RU2182708C2 - Method of multiple parallel screening of binding specificity of biologically active compounds with nucleic acids using biochip (versions) - Google Patents

Method of multiple parallel screening of binding specificity of biologically active compounds with nucleic acids using biochip (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2182708C2
RU2182708C2 RU2000109793/13A RU2000109793A RU2182708C2 RU 2182708 C2 RU2182708 C2 RU 2182708C2 RU 2000109793/13 A RU2000109793/13 A RU 2000109793/13A RU 2000109793 A RU2000109793 A RU 2000109793A RU 2182708 C2 RU2182708 C2 RU 2182708C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
biochip
oligonucleotides
melting
compound
immobilized
Prior art date
Application number
RU2000109793/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000109793A (en
Inventor
А.Д. Мирзабеков
А.С. Заседателев
А.С. Крылов
О.А. Заседателева
Д.В. Прокопенко
Original Assignee
Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН filed Critical Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН
Priority to RU2000109793/13A priority Critical patent/RU2182708C2/en
Publication of RU2000109793A publication Critical patent/RU2000109793A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2182708C2 publication Critical patent/RU2182708C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/00497Features relating to the solid phase supports
    • B01J2219/00527Sheets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/00497Features relating to the solid phase supports
    • B01J2219/00527Sheets
    • B01J2219/00529DNA chips
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/00585Parallel processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/00596Solid-phase processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/00603Making arrays on substantially continuous surfaces
    • B01J2219/00605Making arrays on substantially continuous surfaces the compounds being directly bound or immobilised to solid supports
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/00603Making arrays on substantially continuous surfaces
    • B01J2219/00605Making arrays on substantially continuous surfaces the compounds being directly bound or immobilised to solid supports
    • B01J2219/00608DNA chips
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/00603Making arrays on substantially continuous surfaces
    • B01J2219/00659Two-dimensional arrays
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/0068Means for controlling the apparatus of the process
    • B01J2219/00702Processes involving means for analysing and characterising the products
    • B01J2219/00707Processes involving means for analysing and characterising the products separated from the reactor apparatus
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00718Type of compounds synthesised
    • B01J2219/0072Organic compounds
    • B01J2219/00722Nucleotides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C40COMBINATORIAL TECHNOLOGY
    • C40BCOMBINATORIAL CHEMISTRY; LIBRARIES, e.g. CHEMICAL LIBRARIES
    • C40B40/00Libraries per se, e.g. arrays, mixtures
    • C40B40/04Libraries containing only organic compounds
    • C40B40/06Libraries containing nucleotides or polynucleotides, or derivatives thereof

Abstract

FIELD: molecular biology, medicine, pharmacology, environment protection. SUBSTANCE: biochip with immobilized oligonucleotides is prepared and hybridization of these nucleotides with a mixture of nonself-complementary oligonucleotides labeled with fluorescent label is carried out. Double-stranded oligonucleotides are formed on biochip that's are subjected for melting recording data and biochip is washed out. The repeated hybridization is carried out with the same mixture of oligonucleotides labeled with fluorescent label followed by incubation of biochip with the compound to be studied. Double-stranded oligonucleotides are melted again on biochip being these nucleotides are in complex with biologically active compound to be studied. Data are recorded and melting points of double-stranded oligonucleotides are determined in the presence and absence of compound to be studied and difference of melting point is measured. Based on total data obtained the specificity of binding of compound to be studied is determined. The universal biochip where in its units all possible hexanucleotides are immobilized is used preferably. Fluorescent dye can be Texas red (Texas Red). Oligonucleotides are melted using a thermotable. The mass of experimental data is treated using the computer program preferably. Dye Hoechst 33258 or protein HU can be used as compound to be studied. By the second variant method involves incubation of biochip with fluorescent compound to be studied immediately after preparing biochip with oligonucleotides immobilized on its. Method ensures to carry out the comparative experimental analysis of relationship degree of chemical compound to all possible sequences of nucleic acid in the range of binding site. EFFECT: improved method of screening. 20 cl, 8 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к молекулярной биологии, фармакологии, медицине и охране окружающей среды и рассматривает способ определения относительного сродства к связыванию природных и химических биологически активных соединений с нуклеиновыми кислотами со всеми возможными последовательностями нуклеотидов в пределах участка заданного размера нуклеиновой кислоты. Специфичность связывания химических соединений с различными последовательностями нуклеиновых кислот анализируют с помощью универсального олигонуклеотидного биочипа, в ячейках которого иммобилизованы все возможные последовательности синтетических олигонуклеотидов определенной длины. The invention relates to molecular biology, pharmacology, medicine and environmental protection and considers a method for determining the relative affinity for binding natural and chemical biologically active compounds with nucleic acids to all possible nucleotide sequences within a region of a given nucleic acid size. The specificity of the binding of chemical compounds to different nucleic acid sequences is analyzed using a universal oligonucleotide biochip, in whose cells all possible sequences of synthetic oligonucleotides of a certain length are immobilized.

Изобретение также включает оригинальную методику подготовки универсального олигонуклеотидного биочипа к процедуре анализа специфичности связывания химических соединений с различными последовательностями, методику регистрации, анализа и интерпретации полученных результатов. The invention also includes an original method for preparing a universal oligonucleotide biochip for the analysis of the specificity of binding of chemical compounds with different sequences, a method for recording, analyzing and interpreting the results.

Предшествующий уровень техники
Множество соединений тестируют и анализируют на способность специфически связываться с определенной последовательностью пар оснований ДНК, среди этих соединений присутствуют регуляторы репликации, транскрипции и трансляции - потенциальные лекарства для лечения определенных заболеваний. Представляет также интерес выявление всех последовательностей нуклеиновых кислот, с которыми способно специфически взаимодействовать то или иное соединение, попадающее в человеческий организм, поскольку необходимо предвидеть возможные негативные последствия таких взаимодействий, если соответствующие последовательности входят в состав генов или регуляторных участков генома человека.
State of the art
Many compounds are tested and analyzed for the ability to specifically bind to a specific DNA base pair sequence, and among these compounds there are replication, transcription and translation regulators - potential drugs for the treatment of certain diseases. It is also of interest to identify all nucleic acid sequences with which this or that compound entering the human body can specifically interact, since it is necessary to anticipate the possible negative consequences of such interactions if the corresponding sequences are part of the genes or regulatory regions of the human genome.

Такой скрининг включает тестирование соединений на специфичность связывания и стабильность их комплексов с нуклеиновыми кислотами. Наиболее исчерпывающие результаты были достигнуты в ходе экспериментов по связыванию и плавлению с последующим сравнительным термодинамическим анализом комплексов лиганда с нуклеиновыми кислотами различной последовательности. Однако такой анализ комплексов в растворе требует больших усилий и времени. Such screening involves testing compounds for binding specificity and the stability of their complexes with nucleic acids. The most comprehensive results were achieved during experiments on binding and melting, followed by comparative thermodynamic analysis of ligand complexes with nucleic acids of various sequences. However, such an analysis of complexes in solution requires a lot of effort and time.

Альтернативные, более простые и удобные в практическом отношении процедуры анализа избирательности связывания различных соединений с определенными последовательностями пар оснований ДНК включают два основных подхода:
I. Защита нуклеиновой кислоты в составе комплекса с химическим или природным соединением от химической модификации, действия нуклеаз, футпринтинг;
Maxam A. , Mirzabekov A. and Gilbert W. (1976). In: Control of Ribosome Synthesis (Alfred Benzon Symp. IX), p. 139.
Alternative, simpler and more practical practical procedures for analyzing the selectivity of binding of various compounds to specific DNA base pair sequences include two main approaches:
I. Nucleic acid protection as part of a complex with a chemical or natural compound from chemical modification, the action of nucleases, footprinting;
Maxam A., Mirzabekov A. and Gilbert W. (1976). In: Control of Ribosome Synthesis (Alfred Benzon Symp. IX), p. 139.

Fox K.R. (1997) Methods Mol. Biol., 90, 1-22. Fox K.R. (1997) Methods Mol. Biol., 90, 1-22.

Petri V. and Brenowitz M. (1997) Curr. Opin. Biotechnol., 8, 36-44. Petri V. and Brenowitz M. (1997) Curr. Opin. Biotechnol., 8, 36-44.

II. Разделение комплексов с помощью электрофореза;
Hamdan I.I., Skellern G.G. and Waigh R.D. (1998) Nucleic Acids Res., 26, 3053-3058.
II. Separation of complexes by electrophoresis;
Hamdan II, Skellern GG and Waigh RD (1998) Nucleic Acids Res., 26, 3053-3058.

Принципиальным недостатком перечисленных выше подходов является существенное ограничение по количеству анализируемых последовательностей. Эти методы не дают возможности осуществить сравнительный экспериментальный анализ степени сродства химического соединения ко всем возможным последовательностям нуклеиновой кислоты в пределах участка связывания. The principal drawback of the above approaches is a significant limitation on the number of analyzed sequences. These methods make it impossible to carry out a comparative experimental analysis of the degree of affinity of the chemical compound for all possible nucleic acid sequences within the binding site.

Данные недостатки устраняются в настоящем изобретении. These disadvantages are eliminated in the present invention.

Сущность изобретения
Сущность изобретения заключается в разработке способа множественного параллельного скрининга специфичности связывания биологически активных соединений с двухцепочечными нуклеиновыми кислотами с использованием биочипа, включающего изготовление биочипа с иммобилизованными на нем олигонуклеотидами, гибридизацию иммобилизованных на биочипе олигонуклеотидов со смесью флуоресцентно меченных олигонуклеотидов для формирования на биочипе дуплексов, плавление дуплексов с одновременной регистрацией данных и после отмывки биочипа повторную гибридизацию с той же смесью олигонуклеотидов с последующей инкубацией с изучаемым соединением. После повторного плавления на биочипе определяют разности температур плавления дуплексов в комплексе с изучаемым соединением и в свободном состоянии, на основе чего определяется специфичность взаимодействия изучаемого соединения с двухцепочечными нуклеиновыми кислотами.
SUMMARY OF THE INVENTION
The essence of the invention lies in the development of a method for multiple parallel screening of the specificity of binding of biologically active compounds to double-stranded nucleic acids using a biochip, including the production of a biochip with oligonucleotides immobilized on it, hybridization of oligonucleotides immobilized on a biochip with a mixture of fluorescently labeled oligonucleotides for simultaneous data recording and after washing the biochip repeat polar hybridizes with the same oligonucleotide mixture followed by incubation with the test compound. After repeated melting on a biochip, the differences in the melting points of duplexes in complex with the studied compound and in the free state are determined, based on which the specificity of the interaction of the studied compound with double-stranded nucleic acids is determined.

Способ предусматривает использование универсального биочипа, в ячейках которого иммобилизованы все возможные гексануклеотиды в количестве 46=4096 и смеси флуоресцентно меченных несамокомплементарных олигонуклеотидов, каждый из которых комплементарен олигонуклеотиду, иммобилизованному на универсальном биочипе. В качестве флуоресцентного красителя можно использовать, например, Техасский красный (Texas Red). Плавление олигонуклеотидных дуплексов, иммобилизованых на биочипе, проводят с помощью специального термостолика, а регистрацию плавления проводят с помощью флуоресцентного микроскопа, оборудованного высокочувствительной телекамерой, подключенной к компьютеру. Массив экспериментальных данных, полученных в ходе плавления, обрабатывают с помощью специальной компьютерной программы, которая вычисляет температуры плавления Тпл двухцепочечных олигонуклеотидов в присутствии и в отсутствии изучаемого соединения и вычисляет величины сдвига Тпл для всех двухцепочечных олигонуклеотидов, иммобилизованных на биочипе, на основе которых определяется специфичность взаимодействия. С помощью этого способа можно анализировать различные соединения, в частности низкомолекулярные или высокомолекулярные химические, природные или рекомбинантные.The method involves the use of a universal biochip, in the cells of which all possible hexanucleotides in an amount of 4 6 = 4096 and a mixture of fluorescently labeled non-self-complementary oligonucleotides, each of which is complementary to an oligonucleotide immobilized on a universal biochip, are immobilized. As a fluorescent dye, for example, Texas Red can be used. The oligonucleotide duplexes immobilized on the biochip are melted using a special thermostol, and the melting is recorded using a fluorescence microscope equipped with a highly sensitive camera connected to a computer. An array of experimental data obtained during melting is processed using a special computer program that calculates the melting temperature T PL of double-stranded oligonucleotides in the presence and absence of the studied compound and calculates the shift values of T PL for all double-stranded oligonucleotides immobilized on a biochip, based on which it is determined specificity of interaction. Using this method, various compounds can be analyzed, in particular low molecular weight or high molecular weight chemical, natural or recombinant.

Способ множественного параллельного скрининга специфичности связывания биологически активных соединений с одноцепочечными нуклеиновыми кислотами с использованием биочипа включает изготовление биочипа с иммобилизованными на нем олигонуклеотидами; инкубацию биочипа с флуоресцирующим изучаемым соединением; плавление на биочипе комплексов олигонуклеотидов с флуоресцирующим изучаемым соединением с определением температуры плавления и определение специфичности связывания изучаемого соединения с нуклеиновыми кислотами. A method for multiple parallel screening of the specificity of binding of biologically active compounds to single-stranded nucleic acids using a biochip involves the manufacture of a biochip with oligonucleotides immobilized thereon; incubation of a biochip with a fluorescent test compound; melting on a biochip of complexes of oligonucleotides with a fluorescent test compound with determining the melting temperature and determining the specificity of binding of the test compound to nucleic acids.

Способ также предусматривает использование универсального биочипа. Изучаемое соединение может быть природно флуоресцирующим или нести на себе флуоресцентную метку. В качестве флуоресцентной метки можно использовать краситель FITC. Плавление комплексов олигонуклеотидов с изучаемым веществом проводят с помощью специального термостолика, а регистрацию плавления проводят с помощью флуоресцентного микроскопа, оборудованного высокочувствительной телекамерой, подключенной к компьютеру. Массив экспериментальных данных, полученных в ходе плавления, обрабатывают с помощью специальной компьютерной программы, которая в дальнейшем определяет температуры плавления комплексов изучаемого соединения со всеми олигонуклеотидами, иммобилизованными на биочипе, на основе которых определяется специфичность взаимодействия. С помощью этого способа можно анализировать различные соединения, в частности низкомолекулярные или высокомолекулярные химические, природные или рекомбинантные. The method also involves the use of a universal biochip. The test compound may be naturally fluorescent or carry a fluorescent label. FITC dye can be used as a fluorescent label. The oligonucleotide complexes with the studied substance are melted using a special thermostol, and the melting is recorded using a fluorescence microscope equipped with a highly sensitive camera connected to a computer. An array of experimental data obtained during melting is processed using a special computer program that further determines the melting points of the complexes of the studied compound with all oligonucleotides immobilized on a biochip, on the basis of which the specificity of the interaction is determined. Using this method, it is possible to analyze various compounds, in particular low molecular weight or high molecular weight chemical, natural or recombinant.

Перечень фигур
Фигура 1. Неравновесные кривые плавления дуплексов ДНК на биочипах, снятые в присутствии (А) и в отсутствии (В) Hoechst. Двухцепочечный олигонуклеотид гель-МТТTТСGМ-3'/5'-МСGАAААМ-ТR-3' формировался при гибридизации смеси олигонуклеотидов 5'-MM(A/G)MM(A/G)MM-TexasRed на универсальном биочипе. Неравновесную температуру павления Тпл определяли как температуру, при которой гибридизационный сигнал уменьшается до 1/10 исходной величины, измеренной при 0oС. Степень сродства Hoechst к дуплексу определяли как ΔТпл= TплВ-TплА.
List of figures
Figure 1. Nonequilibrium melting curves of DNA duplexes on biochips, taken in the presence of (A) and in the absence of (B) Hoechst. The double-stranded oligonucleotide gel-MTTTTSGM-3 '/ 5'-MSGAAAAM-TR-3' was formed by hybridization of a 5'-MM (A / G) MM (A / G) MM-TexasRed oligonucleotide mixture on a universal biochip. The nonequilibrium temperature of the decrease in Tm was determined as the temperature at which the hybridization signal decreases to 1/10 of the initial value, measured at 0 o C. The degree of affinity of Hoechst to the duplex was determined as ΔT PL = T PLV -T PLA .

Фигура 2. Увеличение температуры плавления ΔТпл, вызванное связыванием Hoechst с дуплексами, сформированными на мирочипе. Универсальный 6-мерный биочип гибридизовали последовательно с двумя смесями флуоресцентно меченных олигонуклеотидов 5'-MM(A/G)MM(A/G)MM-TR и 5'-MM(A/C)MM(A/C)MM-TR в отсутствие и в присутствии Hoechst, после чего снимали кривые плавления дуплексов.Figure 2. The increase in the melting temperature ΔT PL caused by the binding of Hoechst with duplexes formed on the microchip. A universal 6-dimensional biochip was hybridized sequentially with two mixtures of fluorescently labeled oligonucleotides 5'-MM (A / G) MM (A / G) MM-TR and 5'-MM (A / C) MM (A / C) MM-TR in the absence and in the presence of Hoechst, after which the melting curves of the duplexes were recorded.

Дуплексы на биочипе расположены как двумерная матрица таким образом, что 5'-половины 6-меров, составляющих середину олигонуклеотида, располагаются построчно, а 3'-половины - по колонкам. Величина ΔТпл для дуплексов показана величиной черного сектора внутри круга для соответствующего элемента матрицы.Duplexes on the biochip are arranged as a two-dimensional matrix in such a way that the 5'-halves of the 6-mers that make up the middle of the oligonucleotide are arranged line by line, and the 3'-halves are arranged in columns. The value ΔT PL for duplexes is shown by the value of the black sector inside the circle for the corresponding matrix element.

Фигура 3. Гистограмма, показывающая число дуплексов N с указанным значением ΔТпл. Около 300 дуплексов имеют сильное сродство к Hoechst, соответствующие им величины ΔТпл>1.5oС (указаны стрелкой).Figure 3. A histogram showing the number of duplexes N with the indicated value ΔT pl . About 300 duplexes have a strong affinity for Hoechst, the corresponding values of ΔT PL > 1.5 o C (indicated by arrow).

Фигура 4. Неравновесные кривые плавления двухцепочечного олигонуклеотида на универсальном биочипе в отсутствии и присутствии белка HU. Figure 4. Nonequilibrium melting curves of a double-stranded oligonucleotide on a universal biochip in the absence and presence of HU protein.

Последовательность олигонуклеотида, иммобилизованного на биочипе: 5'-MAGTCTGM-3'. The sequence of the oligonucleotide immobilized on a biochip: 5'-MAGTCTGM-3 '.

Фигура 5. Гистограмма, показывающая число дуплексов, демонстрирующих определенную ΔТпл.Figure 5. A histogram showing the number of duplexes showing a certain ΔT pl .

Фигура 6. Средние величины ΔТпл для дуплексов, содержащих различные последовательности из трех оснований ДНК.Figure 6. Average ΔT PL values for duplexes containing different sequences from three DNA bases.

Фигура 7. Неравновесные кривые плавления комплексов белка HU, меченого FITС, с иммобилизованными олигонуклеотидами на универсальном биочипе. Последовательности олигонуклеотидов указаны на фигуре. Figure 7. Nonequilibrium melting curves of complexes of HU protein labeled with FITC with immobilized oligonucleotides on a universal biochip. Oligonucleotide sequences are indicated in the figure.

Фигура 8. Зависимость температуры плавления комплексов белок HU - ДНК от А/Т состава иммобилизованного одноцепочечного олигонуклеотида. Figure 8. The dependence of the melting temperature of the complexes of protein HU - DNA from the A / T composition of the immobilized single-stranded oligonucleotide.

Раскрытие изобретения
Изобретения заключается в проведении массированного скрининга специфичности связывания с ДНК природных и химических соединений с помощью анализа температур плавления или сдвигов температур плавления комплексов этих соединений со всеми возможными последовательностями олигонуклеотидных дуплексов или одноцепочечных олигонуклеотидов, иммобилизованных в гелевых ячейках универсального биочипа.
Disclosure of invention
The invention consists in conducting a massive screening of the specificity of binding of natural and chemical compounds to DNA by analyzing the melting points or shifts in the melting points of the complexes of these compounds with all possible sequences of oligonucleotide duplexes or single-stranded oligonucleotides immobilized in gel cells of a universal biochip.

В различных ячейках биочипа иммобилизованы олигонуклеотиды, имеющие одинаковую длину, но различающиеся последовательностями оснований. При этом в каждой ячейке биочипа иммобилизован олигонуклеотид с определенной последовательностью оснований, а число ячеек биочипа равно числу всех возможных последовательностей оснований для нуклеотида данной длины. С помощью такого биочипа можно количественно анализировать специфичность связывания природных или химических соединений со всеми представленными в его ячейках последовательностями нуклеотидов как однонитчатых, так и входящих в состав двойной спирали ДНК:
1. Определение специфичности связывания природных или химических соединений со всеми последовательностями олигонуклеотидных дуплексов, сформированных в ячейках биочипа.
In different cells of the biochip, oligonucleotides having the same length but differing in base sequences are immobilized. Moreover, in each cell of the biochip, an oligonucleotide with a certain base sequence is immobilized, and the number of cells of the biochip is equal to the number of all possible base sequences for a nucleotide of a given length. Using this biochip, one can quantitatively analyze the specificity of the binding of natural or chemical compounds to all the nucleotide sequences of both single-stranded and part of the DNA double helix represented in its cells:
1. Determination of the specificity of binding of natural or chemical compounds to all sequences of oligonucleotide duplexes formed in biochip cells.

При анализе специфичности связывания с олигонуклеотидными дуплексами в гибридизационную камеру универсального биочипа сначала добавляют раствор, содержащий смесь не комплементарных друг другу флуоресцентно меченных олигонуклеотидов, каждый из которых комплементарен одному из нуклеотидов, иммобилизованных в ячейках биочипа, и в процессе гибридизации образует с ним двухцепочечный комплекс. Образование комплексов или их плавление регистрируется по нарастанию или убыванию интенсивности флуоресцентного сигнала одновременно во всех ячейках биочипа. When analyzing the specificity of binding to oligonucleotide duplexes, a solution containing a mixture of non-complementary fluorescently labeled oligonucleotides, each of which is complementary to one of the nucleotides immobilized in the cells of the biochip, is first added to the hybridization chamber of the universal biochip and forms a double-stranded complex with it. The formation of complexes or their melting is recorded by increasing or decreasing intensity of the fluorescent signal simultaneously in all cells of the biochip.

Гибридизацию проводят при низкой температуре, после чего биочип постепенно нагревают, регистрируя по убыванию флуоресцентных сигналов кривые плавления, и определяют температуры плавления всех дуплексов, образованных данной гибридизационной смесью олигонуклеотидов. Hybridization is carried out at a low temperature, after which the biochip is gradually heated, registering the melting curves in descending order of the fluorescent signals, and the melting temperatures of all duplexes formed by this hybridization mixture of oligonucleotides are determined.

После этого проводят повторную гибридизацию при низкой температуре и добавляют в гибридизационную камеру раствор, содержащий химическое соединение, исследуемое на специфичность связывания с нуклеиновыми кислотами. Тестируемое соединение проникает в ячейки биочипа и образует с олигонуклеотидными дуплексами комплексы, характеризуемые в общем случае различной энергией связывания. Далее биочип нагревается с той же скоростью, как и в случае плавления свободных дуплексов, и повторно снимают кривые плавления всех дуплексов. After that, repeated hybridization is carried out at low temperature and a solution containing a chemical compound that is tested for specificity of binding with nucleic acids is added to the hybridization chamber. The test compound penetrates the biochip cells and forms complexes with oligonucleotide duplexes, characterized in the general case by different binding energies. Next, the biochip heats up at the same speed as in the case of the melting of free duplexes, and the melting curves of all duplexes are re-recorded.

Если химическое соединение взаимодействует с какими-то последовательностями двухцепочечной ДНК, то кривые плавления, регистрируемые по убыванию флуоресцентного сигнала в ячейках биочипа, содержащих олигонуклеотиды с соответствующими последовательностями, окажутся сдвинутыми в область более высоких или более низких температур. Такие сдвиги кривых плавления указывают на наличие взаимодействия тестируемого соединения с соответствующими последовательностями оснований ДНК: положительный сдвиг указывает на взаимодействие, стабилизирующее структуру двойной спирали, а отрицательный сдвиг - на взаимодействие, дестабилизирующее структуру двойной спирали. If a chemical compound interacts with some double-stranded DNA sequences, then the melting curves recorded by decreasing fluorescence signal in the biochip cells containing oligonucleotides with the corresponding sequences will be shifted to higher or lower temperatures. Such shifts of the melting curves indicate the presence of interaction of the test compound with the corresponding DNA base sequences: a positive shift indicates an interaction that stabilizes the structure of the double helix, and a negative shift indicates interaction that destabilizes the structure of the double helix.

По сдвигам кривых плавления определяют сдвиги температур плавления ΔТпл, которые являются термодинамическими параметрами, характеризующими специфичность связывания химического соединения с соответствующими последовательностями пар оснований в составе двойной спирали ДНК. Наборы значений ΔТпл, определенные для различных смесей не комплементарных друг другу флуоресцентно меченных олигонуклеотидов, объединяют в массив термодинамических параметров, характеризующих сродство тестируемого соединения к различным последовательностям пар оснований в составе двойной спирали ДНК.The shifts of the melting curves determine the shifts of the melting temperatures ΔT PL , which are thermodynamic parameters characterizing the specificity of the binding of a chemical compound to the corresponding sequences of base pairs in the DNA double helix. The sets of ΔТ pl values determined for different mixtures of non-complementary fluorescently labeled oligonucleotides are combined into an array of thermodynamic parameters characterizing the affinity of the test compound for different sequences of base pairs in the DNA double helix.

2. Определение специфичности связывания природных или химических соединений со всеми последовательностями одноцепочечных олигодезоксирибонуклеотидов, иммобилизованных в ячейках биочипа. 2. Determination of the specificity of binding of natural or chemical compounds to all sequences of single-stranded oligodeoxyribonucleotides immobilized in biochip cells.

При анализе специфичности связывания с одноцепочечными олигонуклеотидами в гибридизационную камеру описанного выше универсального биочипа добавляют раствор, содержащий молекулы тестируемого соединения, предварительно меченные флуоресцентной меткой. При достаточно низкой температуре гибридизации молекулы тестируемого соединения проникают во все ячейки биочипа и образуют комплексы с теми олигонуклеотидами, к которым обнаруживают сродство к связыванию. В результате, в соответствующих ячейках появляются флуоресцентные сигналы, распределение интенсивностей которых может служить комплексной характеристикой сродства тестируемого соединения к представленным последовательностям олигонуклеотидов. When analyzing the specificity of binding to single-stranded oligonucleotides, a solution containing the molecules of the test compound pre-labeled with a fluorescent label is added to the hybridization chamber of the universal biochip described above. At a sufficiently low hybridization temperature, the molecules of the test compound penetrate into all cells of the biochip and form complexes with those oligonucleotides to which binding affinity is detected. As a result, fluorescent signals appear in the corresponding cells, the intensity distribution of which can serve as a complex characteristic of the affinity of the test compound for the presented sequences of oligonucleotides.

Далее проводят постепенное повышение температуры биочипа, регистрируя одновременно диссоциацию комплексов тестируемого соединения со всеми олигонуклеотидами по падению интенсивности флуоресценции в каждой ячейке. По полученным кривым плавления определяют температуры плавления Тпл образовавшихся комплексов тестируемого соединения с олигонуклеотидами.Next, a gradual increase in the temperature of the biochip is carried out, simultaneously recording the dissociation of the complexes of the test compound with all oligonucleotides by the decrease in the fluorescence intensity in each cell. The melting curves obtained determine the melting temperature T PL the resulting complexes of the test compound with oligonucleotides.

Задача настоящего изобретения состоит в создании ускоренного метода, позволяющего проводить массированный скрининг специфичности связывания природных и химических соединений с ДНК. Скрининг специфичности связывания предлагается проводить с помощью универсального биочипа. В различных ячейках биочипа иммобилизованы олигонуклеотиды, имеющие одинаковую длину, но различающиеся последовательностями оснований. При этом в каждой ячейке биочипа иммобилизован олигонуклеотид с определенной последовательностью оснований, а число ячеек биочипа равно числу всех возможных последовательностей оснований для нуклеотида данной длины. The objective of the present invention is to create an accelerated method that allows for mass screening of the specificity of binding of natural and chemical compounds to DNA. It is proposed that screening for binding specificity be performed using a universal biochip. In different cells of the biochip, oligonucleotides having the same length but differing in base sequences are immobilized. Moreover, in each cell of the biochip, an oligonucleotide with a certain base sequence is immobilized, and the number of cells of the biochip is equal to the number of all possible base sequences for a nucleotide of a given length.

С помощью такого биочипа предлагается количественно анализировать специфичность связывания природных или химических соединений со всеми представленными в его ячейках последовательностями нуклеотидов как одноцепочечных, так и входящих в состав двойной спирали ДНК. Стереоспецифичность или сродство тестируемых соединений к определенным последовательностям оснований определяется по температурам плавления комплексов этих соединений со всеми возможными последовательностями олигонуклеотидных дуплексов или одноцепочечных олигонуклеотидов, иммобилизованных в гелевых ячейках универсального биочипа. Дополнительный способ оценки стереоспецифичности связывания с одноцепочечными олигонуклеотидами основан на измерении относительных количеств связанных молекул тестируемых соединений во всех ячейках биочипа. Using such a biochip, it is proposed to quantitatively analyze the specificity of the binding of natural or chemical compounds to all nucleotide sequences represented in its cells, both single-stranded and included in the DNA double helix. The stereospecificity or affinity of the tested compounds for specific base sequences is determined by the melting points of the complexes of these compounds with all possible sequences of oligonucleotide duplexes or single-stranded oligonucleotides immobilized in gel cells of a universal biochip. An additional method for assessing the stereospecificity of binding to single-stranded oligonucleotides is based on measuring the relative amounts of bound molecules of the test compounds in all cells of the biochip.

Отличительной особенностью предлагаемого метода является большое количество термодинамических параметров (сдвигов температур плавления ΔТпл или температур плавления Тпл), характеризующих взаимодействие тестируемого соединения с полным перебором всех возможных последовательностей универсального биочипа.A distinctive feature of the proposed method is a large number of thermodynamic parameters (shifts in melting temperatures ΔT pl or melting temperatures T pl ) characterizing the interaction of the test compound with a complete enumeration of all possible sequences of a universal biochip.

Для множественного параллельного анализа специфичности связывания биологически активных соединений с нуклеиновыми кислотами разработан универсальный гексадезоксирибонуклеотидный биочип. Применение универсального биочипа продемонстрировано на примере анализа связывания Hoechst 33258 с различными 6-мерными дуплексами, анализа связывания белка HU с различными гексамерными дуплексами и анализа связывания белка HU с различными гексамерными одноцепочечными олигонуклеотидами. For a multiple parallel analysis of the specificity of binding of biologically active compounds with nucleic acids, a universal hexadeoxyribonucleotide biochip has been developed. The use of a universal biochip was demonstrated by the analysis of binding of Hoechst 33258 to various 6-dimensional duplexes, analysis of binding of HU protein to various hexameric duplexes, and analysis of binding of HU protein to various hexameric single-stranded oligonucleotides.

В случае применения универсального гексадезоксирибонуклеотидного биочипа для множественного параллельного анализа связывания Hoechst 33258 с различными 6-мерными дуплексами был выполнен термодинамический анализ ряда таких комплексов и определены последовательности, ответственные за специфическое взаимодействие. Проведено их количественное сравнение с помощью статистического анализа большого числа кривых плавления дуплексов, сформирорванных на биочипе в присутствии и в отсутствии красителя. Такой подход может быть распространен на проведение скрининга специфичности связывания относительно последовательности пар оснований других лигандов, включая белки. In the case of using a universal hexadeoxyribonucleotide biochip for multiple parallel analysis of the binding of Hoechst 33258 to various 6-dimensional duplexes, a thermodynamic analysis of a number of such complexes was performed and the sequences responsible for the specific interaction were determined. Their quantitative comparison was carried out using a statistical analysis of a large number of melting curves of duplexes formed on a biochip in the presence and absence of dye. This approach may be extended to screen for binding specificity relative to the sequence of base pairs of other ligands, including proteins.

В случае применения универсального гексадезоксирибонуклеотидного биочипа для множественного параллельного анализа связывания белка HU с различными гексамерными дуплексами были получены 1024 экспериментальные кривые плавления двухцепочечных олигонуклеотидов в присутствии и в отсутствии белка HU. Ранее было предположено, что данный белок не обладает сильной и явно выраженной специфичностью связывания с определенными последовательностями двухцепочных ДНК, однако статистический анализ 1024 кривых плавления позволил выявить ряд закономерностей связывания и обнаружить последовательности ДНК, с которыми HU связывается предпочтительно. In the case of using the universal hexadeoxyribonucleotide biochip for multiple parallel analysis of the binding of the HU protein to various hexamer duplexes, 1024 experimental melting curves of double-stranded oligonucleotides in the presence and absence of the HU protein were obtained. Previously, it was suggested that this protein does not have strong and pronounced binding specificity with certain double-stranded DNA sequences, however, a statistical analysis of 1024 melting curves revealed a number of binding patterns and detected DNA sequences with which HU binds preferentially.

В случае применения универсального гексадезоксирибонуклеотидного биочипа для множественного паралельного анализа связывания белка HU с различными гексамерными одноцепочечными олигонуклеотидами универсальный олигонуклеотидный биочип не переводили в двухцепочечное состояние путем добавления смеси из флуоресцентно меченных олигонуклеотидов, а флуоресцентно метили белок HU красителем FIТС. Затем измеряли прямое связывание флуоресцентно меченного белка с олигонуклеотидами, иммобилизованными на биочипе, после чего комплексы белка HU с одноцепочечными олигонуклеотидами подвергали плавлению. Полученные данные позволили определить специфичность связывания белка HU непосредственно с одноцепочечными последовательностями ДНК. In the case of using the universal hexadeoxyribonucleotide biochip for multiple parallel analysis of the binding of the HU protein to various hexameric single-stranded oligonucleotides, the universal oligonucleotide biochip was not converted to a double-stranded state by adding a mixture of fluorescently labeled oligonucleotides, but fluorescently fluorescent. Then, direct binding of the fluorescently labeled protein to oligonucleotides immobilized on a biochip was measured, after which the HU protein complexes with single-stranded oligonucleotides were melted. The data obtained allowed us to determine the specificity of the binding of the HU protein directly to single-stranded DNA sequences.

Примеры
Пример 1. Множественный параллельный анализ специфичности связывания Hoechst 33258 с ДНК с использованием универсального олигонуклеотидного биочипа
Химические соединения
Hoechst 33258 (Е345= 41000) был предоставлен H.Loeve (Фирма "Hoechst", Германия) и использовался без дополнительной очистки.
Examples
Example 1. Multiple parallel analysis of the specificity of binding of Hoechst 33258 to DNA using a universal oligonucleotide biochip
Chemical compounds
Hoechst 33258 (E 345 = 41000) was provided by H. Loeve (Hoechst, Germany) and was used without further purification.

4096 октадезоксирибонуклеотидов (CyberSyn, США) были синтезированы с использованием стандартных процедур и 3'-С(7) аминомодификатора CPG (Glen Research, США) и использованы для приготовления универсальных биочипов. 8-меры имели следующую структуру: 5'-NH2-MNNNNNNM-3', где М - смесь четырех оснований в соотношении 1:1:1:1 как в 3'-, так и в 5'-концевой позиции; N - одно из четырех оснований, представляющих в срединной части все 4096 возможных 6-меров, NH2-аминолинкер, использованный для иммобилизации 8-меров в ячейках полиакриламидного геля на биочипе. Два вида смесей 8-меров 5'-MM(A/G)MM(A/G)MM-NH2-3' и 5'-MM(A/C)MM(A/C)MM-3'-NH2 были синтезированы при помощи ДНК/РНК синтезатора (Applied Biosystems, модель 394) с использованием стандартных процедур и 3'-С(7) аминомодификатора CPG (Glen Research, США). Смеси 8-меров были флуоресцентно помечены сульфонилхлоридным красителем Техасский красный (TexRed, Molecular Probes, USA) в соответствии с протоколом производителя.4096 octadeoxyribonucleotides (CyberSyn, USA) were synthesized using standard procedures and the 3'-C (7) CPG amino modifier (Glen Research, USA) and used to prepare universal biochips. 8-measures had the following structure: 5'-NH 2 -MNNNNNNM-3 ', where M is a mixture of four bases in a ratio of 1: 1: 1: 1 in both the 3'- and 5'-terminal positions; N is one of four bases representing in the middle part all 4096 possible 6-measures, the NH 2 -aminolinker used to immobilize 8-measures in polyacrylamide gel cells on a biochip. Two types of mixtures of 8-mers 5'-MM (A / G) MM (A / G) MM-NH 2 -3 'and 5'-MM (A / C) MM (A / C) MM-3'-NH 2 were synthesized using a DNA / RNA synthesizer (Applied Biosystems, model 394) using standard procedures and a 3'-C (7) CPG amine modifier (Glen Research, USA). Mixtures of 8-mers were fluorescently labeled with Texas Red sulfonyl chloride dye (TexRed, Molecular Probes, USA) according to the manufacturer's protocol.

Универсальный биочип
Универсальный биочип готовили в две стадии. Сначала при помощи процедуры фотополимеризации (Guschin D., Yershov G., Zaslavsky A., Gemmel A., Shick V. , Proudnikov D. , Arenkov P. and Mirzabekov A. (1997) Anal. Biochem., 250, 203-211) готовили решетку из 4200 ячеек 5%-го полиакриламидного геля (60х70 ячеек размером 100х100х20 мкм), разделенных полосами гидрофобного стекла по 200 мкм. Затем на каждую ячейку наносили капли 1 мМ водного раствора олигонуклеотида объемом 1 нл (Yershov G., Barsky V., Belgovskiy A., Kirillov E., Kreindlin E. , Ivanov I., Parinov S., Guschin D., Drobishev A., Dubiley S. and Mirzabekov A. (1996) Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 93, 4913-4918), олигонуклеотиды иммобилизовали с помощью восстановительного аминирования их аминогрупп с альдегидными группами геля (Timofeev E., Kochetkova S.V., Mirzabekov A.D. and Florentiev V.L. (1996) Nucleic Acids Res., 24, 3142-3148).
Universal biochip
Universal biochip was prepared in two stages. First, using the photopolymerization procedure (Guschin D., Yershov G., Zaslavsky A., Gemmel A., Shick V., Proudnikov D., Arenkov P. and Mirzabekov A. (1997) Anal. Biochem., 250, 203-211 ) prepared a lattice of 4200 cells of 5% polyacrylamide gel (60x70 cells 100x100x20 μm in size) separated by 200 μm hydrophobic glass strips. Then, drops of 1 mM aqueous solution of an oligonucleotide of 1 nL volume were applied to each well (Yershov G., Barsky V., Belgovskiy A., Kirillov E., Kreindlin E., Ivanov I., Parinov S., Guschin D., Drobishev A. , Dubiley S. and Mirzabekov A. (1996) Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 93, 4913-4918), the oligonucleotides were immobilized by reductive amination of their amino groups with aldehyde gel groups (Timofeev E., Kochetkova SV, Mirzabekov AD and Florentiev VL (1996) Nucleic Acids Res., 24, 3142-3148).

Гибридизация и снятие кривых плавления
Гибридизацию универсального биочипа со смесью флуоресцентно меченных 8-меров проводили в гибридизационной кювете объемом 200 мкл при 0oС в течение 24 ч. Растворы для гибридизации содержали 200 мМ олигонуклеотидов, 1 М NaCl, 10 мМ NaHP04, 5 mM EDTA, pH 6.8, 0.1% Tween-20. После гибридизации биочип вместе с кюветой помещали на термостатируемый столик микроскопа, где снимали неравновесные кривые плавления для всех элементов биочипа при повышении температуры от 0oС до 50oС со скоростью 2oС/мин (Fotin A.V., Drobyshev A. L. , Proudnikov D.Y., Perov A.N. and Mirzabekov A.D. (1998) Nucleic Acids Res., 26, 1515-1521). После снятия кривых плавления дуплексов при отсутствии Hoechst 33258 биочип отмывали водой от флуоресцентно меченных олигонуклеотидов. Второй раунд гибридизация-плавление проводили в тех же условиях, но в присутствии 10 мМ Hoechst 33258.
Hybridization and removal of melting curves
Hybridization of the universal biochip with a mixture of fluorescently labeled 8-mers was carried out in a 200 μl hybridization cell at 0 ° C for 24 hours. Hybridization solutions contained 200 mM oligonucleotides, 1 M NaCl, 10 mM NaHP04, 5 mM EDTA, pH 6.8, 0.1 % Tween-20. After hybridization, the biochip along with the cuvette was placed on a thermostatic stage of the microscope, where the nonequilibrium melting curves were recorded for all elements of the biochip at a temperature increase from 0 o C to 50 o C at a speed of 2 o C / min (Fotin AV, Drobyshev AL, Proudnikov DY, Perov AN and Mirzabekov AD (1998) Nucleic Acids Res., 26, 1515-1521). After taking the melting curves of duplexes in the absence of Hoechst 33258, the biochip was washed with water from fluorescently labeled oligonucleotides. The second round of hybridization-melting was carried out under the same conditions, but in the presence of 10 mm Hoechst 33258.

Гибридизацию 8-мерного биочипа с 1 мМ раствором флуоресцентно меченного 20-мера тоже выполняли в одинаковых условиях как в отсутствии, так и в присутствии 2 мМ Hoechst 33258. Равновесные кривые плавления снимали на биочипе так, как это было описано (Fotin A.V., Drobyshev A.L., Proudnikov D.Y., Perov A.N. and Mirzabekov A.D. (1998) Nucleic Acids Res., 26, 1515-1521). Hybridization of the 8-dimensional biochip with a 1 mM fluorescently labeled 20-mer solution was also carried out under the same conditions both in the absence and in the presence of 2 mM Hoechst 33258. Equilibrium melting curves were recorded on the biochip as described (Fotin AV, Drobyshev AL Proudnikov DY, Perov AN and Mirzabekov AD (1998) Nucleic Acids Res. 26, 1515-1521).

Все измерения при снятии кривых плавления производили с помощью автоматического эпифлуоресцентного микроскопа с полем 3.5х3.5 мм, снабженным CCD-камерой, термоэлементом Пелтье и датчиком температуры, соединенным с компьютером, оснащенным программой автоматической обработки данных (Fotin A.V. , Drobyshev A.L., Proudnikov D.Y., Perov A.N. and Mirzabekov A.D. (1998) Nucleic Acids Res., 26, 1515-1521). Интенсивность флуоресценции регистрировали для каждого значения температуры при сканировании универсального биочипа по нескольким полям, содержащим 100 ячеек геля. Сканирующая система состояла из двухкоординатного столика с направляющими, микромотора и контроллера (Newport, США). Для контроля хода эксперимента и обработки данных было разработано специальное программное обеспечение с использованием виртуального инструментального интерфейса Lab VIEW (National Instruments, США). All measurements when taking the melting curves were carried out using an automatic epifluorescence microscope with a field of 3.5x3.5 mm, equipped with a CCD camera, a Peltier thermocouple and a temperature sensor connected to a computer equipped with an automatic data processing program (Fotin AV, Drobyshev AL, Proudnikov DY, Perov AN and Mirzabekov AD (1998) Nucleic Acids Res., 26, 1515-1521). The fluorescence intensity was recorded for each temperature when scanning a universal biochip in several fields containing 100 cells of the gel. The scanning system consisted of a two-coordinate table with guides, a micromotor and a controller (Newport, USA). To control the experiment and data processing, special software was developed using the Lab VIEW virtual instrumentation interface (National Instruments, USA).

Множественные параллельные измерения связывания Hoechst 33258 с дуплексами ДНК на универсальном биочипе
Универсальный 6-мерный биочип содержал все возможные 4096 (46=4096) одноцепочечные гексадезоксирибонуклеотиды NNNNNN (N - одно из четырех оснований), иммобилизованные в индивидуальных ячейках геля. К этим 6-мерам, как к сердцевине, с обоих 3'- и 5'-концов примыкают по два 8-мера, имеющих структуру типа 5'-гель-MNNNNNNM-3' и составленных из смеси четырех оснований М в соотношении 1:1:1:1.
Multiple parallel measurements of the binding of Hoechst 33258 to DNA duplexes on a universal biochip
The universal 6-dimensional biochip contained all possible 4096 (4 6 = 4096) single-stranded hexadeoxyribonucleotides NNNNNN (N is one of four bases) immobilized in individual gel cells. To these 6-measures, as a core, two 8-measures are attached from both 3'- and 5'-ends, having a 5'-gel-MNNNNNNM-3 'type structure and composed of a mixture of four M bases in the ratio 1: 1: 1: 1.

Hoechst 33258 не связывается с одноцепочечной ДНК и не проявляет заметной специфичности при сильном связывании с двухцепочечной ДНК. Дуплексы ДНК в составе комплексов стабилизируются красителем и имеют более высокую температуру плавления Тпл. Специфичность связывания красителя можно оценить по увеличению Тпл у дуплексов при связывании лиганда. Для проведения этих измерений 4096 одноцепочечных олигонуклеотидов на универсальном биочипе должны быть достроены в двухспиральную форму. Это может быть достигнуто путем гибридизации биочипа со смесью 4096 флуоресцентно меченных 8-меров, имеющих структуру 5'-MNNNNNNM-TR-3'.Hoechst 33258 does not bind to single-stranded DNA and does not show significant specificity when strongly bound to double-stranded DNA. DNA duplexes in the complexes are stabilized by a dye and have a higher melting point T pl . The specificity of dye binding can be assessed by the increase in T PL in duplexes upon ligand binding. For these measurements, 4096 single-stranded oligonucleotides on a universal biochip must be completed in double-helix form. This can be achieved by hybridization of the biochip with a mixture of 4096 fluorescently labeled 8-mers having the structure 5'-MNNNNNM-TR-3 '.

Было показано, что симметричные дуплексы, имеющие одинаковые пары оснований со стороны геля и со стороны красителя, например 5'-гель-AGTCTCGA-3'/3'-TR-TCAGAGCT-5' и 5'-AGTCTCGA-TR-3'/3'-TCAGAGCT-гель-5', имеют сходные кривые плавления как в отсутствии, так и в присутствии лиганда (данные не показаны). 6-мерные универсальные биочипы могут содержать 2080 различных 6-мерных дуплексов. Среди них есть 64 палиндромных самокомплементарных 6-мера, которые не могут быть получены на биочипе из-за их самогибридизации в растворе. Для того чтобы избежать конкурентной самогибридизации олигонуклеотидов в растворе и на биочипе, можно подобрать 6 смесей, содержащих несамокомплементарные олигонуклеотиды: MMM(A/G)(A/G)MMM, MMM(A/C)(A/C)MMM, MM(A/G)MM(A/G)MM, MM(A/C)MM(A/C)MM, M(A/G)MMMM(A/G)M, М(А/С)МMMМ(А/С)М. Такой набор смесей учитывает все возможные (2016) несамокомплементарные дуплексы. Symmetrical duplexes having the same base pairs on the gel side and on the dye side have been shown, for example 5'-gel-AGTCTCGA-3 '/ 3'-TR-TCAGAGCT-5' and 5'-AGTCTCGA-TR-3 '/ 3'-TCAGAGCT-gel-5 ', have similar melting curves both in the absence and in the presence of a ligand (data not shown). 6-dimensional universal biochips can contain 2080 different 6-dimensional duplexes. Among them, there are 64 palindromic self-complementary 6-measures that cannot be obtained on the biochip due to their self-hybridization in solution. In order to avoid competitive self-hybridization of oligonucleotides in solution and on a biochip, 6 mixtures containing non-self-complementary oligonucleotides can be selected: MMM (A / G) (A / G) MMM, MMM (A / C) (A / C) MMM, MM ( A / G) MM (A / G) MM, MM (A / C) MM (A / C) MM, M (A / G) MMMM (A / G) M, M (A / C) MMMM (A / CM. Such a set of mixtures takes into account all possible (2016) non-self-complementary duplexes.

Наиболее информативные данные могут быть получены с двумя несамокомплементарными смесями: 5'-MM(A/G)MM(A/G)MM-TR-3' и 5'-MM(A/C)MM(A/C)MM-TR-3'. Каждая из этих смесей 8-меров содержит 1024 различных центральных 6-мера, однако вместе они объединяют 1536 центральных 6-меров, так как структуры типа ММАММАММ присутствуют в обеих смесях. Эти две смеси включают АТ-богатые дуплексы, необходимые для детекции большей части последовательностей, специфичных относительно связывания Hoechst. The most informative data can be obtained with two non-self-complementary mixtures: 5'-MM (A / G) MM (A / G) MM-TR-3 'and 5'-MM (A / C) MM (A / C) MM- TR-3 '. Each of these 8-mer mixtures contains 1,024 different central 6-mers, however together they combine 1,536 central 6-mers, since structures of the MAMAMMAM type are present in both mixtures. These two mixtures include the AT-rich duplexes needed to detect most of the sequences specific for Hoechst binding.

Биочип гибридизовали с каждой из указаннных смесей флуоресцентно меченных 8-меров. Неравновесные кривые плавления всех дуплексов, сформирорванных на биочипе, снимали в процессе повышения температуры. Процессы гибридизации и плавления повторяли на том же биочипе в присутствии Hoechst в буфере для гибридизации. The biochip was hybridized with each of these mixtures of fluorescently labeled 8-mer. The nonequilibrium melting curves of all duplexes formed on the biochip were recorded in the process of increasing temperature. The hybridization and melting processes were repeated on the same biochip in the presence of Hoechst in the hybridization buffer.

На фиг. 1 показаны две типичные кривые плавления, снятые для дуплекса в присутствии и в отсутствии Hoechst. Температуру, при которой сигнал гибридизации уменьшался в 10 раз по сравнению с исходным уровнем, определенным при 0oС, рассматривали как неравновесную температуру плавления Тпл. Присутствие лиганда сдвигает кривые плавления в сторону более высоких температур, давая увеличение температуры плавления ΔТпл, в зависимости от структуры дуплекса, до 13oС. Таким образом, величина ΔТпл была использована для того, чтобы оценить степень сродства Hoechst к данному дуплексу.In FIG. 1 shows two typical melting curves taken for a duplex in the presence and absence of Hoechst. The temperature at which the hybridization signal decreased by 10 times compared with the initial level determined at 0 o C, was considered as a nonequilibrium melting temperature T pl . The presence of a ligand shifts the melting curves toward higher temperatures, giving an increase in the melting temperature ΔТ pl , depending on the structure of the duplex, up to 13 o С. Thus, the value ΔТ pl was used to assess the degree of affinity of Hoechst for this duplex.

На фиг.2 показаны величины ΔТпл для 1680 олигонуклеотидов, которые сформировали дуплексы на универсальном биочипе при его гибридизации с двумя типами смесей флуоресцентно меченных олигонуклеотидов. 112 олигонуклеотидов были исключены из рассмотрения из-за слабого гибридизационного сигнала.Figure 2 shows the ΔT pl values for 1680 oligonucleotides that formed duplexes on a universal biochip during its hybridization with two types of mixtures of fluorescently labeled oligonucleotides. 112 oligonucleotides were excluded from consideration due to weak hybridization signal.

Анализ последовательностей, специфичных для связывания Hoechst
Данные на фиг.2 показывают, что Hoechst 33258 имеет более сильное сродство к АТ-богатым последовательностям по сравнению с GC-богатыми. Характеристика типов последовательностей, специфичных для связывания лиганда, требует более детального анализа. Приведенный ниже подход с использованием компьютера был развит для анализа больших массивов экспериментальных данных, полученных с помощью универсального биочипа.
Hoechst binding specific sequence analysis
The data in FIG. 2 shows that Hoechst 33258 has a stronger affinity for AT-rich sequences compared to GC-rich ones. Characterization of the types of sequences specific for ligand binding requires a more detailed analysis. The following computer-based approach was developed to analyze large amounts of experimental data obtained using a universal biochip.

Гистограмма большого числа дуплексов, имеющих характерные величины ΔТпл показана на фиг.3. Гистограмма содержит острый пик около 0oС, соответствующий дуплексам, которые не стабилизируются при связывании Hoechst, и широкий пик, начинающийся с 1,5oС с длинным плечом до 13 oС. Таким образом, превышение величины ΔТпл выше уровня 1,5oС может рассматриваться как признак связывания Hoechst с данным дуплексом. Было выявлено 300 таких дуплексов.A histogram of a large number of duplexes having characteristic values of ΔT PL is shown in FIG. 3. The histogram contains a sharp peak at about 0 ° C, corresponding to duplexes that do not stabilize upon Hoechst binding, and a wide peak starting at 1.5 ° C with a long arm of up to 13 ° C. Thus, the excess of ΔТ pl exceeds the level of 1.5 o C can be considered as a sign of binding of Hoechst to this duplex. 300 such duplexes were detected.

Пример 2. Изучение специфичности связывания белка HU с двухспиральной ДНК путем множественного параллельного анализа на универсальном олигонуклеотидном биочипе. Example 2. The study of the specificity of binding of HU protein to double-stranded DNA by multiple parallel analysis on a universal oligonucleotide biochip.

Химические соединения. Chemical compounds.

Октадезоксирибонуклеотиды для универсального биочипа были изготовлены также, как описано в примере 1. Octadeoxyribonucleotides for the universal biochip were also manufactured as described in Example 1.

Смесь 8-меров 5'-MM(A/C)MM(A/C)MM-NH2-3' была синтезирована также, как описано в примере 1, и таким же образом была мечена красителем Техасский красный (TexRed).A mixture of 8-mers 5'-MM (A / C) MM (A / C) MM-NH 2 -3 'was synthesized as described in Example 1, and was labeled with Texan Red (TexRed) in the same manner.

Универсальный биочип был приготовлен также, как описано в примере 1. A universal biochip was also prepared as described in example 1.

Белок HU. Protein HU.

Белок HU выделяли из E. coli штамм JRY1 по ранее описанной методике (Rouviere-Yaniv, J. & Kjeldgaard, N.O. (1979) FEBS Letters, 106, 297-300). Концентрацию белка определяли по поглощению при 230 нм с использованием коэффициента экстинкции А230= 2.3, соответствующего концентрации белка HU 1мг/мл.HU protein was isolated from E. coli strain JRY1 according to the previously described procedure (Rouviere-Yaniv, J. & Kjeldgaard, NO (1979) FEBS Letters, 106, 297-300). Protein concentration was determined by absorbance at 230 nm using an extinction coefficient A of 230 = 2.3, corresponding to a HU protein concentration of 1 mg / ml.

Гибридизация и снятие кривых плавления. Hybridization and removal of melting curves.

Гибридизацию универсального биочипа со смесью флуоресцентно меченных 8-меров проводили также, как в примере 1. Раствор для гибридизации содержал 200 мкМ олигонуклеотидов, 0.1 М NaCI, 20 mM Tris (pH 7.2), 5 mМ EDTA и 0.1% Tween 20. Hybridization of the universal biochip with a mixture of fluorescently labeled 8-mers was carried out as in Example 1. The hybridization solution contained 200 μM oligonucleotides, 0.1 M NaCI, 20 mM Tris (pH 7.2), 5 mM EDTA, and 0.1% Tween 20.

Неравновесные кривые плавления снимали также, как описано в примере 1. Nonequilibrium melting curves were also taken as described in example 1.

После снятия кривых плавления дуплексов в отсутствии белка HU биочип отмывали водой от флуоресцентно меченных олигонуклеотидов. Второй раунд гибридизации и плавления проводили в тех же условиях, но после гибридизации раствор олигонуклеотидов заменяли буфером, содержащим белок HU (0.55мг/мл) и инкубировали 12 часов при 0oС. Затем проводили плавление.After measuring the melting curves of duplexes in the absence of HU protein, the biochip was washed with water from fluorescently labeled oligonucleotides. The second round of hybridization and melting was carried out under the same conditions, but after hybridization, the oligonucleotide solution was replaced with a buffer containing HU protein (0.55 mg / ml) and incubated for 12 hours at 0 ° C. Then, melting was performed.

Все измерения на флуоресцентном микроскопе проводили также, как описано в примере 1. All measurements on a fluorescence microscope were also performed as described in example 1.

Изучение специфичности связывания белка HU с двухцепочечной ДНК на универсальном биочипе. Studying the specificity of binding of HU protein to double-stranded DNA on a universal biochip.

Известно, что белок HU при связывании с двухцепочечной ДНК не проявляет заметной специфичности. Специфичность комплексов белок HU - ДНК оценивали с помощью статистического анализа множественных данных, содержащих кривые плавления дуплексов в отсутствии и в присутствии белка HU. Для проведения таких экспериментов 1024 октамера, иммобилизованных на биочипе, были переведены в двухцепочечную форму так, как это описано в примере 1. Для перевода олигонуклеотидов в двухцепочечную форму использовали несамокомплементарную смесь олигонуклеотидов с общей формулой: 5'-MM(A/C)MM(A/C)MM-NH2-3'-TR, содержащую 1024 олигонуклеотида, меченных Техасским красным.It is known that HU protein does not exhibit noticeable specificity upon binding to double-stranded DNA. The specificity of the HU-DNA protein complexes was evaluated using statistical analysis of multiple data containing duplex melting curves in the absence and presence of HU protein. To conduct such experiments, 1024 octamers immobilized on a biochip were converted into a double-stranded form as described in Example 1. To convert oligonucleotides into a double-stranded form, a non-self-complementary mixture of oligonucleotides with the general formula: 5'-MM (A / C) MM ( A / C) MM-NH 2 -3'-TR containing 1024 oligonucleotides labeled with Texas Red.

Биочип гибридизовали со смесью флуоресцентно меченных октамеров в буфере, как это описано выше. Затем смесь октамеров в гибиридизационной камере заменили на чистый буфер. Неравновесные кривые плавления для всех дуплексов на биочипе получали в ходе плавления биочипа на термостолике. The biochip was hybridized with a mixture of fluorescently labeled octamers in a buffer, as described above. Then the mixture of octamers in the hybridization chamber was replaced with a clean buffer. Nonequilibrium melting curves for all duplexes on the biochip were obtained during melting of the biochip on a thermostol.

После отмывки биочипа гибридизацию и плавление повторили еще раз. Но на этот раз после гибридизации смесь олигонуклеотидов заменяли на раствор белка HU (0.55мг/мл) в этом же буфере и инкубировали в течении 12 часов. После этого плавление проводили так же, как в первый раз. After washing the biochip, hybridization and melting were repeated again. But this time, after hybridization, the oligonucleotide mixture was replaced with a solution of HU protein (0.55 mg / ml) in the same buffer and incubated for 12 hours. After this, the melting was carried out in the same way as for the first time.

Таким образом были получены 1024 кривые плавления октамеров в отсутствии белка HU и 1024 кривые плавления в присутствии белка HU. На фиг.4 показаны две такие кривые плавления для одного олигонуклеотида AGTCTG. Для анализа кривых использовали специальную компьютерную программу. Все эксперментальные кривые плавления апроксимировали методом наименьших квадратов с помощью следующей формулы:

Figure 00000002

где: f(T) - измеряемый сигнал,
А+В - начальный сигнал,
В - конечный сигнал,
Т - температура (К),
Тпл - температура плавления,
N - фактор неоперативности.Thus, 1024 melting curves of octamers in the absence of HU protein and 1024 melting curves in the presence of HU protein were obtained. Figure 4 shows two such melting curves for one AGTCTG oligonucleotide. For the analysis of the curves used a special computer program. All experimental melting curves were approximated by the least squares method using the following formula:
Figure 00000002

where: f (T) is the measured signal,
A + B is the initial signal,
B is the final signal
T is the temperature (K),
T PL - melting point,
N is the factor of inoperability.

После апроксимации было получено 1024 значения температуры плавления То для всех дуплексов в присутствии и в отсутствии белка HU. Затем был создан массив из 1024 значений ΔТплпл (белка) - Тпл (без белка), где ΔТпл - сдвиг температуры плавления олигонуклеотида в присутствии белка. Данные по 14 дуплексам были исключены из рассмотрения из-за слабого сигнала. Массив из 1010 значений ΔТ0 был подвергнут статистическому анализу.After approximation, 1024 melting points of To were obtained for all duplexes in the presence and absence of the HU protein. Then an array was created of 1024 values ΔT pl = T pl (protein) - T pl (without protein), where ΔT pl is the shift in the melting temperature of the oligonucleotide in the presence of protein. Data for 14 duplexes were excluded from consideration due to a weak signal. An array of 1010 ΔT 0 values was subjected to statistical analysis.

Значения ΔТпл были расположены в виде гистограммы, представленной на фиг.5. Гистограмма четко указывает на наличие двух типов комплексов белка HU с олигонуклеотидами. Первый, основной комплекс имеет положительное значение сдвига температуры плавления ΔТпл, средняя величина сдвига около +3oС. Второй, минорный комплекс описывается примерно 150 значениями ΔТпл и имеет средний отрицательный сдвиг около -3oС.The values of ΔT PL were located in the form of a histogram presented in figure 5. The histogram clearly indicates the presence of two types of complexes of the HU protein with oligonucleotides. The first, the main complex has a positive value of the shift in the melting temperature ΔT pl , the average shift is about +3 o C. The second, minor complex is described by about 150 values of ΔT pl and has an average negative shift of about -3 o C.

Для нахождения разницы между основным и минорным комплексами был проведен специальный анализ. Оказалось, что минорный комплекс содержит длинные А/Т последовательности, состоящие из 4, 5 и 6 оснований. В основном комплексе А/Т последовательности более короткие (2, 3 и 4 основания). To find the difference between the major and minor complexes, a special analysis was carried out. It turned out that the minor complex contains long A / T sequences consisting of 4, 5 and 6 bases. In the main A / T complex, the sequences are shorter (2, 3, and 4 bases).

Наличие большого массива данных из 1010 значений ΔТ0 позволило нам исследовать специфичность связывания белка HU с двухцепочечной ДНК. Ранее считалось, что этот белок связывается с ДНК неспецифически.The presence of a large data array of 1010 ΔТ 0 values allowed us to study the specificity of the binding of the HU protein to double-stranded DNA. It was previously thought that this protein binds to DNA non-specifically.

Сдвиги температуры плавления комплексов HU с ДНК были вычислены для всех последовательностей из трех оснований на биочипе. Данные представлены на фиг.6. The melting temperature shifts of the HU complexes with DNA were calculated for all sequences from three bases on the biochip. The data are presented in Fig.6.

Статистический анализ показал, что существуют три последовательности: AAG, AGA и ТАА, связывание с которыми белка HU является предпочтительным. Этот результат был получен исключительно благодаря использованию универсального олигонуклеотидного биочипа и возможности получить и обработать более 1000 кривых плавления одновременно. Statistical analysis showed that there are three sequences: AAG, AGA and TAA, the binding of which the HU protein is preferred. This result was obtained solely through the use of a universal oligonucleotide biochip and the ability to obtain and process more than 1000 melting curves simultaneously.

Пример 3. Изучение специфичности связывания белка HU с одноцепочечными фрагментами ДНК путем множественного параллельного анализа на универсальном олигонуклеотидном биочипе. Example 3. The study of the specificity of binding of HU protein to single-stranded DNA fragments by multiple parallel analysis on a universal oligonucleotide biochip.

Универсальный биочип
Для изучения специфичности связывания белка HU с одноцепочечными фрагментами ДНК использовали тот же самый универсальный биочип, который описан в примерах 1 и 2, причем флуоресцентно меченные олигонуклеотиды, описанные в примерах 1 и 2, не применяли.
Universal biochip
To study the specificity of the binding of the HU protein to single-stranded DNA fragments, the same universal biochip was used as described in Examples 1 and 2, and the fluorescently labeled oligonucleotides described in Examples 1 and 2 were not used.

Белок HU
Использовали белок HU, описанный в примере 2. Для измерения связывания с одноцепочечными последовательностями ДНК белок метили флуоресцентным красителем FITC в соответствии со стандартной методикой (Hermanson G.T.(1996) Bioconjugate Techniques, Academic Press, Amsterdam).
HU protein
The HU protein described in Example 2 was used. To measure binding to single-stranded DNA sequences, the protein was labeled with FITC fluorescent dye in accordance with standard procedures (Hermanson GT (1996) Bioconjugate Techniques, Academic Press, Amsterdam).

Гибридизация и плавление
Гибридизацию и плавление белка проводили в такой же гибридизационной камере, как описано в примере 2. Гибридизационный раствор содержал белок HU (0.55 мг/мл), 0.020 М NaCl, 20mM Tris (pH 7.2), 5 mM EDTA и 0.1% Tween 20. Гибридизацию проводили при 0oС в течение 24 часов.
Hybridization and Melting
Hybridization and melting of the protein was carried out in the same hybridization chamber as described in Example 2. The hybridization solution contained HU protein (0.55 mg / ml), 0.020 M NaCl, 20 mM Tris (pH 7.2), 5 mM EDTA and 0.1% Tween 20. Hybridization carried out at 0 o C for 24 hours.

Все эксперименты по плавлению проводили так же, как описано в примерах 1 и 2, но для измерения интенсивности флуоресценции FIТС использовали специальный светофильтр. All melting experiments were carried out as described in examples 1 and 2, but a special filter was used to measure the fluorescence intensity of FITS.

Изучение специфичности связывания белка HU с одноцепочечными последовательностями ДНК на универсальном биочипе
Известно, что белок HU связывается с одноцепочечными фрагментами ДНК. В проведенных ранее работах по связыванию белка с одноцепочечными ДНК использовали фрагменты ДНК длиной 30-40 нуклеотидов. Такие фрагменты уже могут обладать вторичной структурой и, соответственно, будет измеряться константа связывания белка не с одноцепочечной ДНК.
Studying the specificity of binding of HU protein to single-stranded DNA sequences on a universal biochip
The HU protein is known to bind to single-stranded DNA fragments. In previous work on the binding of a protein to single-stranded DNA, DNA fragments of 30-40 nucleotides in length were used. Such fragments may already have a secondary structure and, accordingly, the binding constant of a protein other than single-stranded DNA will be measured.

Только в случае иммобилизации на биочипе октамеров можно гарантировать, что белок будет связываться с действительно одноцепочечной ДНК. Only in the case of immobilization of octamers on the biochip can it be guaranteed that the protein will bind to truly single-stranded DNA.

Белок HU гибридизовали с универсальным биочипом в течение 24 часов в описанном выше буфере. Плавление комплекса белок-ДНК проводили так же, как это описано в примере 2. Однако в данном случае в ходе нагрева регистрировали не плавление двухцепочечных олигонуклеотидов, а термальный распад комплекса белок-ДНК. Регистрацию процесса такого плавления производили по флуоресценции FIТС, а не по флуоресценции Texas Red, как в случае олигонуклеотидов. На фиг. 7 представлены некоторые экспериментальные кривые плавления комплексов белка HU с одноцепочечными олигонуклеотидами. The HU protein was hybridized with a universal biochip for 24 hours in the buffer described above. The melting of the protein-DNA complex was carried out in the same manner as described in example 2. However, in this case, during heating, not the melting of double-stranded oligonucleotides was recorded, but the thermal decomposition of the protein-DNA complex. The process of such melting was recorded by the fluorescence of FITS, and not by the fluorescence of Texas Red, as in the case of oligonucleotides. In FIG. Figure 7 shows some experimental melting curves of HU protein complexes with single-stranded oligonucleotides.

Температуры плавления вычисляли для всех 4096 комплексов белок-ДНК с помощью метода, описанного в примере 2. Полученный массив данных был исследован с целью поиска специфичности связывания белка HU с различными последовательностями одноцепочечных олигонуклеотидов. На фиг.8 представлен результат статистической обработки этих данных. Melting points were calculated for all 4096 protein-DNA complexes using the method described in example 2. The resulting data array was examined to find the specificity of the binding of the HU protein to different sequences of single-stranded oligonucleotides. On Fig presents the result of statistical processing of these data.

Данные, приведенные на фиг. 8, показывают, что среди всех возможных гексамеров белок HU предпочтительно связывается с теми, где 6 или 5 оснований из 6 - это G или С. Все остальные последовательности имеют примерно одинаковые константы связывания с HU. Таким образом, применение универсального биочипа позволило обнаружить определенную специфичность связывания белка HU с одноцепочечными ДНК. Дальнейший анализ показал, что наиболее предпочтительной последовательностью связывания этого белка с ДНК является GCGC. The data shown in FIG. 8 show that among all possible hexamers, the HU protein preferably binds to those where 6 or 5 of the 6 bases are G or C. All other sequences have approximately the same HU binding constants. Thus, the use of a universal biochip revealed a specific binding specificity of the HU protein with single-stranded DNA. Further analysis showed that the most preferred DNA binding sequence for this protein is GCGC.

Claims (20)

1. Способ множественного параллельного скрининга специфичности связывания биологически активных соединений с двухцепочечными нуклеиновыми кислотами с использованием биочипа, включающий: (а) изготовление биочипа с иммобилизованными на нем олигонуклеотидами; (б) гибридизацию иммобилизованных на биочипе олигонуклеотидов со смесью флуоресцентно меченных несамокомплементарных олигонуклеотидов, приводящую к формированию на биочипе двухцепочечных олигонуклеотидов; (в) плавление двухцепочечных олигонуклеотидов на биочипе с одновременной регистрацией данных; (г) отмывку биочипа; (д) повторную гибридизацию с такой же смесью флуоресцентно меченных олигонуклеотидов аналогично стадии (б); (е) инкубацию биочипа с изучаемым соединением; (ж) повторное плавление на биочипе двухцепочечных олигонуклеотидов, находящихся в комплексе с изучаемым биологически активным соединением с одновременной регистрацией данных аналогично стадии (в); (з) определение температуры плавления Тпл двухцепочечных олигонуклеотидов в присутствии и в отсутствии изучаемого соединения и вычисление разности температур плавления ΔTпл для всех двухцепочечных олигонуклеотидов, иммобилизованных на биочипе, с помощью компьютерной программы; (ж) определение специфичности связывания изучаемого соединения с нуклеиновыми кислотами на основе анализа массива данных, содержащего разности температур плавления ΔTпл олигонуклеотидов в комплексе с изучаемым соединением и в свободном виде.1. A method for multiple parallel screening of the specificity of binding of biologically active compounds to double-stranded nucleic acids using a biochip, including: (a) manufacturing a biochip with oligonucleotides immobilized on it; (b) hybridization of oligonucleotides immobilized on a biochip with a mixture of fluorescently labeled non-self-complementary oligonucleotides, leading to the formation of double-stranded oligonucleotides on the biochip; (c) melting double-stranded oligonucleotides on a biochip with simultaneous data recording; (d) washing the biochip; (e) re-hybridization with the same mixture of fluorescently labeled oligonucleotides as in step (b); (e) incubation of the biochip with the test compound; (g) re-melting on a biochip of double-stranded oligonucleotides in combination with the biologically active compound under study, while simultaneously recording data similar to stage (c); (h) determining the melting temperature T PL of double-stranded oligonucleotides in the presence and absence of the studied compound and calculating the difference in melting temperatures ΔT pl for all double-stranded oligonucleotides immobilized on a biochip using a computer program; (g) determining the binding specificity of the test compound with a nucleic acid-based analysis of the data array comprising the difference ΔT mp melting temperatures of oligonucleotides complexed with the test compound in the free form. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют универсальный биочип, в ячейках которого иммобилизованы все возможные гексануклеотиды в количестве 46= 4096.2. The method according to p. 1, characterized in that they use a universal biochip, in the cells of which all possible hexanucleotides are immobilized in an amount of 4 6 = 4096. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на стадии (б) или (д) для гибридизации используют смесь флуоресцентно меченных несамокомплементарных олигонуклеотидов, каждый из которых комплементарен олигонуклеотиду, иммобилизованному на универсальном биочипе. 3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that at the stage (b) or (d) for hybridization use a mixture of fluorescently labeled non-self-complementary oligonucleotides, each of which is complementary to an oligonucleotide immobilized on a universal biochip. 4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что флуоресцентным красителем является Техасский красный (Texas Red). 4. The method according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the fluorescent dye is Texas Red (Texas Red). 5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что плавление олигонуклеотидов, иммобилизованных на биочипе, проводят с помощью термостолика. 5. The method according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the melting of oligonucleotides immobilized on a biochip is carried out using a thermostol. 6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что регистрацию плавления проводят с помощью флуоресцентного микроскопа, оборудованного высокочувствительной телекамерой, подключенной к компьютеру. 6. The method according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that the registration of melting is carried out using a fluorescence microscope equipped with a highly sensitive television camera connected to a computer. 7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что массив экспериментальных данных, полученных в ходе плавления, обрабатывают с помощью компьютерной программы. 7. The method according to p. 6, characterized in that the array of experimental data obtained during melting is processed using a computer program. 8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что изучаемое соединение включает низкомолекулярное или высокомолекулярное химическое, природное или рекомбинантное соединение. 8. The method according to any one of paragraphs. 1-7, characterized in that the studied compound includes a low molecular weight or high molecular weight chemical, natural or recombinant compound. 9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что исследуемое соединение представляет собой краситель Hoechst 33258. 9. The method according to any one of paragraphs. 1-8, characterized in that the test compound is a dye Hoechst 33258. 10. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что исследуемое соединение представляет собой белок HU. 10. The method according to any one of paragraphs. 1-8, characterized in that the test compound is an HU protein. 11. Способ множественного параллельного скрининга специфичности связывания биологически активных соединений с одноцепочечными нуклеиновыми кислотами с использованием биочипа, включающий: (а) изготовление биочипа с иммобилизованными на нем олигонуклеотидами; (б) инкубацию биочипа с флуоресцирующим изучаемым соединением; (в) плавление на биочипе комплексов олигонуклеотидов с флуоресцирующим изучаемым соединением с одновременной регистрацией данных; (г) определение температуры плавления Тпл комплексов изучаемого соединения со всеми олигонуклеотидами, иммобилизованными на биочипе, с помощью компьютерной программы; (д) определение специфичности связывания изучаемого соединения с нуклеиновыми кислотами на основе анализа массива данных, содержащего температуры плавления Тпл изучаемого соединения со всеми олигонуклеотидами, иммобилизованными на биочипе.11. A method for multiple parallel screening of the specificity of binding of biologically active compounds to single-stranded nucleic acids using a biochip, including: (a) manufacturing a biochip with oligonucleotides immobilized on it; (b) incubation of the biochip with the fluorescent test compound; (c) melting on a biochip of complexes of oligonucleotides with a fluorescent test compound with simultaneous data recording; (d) determination of the melting temperature T pl of the complexes of the studied compound with all oligonucleotides immobilized on a biochip using a computer program; (e) determination of the binding specificity of the studied compound with nucleic acids based on the analysis of a data array containing the melting temperature T pl of the studied compound with all oligonucleotides immobilized on a biochip. 12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что используют универсальный биочип, в ячейках которого иммобилизованы все возможные гексануклеотиды в количестве 46= 4096.12. The method according to p. 11, characterized in that they use a universal biochip, in the cells of which all possible hexanucleotides are immobilized in an amount of 4 6 = 4096. 13. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что в изучаемое соединение предварительно вводят флуоресцентную метку. 13. The method according to p. 11 or 12, characterized in that a fluorescent label is previously introduced into the test compound. 14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что флуоресцентной меткой является FITC. 14. The method according to p. 13, wherein the fluorescent label is FITC. 15. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что изучаемое соединение является природно флуоресцирующим. 15. The method according to p. 11 or 12, characterized in that the studied compound is naturally fluorescent. 16. Способ по любому из пп. 11-15, отличающийся тем, что плавление олигонуклеотидов, иммобилизованных на биочипе, проводят с помощью термостолика. 16. The method according to any one of paragraphs. 11-15, characterized in that the melting of oligonucleotides immobilized on a biochip is carried out using a thermostol. 17. Способ по любому из пп. 11-16, отличающийся тем, что регистрацию плавления проводят с помощью флуоресцентного микроскопа, оборудованного высокочувствительной телекамерой, подключенной к компьютеру. 17. The method according to any one of paragraphs. 11-16, characterized in that the registration of melting is carried out using a fluorescence microscope equipped with a highly sensitive camera connected to a computer. 18. Способ по любому из пп. 11-17, отличающийся тем, что массив экспериментальных данных, полученных в ходе плавления, обрабатывают с помощью компьютерной программы. 18. The method according to any one of paragraphs. 11-17, characterized in that the array of experimental data obtained during melting is processed using a computer program. 19. Способ по любому из пп. 11-18, отличающийся тем, что изучаемое соединение включает низкомолекулярное или высокомолекулярное химическое, природное или рекомбинантное соединение. 19. The method according to any one of paragraphs. 11-18, characterized in that the studied compound includes a low molecular weight or high molecular weight chemical, natural or recombinant compound. 20. Способ по любому из пп. 11-19, отличающийся тем, что исследуемое соединение представляет собой белок HU. 20. The method according to any one of paragraphs. 11-19, characterized in that the test compound is an HU protein.
RU2000109793/13A 2000-04-17 2000-04-17 Method of multiple parallel screening of binding specificity of biologically active compounds with nucleic acids using biochip (versions) RU2182708C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000109793/13A RU2182708C2 (en) 2000-04-17 2000-04-17 Method of multiple parallel screening of binding specificity of biologically active compounds with nucleic acids using biochip (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000109793/13A RU2182708C2 (en) 2000-04-17 2000-04-17 Method of multiple parallel screening of binding specificity of biologically active compounds with nucleic acids using biochip (versions)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000109793A RU2000109793A (en) 2002-02-10
RU2182708C2 true RU2182708C2 (en) 2002-05-20

Family

ID=20233555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000109793/13A RU2182708C2 (en) 2000-04-17 2000-04-17 Method of multiple parallel screening of binding specificity of biologically active compounds with nucleic acids using biochip (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2182708C2 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7531542B2 (en) 2005-05-18 2009-05-12 Wyeth Benzooxazole and benzothiazole antagonists of gonadotropin releasing hormone receptor
US7534796B2 (en) 2005-02-18 2009-05-19 Wyeth Imidazo[4,5-b]pyridine antagonists of gonadotropin releasing hormone receptor
US7538113B2 (en) 2005-02-18 2009-05-26 Wyeth 4-substituted imidazo[4,5-c]pyridine antagonists of gonadotropin releasing hormone receptor
US7582634B2 (en) 2005-02-18 2009-09-01 Wyeth 7-substituted imidazo[4,5-c]pyridine antagonists of gonadotropin releasing hormone receptor
US7582636B2 (en) 2005-05-26 2009-09-01 Wyeth Piperazinylimidazopyridine and piperazinyltriazolopyridine antagonists of Gonadotropin Releasing Hormone receptor
US7696210B2 (en) 2004-06-17 2010-04-13 Wyeth Gonadotropin releasing hormone receptor antagonists
US7714130B2 (en) 2004-06-17 2010-05-11 Wyeth Processes for preparing gonadotropin releasing hormone receptor antagonists
WO2011000977A1 (en) * 2009-06-30 2011-01-06 Universidad De Alcalá Miniaturized multi-well-plate method for analyzing ligand/nucleic acid binding by means of thermal fusion curves
RU2464314C2 (en) * 2009-10-07 2012-10-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Научно-исследовательский институт физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства" (ФГБУН НИИ ФХМ ФМБА России) Method for plasmid dna condensation for eukariotic cell transfection
RU2499916C2 (en) * 2010-11-29 2013-11-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ-Прогресс" (ФГУП "ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс") Steering machine power supply unit

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7696210B2 (en) 2004-06-17 2010-04-13 Wyeth Gonadotropin releasing hormone receptor antagonists
US7714130B2 (en) 2004-06-17 2010-05-11 Wyeth Processes for preparing gonadotropin releasing hormone receptor antagonists
US7534796B2 (en) 2005-02-18 2009-05-19 Wyeth Imidazo[4,5-b]pyridine antagonists of gonadotropin releasing hormone receptor
US7538113B2 (en) 2005-02-18 2009-05-26 Wyeth 4-substituted imidazo[4,5-c]pyridine antagonists of gonadotropin releasing hormone receptor
US7582634B2 (en) 2005-02-18 2009-09-01 Wyeth 7-substituted imidazo[4,5-c]pyridine antagonists of gonadotropin releasing hormone receptor
US7531542B2 (en) 2005-05-18 2009-05-12 Wyeth Benzooxazole and benzothiazole antagonists of gonadotropin releasing hormone receptor
US7582636B2 (en) 2005-05-26 2009-09-01 Wyeth Piperazinylimidazopyridine and piperazinyltriazolopyridine antagonists of Gonadotropin Releasing Hormone receptor
WO2011000977A1 (en) * 2009-06-30 2011-01-06 Universidad De Alcalá Miniaturized multi-well-plate method for analyzing ligand/nucleic acid binding by means of thermal fusion curves
ES2351570A1 (en) * 2009-06-30 2011-02-08 Universidad De Alcalá Miniaturized multi-well-plate method for analyzing ligand/nucleic acid binding by means of thermal fusion curves
RU2464314C2 (en) * 2009-10-07 2012-10-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Научно-исследовательский институт физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства" (ФГБУН НИИ ФХМ ФМБА России) Method for plasmid dna condensation for eukariotic cell transfection
RU2499916C2 (en) * 2010-11-29 2013-11-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ-Прогресс" (ФГУП "ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс") Steering machine power supply unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4860869B2 (en) Method for amplifying and detecting a plurality of polynucleotides on a solid support
JPH05322817A (en) Method and device for detecting molecule
US20070054308A1 (en) Fluorescence polarization assay
CN103913542B (en) A kind of real-time and quantification analysis method for target
RU2182708C2 (en) Method of multiple parallel screening of binding specificity of biologically active compounds with nucleic acids using biochip (versions)
JP4425640B2 (en) DNA-binding protein detection method
EP1356860A2 (en) Quality control method of DNA microarray
Wang et al. Spatial transcriptomics: Technologies, applications and experimental considerations
JP2012524526A (en) Universal tag, probe and detection method for multi-target detection of biomolecules
US20100029492A1 (en) Nucleic acid chip for obtaining binding profile of single strand nucleic acid and unknown biomolecule, manufacturing method thereof and analysis method of unknown biomolecule using nucleic acid chip
CN114350670B (en) Aptamer capable of specifically recognizing soluble ST2 protein and application thereof
Berhanu et al. Types, importance and limitations of DNA microarray
WO2002079488A2 (en) Oligonucleotide microchips to detect protein-nucleic acid interactions
CN101666805A (en) Method for preparing specific protein detection chip
EP1163367A2 (en) Analysis of differential gene expression
JP5419888B2 (en) A glass fiber modified with a monomolecular layer of an aminocalixarene derivative and an iminecalixarene derivative, and a production method thereof, a glass fiber in which oligo DNA is immobilized on the modified glass fiber, a production method thereof, and immobilization of the oligo DNA Method for producing strips for genotypic analysis using the prepared glass fiber {MODIFIEDGLASSFIBERBERSWITHITHOMONOFINONOTHINGOLDETHIGENTIMONITHIELD IPSUSINGTHEOLIGO-DNAMODIFIEDGLASSFIBERS}
KR100923048B1 (en) Nucleic Acid Chip for Obtaining Bind Profile of Single Strand Nucleic Acid and Unknown Biomolecule, Manufacturing Method Thereof, and Analysis Method of Unknown Biomolecule Using Nucleic Acid Chip
KR100468317B1 (en) DNA chip using a probe DNA with single stranded large circular molecules
JP2022145606A (en) Highly sensitive methods for accurate parallel quantification of nucleic acids
WO2007124651A1 (en) An array chip of multiple copies of unimolecular nucleic acids
JP3944576B2 (en) Aptamer acquisition method using microarray
KR100602903B1 (en) fluorescent primers for analyzing mitochondrial DNA length heteroplasmy
Kaoud Hussein Advanced technology for the diagnosis of fish diseases
KR20160097881A (en) Non-Amplification Method for DNA Detection Using Gold Nanoparticle and Magnetic Bead Particle
JP2013051909A (en) Health checkup method of fish by multiplex rt-pcr using cytokine gene

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040418

RH4A Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation

Effective date: 20060227

NF4A Reinstatement of patent
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130418

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20140620