated gene probe of the present invention using the above characteristics is to calculate at least one of ΔT m (melting temperature) and ΔC t (cycle threshold) by performing the PCR and analyzing the melting curve. includes steps. In this case, it may be preferably shown that ΔT m < 0 ℃, more preferably ΔT m ≤ -3 ℃.

구체적으로, 비메틸화 유전자는 이에 특이적인 프로브와 강한 결합력을 형성함으로써, 상기 PCR 수행 시, 높은 융해온도를 나타낸다. 반면, 표적 유전자 내 메틸화된 염기 존재 시에는 위와 같이 프로브와 강한 결합력을 형성하지 못하고, 메틸-친화성 분자의 사슬 내 접근으로 인해 결합이 방해받음으로써, PCR 수행 시, 상대적으로 낮은 융해온도를 나타낸다. 이러한 이유로 ΔTm < 0 ℃인 경우 표적 유전자 내 메틸화된 염기가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.Specifically, the unmethylated gene forms a strong binding force with a probe specific thereto, thereby exhibiting a high melting temperature during the PCR. On the other hand, in the presence of a methylated base in the target gene, a strong binding force with the probe cannot be formed as above, and binding is hindered due to intra-chain access of methyl-affinity molecules, resulting in a relatively low melting temperature during PCR. . For this reason, when ΔT m < 0 °C, it can be determined that a methylated base is present in the target gene.

아울러 표적 유전자 내, 메틸화된 염기가 많을수록, 결합력 차이에 따라 상기 ΔTm는 크게 나타나므로, 이를 이용하여 메틸화 정도의 정량 분석이 가능하다.In addition, as there are more methylated bases in the target gene, the ΔT m appears larger according to the difference in binding force, so a quantitative analysis of the degree of methylation can be performed using this.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 있어서, 비메틸화 표준물질을 사용하여 메틸화 여부를 높은 정확도로 판단할 수 있다. 즉, 비메틸화 표준물질 및 비메틸화 유전자와 특이적으로 결합할 수 있는 프로브 간의 표준 ΔTm를 기준으로 하여 표적 유전자 및 비메틸화 유전자와 특이적으로 결합할 수 있는 프로브 간의 ΔTm 가 크게 나타나는 경우, 표적 유전자가 메틸화된 것으로 판단할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, methylation can be determined with high accuracy using a non-methylated standard. That is, when the ΔT m between the target gene and the probe capable of specifically binding to the unmethylated gene is large based on the standard ΔT m between the unmethylated standard and the probe capable of specifically binding to the unmethylated gene, It can be determined that the target gene is methylated.

본 발명은 비메틸화 유전자 특이적 프로브 및 메틸-친화성 분자를 처리하고, 바람직하게는 추가적으로 비메틸화 염기 부위를 절단하는 제한효소를 전처리함으로써 높은 민감도로 메틸화 여부를 검출 가능하다. In the present invention, it is possible to detect methylation with high sensitivity by treating a non-methylated gene-specific probe and a methyl-affinity molecule, and preferably, by additionally pretreating a restriction enzyme that cuts the non-methylated base site.

이하, 본 발명의 검출 방법에 따른 민감도 테스트 수행과 관련하여, 실험예 1에서 보다 상세히 기재하겠지만, 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0.5%, 0% 메틸화된 유전자 및 비메틸화된 유전자를 혼합하여 민감도 테스트를 한 결과 본 발명에 따른 비메틸화 특이적 프로브 이용시 검출 한계는 0.5%로 나타나 본 발명의 유전자 메틸화 검출 방법이 종래 검출 한계 대비 약 10배 이상 고민감도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. Hereinafter, with respect to performing a sensitivity test according to the detection method of the present invention, although it will be described in more detail in Experimental Example 1, 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0.5%, 0% methylated genes and ratios As a result of a sensitivity test by mixing methylated genes, the detection limit when using the non-methylation-specific probe according to the present invention was 0.5%, confirming that the gene methylation detection method of the present invention exhibits a sensitivity of about 10 times or more compared to the conventional detection limit. could

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 유전자의 메틸화는 유전자가 메틸화된 염기서열, 하이드록시 메틸화된 염기서열, 포르밀 메틸화된 염기서열, 카르복실 메틸화된 염기서열 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다. 이때, 주로 메틸화는 시토신 염기에서 발생하고, 메틸화된 시토신은 구체적으로 피리미딘 고리의 5번째 탄소에 메틸화가 되어 있는 것을 의미한다. In one embodiment of the present invention, the methylation of the gene may include a methylated nucleotide sequence, a hydroxymethylated nucleotide sequence, a formyl methylated nucleotide sequence, a carboxyl methylated nucleotide sequence, or a combination thereof. have. In this case, methylation mainly occurs at the cytosine base, and the methylated cytosine specifically means methylation at the 5th carbon of the pyrimidine ring.

본 발명에 따른 상기 융해 곡선 분석은 FMCA(Fluorescence Melting Curve Analysis: 형광융해 곡선 분석) 방법으로 수행하는 것일 수 있으나, 반드시 이에 제한되지는 않는다. 상기 형광융해 곡선 분석은 형광물질을 사용하여 융해 곡선을 분석하는 것으로서, 표적 유전자에 특이적인 프로브는 리포터, 소광자, 인터컬레이팅 형광 물질 또는 이들의 조합으로 표지된 것일 수 있다. The melting curve analysis according to the present invention may be performed by FMCA (Fluorescence Melting Curve Analysis) method, but is not necessarily limited thereto. The fluorescence melting curve analysis is to analyze the melting curve using a fluorescent material, and the probe specific to the target gene may be labeled with a reporter, a quencher, an intercalating fluorescent material, or a combination thereof.

상기 리포터는 특정 파장의 빛을 흡수, 방출하여 형광을 발하는 물질로서, 프로브에 표지하여 표적 유전자와 프로브 사이의 혼성화가 이루어졌는지 여부를 확인할 수 있는 물질이며, 소광자는 리포터 물질이 발생시킨 빛을 흡수하여 형광 세기를 감소시키는 물질을 의미한다.The reporter is a material that emits fluorescence by absorbing and emitting light of a specific wavelength, and is a material that can be labeled with a probe to confirm whether hybridization between the target gene and the probe has been made, and the quencher absorbs the light generated by the reporter material This means a material that reduces the fluorescence intensity.

상기 인터컬레이팅 형광 물질은 아크리딘 호모다이머(Acridine homodimer) 및 이의 유도체, 아크리딘 오렌지(Acridine Orange) 및 이의 유도체, 7-아미노액티노마이신 D(7-aminoactinomycin D, 7-AAD) 및 이의 유도체, 액티노마이신 D(Actinomycin D) 및 이의 유도체, 에이씨엠에이(ACMA, 9-amino-6-chloro-2-methoxyacridine) 및 이의 유도체, 디에이피아이(DAPI) 및 이의 유도체, 디하이드로에티듐(Dihydroethidium) 및 이의 유도체, 에티듐 브로마이드(Ethidium bromide) 및 이의 유도체, 에티듐 호모다이머-1(EthD-1) 및 이의 유도체, 에티듐 호모다이머-2(EthD-2) 및 이의 유도체, 에티듐 모노아자이드(Ethidium monoazide) 및 이의 유도체, 헥시디움 아이오다이드(Hexidium iodide) 및 이의 유도체, 비스벤지마이드(bisbenzimide, Hoechst 33258) 및 이의 유도체, 호에크스트 33342(Hoechst 33342) 및 이의 유도체, 호에크스트 34580(Hoechst 34580) 및 이의 유도체, 하이드로옥시스티바미딘(hydroxystilbamidine) 및 이의 유도체, 엘디에스 751(LDS 751) 및 이의 유도체, 프로피디움 아이오다이드(Propidium Iodide, PI) 및 이의 유도체, 사이다이스(Cy-dyes) 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.The intercalating fluorescent material is acridine homodimer and its derivatives, acridine orange and its derivatives, 7-aminoactinomycin D (7-AAD) and Derivatives thereof, Actinomycin D and derivatives thereof, ACMA (9-amino-6-chloro-2-methoxyacridine) and derivatives thereof, DAPI and derivatives thereof, dihydroethidium (Dihydroethidium) and its derivatives, ethidium bromide and its derivatives, ethidium homodimer-1 (EthD-1) and its derivatives, ethidium homodimer-2 (EthD-2) and its derivatives, ethidium Ethidium monoazide and its derivatives, Hexidium iodide and its derivatives, bisbenzimide (Hoechst 33258) and its derivatives, Hoechst 33342 and its derivatives, ho Between Hoechst 34580 and its derivatives, hydroxystilbamidine and its derivatives, LDS 751 (LDS 751) and its derivatives, propidium iodide (PI) and its derivatives, It may be any one or more selected from the group consisting of dyes (Cy-dyes) derivatives.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 검출 방법은 표준 PCR, 실시간 PCR(Real Time PCR), 디지털 PCR, 등온 PCR(Isothermal PCR), 정량 PCR, DNA 칩, DNA FISH (Fluorescence in situ hybridization)에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the detection method is standard PCR, real time PCR (Real Time PCR), digital PCR, isothermal PCR (Isothermal PCR), quantitative PCR, DNA chip, DNA FISH (Fluorescence in situ hybridization) selected from It may be any one or more.

바람직하게는 표적 유전자를 증폭시킴과 동시에 정량 분석이 가능한 qPCR을 사용하는 것일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 PCR은 이 기술 분야에서 사용되는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.Preferably, qPCR capable of quantitative analysis while amplifying the target gene may be used, but is not necessarily limited thereto, and the PCR may be used without limitation as long as it is used in the art.

또한 상기 검출 방법은 상기 PCR 수행 후, 메틸화된 표적 유전자의 시퀀싱 분석 단계;를 더 포함할 수 있다. In addition, the detection method may further include a sequencing analysis step of the methylated target gene after the PCR is performed.

또한 본 발명은 메틸화가 일어날 수 있는 표적 유전자의 비메틸화 염기와 특이적으로 결합할 수 있는 프로브를 포함하는, 상술한 유전자의 메틸화 검출 방법을 사용하기 위한 키트를 제공한다.The present invention also provides a kit for using the above-described method for detecting methylation of a gene, comprising a probe capable of specifically binding to an unmethylated base of a target gene in which methylation can occur.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 자세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 하나의 예시에 해당하는 것으로서 본 발명의 범위가 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. The following examples correspond to one example for describing the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by the examples.

[실시예 1]. Abasic PNA 프로브 및 메틸-친화성 분자를 이용한 유전자의 융해 곡선 분석[Example 1]. Dissolution curve analysis of genes using Abasic PNA probes and methyl-affinity molecules

형광 표지(5'-FAM, 3'-Dabcyl)한 서열번호 4의 PNA 프로브(파나진, 한국) 1μM, 표적 유전자와 동일한 염기 서열을 가지며 비메틸화된 서열번호 5의 DNA 올리고머(Integrated DNA technologies, 미국) 또는 표적 유전자인 서열번호 6의 메틸화 DNA 올리고머(Integrated DNA technologies, 미국) 1μM, TMAC(Trimethylammonuim chloride)(Sigma aldrich, 미국) 1 M 및 PCR 증폭용액(시선바이오머티리얼스, 한국)을 넣고 혼합한 뒤, 실시간 유전자 증폭기(Real Time PCR machine, CFX96TM Real Time PCR System, 바이로라드, 미국)를 이용하여 융해 곡선 분석을 수행하였다. 95 ℃에서 5분 동안 반응 후, 30 ℃까지 온도를 낮추고, 30 ℃부터 90 ℃까지 1 ℃씩 상승시키며, 형광을 측정하면서 용해 곡선 분석을 수행하였다. 상기 실험에 사용된 서열은 하기 표 1과 같다.Fluorescently labeled (5'-FAM, 3'-Dabcyl) PNA probe of SEQ ID NO: 4 (Panagene, Korea) 1 μM, unmethylated DNA oligomer of SEQ ID NO: 5 having the same nucleotide sequence as the target gene (Integrated DNA technologies, USA) ) or the target gene, methylated DNA oligomer of SEQ ID NO: 6 (Integrated DNA technologies, USA) 1 μM, TMAC (Trimethylammonuim chloride) (Sigma aldrich, USA) 1 M and PCR amplification solution (Sisun Biomaterials, Korea) was added and mixed Then, a melting curve analysis was performed using a real-time gene amplifier (Real Time PCR machine, CFX96 TM Real Time PCR System, Bayrorad, USA). After reaction at 95 °C for 5 minutes, the temperature was lowered to 30 °C, and the temperature was increased by 1 °C from 30 °C to 90 °C, and dissolution curve analysis was performed while measuring fluorescence. The sequences used in the experiment are shown in Table 1 below.

실시예 1에 따른 융해 곡선 분석 결과는 도 2a에 도시되었다.The melting curve analysis result according to Example 1 is shown in FIG. 2A.

Figure pat00001
Figure pat00001

[비교예 1]. Abasic PNA 프로브를 이용한 유전자의 융해 곡선 분석[Comparative Example 1]. Analysis of the melting curve of genes using Abasic PNA probes

TMAC를 사용하지 않은 것을 제외하면, 실시예 1과 동일하게 융해 곡선 분석을 수행하였다. 비교예 1에 따른 융해 곡선 분석 결과는 도 2a에 도시되었다.A melting curve analysis was performed in the same manner as in Example 1, except that TMAC was not used. The melting curve analysis result according to Comparative Example 1 is shown in FIG. 2A.

[비교예 2-1]. DNA 프로브를 이용한 유전자의 융해 곡선 분석[Comparative Example 2-1]. Analysis of melting curves of genes using DNA probes

서열번호 1번의 DNA 프로브를 사용한 것을 제외하면, 비교예 1과 동일하게 융해 곡선 분석을 수행하였다. 비교예 2-1에 따른 융해 곡선 분석 결과는 도 2b에 도시되었다.A melting curve analysis was performed in the same manner as in Comparative Example 1, except that the DNA probe of SEQ ID NO: 1 was used. The melting curve analysis result according to Comparative Example 2-1 is shown in FIG. 2B.

[비교예 2-2]. DNA 프로브를 이용한 유전자의 융해 곡선 분석[Comparative Example 2-2]. Analysis of melting curves of genes using DNA probes

서열번호 1번의 DNA 프로브를 사용한 것을 제외하면, 실시예 1과 동일하게 융해 곡선 분석을 수행하였다. 비교예 2-2에 따른 융해 곡선 분석 결과는 도 2b에 도시되었다.A melting curve analysis was performed in the same manner as in Example 1, except that the DNA probe of SEQ ID NO: 1 was used. The melting curve analysis result according to Comparative Example 2-2 is shown in FIG. 2B.

[비교예 3-1]. PNA 프로브를 이용한 유전자의 융해 곡선 분석[Comparative Example 3-1]. Analysis of the melting curve of genes using PNA probes

서열번호 2번의 PNA 프로브를 사용한 것을 제외하면, 비교예 1과 동일하게 융해 곡선 분석을 수행하였다. 비교예 3-1에 따른 융해 곡선 분석 결과는 도 2c에 도시되었다.A melting curve analysis was performed in the same manner as in Comparative Example 1, except that the PNA probe of SEQ ID NO: 2 was used. The melting curve analysis result according to Comparative Example 3-1 is shown in FIG. 2C.

[비교예 3-2]. PNA 프로브를 이용한 유전자의 융해 곡선 분석[Comparative Example 3-2]. Analysis of the melting curve of genes using PNA probes

서열번호 2번의 PNA 프로브를 사용한 것을 제외하면, 실시예 1과 동일하게 융해 곡선 분석을 수행하였다. 비교예 3-2에 따른 융해 곡선 분석 결과는 도 2c에 도시되었다.A melting curve analysis was performed in the same manner as in Example 1, except that the PNA probe of SEQ ID NO: 2 was used. The melting curve analysis result according to Comparative Example 3-2 is shown in FIG. 2C.

[비교예 4-1]. 불일치 PNA 프로브를 이용한 유전자의 융해 곡선 분석[Comparative Example 4-1]. Analysis of the melting curve of genes using mismatched PNA probes

서열번호 3번의 불일치 PNA(mismatch PNA) 프로브를 사용한 것을 제외하면, 비교예 1과 동일하게 융해 곡선 분석을 수행하였다. 비교예 4-1에 따른 융해 곡선 분석 결과는 도 2d에 도시되었다.A melting curve analysis was performed in the same manner as in Comparative Example 1, except that a mismatch PNA probe of SEQ ID NO: 3 was used. The melting curve analysis result according to Comparative Example 4-1 is shown in FIG. 2D.

[비교예 4-2]. PNA 프로브를 이용한 유전자의 융해 곡선 분석[Comparative Example 4-2]. Analysis of the melting curve of genes using PNA probes

서열번호 3번의 불일치 PNA 프로브를 사용한 것을 제외하면, 실시예 1과 동일하게 융해 곡선 분석을 수행하였다. 비교예 4-2에 따른 융해 곡선 분석 결과는 도 2d에 도시되었다.A melting curve analysis was performed in the same manner as in Example 1, except that the mismatched PNA probe of SEQ ID NO: 3 was used. The melting curve analysis result according to Comparative Example 4-2 is shown in FIG. 2D.

[실시예 2]. 제한효소 첨가에 따른 Abasic PNA 프로브 및 메틸-친화성 분자를 이용한 메틸화 검출[Example 2]. Methylation Detection Using Abasic PNA Probe and Methyl-affinity Molecules Following Restriction Enzyme Addition

비메틸화 컨트롤 DNA 시료로서 MGMT 유전자의 CpG 섬의 해당 염기서열 부분이 메틸화되지 않는 것으로 알려져 있는 Hela 세포주 (NEB사, 미국)에서 추출한 DNA 및 메틸화된 DNA 시료로서 상기 유전자가 메틸화되어 있는 대표적인 교모세포종 세포주 U-87에서 (ATCC, 미국) 추출한 DNA를 이용하여 실험을 진행하였다. 상기 세포주에서 분리된 gDNA 각각 10ng을 이용하여 MSRE(methylation specific restriction enzyme) HhaI를 첨가 또는 첨가하지 않은 증폭액 (시선바이오머트리얼스, 한국) 및 PNA 프로브 서열 번호 2 또는 4를 이용하여 메틸화 분석 PCR(CFX-96 Real-time)을 실시하였다. As a non-methylation control DNA sample, the DNA sample and methylated DNA sample extracted from the Hela cell line (NEB, USA), which is known to not methylate the nucleotide sequence portion of the CpG island of the MGMT gene, is a representative glioblastoma cell line in which the gene is methylated. Experiments were conducted using DNA extracted from U-87 (ATCC, USA). Methylation analysis PCR using 10ng of gDNA isolated from the cell line, respectively, amplification solution with or without MSRE (methylation specific restriction enzyme) HhaI (Sissun Biomaterials, Korea) and PNA probe SEQ ID NO: 2 or 4 (CFX-96 Real-time) was performed.

PCR 증폭 조건은 다음과 같다. 37 ℃에서 15분 및 95 ℃에서 5분 처리 후, 95 ℃ 에서 30초, 56 ℃에서 30초, 58 ℃에서 30초로 총 45회 수행하였으며, 단일 가닥 표적 핵산을 생성하기 위해 비대칭 PCR(asymmetric PCR)을 이용하였다. 비대칭 PCR의 조건은 다음과 같다. 10 ㎕ PCR 증폭용액, 1uM forward primer (서열번호 7), 0.1 uM reverse primer (서열번호 8), 0.1uM 비메틸화 특이 abasic PNA 프로브 (서열번호 4), 10ng gDNA, 1M TMAC, 제한 효소 HhaI 2.5 Unit (NEB사, 미국)를 첨가 또는 미첨가한 후, 총 부피가 20 ㎕ 되도록 증류수를 첨가하여 실시간 PCR을 실시하였다. PCR을 수행한 결과는 도 3a에 도시되었다.PCR amplification conditions are as follows. After 15 minutes at 37°C and 5 minutes at 95°C, a total of 45 times were performed: 30 seconds at 95°C, 30 seconds at 56°C, and 30 seconds at 58°C. ) was used. The conditions for asymmetric PCR are as follows. 10 μl PCR amplification solution, 1 uM forward primer (SEQ ID NO: 7), 0.1 uM reverse primer (SEQ ID NO: 8), 0.1 uM unmethylated specific abasic PNA probe (SEQ ID NO: 4), 10 ng gDNA, 1 M TMAC, restriction enzyme HhaI 2.5 Unit (NEB, USA) was added or not, distilled water was added so that the total volume was 20 μl, and real-time PCR was performed. The results of PCR are shown in Fig. 3a.

U-87 세포주에서 추출한 메틸화된 DNA(상단 그래프)의 경우 제한효소 첨가 유무에 따라 증폭 효율의 차이는 확인되지 않았으나, 비메틸화된 세포주에서 추출한 DNA의 경우 제한효소 첨가에 따라 ΔCt 값의 차이가 9를 나타내어, 비교예 5에 따른 일반 PNA 프로브를 사용했을 때 5를 나타내는 것과 비교하여 1.8배 상승하여, 증폭 효율의 차가 현저히 증가하였음을 확인할 수 있었다. In the case of methylated DNA extracted from the U-87 cell line (upper graph), no difference in amplification efficiency was confirmed depending on the addition of restriction enzymes, but in the case of DNA extracted from unmethylated cell lines, the difference in ΔC t values was observed according to the addition of restriction enzymes. 9, which was 1.8 times higher than that of 5 when the general PNA probe according to Comparative Example 5 was used, confirming that the difference in amplification efficiency was significantly increased.

[비교예 5]. 제한효소 첨가에 따른 일반 PNA 프로브 및 메틸-친화성 분자를 이용한 메틸화 검출[Comparative Example 5]. Methylation detection using general PNA probes and methyl-affinity molecules following addition of restriction enzymes

0.1uM 비메틸화 특이 abasic PNA 프로브 (서열번호 4) 대신 0.1uM PNA 프로브 (서열번호 2)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 PCR을 수행하였다. 그 결과는 도 3b에 도시되었다.PCR was performed in the same manner as in Example 2, except that 0.1 uM PNA probe (SEQ ID NO: 2) was used instead of 0.1 uM unmethylated specific abasic PNA probe (SEQ ID NO: 4). The result is shown in Fig. 3b.

U-87 세포주에서 추출한 메틸화된 DNA(상단 그래프)의 경우 제한효소 첨가 유무에 따라 증폭 효율의 차이는 확인되지 않았으나, 비메틸화된 세포주에서 추출한 DNA의 경우 제한효소 첨가에 따라 ΔCt 값의 차이가 5를 나타내었다. 이는 비메틸화 특이적 PNA 프로브를 사용한 실시예 2에 비하여 훨씬 낮은 값이다.In the case of methylated DNA extracted from the U-87 cell line (upper graph), no difference in amplification efficiency was confirmed depending on the addition of restriction enzymes, but in the case of DNA extracted from unmethylated cell lines, the difference in ΔC t values was observed according to the addition of restriction enzymes. 5 is shown. This is a much lower value compared to Example 2 using a non-methylation-specific PNA probe.

[실험예 1]. 프로브별 종류에 따른 메틸화 검출법의 민감도 테스트[Experimental Example 1]. Sensitivity test of methylation detection method according to probe type

PNA 프로브의 표적 부위의 시토신이 95% 이상 메틸화된 것으로 측정된 U-87 gDNA를 상기 표적 부위의 시토신이 0% 메틸화된 것으로 측정된 대조 샘플인 Hela gDNA와 0.5%, 1%, 5%, 10%, 25%, 50% 로 혼합 또는 혼합하지 않은 U-87, Hela gDNA를 표적으로 하여 DNA 프로브, 일반 PNA 프로브 및 비메틸화 특이 abasic PNA 프로브를 이용하여 메틸화 분석 PCR(CFX-96 Real-time)을 실시하였다.U-87 gDNA in which the cytosine of the target site of the PNA probe was determined to be 95% or more methylated was compared with Hela gDNA, a control sample in which the cytosine of the target site was determined to be 0% methylated, and 0.5%, 1%, 5%, 10 Methylation analysis PCR (CFX-96 Real-time) using DNA probes, general PNA probes, and non-methylation specific abasic PNA probes targeting U-87, Hela gDNA mixed or unmixed at %, 25%, 50% was carried out.

PCR 증폭 조건은 실시예 2와 동일하며, 비대칭 PCR의 조건은 다음과 같다. 10㎕ PCR 증폭용액, 1 uM forward primer (서열번호 7), 0.1 uM reverse primer (서열번호 8), 0.1 uM PNA 프로브 (서열번호 2) 또는 0.1 uM 비메틸화 특이 PNA 프로브 (서열번호 4) 또는 0.1 uM DNA 프로브 (서열번호 3), 10ng gDNA, 1M TMAC, 제한효소 HhaI 2.5 Unit를 혼합한 후, 총 부피가 20 ㎕ 되도록 증류수를 첨가하여 실시간 PCR을 실시하였다.PCR amplification conditions are the same as in Example 2, and asymmetric PCR conditions are as follows. 10 μl PCR amplification solution, 1 uM forward primer (SEQ ID NO: 7), 0.1 uM reverse primer (SEQ ID NO: 8), 0.1 uM PNA probe (SEQ ID NO: 2) or 0.1 uM unmethylated specific PNA probe (SEQ ID NO: 4) or 0.1 After mixing uM DNA probe (SEQ ID NO: 3), 10ng gDNA, 1M TMAC, and 2.5 units of restriction enzyme HhaI, distilled water was added so that the total volume was 20 μl, and real-time PCR was performed.

상기 PCR 실시에 따른 Ct값은 하기 표 2에 나타내었다.The C t values according to the PCR are shown in Table 2 below.

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 음영으로 표시된 일반 PNA 및 DNA 프로브의 메틸화 1%, 0.5% 및 0% 구간의 경우, Ct 차이가 확인되지 않은 것으로 보아 5% 이하의 메틸화 유전자를 포함한 표적 유전자에서는 메틸화 검출이 불가능한 것을 의미한다. 즉, 상기 일반 PNA 및 DNA 프로브 이용시, 검출 한계가 약 5%인 것을 확인할 수 있었다.In the case of 1%, 0.5%, and 0% methylation sections of the general PNA and DNA probes indicated by the shades, since the Ct difference was not confirmed, it means that methylation detection is not possible in the target gene including 5% or less methylated genes. That is, it was confirmed that the detection limit was about 5% when using the general PNA and DNA probes.

이에 반해, 비메틸화 특이 PNA 프로브를 이용한 본 발명에 따른 검출방법을 이용하는 경우, 0.5%의 메틸화된 DNA를 포함한 검체까지 검출이 가능하다는 것을 확인하였다.On the other hand, it was confirmed that, when the detection method according to the present invention using a non-methylated specific PNA probe was used, it was possible to detect up to a sample containing 0.5% methylated DNA.

도 4는 상기 실험 결과를 그래프로 나타낸 것으로서, MGMT 유전자가 메틸화되지 않은 표준 세포(Hela)와 MGMT이 약 95% 메틸화된 U-87 세포에서 분리된 DNA의 비율별 조합을 통한 메틸화 검출 성능 및 민감도를 확인할 수 있다. 4 is a graph showing the experimental results, methylation detection performance and sensitivity through a ratio-specific combination of DNA isolated from standard cells (Hela) in which the MGMT gene is not methylated and U-87 cells in which MGMT is about 95% methylated. can be checked.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and it is possible to carry out various modifications within the scope of the claims, the description of the invention and the accompanying drawings, and this also It is natural to fall within the scope.

Claims (12)

메틸화가 일어날 수 있는 표적 유전자에 비메틸화 유전자의 염기와 특이적으로 결합할 수 있는 프로브를 처리하는 단계;
상기 표적 유전자에 메틸-친화성 분자를 처리하는 단계;
상기 표적 유전자에 대한 PCR(Polymerase Chain Reaction)을 수행하는 단계; 및
상기 PCR에 의한 융해 곡선을 분석하여, ΔTm(melting temperature) 및 ΔCt(cycle threshold) 중 적어도 하나 이상을 산출하는 단계;를 포함하는, 비메틸화 유전자 프로브를 이용한 유전자의 메틸화 검출 방법
(상기 ΔTm = Tm (표적 유전자) - Tm (표적 유전자와 동일한 염기서열로 이루어진 메틸화 되지 않은 유전자) 이고, 상기 ΔCt = Ct (표적 유전자) - Ct (표적 유전자와 동일한 염기서열로 이루어진 메틸화 되지 않은 유전자)이다).
treating a target gene capable of methylation with a probe capable of specifically binding to a base of an unmethylated gene;
treating the target gene with a methyl-affinity molecule;
performing PCR (Polymerase Chain Reaction) on the target gene; and
Analyzing the melting curve by the PCR, calculating at least one of ΔT m (melting temperature) and ΔC t (cycle threshold); Containing, Method for detecting methylation of a gene using a non-methylated gene probe
(the ΔT m = T m (target gene) - T m (unmethylated gene consisting of the same nucleotide sequence as the target gene) , and the ΔC t = C t (target gene) - C t (the same nucleotide sequence as the target gene) is an unmethylated gene consisting of).
제 1항에 있어서,
상기 표적 유전자에 프로브를 처리하기 전, 제한효소를 처리하여 비메틸화 부위를 선택적으로 절단하는 단계;를 더 포함하는, 유전자의 메틸화 검출 방법.
The method of claim 1,
Prior to treating the target gene with the probe, treating the target gene with a restriction enzyme to selectively cut the unmethylated site; further comprising, a method for detecting gene methylation.
제 2항에 있어서,
상기 제한효소는 HgaI, HhaI, Hinp1I, HpaI, SacII, AccII, Ava, BssHII, BstUI, HpaII, AatII, AciI, AcII, AfeI, AscI, Agel, BceAIBmgBI, BsaAI, BsaHI, BsiEI, BspDI, BstBI, ClaI, HaeII, KasI, NaeI, NarI, NgoMIV, NotI, NruI, Nt.BsmAI, PaeR7I, PluTI, PmlI, PvuI, RsrII, SacII, SalI, SfoI, SgrAI, SmaI, SnaBI, SrfI, TspMI, ZraI 또는 이들의 조합인, 유전자의 메틸화 검출 방법.
3. The method of claim 2,
The restriction enzymes are HgaI, HhaI, Hinp1I, HpaI, SacII, AccII, Ava, BssHII, BstUI, HpaII, AatII, AciI, AcII, AfeI, AscI, Agel, BceAIBmgBI, BsaAI, BsaHI, BsiEI, BspDI, BstBI, ClaI, BstBI, HaeII, KasI, NaeI, NarI, NgoMIV, NotI, NruI, Nt.BsmAI, PaeR7I, PluTI, PmlI, PvuI, RsrII, SacII, SalI, SfoI, SgrAI, SmaI, SnaBI, SrfI, TspMI, ZraI, or a combination thereof , a method for detecting gene methylation.
제 1항에 있어서,
상기 메틸-친화성 분자는 테트라메틸암모늄(tetramethyl ammonium: TMA)인, 유전자의 메틸화 검출 방법.
The method of claim 1,
The methyl-affinity molecule is tetramethyl ammonium (TMA), a method for detecting methylation of a gene.
제 1항에 있어서,
상기 프로브는 올리고뉴클레오티드(Oligonucleotide), LNA(Locked Nucleic Acid), PNA(Peptide Nucleic Acid) 및 이들의 혼합으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인, 유전자의 메틸화 검출 방법.
The method of claim 1,
The probe is any one or two or more selected from the group consisting of oligonucleotides, Locked Nucleic Acid (LNA), Peptide Nucleic Acid (PNA), and mixtures thereof, gene methylation detection method.
제 1항에 있어서,
상기 프로브는 표적 유전자의 메틸화 염기와 상보적 결합하는 위치에 염기를 포함하지 않는 변형 PNA 프로브인, 유전자의 메틸화 검출 방법.
The method of claim 1,
The method for detecting methylation of a gene, wherein the probe is a modified PNA probe that does not include a base at a position complementary to the methylation base of the target gene.
제 1항에 있어서,
상기 유전자의 메틸화는 유전자가 메틸화된 염기서열, 하이드록시 메틸화된 염기서열, 포르밀 메틸화된 염기서열, 카르복실 메틸화된 염기서열 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 유전자의 메틸화 검출 방법.
The method of claim 1,
The methylation of the gene is a methylation detection method of a gene, including a methylated nucleotide sequence, a hydroxymethylated nucleotide sequence, a formyl methylated nucleotide sequence, a carboxyl methylated nucleotide sequence, or a combination thereof.
제 1항에 있어서,
상기 검출 방법은 표준 PCR, 실시간 PCR(Real Time PCR), 디지털 PCR, 등온 PCR(Isothermal PCR), 메틸화 특이적 PCR(Methylation specific PCR), 실시간 메틸화 특이적 PCR(Real Time Methylation specific PCR), 질량 PCR, DNA 칩, DNA FISH (Fluorescence in situ hybridization)에서 선택되는 어느 하나 이상인, 유전자의 메틸화 검출 방법.
The method of claim 1,
The detection method includes standard PCR, real time PCR, digital PCR, isothermal PCR, methylation specific PCR, real time methylation specific PCR, mass PCR , DNA chip, DNA FISH (Fluorescence in situ hybridization) any one or more selected from the, gene methylation detection method.
제 1항에 있어서,
상기 표적 유전자의 메틸화 검출 한계가 1 % 미만인, 유전자의 메틸화 검출 방법.
The method of claim 1,
A method for detecting methylation of a gene, wherein the methylation detection limit of the target gene is less than 1%.
제 1항에 있어서,
상기 프로브는 리포터, 소광자, 인터컬레이팅 형광 물질 또는 이들의 조합으로 표지된 것인, 유전자의 메틸화 검출 방법.
The method of claim 1,
Wherein the probe is labeled with a reporter, a quencher, an intercalating fluorescent substance, or a combination thereof.
제 1항에 있어서,
상기 PCR 수행 후, 메틸화된 표적 유전자의 시퀀싱 분석 단계;를 더 포함하는, 유전자의 메틸화 검출 방법.
The method of claim 1,
After performing the PCR, sequencing analysis step of the methylated target gene; further comprising, a gene methylation detection method.
메틸화가 일어날 수 있는 표적 유전자의 비메틸화 염기와 특이적으로 결합할 수 있는 프로브를 포함하는, 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 따른 유전자의 메틸화 검출 방법에 사용하기 위한 키트.A kit for use in the method for detecting methylation of a gene according to any one of claims 1 to 10, comprising a probe capable of specifically binding to an unmethylated base of a target gene capable of methylation.
KR1020200188768A 2020-12-31 2020-12-31 Method and kits for detecting methylation of gene using non-methylation specific probe KR20220096382A (en)

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