WO1992018647A1 - Process for separating or extracting nucleic acid from specimen containing the same - Google Patents

Process for separating or extracting nucleic acid from specimen containing the same Download PDF

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WO1992018647A1
WO1992018647A1 PCT/JP1992/000473 JP9200473W WO9218647A1 WO 1992018647 A1 WO1992018647 A1 WO 1992018647A1 JP 9200473 W JP9200473 W JP 9200473W WO 9218647 A1 WO9218647 A1 WO 9218647A1
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WO
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nucleic acid
dna
immobilized
stranded
solution
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PCT/JP1992/000473
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Inventor
Toshihiko Kishimoto
Shin-Ichiro Niwa
Hiromichi Tsurui
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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Priority claimed from JP12247991A external-priority patent/JPH04325092A/ja
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6809Methods for determination or identification of nucleic acids involving differential detection
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/10Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
    • C12N15/1096Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA cDNA Synthesis; Subtracted cDNA library construction, e.g. RT, RT-PCR

Definitions

  • the present invention relates to the field of molecular biology, and more particularly, to a method for separating or extracting a specific nucleic acid from a nucleic acid sample. North
  • Separation and extraction of nucleic acids from solutions containing various nucleic acids is important in the field of genetic engineering, for example, in the preparation of various single-stranded DNAs, the creation of single-stranded DNA libraries, and gene cloning. It is.
  • One example of a method for separating nucleic acids in a sample is to use an immobilized single-stranded nucleic acid to separate a certain nucleic acid from a mixed solution containing various nucleic acids to prepare various single-stranded DNAs.
  • There is a method for preparing a single-stranded DNA library Hiroshi Tsurui et al.
  • the double-stranded DNA fragment obtained by treatment with a restriction enzyme or the like was introduced into an M13 phage vector by introducing DNA ligase, and then transformed into E. coli.
  • a method of recovering DNA in a form to obtain a single-stranded DNA library had the following problems. a) Available vectors are limited. b) There are restrictions on the size of DNA fragments that can be You. c) It is unknown whether all DNAs have been transformed into E. coli.
  • a nucleic acid subtraction method for removing a specific nucleic acid contained in a nucleic acid sample can obtain two closely related cells (eg, T cells and B cells) from the same species of organism, and only one of them is used. It is used for the purpose of cloning a gene of a protein produced by only one cell when producing a target protein or when there are cells expressing a specific protein and mutant cells not expressing the protein.
  • cDNA is produced using mRNA obtained from one cell, and this cDNA is hybridized with mRNA obtained from a second cell, and cDNA that has not been hybridized is formed.
  • mRNA is obtained, a cDNA library is prepared using the mRNA, and the gene is cloned.
  • immobilized cDNA which is conventionally immobilized on a membrane by non-specific adsorption by non-specific adsorption, is brought into contact with a nucleic acid solution prepared from a target cell under hybridization conditions.
  • c DN A and high It is performed by obtaining mRNA specific for the target cell by collecting mRNA remaining in the solution except for mRNA that forms a pred. Conversely, it can also be performed by obtaining cDNA for which no complementary mRNA has been found.
  • this method has the following problems. a) It is very time-consuming to recover cDNA from the cDNA library. b) Hybridization with mRNA is not complete because immobilization of cDNA is due to non-specific adsorption.
  • the conventional nucleic acid separation or extraction methods have various problems, and the development of an efficient method that solves these problems has been strongly desired.
  • the inventors of the present invention have conducted intensive studies and found that the use of a single-stranded nucleic acid immobilized on a support at the molecular end thereof results in highly accurate hybridization (DNA—DNA hybrid, DNA). — RNA hybridisation), which allowed specific nucleic acids to be efficiently and completely separated. Therefore, by immobilizing the ends of single-stranded nucleic acids having different base sequences on a separable insoluble support, it has just become possible to simultaneously separate and recover two or more single-stranded nucleic acids. ⁇ A highly accurate and improved nucleic acid subtraction method could be achieved.
  • the present invention provides a method for separating or extracting a specific nucleic acid in a nucleic acid sample
  • the present invention provides, as one embodiment, a method for separating a plurality of immobilized single-stranded nucleic acids obtained by separately immobilizing two or more single-stranded nucleic acids having different nucleotide sequences on a plurality of types of supports that can be separated, using two or more nucleic acids.
  • the present invention provides a method for simultaneously separating nucleic acids in a sample having a base sequence complementary to each immobilized single-stranded nucleic acid by contacting the nucleic acid sample with a nucleic acid sample containing the same under hybridization conditions.
  • the single-stranded nucleic acid mixed with the sample nucleic acid in which the hybrid was formed with the immobilized single-stranded nucleic acid was subjected to a conventional method such as heating or alkali treatment from each support. Thereby, it can be recovered as a single-stranded nucleic acid again.
  • the target double-stranded DNA fragment in the sample nucleic acid mixture is converted into two single-stranded DNAs, and each single-stranded DNA is hybridized with each of the two types of immobilized nucleic acids. If a single-stranded DNA is collected and collected, and the recovered single-stranded DNA is subjected to cycling, a double-stranded DNA covering the entire region of the target DNA fragment can be obtained.
  • DNAs having nucleotide sequences specific to various vector DNAs are used.
  • immobilized nucleic acids immobilized on each support are used as probe DNAs.
  • a single-stranded DNA library having a specific nucleotide sequence for various vectors can be prepared, so that the size of the DNA fragment that can be incorporated into the vector is not limited.
  • the present invention provides, as another embodiment, a nucleic acid using an immobilized single-stranded nucleic acid. _
  • nucleic acids in a sample by subtraction Provided is a method for extracting nucleic acids in a sample by subtraction. That is, specific nucleic acids contained in a sample are extracted by removing nucleic acids in the sample that form hybrids with the immobilized single-stranded nucleic acids and recovering nucleic acids remaining in the solution.
  • a mRNA mixture obtained from mutant cells such as cancer is treated by using a cDNA prepared with mRA obtained from normal cells and immobilized on a support, and Removing mRNA with complementary nucleotide sequence allows recovery of disease-specific nucleoacids (genes).
  • the c DNA was made adjusted from mutant cells were fixed, reacted with mRNA mixture from normal cells, the complementary mRNA By obtaining immobilized cDNA that could not be found, it is also possible to clone a gene encoding a protein specific to a mutant cell.
  • Preferred immobilized single-stranded nucleic acids for the method of the present invention are synthetic DNA or cDNA that has been reverse transcribed in vitro, and the nucleic acid sample is mRNA. And a solution sample containing any of cDNA.
  • insoluble support which can be used in the method of the present invention is exemplified below.
  • organic polymer membranes such as nylon membrane, nitrocellulose membrane, polytetrafluoroethylene membrane, polyethylene membrane, polyisoprene membrane, and polystyrene membrane.
  • Body Includes membranes obtained by chemically treating and modifying organic macromolecules (eg, cellulose), such as nitrocellulose. Similarly, it includes a surface that has been processed (chemically or physically) so that nucleic acids can be easily bound and used.
  • organic polymer particles such as nylon, nitrocellulose, cellulose, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polyisoprene, and polystyrene.
  • organic Polymer particles include those modified by chemical treatment, such as oxidation, reduction, or hydrolysis, or physical treatment, such as plasma irradiation.
  • the plurality of types of supports include a plurality of film supports having the same material and a granular support having the same material but different particle diameters.
  • Preferred combinations of the supports for the method for simultaneously separating a plurality of nucleic acids of the present invention are a particulate combination of an organic compound and an appropriate combination of two types of particulates among organic and inorganic membranes, It is a more appropriate combination of two types of membranes, and considering the speed and efficiency of hybridization, two more suitable types of organic and inorganic compounds are particularly preferable, and the separation method In the case of a particulate support, a method of separating by specific gravity is preferred.
  • an appropriate support may be selected from the above-described exemplary supports.
  • a preferable support for the subtraction method is an inorganic compound or an organic compound in which the hybridization speed and efficiency are high, and inorganic polymer particles such as silica force are particularly preferable.
  • a silica gel for HPLC that has little nonspecific adsorption and is easy to disperse and precipitate is most easily used.
  • Immobilization of single-stranded nucleic acids on a selected support is known to those skilled in the art. Yes, for example, a method by non-specific adsorption using the affinity of a single-stranded nucleic acid to be immobilized (hereinafter referred to as DNA) and a support, a DNA activated amino acid on a support activated by ultraviolet rays, Methods for covalently bonding groups are known. However, to obtain immobilized DNA immobilized at the terminus used in the method of the present invention, DNA containing one or more extra nucleotide molecules at the terminus, or at the end of the DNA, may be used.
  • DNA whose nucleotide molecule has been chemically modified, or DNA having a chemical substance having a functional function [amino link 2 of Applied Biosystems In (ABI), etc.] introduced at the end is used. That is, the single-stranded DNA is bound to the support via an extra nucleotide, a chemically modified nucleotide, or a chemical having a functional group.
  • ABSI Applied Biosystems In
  • a hexylamino group can be introduced into a DNA end using a DNA synthesizer according to the following reaction formula (Applied Biosystems Inc. User Bulletin, No. 49, August 1988).
  • a hydroxyl group (mainly a diol group) on DNA or a support is converted to trifluoroethanesulfonyl chloride (hereinafter abbreviated as “tresyl mouth”) (K. Nillson and K. Mosbach, Biochem. Biophys. Res. Commun., 102, 449, 1981), CNB r (R. Axen et al., Nature, 214. 1302, 1967;), trichlorotriazine (THFinlay et al., Anal. Biochem., 87). , 77, 1978), epichlorohydrin (I. Matsumoto et al., J. Biochem., 85, 1091, 1979), bisoxylan (L.
  • tresyl mouth trifluoroethanesulfonyl chloride
  • DNA and amino groups on the support are linked by the primoacetamide method (P. Cuatrecasas, J. Biol. Chem., 245, 3059, 1970) 4)
  • the immobilized double-stranded DNA obtained above was dissolved in a 2.4 M aqueous solution of tetraethylammonium chloride, appropriately diluted in 10 XSSC (1.5 M NaC 1 and 0.1 M sodium citrate; pH 7.0), denatured by adding heat (about 40 ° C or more) or alkali in a salt solution such as 0.1 to 2 M NaC1 aqueous solution, and centrifuging to solid phase and liquid phase.
  • a salt solution such as 0.1 to 2 M NaC1 aqueous solution
  • Double-stranded DNA in which one or more nucleotide molecules have been added to one strand of double-stranded DNA can be bound to the support at the end as it is or after being chemically modified. Therefore, the same purpose as above can be achieved by performing the operations after step 3) in A above.
  • Such a double-stranded DNA can be prepared as follows.
  • the DNA strand A base or a reactive derivative thereof suitable for binding to a support is introduced into only the terminal.
  • DNA molecule having the functional 3 ⁇ 4 and the double-stranded DNA molecule are bound by DNA ligase.
  • double-stranded DNA is treated with two types of restriction enzymes so that the cut ends at both ends have different sequences. Therefore, a DNA having a functional group having a sequence capable of specifically binding to one of the cut ends is added, and a DNA ligase is allowed to act on the DNA to introduce a functional group into the end of the target DNA fragment. In this case, the 5 ′ end of the strand to be removed may be dephosphorylated.
  • 3 'end of double-stranded DNA-trichlorotriazine group is added to the OH group. Activates the OH group by introduction.
  • the 5 'end-OH c is dephosphorylated as described in c) to expose the 1 OH group, and activated by reacting with triclonal triazine.
  • the 5 'terminal is more reactive, so that the 5'-0H group can be specifically activated.
  • oligo (dT) An oligomer (1 to 1000 bases) of deoxythymine (hereinafter abbreviated as oligo (dT)) is immobilized on a support.
  • oligo (dT) a method in which the terminal of the single-stranded DA is chemically modified and then immobilized on a support can be adopted.
  • mRNA is hybridized to the oligo (dT), and then cDNA is synthesized using reverse transcriptase to form the mRNA into type II and oligo (dT) as a primer. Thereafter, the mRNA is removed by a conventional method to obtain cDNA having a terminal immobilized on a support via an oligo (dT).
  • the immobilized single-stranded DNA suitable for the method of the present invention can be obtained by any of the above methods A, B and C.
  • immobilized single-stranded DNA prepared by method A was used for simultaneous separation of multiple nucleic acids
  • immobilized single-stranded cDNA prepared by method C was used for nucleic acid subtraction. I have.
  • the present invention is not limited by the method for immobilizing DNA, and can be carried out using immobilized DNA prepared by any appropriate method other than those described above.
  • the nucleic acid solution serving as a nucleic acid sample is exemplified below.
  • a single-stranded nucleic acid having a different base sequence is immobilized on each of a plurality of types of supports that can be separated (immobilized nucleic acid).
  • immobilized nucleic acid is immobilized on each of a plurality of types of supports that can be separated.
  • the immobilized nucleic acid and the nucleic acid mixture sample are brought into contact with each other in a solution, and a hybrid is formed between each immobilized nucleic acid and a single-stranded nucleic acid having a complementary salt sequence in the sample. Let it form.
  • the single-stranded nucleic acid in the nucleic acid sample, which has formed a hybrid with the immobilized nucleic acid, is recovered as a single-stranded nucleic acid by separating each support and subjecting it to a heating method according to a conventional method. can do.
  • the nucleic acid subtraction is performed, for example, as follows.
  • a single-stranded nucleic acid having its ends immobilized on an insoluble support is brought into contact with a nucleic acid sample in a solution under hybrid-forming conditions.
  • the nucleic acid having a base sequence complementary to the immobilized single-stranded nucleic acid is removed, and the nucleic acid remaining in the nucleic acid sample and having no complementarity with the immobilized single-stranded nucleic acid is recovered.
  • each of the well-known quiet pre-digestion methods can be adopted.
  • the immobilized DNA is immobilized on the support at its end As a result, no octahydrate is destroyed by immobilization and almost the same behavior as DNA in the liquid phase is expected.
  • DNA of 4 ⁇ having the following sequence was synthesized using a DNA synthesizer [A: 391 EP PCR-MATE of 81 companies], and purified by HP LC.
  • 25 bases were selected from the polycloning site of pUC18 vector.
  • Each of the above base sequences is described as a single strand from the 5 'end to the 3' end in a single-stranded form from left to right.
  • X is amino link 2 manufactured by ABI, and was introduced at the 5 'end in the final stage. After synthesizing on one scale and purifying each DNA by a known method, it was recovered in a range of 1.3 to 1.8 mg.
  • immobilized nucleic acids having single-stranded DNAs I and III immobilized at their ends on each support were prepared.
  • silica gel was washed three times with 1M NaCl and finally suspended in 1 ml of 1M NaCl. This was heated at 95 for 5 minutes, immediately centrifuged at 12000 rpm, the supernatant was removed, and this procedure was repeated three times to obtain immobilized DNA in which single-stranded DNA was immobilized on silica gel (a). I got
  • WS-5 water-soluble carbodiimide: D ⁇ JIN
  • CM-5PW manufactured by TOSOH
  • the sili force gel may be simply referred to as a gel.
  • EcoR I buffer (Takara Shuzo) (X 10 times concentration) 50 ⁇ 1 Sterile distilled water 2 3 0 ⁇ 1 After the above mixture was reacted at 37 ° C. for 1 hour, 0.5M ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA; pH 8.0) was added with 101 to stop the reaction.
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • the 20 X S S PE solution has the following composition:
  • DNA probes (A) and (B) were prepared by the following procedure.
  • the TE buffer has the following composition.
  • the specific radioactivity measured by a liquid scintillation counter was 2 540 Ci / mmol.
  • Example 1 show that the method of the present invention makes it possible to easily prepare various types of single-stranded DNA at a time, and that the method of the present invention uses single-stranded DNA for a DNA sequence sample of the Sanga method. It indicates that it is useful for preparation.
  • a single-stranded DNA library which was conventionally only possible with the M13 phage system, can be easily prepared for any size of DNA. Moreover, double-stranded It is now possible to create a DNA library from scratch.
  • Tresyl-activated sily gel was prepared in the same manner as in Example 1. 2. Synthesis of oligo (dT) and immobilization on support
  • C s TFA 0.1 MEDTA solution has the following composition.
  • TE has the following composition.
  • buffer A consisting of Tris-HC1 (pH 7.5) 10 mM, NaC 1 0.5 M, EDTA 1 mM, SD S. 0.1%, and add 0.5 mg / m 1
  • Type 7 oligo (dT) cell port manufactured by Pharmacia by swollen 0.5 g of the cell with distilled water, wash the packed column with 5 ml of 0.1 M Na0H, and equilibrate with buffer A I do. Then 0.5M
  • mRNA was prepared from BALBZc mouse 3-week-old liver and spleen, respectively.
  • Example 2 show that the subtraction method of the present invention allows the recovery of specific nucleic acids that are not mutually present between two nucleic acid mixtures of unknown contents. For example, if the method of the present invention is carried out between a nucleic acid of a normal cell and a nucleic acid of a diseased cell (for example, cancer), the recovered nucleic acid is a disease-specific gene. I understand that there is.

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Description

核酸試料中の核酸の分離または抽出法
技術分野 書
本発明は分子生物学の分野に関し、 さらに詳しくは、 核酸試料か ら特定の核酸を分離または抽出する方法に関する。 北
冃景技 各種の核酸を含む溶液からの核酸の分離、 抽出は、 遺伝子工学の 分野、 例えば、 各種一本鎖 D N Aの調製、 一本鎖 D N Aライブラリ 一の作成、 および遺伝子クロ一ニング等において重要である。 試料中の核酸を分離する方法の 1例と して、 固定化した一本鎖核 酸を用いて各種の核酸を含む混合液からある核酸を分離し、 各種の 一本鎖 D N Aを調製したり、 一本鎖 D N Aライブラリ一を作成する 方法がある。 鶴井博理等 (細胞工学、 Vol.8,No.7, 1989) は、 高速 液体ク口マトグラフィ一 ( H P L C ) 用ビーズに固定化された D K Aプローブを用いて、 核酸混合液から 1種類の一本鎖 DN Aを回収 し、 ついで、 この一本鎖 DNAの特定領域にプライマ一 DNAをつ け、 DNAポリメラーゼを用いて二本鎖 DN Aにすることによ り、 目的遺伝子をクローニングする方法を提案した。 しかしながら、 こ の方法には以下の問題点があった。 a) —度に 1種類の一本鎖 Aしか回収できない。 b) 二本鎖 DNAを作成する際、 回収した一 本鎖 DN Aの全領域を二本鎖 DN Aにできない (プライマー DN A の付着点以降しか二本鎖 DNAにならない) 。
また、 制限酵素処理等で得られた二本鎖 DNA断片を M 1 3ファ —ジベクターに D N Aリガ一ゼを ¾いて導入し、 ついで大腸菌に形 質転換した後、 Ml 3—本鎖 DNA分子の形態で DNAを回収して 一本鎖 DNAライブラリ一とする方法が知られている。 しかし、 こ の方法には、 以下の問題点があった。 a) 使用できるベクターが限 られる。 b) ベクターに組み込める DNA断片の大きさに制限があ る。 c) すべての DN Aが大腸菌に形質転換しているか否かが不明 である。
他方、 核酸試料中に含まれる特定の核酸を取り去る核酸サブトラ クシヨ ン法は、 例えば、 同種の生物から近縁の 2種類の細胞 (例、 T細胞と B細胞) が得られ、 その一方だけが目的のタンパク質を作 る場合、 または特定のタンパク質を発現する細胞と発現しない変異 細胞とがある場合等に、 一方の細胞のみが産生するタンパク質の遺 伝子をクローニングする目的で用いられる。 この方法では、 一方の 細胞から得た mR N Aを用いて c DNAを作り、 この c DNAと第 2の細胞から得た mR N Aとでハイブリ ツ ド形成させ、 ハイプリ ッ ド形成しなかった c DNAまたは mRN Aを得、 それを用いて c D N Aライブラリ一を作成し、 該遺伝子をクローニングする。
この方法は、 従来、 c DNAをメ ンブラン上に非特異的吸着によ り固定してなる固定化 c DNAを、 目的の細胞から調製した核酸溶 液とハイプリダイゼ一ション条件下で接触させ、 該 c DN Aとハイ プリッ ド形成する mRN Aを除き、 溶液中に残存する mRN Aを回 収することによ り、 目的細胞に特異的な mRN Aを得ることで行わ れている。 逆に、 相補的 mRNAを見付けれらなかった c DNAを 得ることによつても行うことができる。 しかしながら、 この方法に は以下のような問題点があった。 a) cDNAを c DNAライブラ リーから回収する手間が非常に大きい。 b) c DNAの固定化が非 特異的な吸着によるため mRN Aとのハイプリダイゼ一ショ ンが完 全でない。 c) c DNAの固定化密度が非常に低いため、 操作に手 間がかかる上、 完全に mRN Aと反応させることが困難である。 ま た、 もう一つの方法として、 目的細胞よ り調製した mRNAをサブ トラクションするための c DNAと混合し、 ハイブリダイゼ一ショ ンを行った後、 二本鎖核酸のみを特異的に吸着するとされているハ ィ ドロキシァパタイ トカラムに溶液を流すことで、 mRNAと c D NAのハイブリ ツ ドニ本鎖を除去し、 目的細胞にのみ特異的に存在 する mRNAを回収する方法がある。 この方法には以下の問題点が ある。 a ) カラムを用いるため、 操作が煩雑でしかも回収した核酸 溶液が希釈されてしまう。 b) カラムからの mRNAの回収率が非 常に悪い。 c ) 再現性がないことが多い等。
上記のごと く従来の核酸分離または抽出法には様々な問題点があ り、 これらを解決した効率的な方法の開発が強く望まれていた。 本 発明者らは、 鋭意研究した結果、 一本鎖核酸をその分子末端で支持 体に固定したものを用いると、 非常に精度の高いハイブリ ツ ド形成 (DN A— DNAハイブリ ッ ド、 DN A— RN Aハイブリ ッ ド) が 可能となるため、 特定の核酸を効率よ く、 かつ、 完全に分離できる ことを見出した。 従って、 塩基配列の異なる一本鎖核酸の末端を分 離可能な不溶性支持体に固定化することによ り、 2個以上の 1本鎖 核酸を同時に分離および回収することができるようになったばかり カヽ 高精度の、 改良された核酸サブトラクシヨン法を達成すること ができた。
発明の開示 即ち、 本発明は、 核酸試料中の特定の核酸を分離または抽出する 方法であって、
1 ) 一本鎖核酸をその末端で不溶性支持体に固定化し ;
2 ) 核酸ハイブリツ ド形成の条件下、 溶液中で該固定化一本鎖核酸 を該核酸試料に接触させ;
3 ) 該支持体に固定化された一本鎖核酸とハイブリツ ド形成する該 試料中の核酸を分離することからなる方法を提供するものである。 本発明は 1つの実施態様として、 塩基配列の異なる 2以上の一本 鎖核酸を分離可能な複数種類の支持体に別個に固定化してなる複数 の固定化一本鎖核酸を、 2以上の核酸を含有する核酸試料とハイブ リダイゼ一ションの条件下で接触させ、 それぞれの固定化一本鎖核 酸に相補的な塩基配列を有する該試料中の核酸を同時に分離する方 法を提供する。
次いで、 固定化一本鎖核酸とハイプリッ ドを形成した試料核酸混 合液の一本鎖核酸は、 各支持体から、 加熱やアルカリ処理等の常法 によ り、 再び一本鎖核酸と して回収することができる。
この方法を用いて、 例えば、 試料核酸混合液中の目的の二本鎖 D N A断片を 2つの一本鎖 D N Aと してから、 各一本鎖 D N Aを 2種 類の固定化核酸の各々とハイブリ ッ ド形成させ、 それを回収し、 回 収した 2つの一本鎖 DNAをァ二—リングすれば、 目的 DN A断片 の全領域をカバーした二本鎖 DN Aを得ることが可能となる。 さらに、 種々のべクタ一 DNAに特異的な塩基配列を有する DN Aを、 ベクター DN Aの二本鎖のそれぞれについて、 プローブ DN Aと して各支持体に固走化した固定化核酸を用いると、 様々なべク タ一に対して特異的な塩基配列を有する一本鎖 DN Aラィブラリ一 'を作成できるので、 べクターに組み込める DN A断片の大きさが限 定されず、 しかも数種のベクターについて DNA断片の導入、 大腸 菌への形質転換を行なうことで、 全ての DN Aが形質転換している 可能性を高めることができる。
本発明は、 他の実施態様と して、 固定化 1本鎖核酸を用いる核酸 _
PCT/JP92/00473
サブトラクシヨンによる、 試料中の核酸の抽出法を提供する。 即ち、 固定化 1本鎖核酸とハイプリッ ド形成する試科中の核酸を除去し、 溶液中に残存する核酸を回収することにより、 試料に含まれる特異 的な核酸を抽出する。 この方法を用いて、 例えば、 正常な細胞から 得た m R Aで調製した c D N Aを支持体上に固定化したものを用 い、 癌などの変異細胞から得られた mRNA混合物を処理して、 相 補的な塩基配列を有する mRN Aを取り去ると、 病気に特異的な核 酸 (遺伝子) を回収することができる。 なお、 当業者ならば容易に 理解することである力 ?、 例示の方法の変法として、 変異細胞から調 製した c DNAを固定化し、 正常細胞由来の mRNA混合物と反応 させ、 相補的 mRNAを見付けれなかった固定化 c DNAを得るこ とによっても、 同様に変異細胞に特異的なタンパク質をコードする 遺伝子-をクローニングすることができる。
本発明方法にとって好ましい固定化 1本鎖核酸は、 合成 DNAま たは試験管内で逆転写された c D N Aであり、 核酸試料は m R N A および c D N Aのいずれかを含有する溶液試料である。
本発明方法に用い得る不溶性支持体を以下に例示する。
1 ) 天然または合成の有機化合物の膜状のもの。
具体例と しては、 ナイロンメ ンブラン、 ニ ト ロセルロースメ ンブ ラン、 ポリテ トラフルォロエチレンメ ンブラン、 ポリエチレンメ ン ブラン、 ポリ イ ソプレンメ ンブラン、 ポリスチレンメ ンブラン等、 天然または合成有機高分子メ ンブラン (膜状体) を挙げることがで きる。 ニ トロセルロースルのよう に、 有機高分子 (例 ; セルロース) を化学的に処理し、 改質して得たメ ンブランを含む。 同様に、 表面 を核酸が結合しやすいように、 また、 使用しやすいように加工 (化 学的、 物理的) したものを含む。
2 ) 天然または合成有機化合物の粒子状のもの。
具体例と しては、 ナイ ロン、 ニ ト ロセルロース、 セルロース、 ポ リテ ト ラフルォロエチレン、 ポリエチレン、 ポリ イ ソプレン、 ポリ スチレン等の有機高分子粒子を挙げることができる。 これらの有機 高分子粒子は、 例えば酸化、 還元、 加水分解などの化学的処理、 あ るいは、 例えばプラズマ照射などの物理的処理で改質したものを含
3 ) 無機化合物の膜状のもの。
具体例としては、 グラフアイ ト、 多孔質ガラス、 シリ カ等の無機 高分子メ ンブラン ; アルミニウム、 ァパタィ ト等の金属メンブラン ; アルミナ、 窒化珪素等のセラミックスメ ンブラン ;食塩等の結晶を 挙げることができる。 さらに、 これらの表面を化学的、 物理的に表 面処理することで改質されれたものも使用できる。
4 } 無機化合物の粒子状のもの。
具体例としては、 グラフアイ ト、 多孔質ガラス、 シリ力等の無機 高分子粒子; アルミニウム、 アパタイ ト等の金属粒子; アルミナ等 のセラミック粒子;等を挙げることができる。 これらの無機化合物 粒子は、 例えばイオンプレーティングなどの物理的、 化学的に表面 処理を行なうことで改質されたものも使用できる。 δ ) ポリアクリルアミ ド、 ァガロース等の性状がゲル状のもの。 本発明方法を用いて複数核酸を同時に分離するには、 これら各種 の支持体の内から分離可能な複数種類の支持体を選択するとよい。 支持体の分離は例えば、 以下の方法で行う。
i) 比重の異なる支持体を用い、 ハイブリダィゼ一シヨン後、 中間の 比重をもつ 溶液を加えて重い支持体と軽い支持体に分離する。 ii) 複数の膜状支持体やそれぞれ粒径の異なる複数種類の粒状支持 体、 あるいは膜状支持体と粒状支持体との組み合わせなど、 形状的 に容易に分離可能なものを用いる。
iii) 鉄等の磁石 (または磁力) によ り回収できる支持体と、 磁石で 回収できな い支持体を用いて、 磁石で分離する。
iv ) 上記各種方法を適宜組み合わせる。
なお、 上記の方法において、 複数種類の支持体とは、 材質が同じ 複数の膜状支持体や材質が同じで粒径の異なる粒状支持体なども包 含する。 本発明の複数の核酸を同時に分離する方法にとって好ましい支持 体の組み合わせは、 有機化合物の粒子状のもの、 および有機、 無機 の膜状のものの中で粒子状の中より適当な 2種の組み合わせ、 膜状 の中より適当な 2種の組み合わせであり、 ハイプリダイゼ一ション の速度、 効率を考えると、 有機、 無機化合物の粒子状のものの中よ り適当な 2種の支持体が特に好ましく、 分離法としては粒子状支持 体の場合は比重により分離する方式が好ましい。
また、 本発明の核酸サブトラクシヨ ンを行うには、 上記例示支持 体から適当な支持体を選択すればよい。
サブトラクシヨ ン法にとつて好ましい支持体はハィブリダィゼ一 ションの速度および効率が高くなる無機化合物、 有機化合物の粒子 状のものが望ましく、 シリ力等の無機高分子粒子が特に好ましい。 さらに、 非特異吸着が少なく、 分散、 沈殿の容易な H P L C用シリ 力ゲルが最も用い易い。
選択した支持体への一本鎖核酸の固定化は当業者にとって既知で あり、 例えば、 固定化される一本鎖核酸 (以下、 DN Aについて述 ベる) と支持体との親和力を利用した非特異的吸着による方法、 紫 外線で活性化した支持体に D N Aのアミノ基を共有結合させる方法 などが知られている。 しかしながら、 本発明方法に用いる末端で固 定化された固定化 DNAを得るには、 その末端に 1も しくはそれ以 上の余分のヌクレチォ ド分子を含んでいる DN A、 あるいはその末 端のヌクレオチド分子が化学的修飾を受けている DNA、 または官 能 ¾を有する化学物質 [Applied Biosystems In (A B I ) 社のァ ミノリ ンク 2等] を末端に導入した D NAが用いられる。 即ち、 余 分のヌクレオチド、 化学的修飾を受けたヌクレオチド、 または官能 基を有する化学物質を介して、 一本鎖 DN Aを支持体に結合させる。 以下、 支持体上への一本鎖 DN Aの固定化の具体例について、 詳 細に説明する。
A. 一本鎖 DN Aの末端を化学的に修飾する場合
1 ) まず、 末端に固定化に適した官能基 (例えば一: NH2、 一 CO OH) を導入 した一本鎖 DNAを調製する。 DNAを合成する場合、 その合成は、 市販の DNA合成装置 (AB I社製 3 9 1型 P CR — MATEなど) を使用し、 常法によって行なうことができる = 官能基の導入は、 例えば次のような方法で行うことができる a) ァミノリ ンク 2 (AB I社製) の導入
以下の反応式にしたがい、 DNA合成装置を使って、 へキシルァ ミノ基を D N A末端に導入することができる (Applied Biosystems I nc User Bulletin, No.49, August 1988)。
一本鎖 DNA カルボキシ末端 一 OH
H
Nゝ ノ CF,
Figure imgf000016_0001
0
ァミ ノ リ ンク 2
\
--本鎮 ί? 八 八 八 - 力ルボキシ末端端一 0— Ρ— 0'
0 b ) 式 :
Figure imgf000017_0001
で示されるリ ンカ一を、 DNA合成装置 (AB I社製、 A— 3 9 1
E P P C R— MATEなど) を用いて D N A末端に導入し、 これ を処理することによ り、 このリ ンカ一末端を反応性のあるアルデヒ ド基またはカルボキシ基に導き、 さらにアルデヒ ド基の場合は、 ビ ォチンのヒ ドラシド化合物と反応させることによ り、 アビジンと特 異的に結合して複合体を形成し得るピオチンを導入することができ る (Jonathan N.Kremsky et al., Nucleic Acid Research 1987, Vol.15, p.2891〜参照)
c ) DNA合成装置を用い、 アミノ基をもつ塩基のヌク レオチド 1
〜数 1 0個を相補部分の D N A末端に付加する
d ) ターミナルトランスフヱラーゼによ り、 支持体との結合に適し た塩基、 またはその反応性誘導体を、 DN A末端に導入する (Deug G.and Wu R., Methods in Enzymology, Vol.100, p.96-116, 1983、参 照) 。
2 ) 次に、 1 ) で得た一本鎖 DNAの相補鎖を 1 ) と同様の合成装 置を用いて調製し、 両者をアニーリングさせて、 二本鎖 DNAとす c
3 ) 上で得た二本鎖 DNAを含む溶液に固定化用の不溶性支持体を 加え、 両者を結合させる。 DNAと支持体との結合法は、 DNAお よび支持体の 者の化学的修飾の種類によつて異なり、 例えば、 次 のような各種の方法を用いることができる。
a) DNAまたは支持体上の水酸基 (主としてジオール基) を トリ フロォロェタンスルフォニルクロライ ド (以下、 ト レシルク口ライ ドと略言己) (K.Nillson and K. Mosbach, Biochem. Biophys. Res. C ommun., 102, 449, 1981)、 C N B r (R.Axen et al., Nature, 214. 1302, 1967; 、 ト リ クロロ ト リアジン (T.H.Finlay et al., Anal. Bio chem., 87, 77, 1978) 、 ェピクロロヒ ドリ ン (I. Matsumoto et al. , J. Biochem.,85, 1091, 1979) 、 ビスォキシラン (L.Sundberg and J. Porath, J. Chromatogr. ,90, 87, 1974) 、 ジビニルスルホン酸 (J.Pora th, Meth.Enzymol.,34,27, 1974) 、 ベンゾキノ ン (J. Brandt et al. , B iochem.Biophys. Acta., 386, 196, 1975) 、 カルボニルジイ ミ ダゾ一ル - (G.S.Bethell et al., J. Biol. Chem., 254, 2572, 1979) などで活性 化し、 支持体上、 または DNAの主としてアミノ基と結合さ せる。 b ) DN Aまたは支持体上の主と してカルボキシル基 (一C 00H 基) を水溶性カルポジイミ ド等のカルボジイミ ド (A.Tengblad, Bi ohem. J., 199,297, 1981 ;M.Funabashi et aL.Anal. Biochem., 126, 414,
1982) または 2—エトキシー 1—ェ トキシカルボニル一 1, 2 —ジヒ ドロキノリ ン (E E DQ) (G.Saccomani et al., J. Biochem.,
256, 12405, 1981;B. Belleuau and G. Malek, J. Am. Chem. Soc, 90, 1651, 1968) で活性化し、 支持上または D N Aの主と してアミ ノ基 (-NH2) と縮合結合させる。
c ) 従来の非特異的または末端とは限らない状態で支持体に結合し た DNAに、 所望の DNAを DNAリガ一ゼ (連結酵尜) を用いて 結合させる。
d ) 支持上および DNAのヒ ドラジド基とアルデヒ ド基、 またはヒ ドラジド基とカルボキシル基を用いて結合させる。 ヒ ドラジド基と アルデヒ ド基の場合は、 混合するとヒ ドラゾン結合を形成する。 こ れを還元操作を行う と共有結合化する(Jonathan N.Kremsky et al. , 上掲文献参照) 。 ヒ ドラジドとカルボキシル基の場合は、 b ) のよ うにカルボジィミ ド等を用いる。
e) DNAおよび支持体上に互いに親和力のある物質を導入し (例 えば、 ピオチンとアビジン) 、 その親和力に基づいて固定化を行う (Jonathan N.Kremsky et al., 上掲文献参照) 。
f ) DNAと支持体上のチオール基どう しを活性化、 固定化する(K. Brocklehurst et al., Biochm. J. , 133,573, 1973) c
g) D N Aと支持体上のァミノ基どう しをプリモアセタミ ド法にて 結合させる (P.Cuatrecasas, J. Biol. Chem.,245,3059, 1970) 4 ) 上で得た固定化二本鎖 D N Aを 2.4 Mテトラエチルァンモニゥ ムクロライ ド水溶液、 適宜希釈した 1 0 X S S C ( 1. 5M N a C 1および 0. 1 5Mクェン酸ナ ト リ ウム ; p H 7. 0 ) 、 0. 1 〜 2 M N a C 1水溶液等の塩溶液中、 熱 (約 4 0 °C以上) または アルカリを加えることによ り変性させ、 遠心して固相と液相を分離 することによ り、 固定化一本鎖 DNAを得る。
B. 二本鎖 DNAをそのまま、 あるいは末端を化学的に修飾して用 いる場合
二本鎖 DN Aの一方の鎖に 1若しくはそれ以上のヌクレチォ ド分 子が付加した形の二本鎖 DNAは、 そのままあるいは化学的な修飾 を施した後支持体に末端で結合させることができるので、 上記 Aの 工程 3 ) 以降の操作を施せば、 上と同様の目的を達成することがで きる。 このような二本鎖 D N Aは、 次のようにして調製することが できる。
a ) ターミナルト ラ ンスフェラ一ゼを使用して、 片方の D N A鎖の 末端にのみ支持体との結合に適した塩基またはその反応性誘導体を 導入する。
b ) 末端に一本鎖部分ができるように制限酵素で切断する。
c ) 官能 ¾を持つ D N A分子と、 二本鎖 D N Aを D N Aリガーゼに より結合させる。 例えば、 二本鎖 DNAの両端の切断端が異なる配 列を持つように 2種の制限酵素で処理する。 そこで、 一方の切断端 に特異的に結合できる配列を有する官能基を有する DN Aを加え、 そこに DNAリガーゼを作用させることにより目的 DNA断片の末 端に官能基を導入できる。 この場合、 除去したい方の鎖の 5' 末端 を脱リン酸化しておいてもよい。 即ち、 目的とする二本鎖 DNAの 一端だけが出た長い二本鎖 DNAを調製し、 この状態で脱リン酸化 酵素により 5' 末端を脱リン酸化し、 その後二本鎖 DNAを切断し て目的断片をつくると一方の 5' 末端は脱リン酸化されたものがで きる =
d ) 二本鎖 DNAの 3' 末端— OH基にトリクロロ トリアジン基を 導入することで OH基を活性化する。 5' 末端— OH¾には、 c ) で述べた脱リン酸化を行い一 OH基を露出させトリクロ口 ト リアジ ンを反応させて活性化する。 3' 末端の一 OH基と 5' 末端の一 0 H基では、 5' 末端の方が反応性に富むため、 5' 末端— 0H基を 特異的に活性化できる。
C. mRNAから固定化 c DNAを合成する場合
支持体上にオリゴマー ( 1〜 1 0 0 0塩基) のデォキシチミ ン [以下、 オリゴ (d T) と略記] を固定する。 この固定化法と して は、 前記一本鎖 D Aの末端を化学的に修飾してから支持体上に固 定化する方法が採用できる。 次いで、 このオリゴ ( d T ) に m R N Aをハイブリダィゼ一シヨ ンさせ、 次いで逆転写酵素を用いて、 m RNAを錶型とし、 かつ、 オリゴ (d T) をプライマーと して c D N Aを合成し、 しかる後、 常法により m R N Aを除去することによ り、 末端がオリゴ (d T) を介して支持体上に固定化された c DN Aを得る。 上記 A、 Bまたは Cのいずれの方法によっても本発明方法に適し た固定化一本鎖 DNAが得られる。 以下の実施例では、 複数核酸の 同時分離には、 Aの方法で調製した固定化一本鎖 DNAを用い、 核 酸サブトラクションには Cの方法で調製した固定化一本鎖 c DNA を用いている。 しかしながら、 本発明は DNAの固定化法によって 制限されるものではなく、 上記以外の任意の適当な方法で調製され た固定化 DNAを用いて実施することができる。
核酸試料となる核酸溶液を以下に例示する。
1 ) 細胞から抽出された (天然の) 2本鎖 DNA、 およびこの DN Aを制限酵素や物理的剪断力等で切断したもの、
2 } 天然の 1本鎖 DNA (上記①の DNAを熱またはアルカリ等で 変性させたものも含む) 、
3 ) ポリメラーゼチェーンリアクション ( P C R法) 等で in vitroで 増幅された 1本鎖または 2本鎖 DNA、 および該 2本鎖 DNAを熱 またはアル力リ等で変性させたもの、 4 ) 合成 DNA、
5) 天然の RNA、
6 ) 合成 RNA、
7) 上記 1 ) 〜 6) の任意の DNA, RNAの混合物。
発明を実施するための最良の形態 試料中の複数核酸を同時に分離するには、 例えば、 以下のごと く に行う。
まず、 分離可能な複数種類の支持体の各々に塩基配列の異なる一 本鎖核酸を固定化したもの (固定化核酸) を作成する。 次いで、 こ の固定化核酸と核酸混合物試料とを溶液中で接触させて、 各固定化 核酸と試料中の、 それらに相補的な塩¾配列を持つ一本鎖核酸とで それぞれハイプリ ッ ドを形成させる。
ハイブリダイゼ一シヨンは、 公知の各種の方法および反応条件を 採用することができる。 この場合、 固定化核酸は、 その末端で支持 体上に固定化されているので、 固定化による DN A塩基の破壊がな レ 。 従って、 液相中での D N Aとほぼ同じ挙動が期待され、 相補的 な塩基配列を有する核酸 (D N A、 R N A ) と効率よく、 かつ、 完 全なハイブリツ ド形成が可能である。 その結果、 試科核酸混合液か ら各固定化一本鎖核酸に相補的な塩基配列を有する特定の一本鎖核 酸をそれぞれ分離することができる。
固定化核酸とハイプリッ ドを形成した核酸試料中の一本鎖核酸は、 各支持体を分離した後、 常法にしたがつて加熱ゃァル力リ処理する ことにより再び一本鎖核酸として回収することができる。
核酸サブトラクシヨンは例えば以下のようにして行う。
一本鎖核酸をその末端で不溶性の支持体上に固定化したものと核 酸試科とをハイプリッ ド形成条件下、 溶液中で接触させる。 固定化 一本鎖核酸と相補的な塩基配列を有する核酸を除去し、 核酸試料中 に残存する、 該固定化一本鎖核酸と相補性を有さない核酸を回収す る。 この場合も公知の各穩ハイプリダィゼーシヨン法が採用できる。 上記同様、 固定化 D N Aはその末端で支持体上に固定化されている ため、 固定化による 0 八塩¾の破壊がなく、 液相中での DN Aと ほぼ同じ挙動が期待され、 相補的な塩基配列を有する核酸 (DNA、 RNA) と効率よく、 かつ、 完全にハイブリダィゼーシヨンするこ とが可能である。 その結果、 核酸溶液から相補性のある塩基性配列 を有する特定の核酸のみを取り去ることができる。
この方法では、 特定の mRNAを錶型として、 支持体上に固定化 された c DNAを合成し、 核酸溶液から相補性のある mRNAのみ を抽出することができる。 例えば、 内容未知の mRNAを含む 2つ の核酸溶液の一方の mRNAを铸型として、 固定化 c DNAを作成 し、 これを用いて他方の核酸溶液を処理して、 ハイブリダィゼーシ ヨ ンを行なえば、 核酸溶液中に残存して回収される mR N Aは、 一 方の核酸溶液に存在しないものであることが分かる。 逆の操作も可 能である。 また、 相補的な mRNAを見付けられなかった c DN A に ¾づいて分析することもできる。
したがって、 この方法によ り、 内容不明の 2つの核酸溶液の間で 相互に存在しない特異的核酸を fel収し、 それをクローニングするこ とができる。 このように、 本発明の核酸サブトラクシヨ ン法は、 遺 伝子操作、 特に、 遗伝子クローニング等に好適である。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する 、 本発 明は、 これらの実施例に限定されるものではない。
龍例 1 試料中の複数の核酸の同時分離
1. 固定化一本鎖 DN Aの調製
( 1 ) 以下の塩悲配列を有する 4欞の DNAを DNA合成装置 〔A :81社の39 1 E P PCR— MATE) にて合成し、 HP LC にて精製することで調製した。
配列は p U C 18ベクターのポリクローニングサイ トカ ら 25塩 基を選んで用いた。
① X T G C A G G CAT G C A A G C TTG G C A C T G G
② CCA GTG CCA AG C TTG CAT G C C T G C A
③ X C CA G T A C CA A G C TT G CAT G C C T G C A
© TG C A G G CAT G C A A G C TT G G C A C T G G
上記の各塩基配列は、 5' 末端から 3 ' 末端方向に一本鎖で左か ら右へ記載されている。 なお、 Xは、 AB I社製のァミノリ ンク 2 であり、 最終段階で 5' 末端に導入した。 1 スケールで合成し、 各 DN Aを既知の方法で精製した後、 1. 3〜 1. 8 m gの範囲で 回収した。
(2 ) 固定化
以下の操作によ り、 各支持体上に一本鎖 DN A①およぴ③をその 末端で固定化した固定化核酸を作成した。
1 ) 固定化 DNA ( a)
①および②の DN Aをそれぞれ 1 0 0 g分とつて減圧下で乾固 した。 次に、 DNA① 100 Λ gを 1 M N a C 1 ( 1 00 1 ) に溶かし、 DNA② 100 gと混合した。 この溶液を 95 °Cの水 浴上で 2分間あたためた後、 1時間かけて 35°Cにまで冷却した。 ついで、 0. 4M N a H C 03 (p H 7. 5) を 力 Π た。
これに、 後に説明する方法で調製したトレシル活性化シリ力ゲル 20mgを加え、 室温で 24時間反応させた。 反応終了後、 シリカ ゲルを 1M N a C 1で 3回洗诤し、 最後に、 1M N a C I 1 m 1に懸濁した。 これを 95でで 5分間加温し、 直ちに 1 2000 r pmで遠心し、 上清を除去し、 これを 3回繰返して、 一本鎖 DN A①をシリカゲルに固定化した固定化 DNA (a) を得た。
2) 固定化 DNA (b)
③ぉよび④の D N Aをそれぞれ 100 Λ g分とつて減圧下で乾固 した。 次に、 DNA®100/z gを 1M N a C 1 100 1に 溶かし、 乾固した D N A④ 100 gと混合した。 これを 9 5 °Cの 水浴上で 2分間あたため、 1時間かけて 3 5 °Cに冷却した。 これに 蒸留水 1 0 0 / 1 を加えた。
また、 TO S OH社製 CM— 5 PW3 0 mgを 4 0 m g WS C (水溶性カルボジィ ミ ド : D〇 J I N社製) を溶かした 5 0 0 1
HC 1水 (p H 4. 0) に加え、 4でで、 2時間活性化した。 次いで、 蒸留水で 3回洗浄し、 得たゲルを前記核酸液と混合し、 4°Cで、 5時間攪拌反応させた。 次いで、 9 5°Cの水温で 5分間加 熱し、 直ちに 1 2 0 0 0 r p mで遠心した後、 上清を除去し、 再び 0. δ M N a C 1 に懸濁し、 加熱 ( 9 5 °C、 5分間) 、 遠心 ( 1 2 0 0 0 r p m) を 3回繰り返して、 一本鎖 DN A③を CM— 5 P Wに固定化した固定化 DNA (b) を得た。
2. ト レシル活性化シリ カゲルの調製
以下の操作は、 ドライボックスもしくは乾燥窒素を満たした無菌 パックなどを適宜利用し、 水分の混入を防ぎながら行なった。 なお、 シリ力ゲルを単にゲルと略称することがある。 1 ) アセトン、 ピリジンを予めモレキュラーシ一ブで脱水してお
2 ) 1 m lの脱水ァセトン、 1 0 0 1のピリジン、 および小さ なスターラ一チップを 1 O m 1 のメスフラスコに入れておく c
3 ) 1 gのゲルをガラスフィルター (# 5メ ッシュ) 上でァスピ レ—ターで吸収しながら、 アセトン、 脱水アセトンで素早く洗浄し、 直ちに 2 ) で用意したメスフラスコに入れる。
4 ) 乾燥窒素で外気が混入しないようにしながら、 スターラーで ゲルを激しく攪拌しつつ、 1 0 0〜 2 0 0 z l のトレシルク口ライ ド (F 1 u k a社製) を約 1分を要して滴下する。 この際、 氷を詰 めたビニール袋などでメスフラスコを 0 °C付近に保っておく c
5) メスフラスコに蓋をし、 ゲルを破砕させないようにスターラ 一の速度を落し 2 0分間反応させる。 メスフラスコは 0 °C付近に保 つておく。
6 ) 反応後、 ガラスフィルタ一上に移し、 アセトン、 アセトン + 5 mM H C 1 ( 1 : 1 ) ぉょび5:11]\1 H C 1 で洗浄する。
7 ) さらにアセトンで洗浄し、 フィルタ一上で十分アセ トンを揮 散させる。
8 ) ナスフラスコに移し、 減圧下にアセトンを揮散させる。 ト レ シルは高温では不安定なので、 5 ) で用いた氷入り ビニールなどで 低温に保ちつつ乾燥させると、 トレシル化シリ力ゲルが得られる。 3. 核酸試料の調製
市販の P U C 1 8 DNA (宝酒造社製) l O O gを用い、 以下 の操作によ り試料核酸混合液を調製し、 固定化 D NA ( a ) および (b ) と接触させて、 ハイブリダィゼ一シヨン処理を行なった。 1 ) 以下の組成の液で D N Aを切断する。
p U C 1 8 (宝酒造製) ( 5 0 0 / g/m l ) 2 0 0 ^ 1 EcoR I (宝酒造製) ( 2 0単位/" m l ) 2 0 μ \
EcoR I緩衝液 (宝酒造製) (X 1 0倍濃度) 5 0 ^ 1 滅菌蒸留水 2 3 0 Λ 1 合計 5 0 0〃 1 上記混合物を 3 7 °Cで 1時間反応させた後、 0. 5M エチレン ジァミン四酢酸 (E DT A ; p H 8. 0 ) を 1 0 1加え反応を停 止する。
2 } 上記 1 ) の反応液に 5 M酢酸ナトリウム 5 0 1 を加え、 さら にエタノ一ルを 1 m I加え、 一 80 °Cで 2 0分間放置する。
3 ) 4。C、 1 2 0 0 0 r p mで 1 0分間遠心分離する。
4 ) 上清を除去し、 一 2 0 °Cで冷却した 70 %エタノールで沈殿を 洗浄し、 4 °C、 1 2 0 0 0 r pmで 3 0秒間遠心した後、 上清を除 去する。
5) デシケーター中で減圧乾燥する。
6 ) 2. 4Mテトラェチルアンモニゥムクロライ ド (TEAC 1 ) (和光純薬社製) 2 0 0 Λ 1 を加え、 よく溶かし、 75 °C、 5分間 放置する。
7) 上記 2. で調製した 2種の固定化 DNA ( a) および (b) を 全量加え、 よ く攪拌し、 2 0°Cで 1 5分間放置する。
8 ) 1 2 0 0 0 r p mで遠心し、 上清を別のエツペン ドルフチュー ブに移す。
9 ) 2.4 M TEAC 1 を 2 0 0 /^ 1加え、 よ く攪袢し、 1 2 0 0 0 r p mで数秒間遠心してゲルを沈殿させ、 上清を除去する。
1 0 ) 2. 4 M TEAC 1 を 2 0 0 / 1加え、 そこに比重を 1. 5に合わせたテトラブロムエタンノクロロホルムを 3 0 0 1加え、 6 0 0 0 r p mで数秒間遠心する。
1 1 ) 分離したゲル (各支持体) をそれぞれ回収する。
1 2 ) 各ゲルを、 それぞれ 2.4M TE AC 1 ( 1 0 0 / 1 ) に懸 濁する。
1 3 ) 7 0 °Cで 1 0分間保持し、 ハイブリ ッ ド形成した D N Aを液 相に溶出させ、 液相 (サンプル DNA液) を回収する。
4. 回収 DN Aの検定
以下の操作によ り、 前項で試料核酸混合液から回収した一本鎖 D N Aの検定を行なった。
1 ) 20 X S S P E溶液 1 0m lで濾紙 ( 5.5 X 5.5 c m ) を湿 らせる。 20 X S S P E溶液は以下の組成:
N a C 1 1 74 g
a H2P 04 · 2 H20 3 1.2 g
E D T A · 2 N a · 2 H2〇 7.4 g からなる混合物を 800 m 1の水に溶かし、 NaOHでp H7. 4 とした後、 1 リ ッ トルにし、 オートクレープ滅菌することによ り調 製される。
2 } 上記 1 ) の濾紙を 96穴のミニホールド装置 (Bio-Rad社製' に配置する。
3) 5 5 (: 111の8100¥ 1£メ ンブラン (PALL社製) を滅 茵水で湿らせた後、 20 X S S P Eに付ける。 その後、 ミニホール ド装置に装着する。
4 ) 一度、 20 XS SPEでミニホールドの各ゥヱルを洗浄する = 5 ) サンプル D N A液を各々 2 ゥエルづっ各 5 1 づっミニホール ドのゥエルに加える。
6 ) 吸引して D N Aをメンブランに吸着させる。
7 ) メ ンブランを外し、 2回 2 0 X S S P Eで洗诤する。
8 ) 8 0 °Cで真空乾燥し、 その後、 2つに切る ( 2スポッ ト) 。 以下、 2枚になったメ ンブランについて、 各々以下の処理を行な
9 ) メ ンブラ ンを 2 X S S P Eに浸す。
1 0 ) メンブランを 0. 5 m 1ハイブリダィゼ一シヨ ン液に浸し、 6 5 °Cで 2時間保持する。
ハイブリダィゼ一シヨン液は以下の組成からなる。
2 0 X S S P E 1 5 m l 5 0 X D e n h a r d t ' s液 2 m l 1 0 % S D S (ドデシル硫酸ナトリウム) 2. 5 m l \ Q μ g /m \ サケ精子 DNA 0. 5 m l 滅菌水 30m l 合計 50m l
1 1 ) 液を捨て、 新しく 12.5m lのハイプリダイゼーション液を 加え、 後述する方法で調製した、 32Pでラベルした DNAプローブ
(A) または DNAプローブ (B) を各 50 i加えて、 65 °Cで ー晚反応させる。
12) 65 °Cに保温した 0.2 XSSPE、 0.1 % S D S緩衝液で、 1 5分間、 4回洗浄する。
13 ) メンブランをポリ塩化ビニリデンフィルムの上に載せる。
14) X線フィ ルムを挟み、 一 80 °Cでー晚感光する。
1 5) フィルムを現像し、 陽性または陰性を検出する。
2つの分画 DNAの分析結果は、 それぞれの固定化 D N Aに相補 的な塩基配列を有する DN Aが回収できていることを示している c 結果を以下の表 1に示す。 プローブ A プローブ B
シリ カゲル分画 DNA + —
CM— 5 PW分画 DNA - +
注: +は陽性、 —は陰性を表す。
5. DN Aプローブの作製
下記の操作によ り、 DNAプローブ (A) および (B) を作成し た。
1 ) 下記⑤と⑥の DNAを AB I社製 DN A合成装置 3 9 1 E P PCR— MATEを用いて合成し、 AB I社教示の方法で精製し た。
⑤ TGC AGG CAT GCA AGC TTG GCA C T G G
© CCA GTG CCA AGC TTG CAT GCC TGC A 上記の各塩基配列は、 5' 宋端から 3' 末端方向に一本鎖で左か ら右へ記載されている。 次いで、 これらの DN A⑤を標識して DN Aプローブ (A) を、 D N A⑥を標識して DN Aプローブ (B) を 作成した
2) 精製した⑤と⑥の DNAをそれぞれ滅菌水に溶かし、 分光光度 計で 260 nmの吸光で濃度を測定し、 滅菌水で希釈して 1 0 pmol
/ μ 1にする。
3) 以下の組成の溶液で⑤と⑥の各 DN Αの 5 ' 末端をラベル化 (ァ一32 Pで標識) する。
DN A ( 1 Opmol/// 1 ) 1.0 ^ 1 1 0 Xバクテリオファージ T 4ポリヌクレオチド
キナーゼ緩衝液 * 2.0 ^ 1
[7 -32 P〗 ATP (sp.act. δ 000 C i /
mmol; 1 0 mC i /m 1水溶液) ( 10 pmol) 5.0 ," 1 水 1 1.0 1 * : 1 0 Xバクテリ オファ一ジ T 4ポリヌク レオチ ドキナーゼ緩衝 液は以下の組成からなる
Tris- H Cl (pH 7.6 0.5 M
MgCl 0.1 M ジチオ ト レイ トール (DTT) 5 0 mM スペルミ ジン H C 1 1 mM
E DTA (p H 8.0 ) 1 mM
4 ) 8単位のバクテリオファージ T 4ポリヌク レオチ ドキナ一ゼを 加え、 3 7°Cで 4 5分間放置する。
5) 6 8 °C、 1 0分間で反応を停止する
6 ) 4 0 1 の滅菌水を加え、 よ く混合する
7 ) 2 4 0 1の 5 M酢酸ナ ト リ ゥムを加え、 よ く混合する
8 ) 7 5 0 1 の一 2 0 °Cエタノールを加え、 0 °Cに 3 0分間放置 する
9) 0 °C, 1 2 0 0 0 r p mで 2 0分間遠心する。 10 ) 500 ^ 1 80 %エタノールを加え、 攪袢し、 0 、 1 2 000 r pmで 1分間遠心し、 上清を除去する。
11) Ι Ο Ο Ιの TE (pH7.6) 緩衝液を加え、 十分に溶かす。
T E緩衝液は以下の組成からなる。
T r i s -HC 1 (pH 7.5) 1 0 mM
E D T A 1 mM
液体シンチレ一ションカウンタ一で比放射活性を測定すると、 2 540 C i /mmolであった。
実施例 1の結果は、 本発明の方法によ り、 一度に様々な種類の一 本鎖 D N Aを簡単に調製でき、 本発明方法が一本鎖 D N Aを用いる サンガ一法の DN Aシークェンスサンプルの調製に有用であること を示すものである。
また、 従来、 Ml 3ファージ系によってのみ可能であった一本鎖 D N Aライブラリ一の作成が、 本発明方法によれば、 どのようなサ ィズの DN Aについても簡単に作ることができる。 しかも、 二本鎖 D N Aのライブラリ一から作ることが可能となつた。
さらには、 従来の固定化プローブによるクロー二ング法と異なり、 DNA (核酸) 断片全領域をカバ一する断片のクローニングができ る。 即ち、 本発明方法によれば、 目的断片の 2本鎖 DNAを各々 2 種の分離可能な固定化 D N Aプロ一ブで回収した後、 アニーリ ング することで目的断片全領域を高効率でクローニングできる。
実施例 2 核酸サブトラクシヨン
1. ト レシル活性化シリ力ゲルの調製
実施例 1と同様にしてトレシル活性化シリ力ゲルを調製した。 2. オリゴ (dT) の合成と支持体への固定
AB I社製 DN A合成装置にて、 Ι Μスケールで、 下記配列の 一本鎖 D N Aを合成した。 精製後、 1.5 m gの D N Aが回収された。
Τ Τ Τ Τ Τ Τ Τ 3 '
X : ァ ミ ノ リ ンク 2 (A Β I社製) 得られた DNA (27— 111 6 1"の(1丁) を常法によ り高速液体ク 口マトグラフィーを用いて精製した。 この DNAを 500〃 g分と つて減圧下で乾固した。 この乾固した DNA100 / gを 1M N a C 1 (1 00/^ 1 ) に溶かし、 次いで 0. 4M N aHC03 (p H 7. 5 ) を 1 00 Λ 1加えた。 この溶液に、 ト レシル活性化 シリカゲルを加え、 室温で 24時間反応させた。 反応終了後、 シリ 力ゲルを 1M N a C 1で 3回洗浄し、 最後に、 1M N a C 1 Im iに懸濁した。 これを 95°Cで 5分間加温した後、 直ちに遠心 し (1 2000 r pm) 、 上清を除去して、 残渣としてシリ力ゲル に固定化した 27— me rのオリゴ (dT) を得た。
3.mRNAの調製
1 ) B ALBZcマウス 3週齢の肝臓 2 gと脾臓 2 gをと り出し、 以下の操作によってそれぞれから m R N Aを調製した。
以下の操作は、 肝臓および脾臓について、 個別に行なった =
2) 70m l 5. 5Mチオシァニン酸グァニジン溶液 (以下、 5. 5 M GTC液と略記) を加え、 ポリテ トラフルォロエチレン 一ガラスホモジナイザーですり潰す。
5. 5 M GTC溶液は以下の組成:
GTC (和光純薬) 5.5M
クェン酸ナトリウム (和光純薬社製) 2 5 mM
S a r k 0 s y 1 0.5 %
からなる混合液を N a OHで p H 7.0に調整し、 フィルターを通す。 使用直前 に 0.2Mとなるように 2—メルカプトエタノールを加え て調製する。
3 ) テルモ社製 1 0 m 1デイスポーザブルシリ ンジに # 1 8注射 針をつけ、 これを使って 2 ) のホモジネー トを出し入れし、 DNA を機械的に切断する。
4 ) オー トクレーブ滅菌したポリア口マ一社製遠心チュ一ブに C s TFA— Ο. Ι Μ E DTA液を半分入れ、 その上へ 3 ) のサンプ ルを重層し、 2 3 0 0 0 r p m、 1 5 °Cで 2 4時間遠心する。 C s TFA— 0. 1 M E D T A液は以下の組成からなる。 C s TFA (P h a rma c i a社製)
EDTA (p H 8.0) 0.25 M
これを蒸留水で p = 1.51とする。
5) ピペッ トを用いて、 上からタンパク質、 DN A層を取り除き、 液を除去して、 残渣を回収する。 この残渣を 4 M GTC溶液 (5. 5 M G T C溶液を蒸留水で希釈したもの) 4m lに溶かす-
6) 10000 r pm, 10分間遠心して、 不溶物を除く。
7 ) 上清に、 1 M酢酸 100 1とエタノール 3m lを加え、 - 20°Cで 5時間静置する。
8) 1 0000 r pm、 20分間遠心する。
9 ) 残渣を 3 m 1の TEに溶かし、 1 0000 r pm、 1 0分間 遠心した後、 上清を回収する。 TEは以下の組成からなる。
T r i s— HC 1 ( p H 7.5 1 0 mM
EDTA 1 mM 1 0 ) 0. 3 m lの 2M N a C 1 と 6 m 1 のエタノール加え、 一 2 0 °Cで 3時間静置して沈殿させる。
1 1) 1 0, 00 0 r pm、 1 0分間遠心した後、 沈殿を回収する。
1 2 ) 沈殿を T r i s— HC 1 (p H 7.5 ) 1 0 mM、 N a C 1 0.5M、 E DTA 1 mM、 S D S. 0.1 %からなる緩衝液 A に溶力、し、 0.5 m g / m 1 にする。
1 3 ) 1 M N a C l を 1 2 ) の溶液の等量加える。
1 4 ) 6 5°Cで 5分間処理した後、 急冷する。
1 5) 1 2, 00 0 r pm、 5分間遠心した後、 不溶物を除去する。
1 6 ) P h a r m a c i a社製 T y p e 7オリゴ ( d T ) セル口 —ス 0.5 g を蒸留水で膨潤し、 詰めたカラムを 0.1 M N a 0 H 5 m l で洗い、 その後、 緩衝液 Aで平衡化する。 次いで、 0.5M
N a C 1 1 0 m lで平衡化する。
1 7 ) 1 6 ) のカラムに 1 5) の上清を通す。
1 8 ) 溶出液をもう 1度同じカラムに通す。 1 9 ) 緩衝液 A 1 0m lで溶出する。 これは 500 1づっ分 画し、 各分面の A 260 を測定し、 ピークを回収する (分鲥4〜
7) c
20) 250m lの 3 M酢酸ナトリウム (和光純薬社製) p H 5. 1および 6 m 1エタノールを加え、 よく攪袢し、 一 20 °Cで沈殿さ セる。
以上の操作により、 BALBZcマウス 3週齢の肝臓および脾臓 から、 それぞれ mRN Aを調製した。
4. 固¾化 c DNAの合成とそれを用いた核酸サ—ブ] ラ_クシ_ョ ン 以下の操作により、 先ず BALBZcマウス 3週齢の肝臓から抽 出した mRNAを錡型として、 支持体上に固定化した c DNAを合 成し、 次いで、 この固定化 c DN Aを用いて、 BALBZcマウス 3週齢の脾臓から抽出した mRNAを含む核酸溶液を処理し、 ハイ ブリダィゼ一シヨンを行なった。 そして、 該核酸溶液に残 する核 酸 (mRNA) の分析を行なった。 1 ) B A L BZ cマウス 3週齢の肝臓から抽出した mR N A 5 gを 1 0 1の H20に溶かす。
2 ) 1〃 1の 1 0 01111\4 CH3H g OHを加え、 1 0分間放置す 。
- 3 ) 7 0 0 mM 2—メルカプトエタノール (原液を 2 0倍に希 釈したもの) を 2 1加え、 よ く攪拌して、 CH3H g OHを不活 性化する。
4 ) 直ちに、 RNaseイ ンヒビタ一 (TAKARA酒造社製) 6 0 ュニッ ト ( 6 1 ) を加え、 攪拌後、 5分間放置する。
5 ) 上記 2. で作製した 2 7— m e rのオリゴ ( d T) を固定化 したゲル 1 0 m gを加える。
6 ) 以下の反応混合物溶液を 4 5 °Cで 2時間反応させる。
5) の混合物 1 2 1の液成分 ファース トス トラン ド合成液 1 0 1
8 0 mM N a—ピロリ ン酸 2.5 1 d NT P s混合液 5 μ 1
Figure imgf000050_0001
逆転写酵素 (生化学工業製) 1000ユニッ ト ファース トス トランド合成液は以下の組成からなる。
T r i s -H C 1 (p H 8. 3 ) 250 m
M g C 12 50 mM
KC 1 250 mM
7) 上記 6) の反応液に、 RNaseH (ベ一リンガーマンハイム山 之内社製) を 2ユニッ ト加え、 12°Cで 60分間、 22 Cで 60分 間反応させる。
8) 70°C、 1 0分間で酵素を失活させる。
9 ) 12000 r pm、 1分間遠心し、 上清を除去する。
1 0 ) 500 1の TEで洗浄した後、 12000 r pm、 1分 間遠心し、 上清を除去する。
1 1) 500 1 TEに懸濁する。 1 2 ) 2 m g/m 1 の ( d A) 30 (アデニンの 3 0— m e r ) を 1 0 0 Λ 1加える。
1 3 ) 5 M N a C 1 1 0 0 1 を加え、 攪拌後、 そのまま 3 7でで 1 5分間放置する。
1 4 ) 1 2 0 0 0 r p m、 1分間遠心した後上清を除去する。
1 5 ) 沈殿に、 脾臓の mR NA 5 μ gを緩衝液 A 1 0 0 1 に 溶かし、 7 0 °Cに加熱した後、 冷却したものを加える。
1 6 ) 1 0 μ I 5 M N a C l加える。
1 7 ) H20を加え 5 0 0 1 にする。
1 8 ) 5 5 °Cで 1 0分間攪拌し反応させる。
1 9 ) 1 2 0 0 0 r p mで 1 0分間遠心する。
2 0 ) 上清を回収する。
2 1 ) エタノール 1. 5 m l を加えた後、 — 2 0 °Cで 5時間保持す
2 2 ) 1 2 0 0 0 r Dmで 1 0分間遠心し、 4 °Cに冷却した後、 上清を除去する。
23 ) 5 μ 1 ΤΕに溶かす。
2 4 ) 1 1 を取り、 1 gZm 1ェチジゥムブロマイ ド 2 0 ^ I と混合し、 紫外線を照射すると、 オレンジ色に発色した。
このことは、 RN Aがこの溶液中に存在することを示しており、 肝臓の mRN Aから調製した c D NAとハイプリッ ド形成しない m RNAが脾臓に存在する、 即ち肝臓にはない m R N Aが脾臓にある ことを示している。
実施例 2の結果は、 本発明のサブトラクシヨン法により、 内容不 明の 2つの核酸混合物の間で相互に存在しない特異的核酸が回収で きることを示すものである。 例えば、 正常の細胞の核酸を固定化し、 病気の細胞 (例えば、 癌など) の核酸との間で、 本発明の方法を実 施すれば、 回収される核酸は、 病気に特異的な遺伝子であることが 分かる。
このように、 本発明のサブトラクシヨン法は、 病気の遺伝子の解 明の有用な方法ともなり、 また、 2種の核酸混合物をいろいろ組み 合わせることによ り、 老化の遺伝子、 臓器特異的遺伝子等を効率的 に回収できる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 核酸試料中の特定の核酸を分離または抽出する方法であって、
1 ) 一本鎖核酸をその末端で不溶性支持体に固定化し ;
2 ) 核酸ハイブリツ ド形成の条件下、 溶液中で該固定化一本鎖核酸 を該核酸試料に接触させ;
3 ) 該支持体に固定化された一本鎖核酸とハイブリツ ド形成する該 試料中の核酸を分離することからなる方法。
2 . 固定化一本鎖核酸が、 塩基配列の異なる 2以上の 1本鎖核酸を 分離可能な複数種類の支持体に別個に固定化することによ り得られ るものであり、 該固定化一本鎖核酸と核酸試料とを接触させ、 各固 定化一本鎖核酸とハイプリッ ド形成する核酸試料中の 2以上の核酸 を同時に分離することからなる請求項 1の方法。
3 . 固定化 1本鎖核酸とハイブリツ ド形成する試料中の核酸を除去 し、 溶液中に残存する核酸を回収する請求頊 1の方法。
4. 不溶性支持体に固定化される一本鎖核酸が合成 D N Aである請 求項 1の方法。
5. 固定化一本鎖核酸が、 末端を修飾された一本鎖 DNAとその相 補鎖からなる 2本鎖 DN Aを、 該修飾された末端を介して支持体に 結合させ、 次いで相補鎖を除ますることにより得られるものである 請求埙 1の方法。
6. 固定化一本鎖核酸が、
1 ) オリゴマーのデォキシチミ ンを支持体に固定化し ;
2) 該固定化オリゴマ一デォキシチミンに mRN Aをハイプリ ダイ ゼ一シヨ ンさせ、
3) 逆転写酵素を用い、 mRNAを鍩型とし、 オリゴマーデォキシ チミ ンをプライマ一とする c DNA合成を行い ;
4) mRN Aを除去することによ り得られる固定化 c DN Aである 請求項 1の方法。
7. 核酸溶液が、 mRN Aおよび c DN Aからなる群から選ばれる 少なく とも 1種の核酸を含有する溶液である請求項 1の方法 <
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