WO2002029095A1 - Method for mutational analysis - Google Patents

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WO2002029095A1
WO2002029095A1 PCT/EP2001/011499 EP0111499W WO0229095A1 WO 2002029095 A1 WO2002029095 A1 WO 2002029095A1 EP 0111499 W EP0111499 W EP 0111499W WO 0229095 A1 WO0229095 A1 WO 0229095A1
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heterohybrids
acid molecules
group
grappe
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PCT/EP2001/011499
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Achim Fischer
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Axaron Bioscience Ag
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    • 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
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    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813Hybridisation assays
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    • C12Q1/6813Hybridisation assays
    • C12Q1/6834Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase

Definitions

  • the present invention relates to a method for identifying mutations or sequence variations between nucleic acid groups to be compared, the sequence of which may be known or unknown.
  • the nucleic acid groups are provided in a certain way.
  • a composition comprising two such nucleic acid groups is also the subject of the invention.
  • the classic method for recognizing sequence variations in known nucleic acids is sequencing, which today is practically carried out almost exclusively according to the Sanger chain termination principle, but despite recent instrumental advances (e.g. capillary sequencing machines that allow the parallel sequencing of 96 samples) only enables a very low throughput.
  • the single strand cohformation polymorphism detection (SSCP, see Orita et al, Proc. Nati. Acad. Sci. USA 1989, 86 (8): 2766-70), which manages the sequence, is more cost-effective without sequencing - depending on the conformation and thus the mobility of a single nucleic acid strand in a denaturing polyacrylamide gel.
  • the throughput of this method is also limited by the need to provide a separate gel trace for each of the nucleic acid samples to be examined, and the fragments to be examined must not exceed a certain size (100 to 200 base pairs).
  • the method of the oligonucleotide ligation method oligonucleotide ligation assay, OLA; Nickerson et al, Proc. Nati. Acad. Sci. USA 1990, 87 (22): 8923- 1), in which two adjoining oligonucleotides are hybridized to a single-stranded nucleic acid molecule to be examined for a mutation at a specific position.
  • both oligonucleotides can be connected to one another by a ligation. In the case of a mismatch caused by the mutation to be detected, however, no ligation takes place.
  • a variant of the OLA method ligase chain reaction (LCR; W ⁇ edmann et al, PCR Methods Appl. 1994, 3 (4): 51-64), enables signal amplification by amplification, which means detection of mutations in nucleic acids low concentration (such as a single locus within the genome).
  • a disadvantage of OLA is that a separate set of two oligonucleotides must be provided for each position to be checked for a mutation, which can result in high costs.
  • a method was described in which a Sanger sequencing reaction is carried out on a nucleic acid molecule known per se and the products of the primer extension are hybridized with a counter strand which is to be examined for mutation (WO 00/11222).
  • the mismatched nucleotide can be removed by means of a self-correcting polymerase (proofreading polymerase) and replaced by a labeled termination nucleotide, so that detection of the mismatch is possible. Since several steps are necessary to carry out this method in order to check a single pair of two mutually corresponding nucleic acid molecules for sequence differences, this method is also associated with high costs.
  • restriction fragment length polymorphisms restriction fragment length polymorphisms
  • RFLP restriction fragment length polymorphisms
  • a newer principle for identifying sequence variations between nucleic acid molecules originating from two different samples is based on the generation of heterohybrid double strands, one from the first sample and one from each from the second sample, largely complementary strand to be hybridized with each other. Sequence differences between the two strands, for example single base exchanges (single nucleotide polymorphisms, SNPs), lead to mismatches within the double strand, since non-complementary bases are opposed to one another. Such internal mismatches can be chemical (chemical mismatch cleavage, Grompe et al, Proc. Nati. Acad. Sei.
  • the object of the present invention is to provide a method which combines the following advantages:
  • the object of the invention is achieved by a method for analyzing sequence differences between nucleic acid molecules of a first group and a second group, wherein
  • nucleic acid molecules of the first group and the second group flanking sequences which are characteristic of the group and have linkers which are sequence-identical for a large number of nucleic acid molecules of a group; (b) the linkers of the nucleic acid molecules of the first group are to be chosen so that at
  • Formation of hybrids between nucleic acid molecules of the first group and Nucleic acid molecules of the second group, from heterohybrids, starting from nucleic acids of the same group hybridized with one another, from homohybrids, the heterohybridized nucleic acid molecules of both groups, optionally after enzymatic treatment, are a substrate for a double-stranded exonuclease and essentially only the nucleic acid molecules of the first group of a heterohybride be shortened exonucleolytically; with the following steps: (aa) formation of heterohybrids;
  • Another object of the invention is a composition comprising nucleic acid molecules of a first group and a second group with the aforementioned features.
  • the nucleic acid molecules of a first group or a second group are nucleic acid mixtures, preferably nucleic acid mixtures of different origins, in particular nucleic acid mixtures, the sequence information of which can be traced back to genomic DNA, mRNA or cDNA, which was obtained from any different biological samples the term biological sample biological material, which was obtained from one or more individuals.
  • the sequence information of the nucleic acid molecules of the first and the second group can come from tumor biopsies or other biopsies from different patients or patient groups.
  • patient groups can, for example, create groups of patients selected according to certain criteria or certain ethnic groups, such as the North American Amish People or the population of Iceland.
  • nucleic acid molecules of the first and the second group can be derived from the genome of organisms modified by mutagenesis or by spontaneous mutation kind come from.
  • nucleic acid molecules of the first and second groups can be derived from bacterial strains of the same or closely related species that have different properties. Production strains used in biotechnology for the large-scale production of fine chemicals, such as amino acids, are of great economic importance. The determination of the sequence variations between different organism populations can be used to optimize the production processes.
  • the nucleic acid molecules of the first and the second group have flanking sequences, linkers, which are generally characteristic of the group.
  • accompanying means that the characteristic sequences, linkers, occur at both ends of a double-stranded nucleic acid molecule and terminate the nucleic acid molecule towards the ends.
  • the linkers are preferably characteristic of the respective group to which the nucleic acid molecules in question belong. This means that the sequence of the linkers of a single nucleic acid molecule and / or a possible labeling group bound to the linker or another modification, whether the nucleic acid molecule is now double-stranded or single-stranded, can be used to conclude that it belongs to a specific group.
  • the linkers are also sequence-identical for a large number of nucleic acid molecules in a group. This means that in the case of a large number of double-stranded nucleic acid molecules (nucleic acid double strands), the sequences of the linkers match if the sequence of the linker is at the 5 'terminus or at the 3' terminus of the (+) strand or the (-) - Strand of one nucleic acid duplex with the sequence of the linker of the (+) strand or of the (-) strand of the other nucleic acid duplex at the same terminus (at the 5 'terminus or at the 3' terminus) or at the other terminus (on the 3rd 'Term or at the 5' term).
  • a nucleic acid duplex has four linker sequences (at the 5 'terminus and at the 3' terminus of the (+) - and the (-) strand).
  • Two nucleic acid double strands have sequence-identical linkers if the sequence of one of the four linker sequences of the one nucleic acid molecule is identical to one of the four linker sequences of the other nucleic acid molecule.
  • Corresponding considerations also apply to the comparison of the linkers of single-stranded nucleic acid molecules. In this case, the complementary strand is mentally supplemented for the purpose of comparison.
  • not all nucleic acid molecules in a group have to have sequence-identical linkers.
  • the nucleic acid molecules of a group each have a total of no more than 2-4 5 , preferably no more than 2-4 4 , 2-4 3 , 2-4 2 in particular no more than 2-4 3 different sequences characteristic of the group in question.
  • the nucleic acid molecules of a group have only one type of linker or only two types of linker, in the latter case each nucleic acid molecule carrying a linker at one end and a different linker at the opposite end.
  • linkers are generally added to the nucleic acid mixture or nucleic acid mixtures to be investigated by known methods.
  • genomic DNA can be cut with one or more restriction enzymes, and double-stranded oligonucleotides can be added to the fragments obtained using a ligase (Mueller and Wold, Science 1989; 246 (4931): 780-6).
  • the two sequences flanking a fragment can be identical or different from one another.
  • oligonucleotide is to be understood in the broadest sense and encompasses a double-stranded or single-stranded, but preferably double-stranded nucleic acid with 10 to about 100 nucleotide building blocks, which are both naturally occurring and artificially modified or artificially generated nucleotide building blocks amplification by means of PCR is now possible, by using primers which can hybridize with the known flanking sequences.
  • primers which can hybridize with the known flanking sequences.
  • the polymerase chain reaction is to use the promoter sequence of an RNA polymerase, for example introducing T7 RNA polymerase, in one or both of the appended flanking sequences and to perform amplification in the form of an in w 'tro transcription.
  • both ends of a (double) Nuklemklaküls can be selectively provided with various sequences. in the simplest case this is done by cutting the starting nucleic acid molecules with at least two different restriction endonucleases which produce distinguishable ends, for example an overhanging and a smooth end or a 3 'overhanging end and 5' overhanging end. Then specific and different oligonucleotides are added for the respective end, each forming different linkers. Subsequent amplification with primers which can hybridize to different linkers, using the known PCR suppression effect (Luk'ianov et al, Bioorg. Khim.
  • Such representations can be generated, for example, by cutting genomic DNA with less frequently cutting restriction endonucleases with a recognition sequence which comprises 6, 8 or more bases, followed by a size selection, for example all those fragments whose length does not exceed 1 kb.
  • Another way to generate representations is to use a less frequently cutting restriction endonuclease in combination with a more often cutting restriction endonuclease, followed by obtaining fragments with different ends.
  • representations are produced in such a way that a set of non-overlapping fragment populations is generated, which in its entirety comprises all or at least largely all of the sequence regions contained in the starting nucleic acids.
  • fragment the starting nucleic acids With the aid of a restriction endonuclease which cuts sufficiently frequently or a mixture of restriction endonucleases which cuts sufficiently frequently in order to generate fragments in the size range of a few hundred base pairs.
  • This fragment population now initially comprises the entire complexity of the starting nucleic acids.
  • double-stranded oligonucleotides are added by ligation, the oligonucleotides inserting the sequence of the later linkers, followed by PCR amplification with primers that hybridize with the sequences of the linkers can.
  • restriction endonucleases that cut within their recognition site can also be used, the use of type IIS restriction endonucleases is particularly advantageous. These restriction endonucleases cut outside their recognition site and create an overhang of defined length and position relative to the recognition site.
  • double-stranded oligonucleotides are added on both sides to the fragments produced.
  • a set of oligonucleotides is provided which contains all possible overhangs of the type specified by the respective restriction endonuclease (i.e. 5 'overhangs or 3' overhangs of a defined length), the sequence of the oligonucleotides, i.e.
  • the later linker sequences being so different from one another distinguishes that they do not form heterohybrids with each other.
  • the Li gation takes place under conditions which suppress a linkage of overhangs which are not completely complementary to one another (Shaw-Smith et al, Biotechniques 2000, 28 (5): 958-64).
  • a further possibility for generating representations consists in amplifying left-flanked nucleic acid fragments by means of primers, so-called selective primers, which are extended at their 3 'end beyond the sequence specified by the linkers, and which allow amplification only of those nucleic acid fragments with which they in particular perfectly base pair can enter at their 3 'end formed by the selective bases.
  • representations of genomic DNA can be generated by generating chromosome-specific nucleic acids in a known manner (e.g. with Fluss-Karyotypie, Harris et al, Hum. Genet. 1985; 70 (l): 59-65).
  • the nucleic acids obtained in this way are provided with linkers, for example as described above by restriction with type IIS restriction endonucleases and subsequent ligation with overhang-specific oligonucleotides which contribute the later linker sequences.
  • the nucleic acid molecules of the first and second groups are thus generally obtained in the same way, but preferably differ by the sequence of their linkers, which according to the invention is characteristic of the group in question, and by the sequence variations, the detection of which is the subject of the method according to the invention ,
  • the linkers of the nucleic acid molecules of both groups are generally to be chosen such that when hybrids are formed between nucleic acid molecules of the first group and nucleic acid molecules of the second group, starting from heterohybrids, starting from hybridized nucleic acids of the same group, homohybrids, the heterohybridized linkers of the nucleic acid molecules of both Groups are sequence complementary over at least one sub-area.
  • hybrid is understood to mean a dimer of nucleic acids with the formation of base pairings.
  • Hybrids between nucleic acid molecules of the first group and nucleic acid molecules of the second group are generally formed by melting the double strands of nucleic acids of the same group hybridized with one another (from homohybrids) and subsequent cooling, whereby not only nucleic acid molecules and recombine the same group, but also heterohybrids are formed.
  • this recombination process that is, whether the kinetic or thermodynamic control of the reaction predominates, the proportion of hybrids that have mismatches varies.
  • Optimal conditions consist in a maximum yield of heterohybrids with a minimal proportion of by-products, i.e. hybrids from nucleic acid molecules that are not homologous.
  • homology means a close relationship between the nucleic acids in question, so that the sequence-complementary region of the two nucleic acid molecules is considerably more extensive than the region occupied by the sequence variations.
  • a nucleic acid molecule (or a region thereof) is sequence complementary to another nucleic acid molecule (or a region thereof) if it can form base pairings with the other molecule (or a region thereof) without mismatches, that is to say perfect base pairings.
  • the linkers of both groups which are opposed to each other in the heterohybrid, can generally form base pairing at least over a sub-area.
  • the linkers which have a homohybrid at both ends need not necessarily be attributed to the same oligonucleotides.
  • the partial range of the sequence complement generally comprises at least 4 bases, preferably at least 10 bases, in particular at least 20 bases.
  • linkers of the nucleic acid molecules of both groups are also to be chosen such that the heterohybrids, if appropriate after enzymatic treatment, represent a substrate for a double-stranded exonuclease and essentially only the nucleic acid molecules of the first group of a heterohybride are exonucleolytically shortened.
  • a double-strand-specific exonuclease is an enzyme which degrades a nucleic acid molecule or both nucleic acid molecules of a nucleic acid double-strand in the region of the double-strand which is double-stranded from a terminus of the respective nucleic acid molecule.
  • Exonuclease III shortens one or both nucleic acid molecule (s) of a double strand from the 3 'terminus.
  • the 3 'terminus of a nucleic acid molecule is only shortened if the 3' Terminus together with the other nucleic acid molecule forms a smooth end or a 3'- recessed end (i.e. a 5 'overhang).
  • the heterohybrids do not have to be a substrate for the double-stranded exonuclease in the state in which they are formed. It is possible to incubate the heterohybrids with another enzyme such as a restriction endonuclease (enzymatic treatment) before they are reacted with the double-strand-specific exonuclease. Then, as a rule, the heterohybrids only become a substrate for the double-strand-specific exonuclease as a result of this enzymatic treatment.
  • another enzyme such as a restriction endonuclease (enzymatic treatment)
  • the heterohybrids can be incubated with a restriction endonuclease or with restriction endonucleases which cut in the region of the linkers, that is to say in the regions of the nucleic acid molecules.
  • the linkers can be selected so that there is a restriction site for the restriction enzyme or the restriction enzymes with which the enzymatic treatment is carried out in the case of homohybrids but not in the case of heterohybrids or vice versa.
  • heterohybrids are a substrate for a double-stranded exonuclease and that essentially only the nucleic acid molecules of the first group of a heterohybride (that is to say are the constituents of a heterohybrid) and not the nucleic acid molecules of the second group of a heterohybride are exonucleolytically shortened.
  • homohybrids which are present in addition to the heterohybrids, should not form a substrate for the double-stranded exonuclease.
  • nucleic acid molecules of the first group of a heterohybrid are shortened exonucleolytically. As far as there is an exonucleolytic shortening of the nucleic acid molecules of the second group, this reaction is only a negligible side reaction.
  • a composition comprising nucleic acid molecules of a first group and a second group as described above is an object of the invention.
  • Another object is a method for analyzing sequence differences between nucleic acid molecules of a first group and a second group, as described above, with the following steps: (aa) formation of heterohybrids;
  • the method according to the invention thus initially comprises the formation of heterohybrids, as already described. If the homohybrids represent a substrate for the double-stranded exonuclease in addition to the heterohybrids, which is not excluded according to the invention, then these homohybrids can be separated. This can be done by a variety of measures. A suitable measure would be the separation of the homohybrids from the heterohybrids by the different electrophoretic mobility of homo- and heterohybrids.
  • an enzymatic treatment can take place, for example a restriction cut in the region of the linkers, which takes place either only in homohybrids or only in heterohybrids, and the separation of homohybrids from selective groups which can be immobilized the heterohybrids.
  • Such a separation is not necessary, for example, if the heterohybrids are converted into a substrate for the double-strand-specific exonuclease by the action of the restriction endonuclease ⁇ ), while the homohybrids do not become a substrate for the double-strand-specific endonuclease due to the restriction cut which is not carried out.
  • the linkers carry nucleotides which exclude degradation by a double-stranded exonuclease and which are separated from the heterohybrids as a result of a restriction cut, but not from the homohybrids.
  • nucleic acid molecules of the first group of heterohybrids with the aid of the double-strand-specific exonuclease, preferably from the 3 'terminus of the nucleic acid molecule to be degraded in the direction of the 5' terminus.
  • nucleic acid molecules of the first group are essentially exclusively exonucleolytically shortened, while the nucleic acid molecules of the second group remain unaffected.
  • exonucleolytic shortening of nucleic acid molecules of the second group of heterohybrids if it takes place, remains a negligible side reaction.
  • the exonucleolytic truncation of nucleic acid molecules in the first group preferably takes place in such a way that a large number of heterohybrids are formed in which the nucleic acid molecule in question in the first group has been truncated to different extents, and the truncation products are present in as many copies as possible. Accordingly, the collection of the truncated variants of a given nucleic acid molecule with a length of 100 bp, for example, ideally contained all truncated molecules with a length of 1 bp to 99 bp at their 3 'end, the linker being ignored here.
  • the reaction conditions in particular the reaction time, temperature and amount of the exonuclease used, are chosen such that complete strand degradation does not take place.
  • a very important factor is the processivity of the exonuclease. If the processivity is very high, complete strand degradation is preferred. If the processivity is very low, the shortening products show essentially the same degree of shortening. Using genetic engineering methods, the processivity of the exonuclease must be adjusted so that it lies between these extremes.
  • processivity encompasses the number of those nucleotide building blocks that are broken down on a statistical average before the enzyme dissociates from the double-stranded nucleic acid.
  • a particularly uniform distribution of the shortening products can also be achieved in the nucleic acid molecule to be degraded by the statistical incorporation of nucleotides which are resistant to degradation by double-strand-specific exonucleases. These can be, for example, ⁇ S thionucleotides (Schreiber et al, Nucleic Acid Res. 1985; 13 (21): 7663-72).
  • the double-strand-specific exonuclease can be used in excess, so that complete exonucleolytic degradation takes place up to the respective degradation-resistant nucleotide.
  • heterohybrids can also be obtained by generating the shortened nucleic acid molecules of the first group as described in WO 00/11222 by a Sanger sequencing reaction.
  • shortened nucleic acid molecules of the first group with unabridged nucleic acid molecules of the second group is not preferred in the context of this invention, since it differs Distinguish long nucleic acid molecules in their hybridization kinetics and also very short nucleic acid molecules tend to non-specific hybridization (“cross hybridization”), which could impair the efficiency of the method.
  • heterohybrids which have a single- or polybasic mismatch at the 3 'terminus of the nuclear acid molecule of the first group, the mismatched heterohybrids, from the perfectly paired heterohybrids.
  • the distinction is usually based on the known ability of certain nucleic acid polymerases to recognize mismatches at the 3 'terminus of a nucleic acid molecule and to exclude such molecules from strand extension.
  • a DNA or RNA polymerase can be used as the polymerase, which is able to extend set back 3 'terms, but not to extend mismatched terms, but not polymerases which can reduce terminal mismatches with exonuclease activity (proofreading polymerases).
  • suitable polymerases are, for example, genetically modified T7 DNA polymerases ( ⁇ 28T7 DNA polymerase), Taq polymerase or reverse transcriptase.
  • native T7 DNA polymerase or Pfu polymerase are not suitable.
  • proofreading polymerases can of course also be used. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the distinction is made
  • the perfectly paired heterohybrids are filled in by a DNA polymerase, which extends the shortened nucleic acid molecule in the 5 '-3' direction, i.e. fills in until a continuous double strand with a mostly smooth end is obtained.
  • the filled heterohybrids are separated from the unfilled, mismatched heterohybrids. This can be done by using nucleotide monomers which carry immobilizable groups in the replenishment reaction in the previous step, so that the products of the replenishment reaction themselves can be immobilized and thus differentiated from the hetero-hybrids that have not been replenished, the mismatched heterohybrids can be.
  • the non-filled heterohybrids are identified by known methods, for example by hybridization with an arrangement of single-stranded nucleic acids on a surface. This can be followed by known sequencing methods, such as the Sanger sequencing method (strand-lengthening) or Brenner (strand-shortening, US Pat. No. 5,846,719).
  • nucleotides of a first type have an immobilizable group that do not have the nucleotides of the second type, or the nucleotides of the first type do not have an immobilizable group that have the nucleotides of the second type;
  • mismatched base (s) of the mismatched heterohybrids followed by the replenishment of the perfectly paired heterohybrids, can of course be replaced by replenishment of mismatched heterohybrids if the polymerization conditions set for replenishment are sufficiently permissive, i.e. the most complete possible extension of mismatched heterohybrids by allow the chosen polymerase.
  • the Klenow fragment of DNA polymerase I from E. coli is able to efficiently replenish mismatched heterohybrids at high nucleotide and magnesium concentrations (for example 200 ⁇ M dNTPs / 2 mM MgCl 2 ).
  • the immobilizable group is preferably biotin, which enables immobilization via streptavidin.
  • Other examples of immobilizable groups are sugars that can be recognized by lectins, or molecular groups that allow immobilization by means of antibodies binding the molecular groups. Examples of the latter would be digoxigenin or dinitrophenol derivatives.
  • Such immobilizable groups can of course also be used as so-called caged compounds (Methods Enzymol. 1998; 291: 415-30), in which the immobilizable group is only released as a result of a photo reaction.
  • the perfectly paired heterohybrids are filled in while maintaining a continuous double strand as described above. This means that only the mismatched heterohybrids have a non-continuous double strand.
  • This enables hybridization with an immobilized or immobilizable oligonucleotide and the subsequent immobilization of the hybrid of heterohybrid and oligonucleotide to a solid phase, as a result of which the mismatched heterohybrids can be separated from the originally perfectly paired heterohybrids.
  • the isolated, originally mismatched heterohybrids are identified by known methods such as the sequencing methods described above.
  • the 3 'terminus of the perfectly paired heterohybrids is extended by a nucleotide leading to chain termination.
  • a preferred nucleotide leading to chain termination is a dideoxynucleotide such as ddATP, ddCTP, ddTTP and ddGTP.
  • the nucleotides which are not incorporated and which lead to chain termination are optionally removed (optional).
  • the mismatched base (s) of the mismatched heterohybrids are preferably removed with the participation of a self-correcting DNA polymerase (proofreading polymerase).
  • the perfectly paired heterohybrids formed in the previous step are then filled in to form a continuous double strand, no nucleotides leading to chain termination being used.
  • the heterohybrids, which are in the form of a double strand are then isolated, for example on the basis of their electrophoretic mobility or by cloning. If the originally mismatched heterohybrids are isolated by cloning, the heterohybrids present in the form of a continuous double strand become at both ends with a restriction enzyme, preferably in the region of the linker, cut and ligated with a correspondingly prepared vector and then cloned. Linker or restriction endonucleases are to be selected in such a way that double strands which are not continuous cannot be cut on both sides by the restriction endonucleases.
  • the isolated heterohybrids are identified by known measures.
  • the nucleotide leading to chain termination carries an immobilizable grappe and the heterohybrids present in the form of a double strand are isolated by immobilization and separation of the heterohybrids extended by an immobilizable group.
  • the immobilizable group can be, for example, a biotin group, which can be immobilized by binding to streptavidin.
  • the homohybrids of step (bb) are cut in the region of the linkers, the restriction site being present only in the case of homohybrids, but not in the case of heterohybrids.
  • the reverse is the case.
  • the restriction interface is only available for heterohybrids, but not for homohybrids.
  • linkers have nucleotides which are resistant to exonucleolytic degradation and which are separated in heterohybrids but not in homohybrids as a result of the restriction, then only the heterohybrids are a substrate for the double-strand-specific exonuclease, so that the homohybrids are separated in step (bb ) can be omitted.
  • the linker of the nucleic acid molecule of the second group should carry a nucleotide resistant to exonucleolytic degradation in the vicinity of the 3 'terminus, that is to say in the region of the linker, in order to ensure that essentially only the nucleic acid molecules of the first group of a heterohybrid shorten exonucleolytically ): become.
  • the linkers of the nucleic acid molecules of the first Grappe are chosen so that when heterohybrids are formed, the linkers of the nucleic acid molecules of both groups form a 5 'overhang and a 3' overhang and both overhangs each by the nucleic acid molecules of the second Group are formed.
  • the easiest way to achieve this is that the linkers of the nucleic acid molecules of the second group of a heterohybrid are longer than the linkers of the nucleic acid molecules of the first group of the same heterohybride.
  • the homohybrids have 3 'overhangs on both sides, so that a separation can be dispensed with.
  • the mismatched heterohybrids are distinguished from the perfectly paired heterohybrids by amplification.
  • the filled-in, perfectly paired heterohybrids can be cut in the region of one of the two linkers by means of one or more specifically double-stranded DNA-cutting restriction endonuclease (s), so that the complete linker concerned or a partial region of this linker is removed. Since the corresponding area is single-stranded in the mismatched, unfilled heterohybrids, it is not separated from them in the restriction step.
  • linker strands in the heterohybrid containing non-functional, “masked” restriction sites, that is to say interfaces which are only present in a homohybrid but not in a heterohybrid linker in a fractional state.
  • the reaction sequence “exonucleolytic shortening - Replenishment of the perfectly paired heterohybrids ", the linker strand, which has become single-stranded after shortening, is supplemented by its reverse complement to the double strand, which now contains an" unmasked ", ie functional interface.
  • the linker at the opposite end of the same heterohybride remains non-functional, so that only shortened and then replenished heterohybrids can be cut at one end in the linker (in the "unmasked” interface): NNN GGATCC GGTACCNNN NNN CCATGG CCTAGGNNN
  • the mismatched heterohybrids are also filled (see Fig. 15), the amplification product contains a mixture of both sequence variants of the corresponding nucleic acid molecule. If, on the other hand, the mismatched heterohybrids are not filled in, only the strand which has remained unabridged and which comes from nucleic acid molecules of the second group is amplified.
  • a procedure analogous to the result for distinguishing mismatched from perfectly paired heterohybrids is, after successful exonucleolytic shortening and extension of the perfectly paired heterohybrids, by a nucleotide leading to chain termination and subsequent filling of the mismatched heterohybrids under permissive conditions or using a proofreading polymerase complete double strand to remove single-stranded overhangs. Since the perfectly paired heterohybrids, which are extended by a kettan-terminating nucleotide, have a single-stranded overhang encompassing the region of one of the linkers, can also be removed in this way, primer binding sites not to amplify desired nucleic acid molecules (see Fig. 14)
  • linkers as binding sites for amplification primers could also only be carried out after shortening and differentiation of mismatched heterohybrids from perfectly paired heterohybrids.
  • nucleic acid molecules isolated from the respective individuals of a patient group become nucleic acid molecules of the first Grappe first Origin combined and the nucleic acid molecules isolated from the respective individuals of a second patient group are combined to form nucleic acid molecules of the first Grappe of second origin.
  • nucleic acid molecules of a further origin are provided as a "reference", which are obtained, for example, from an individual who does not belong to either of the above two groups or from a cell culture.
  • patient group is understood not only as an individual group of human patients, but also as a group of individual animals, plants, cells or tissues.
  • the method according to the invention is then carried out in parallel batches, the nucleic acids obtained from one patient group (first origin) in one of the batches and the nucleic acids obtained from the other patient group (second batch) in the other batch ) are used as nucleic acid molecules of the first group.
  • the reference nucleic acid molecules serve as nucleic acids of the second group.
  • the method according to the invention is then used to isolate nucleic acid molecules which, in the respective batch, have sequence differences from the reference nucleic acid molecules provided.
  • the procedure is preferably such that the isolated nucleotides Acid molecules of the two patient groups to be compared (first and second origin) obtained markings distinguishable from each other in both approaches.
  • the unfilled heterohybrids obtained in step (6b) could be labeled with the fluorescent dye Cy3 in the case of the first patient group and with the fluorescent dye Cy5 in the case of the second patient group.
  • An arrangement of reference nucleic acid molecules would then be provided, for example in the form of an array on a solid surface, which can take place in a conventional manner by depositing nucleic acid clones in a regular arrangement or by surface amplification following a random arrangement, or in the form of particles loaded with identical nucleic acid molecules.
  • the arrangement should have the properties already described above that identical and hybridization-capable nucleic acid molecules are localized at one location. Location can mean both an area on a mostly planar surface and the surface of a particle.
  • the differently labeled nucleic acid molecules described above which each represent sequence differences between nucleic acids of the first patient group (first origin) and the reference or between nucleic acids of the second patient group (second origin) and the reference, would be hybridized with said arrangement. After evaluation, four different situations can be distinguished: (1) a fragment from the first patient group is identical to the sequence both with the corresponding fragment from the second patient group and with the respective reference fragment.
  • a fragment from the second patient group has a sequence difference compared to the respective reference fragment, while the corresponding fragment from the first patient group is sequence-identical with the respective reference fragment. Therefore, only probe molecules are obtained that carry a label that identifies a sequence difference between the reference and the second patient group, in the example above, that is, a Cy5 label. After hybridization, only a signal originating from this (Cy5) label is obtained from the locations of the arrangement belonging to this fragment.
  • the fragments from the first and second patient groups have a sequence difference compared to the respective reference fragment.
  • both probe molecules are obtained which have a marking which distinguishes a sequence difference between the reference and the first group of patients, and probe molecules which have a marking which distinguishes a sequence difference between the reference and the second group of patients.
  • a signal originating from both labels is therefore obtained from the locations of the arrangement belonging to this fragment.
  • nucleic acid molecules located at those locations are therefore identified which are distinguished by a hybridization signal obtained only or predominantly from one of the two probe preparations.
  • sequence differences exist within a patient group. This will usually be the case, for example, if nucleic acid molecules are obtained from different, non-clonal individuals and interact with one another. who are united. For example, a certain allele of a given gene within a patient group can occupy all relative frequencies between 0% and 100%. If the relative frequency of this allele differs between the two individual patient groups, probe molecules derived from the corresponding fragment and representing the first or the second patient group are obtained in different amounts, so the hybridization leads to mixed signals at the corresponding locations of the arrangement.
  • the method according to the invention therefore not only allows the identification of sequence differences that occur in a first group of patients and does not occur in a second patient group, but also the identification of sequence differences that occur in different patient groups at different frequencies.
  • the shortened heterohybrids can also be produced using an exonuclease with 5 ' ⁇ 3' exonuclease activity.
  • the exonucleolytic degradation of only one strand of nucleic acid can preferably be achieved using the exonuclease with 5 '->3'-exonuclease activity in such a way that one of the linkers has incorporated ⁇ -thio-nucleotides which have an exonucleolytic degradation of the strand prevent who has said linker sequence at its 5 'end.
  • This further preferred embodiment of the method according to the invention consists in that the nucleic acid molecules of the first group are shortened by means of an exonuclease working in the 5 ' ⁇ 3' direction, for example T7 exonuclease or lambda exonuclease, followed by an extension of a linker primer by means of a polymerase without strand displacement activity and a ligation of the extension products to the shortening products to distinguish perfectly paired heterohybrids from heterohybrids, which are characterized by a terminal mismatch.
  • an exonuclease working in the 5 ' ⁇ 3' direction for example T7 exonuclease or lambda exonuclease
  • an extension of a linker primer by means of a polymerase without strand displacement activity and a ligation of the extension products to the shortening products to distinguish perfectly paired heterohybrids from heterohybrids, which are characterized by a terminal mismatch.
  • Such a modification would include in step (dd) a distinction between those heterohybrids that were at the 5 'terminus of the nucleic acid molecule of the first grappe have a single- or multi-base mismatch, the mismatched heterohybrids, of the perfectly paired heterohybrids.
  • ligases in the case of interruptions of one of the two sugar-phosphate chains, single-strand breaks, present in a nucleic acid double strand, to differentiate between perfectly paired 5 'terms and mismatched 5' terms by perfectly paired 5 'terms with the neighboring 3' -Termini are connected by ligation, while mismatched 5 '-terminini are not connected to the neighboring 3'-termini.
  • the subsequent separation of perfectly paired ligated heterohybrids from unmatched mismatched heterohybrids could be done, for example, by one of the following measures:
  • FIG. 2 shows the production of heterohybrids with a shortened strand
  • FIG. 3 shows the isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group
  • FIG. 4 shows an alternative isolation of a fragment from a mixture from nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group
  • FIG. 5 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group
  • FIG. 6 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group
  • FIG. 7 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between 8
  • FIG. 9 shows a further alternative isolation of a fragment from a Mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and second grappa
  • FIG. 10 shows the selective restriction of homohybrids in the region of the linkers
  • FIG. 11 shows the selective restriction of homohybrids in the region of the link he followed by isolation of a heterohybride carrying a sequence variation and preparation of a hybridization probe
  • FIG. 12 shows the use of the method according to the invention for the identification of sequence variations between nucleic acids originating from two different samples using reference nucleic acids
  • FIG. 12 includes Fig. 12a,
  • FIG. 14 shows an alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second grappa (FIG. 14 includes FIGS. 14a and FIG 14b, which form a coherent Fig. 14),
  • FIG. 15 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second grappa
  • FIG. 15 comprises FIGS. 15a and 15b, which form a coherent FIG. 15
  • 16 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group.
  • Fig. 1 shows the production of heterohybrids, which enable a selective shortening of only one strand. It shows in detail
  • Fig. 2 shows the production of heterohybrids with a shortened strand, shows in the eggshell
  • 3 shows the isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group.
  • the mixture here consists of two fragments, of which the shorter one between the first and second origin is sequence-identical, while the longer one has a sequence variation between the first and second origin. 1 shows the extraction of heterohybrids
  • Shortening product represents, whose last nucleotide of the double-stranded region represents the sequence variation between nucleic acid molecules of both grappas (point). This shortening product is therefore characterized by a mismatch at the end of the double-stranded area,
  • Biotin grapples are represented by "B", 4 separation of biotin-containing heterohybrids from unextended, non-biotin-containing heterohybrids, which represent fragments containing sequence variations.
  • FIG. 5 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second grappa.
  • 6 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group. 1 shows the extraction of heterohybrids
  • FIG. 7 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second grappa.
  • Linkers were attached to nucleic acid fragments (gray) generated using the restriction endonuclease Hi ⁇ Pll (recognition sequence GCGC).
  • Linkers of the fragments of the first group (open rectangles) contain a recognition site for the restriction endonuclease H ⁇ ell (recognition sequence AGCGCT), linkers of the fragments of the second group (hatched) an alternative recognition site for the same restriction endonuclease GGCGCC.
  • Sequence variations between nucleic acids from two different samples using reference nucleic acids A certain nucleic acid fragment flanked by linker molecules is shown, which consists of the first sample originating from short hatched linkers, from the second sample originating from short dotted linkers and from the reference sample originating from long rectangles represented as open rectangles.
  • the position of a sequence variation (SNP) between the fragment originating from the first sample and the fragments originating from the second sample or the reference sample is identified by a dot.
  • the fragments from the reference sample used for the described implementation with fragments from the first sample are provided with a marker group, which is symbolized by an asterisk.
  • the fragments used for the described implementation with fragments from the second sample and originating from the reference sample are provided with a marking group which can be distinguished from the first marking range, which is symbolized by "#"
  • 10 means: no signal, since there is no sequence variation between the first and second sample and reference sample; 11: signal indicates sequence variation between first sample and reference sample; 12: signal indicates sequence variation between second sample and reference sample; 13; Signal indicates sequence variation, both between the first sample and reference sample and between the second sample and reference sample.
  • Biotinylated linkers are attached to nucleic acid fragments generated by means of the restriction endonuclease Dpril (recognition sequence GATC).
  • the linkers contain masked recognition sequences for the restriction endonuclease Baml ⁇ l (recognition sequence GGATCC).
  • the linkers attached to the nucleic acid molecules of the second group have a thionucleotide in the vicinity of the recognition sequence (denoted by “S”).
  • 1. shows the denaturation of the nucleic acid fragments flanked by linkers of both grappas, followed by a re-hybridization of strands that are partially complementary to one another to homo and hetero hybrids,
  • 15 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules, which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group. 1 shows the extraction of heterohybrids,
  • a proofreading polymerase could also be used, which first removes the terminal mismatch), 6 the amplification of the double strands flanked in (5) to both sides by linkers by means of amplification primers, which can bind to the linker regions of the nucleic acid molecules, which essentially match those in the in (3) filled heterohybrids in (4) distant areas.
  • 16 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group.
  • 1 shows the production of heterohybrids
  • 2 shows the selective exonucleolytic shortening of the nucleic acid molecules of the first group in the heterohybrids from (1) in the 5 ' ⁇ 3' direction
  • FIG. 3 shows the hybridization of an oligonucleotide primer to the single-stranded linker region, followed by an extension by means of a polymerase having no beach displacement activity, wherein nucleotide building blocks containing biotin are incorporated,
  • step 5 the further extension of the prime extension products from step (3) which remained unligated in step (4) by means of a polymerase with strand displacement activity, followed by immobilization by binding to a streptavidin-coated solid phase, followed by the removal of the nucleic acid molecules of the second group hybridized to the extension products and a subsequent amplification of the immobilized nucleic acid strands by means of amplification primers which hybridize specifically with the linker regions.
  • the invention is described below by examples:
  • oligonucleotides DL20 (5'-GCA TCA CAA GAA TCG ACG CT-3 '), LD24 (5'-phosphate-GAT CAG CGT CGA TTC TTG TGA TGC-3'), ML25BGL (5'-TCA CAT) were supplied lyophilized GCT AAG TGA CGT AGA TCT T-3 '), LM33BGL (5'-Phosphate-GAT CAA GAT CTA CGT CAC TTA GCA TGT GAC AAT-3'), ML33BAM (5'-GCT CAT TGT CAC ATG CTA AGT GAC GTG GAT CCT-3 ') and LM41BAM (5'-phosphate-GAT CAG GAT CCA CGT CAC TTA GCA TGT GAC AAT GAG CAT CG-3') to a final concentration of 100 pmol / ⁇ l in water.
  • the finished linkers DL2024 (from DL20 and LD24), ML2533BGL (from ML25BGL and LM33BGL) and ML3341BAM (from ML33BAM and LM41BAM) were frozen at -20 ° C until use stored.
  • the samples were extracted with phenol, then with chloroform and precipitated with ethanol. It was taken up in 10 ⁇ l of a ligation mixture containing 0.6 ⁇ l lOx ligation buffer (Röche), 1 ⁇ l 10 mM ATP (Röche), 4 ⁇ l 0.5 ⁇ g / ⁇ l linker DL2024, 3.9 ⁇ l H 2 O and 0, 5 ul T4 DNA ligase (Röche). The ligation took place at 16 ° C. overnight. Unligated and self-ligated linkers were separated by centrifugation through ChromaSpin 100 columns (Clontech Inc., Palo Alto, CA, USA).
  • One-tenth of the left-flanked fragments of genomic DNA obtained in Example 2 were used as templates in a 100 ⁇ l amplification mixture containing 10 ⁇ l 10 ⁇ AmpHTaq buffer (PE Applied Biosystems, Foster City, CA, USA), 2 mM MgCl 2 , 0, 4 mM oligonucleotide DL20, 200 ⁇ M dNTPs, and 2.5 U AmpHTaq DNA polymerase (PE Applied Biosystems).
  • One of the preparations (preparation 1) was 10% of each nucleotide replaced by its respective ⁇ -thioanalog (Amersham-Pharmacia GmbH, Freiburg).
  • An amplification was carried out with the following temperature program: 1 min 95 ° C, then 25 cycles consisting of 30 sec 95 ° C, 30 sec 60 ° C, 1 min 72 ° C.
  • the amplification was checked using agarose gel electrophoresis, then the reactions were purified using QiaQuick columns (Qiagen GmbH, Hilden).
  • the eluted amplification products were taken up in 50 ⁇ l NEBuffer Dp ⁇ ll, mixed with 5 U Dpn ⁇ l and incubated for 1.5 h at 37 ° C.
  • the cut linkers were removed using ChromaSpin 100 columns and the eluted DNA fragments were precipitated with ethanol.
  • the pellets were taken up in 10 ⁇ l ligation batches, containing 0.6 ⁇ l 10 ⁇ ligation buffer, 1 ⁇ l 10 mM ATP, 4 ⁇ l 0.5 ⁇ g / ⁇ l linker, 3.9 ⁇ l H 2 O and 0.5 ⁇ l T4 DNA - ligase.
  • Linker ML2533BGL was used for the fragments of preparation 1 and linker ML3341BAM for preparation 2. The ligation took place at 16 ° C. overnight. Unligated and self-ligated linkers were separated by centrifugation through ChromaSpin 200 columns (Clontech).
  • the amplification products obtained were checked by means of agarose gel electrophoresis and used for cloning in a T / A vector (pCR2.1 TOPO, Invitrogen, Groningen, NL).
  • the clones obtained were sequenced and used to design PCR primers for verifying the identified regions, which were identified as having sequence variations between genomic DNA of preparation 1 and preparation 2.

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Abstract

The invention relates to a method for analysing sequence differences between nucleic acid molecules of a first and a second group. The inventive method comprises the following steps: (aa) heterohybrids are formed; (bb) homohybrids are optionally separated; (cc) nucleic acid molecules of the first group of a heterohybrid are exonucleolytically reduced by means of the double strand specific exonuclease; (dd) heterohybrids comprising a single or multi-base mismatch on the 3' end of the nucleic acid molecule of the first group, i.e. the mismatched heterohybrids, are differentiated from the perfectly matched heterohybrids.

Description

Verfahren zur Mutationsanalyse Mutation analysis method
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Identifikation von Mutationen bzw. von Sequenzvariationen zwischen zu vergleichenden Nukleinsäuregruppen, deren Sequenz bekannt oder unbekannt sein kann. Die Nukleinsäuregruppen werden auf eine bestimmte Weise bereitgestellt. Eine Zusammensetzung, umfassend zwei solcher Nuklein- säuregruppen, ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.The present invention relates to a method for identifying mutations or sequence variations between nucleic acid groups to be compared, the sequence of which may be known or unknown. The nucleic acid groups are provided in a certain way. A composition comprising two such nucleic acid groups is also the subject of the invention.
Die Identifikation von Sequenzvariationen ist eine wichtige Disziplin der molekularen Genetik, insbesondere der Humangenetik. Grundsätzlich lassen sich die bisher verfolgten experimentellen Ansätze in zwei Kategorien einteilen.The identification of sequence variations is an important discipline in molecular genetics, especially human genetics. Basically, the experimental approaches pursued so far can be divided into two categories.
1. Verfahren, die eine Detektion von Sequenzvariationen in bekannten Nukleinsäureab- schnitten ermöglichen und1. Methods which enable the detection of sequence variations in known nucleic acid sections and
2. Verfahren, die eine Untersuchung unbekannter Nukleinsäuren bis zur Untersuchung ganzer Genome auf Sequenzvariationen hin zulassen.2. Methods that allow the investigation of unknown nucleic acids up to the examination of entire genomes for sequence variations.
Das klassische Verfahren zur Erkennung von Sequenzvariationen in bekannten Nukleinsäuren ist die Sequenzierung, welche heute so gut wie ausschließlich nach dem Kettenabbruchprinzip nach Sanger durchgeführt wird, die aber trotz neuerer instrumenteller Fort- schritte (beispielsweise Kapillarsequenzierautomaten, welche die parallele Sequenzierung von 96 Proben erlauben) nur einen sehr geringen Durchsatz ermöglicht. Kostengünstiger ist das ohne Sequenzierung auskommende Verfahren der Einzelstrangkonformation- Polymorphismusdetektion (single Strand cohformation polymorphism detection, SSCP, vgl. Orita et al, Proc. Nati. Acad. Sei. U.S.A. 1989, 86(8):2766-70), welches die Sequenz- abhängigkeit der Konformation und damit die Mobilität eines Nukleinsäureeinzelstrangs in einem denaturierenden Polyacrylamidgel ausnutzt. Allerdings ist der Durchsatz auch dieses Verfahrens durch die Notwendigkeit begrenzt, für jede der zu untersuchenden Nukleinsäu- reproben eine eigene Gelspur zur Verfügung zu stellen, ferner dürfen die zu untersuchenden Fragmente eine bestimmte Größe nicht überschreiten (100 bis 200 Basenpaare). Höhe- ren Durchsatz erlaubt die Methode des Oligonukleotid-Ligationsverfahrens (oligonucleoti- de ligation assay, OLA; Nickerson et al, Proc. Nati. Acad. Sei. U.S.A. 1990, 87(22):8923- 1), bei welchem zwei aneinandergrenzende Oligonukleotide an ein einzelsträngiges, auf eine Mutation an einer bestimmten Position hin zu untersuchendes Nukleinsäuremolekül hybridisiert werden. Sind die einander gegenüberliegenden terminalen Basen der Oligonukleotide komplementär zur jeweiligen Base des Nukleinsäuremoleküls, so können beide Oligonukleotide durch eine Ligation miteinander verbunden werden. Im Falle einer durch die zu detektierende Mutation hervorgerufenen Fehlpaarung findet hingegen keine Ligation statt. Eine Variante des OLA- Verfahrens, Ligase-Kettenreaktion (ligase chain reaction, LCR; Wϊedmann et al, PCR Methods Appl. 1994, 3(4):51-64), ermöglicht die Signalverstärkung durch Amplifikation, was eine Detektion von Mutationen in Nukleinsäuren nied- riger Konzentration (etwa ein einzelner Locus innerhalb des Genoms) zuläßt. Als Nachteil von OLA ist jedoch anzuführen, daß für jede auf eine Mutation hin zu überprüfende Position ein eigener Satz aus zwei Oligonukleotiden bereitzustellen ist, wodurch hohe Kosten entstehen können. Schließlich wurde eine Methode beschrieben, bei welcher von einem an sich bekannten Nukleinsäuremolekül eine Sanger-Sequenzierreaktion durchgeführt wird und die Produkte der Primerverlängerung mit einem Gegenstrang hybridisiert werden, welche auf Mutation hin untersucht werden soll (WO 00/11222). Im Fall einer Fehlpaarung am 3'-Terminus, welcher durch eine Sequenzvariation verursacht wird, kann das fehlgepaarte Nukleotid mittels einer selbstkorrigierenden Polymerase (proofreading- Polymerase) entfernt und durch ein markiertes Abbruchnukleotid ersetzt werden, so daß ein Nachweis der Fehlpaarung möglich wird. Da zur Durchführung dieses Verfahrens mehrere Schritte notwendig sind, um jeweils ein einziges Paar zweier einander entsprechender Nukleinsäuremoleküle auf Sequenzunterschiede hin zu überprüfen, ist auch dieses Verfahren mit hohen Kosten verbunden.The classic method for recognizing sequence variations in known nucleic acids is sequencing, which today is practically carried out almost exclusively according to the Sanger chain termination principle, but despite recent instrumental advances (e.g. capillary sequencing machines that allow the parallel sequencing of 96 samples) only enables a very low throughput. The single strand cohformation polymorphism detection (SSCP, see Orita et al, Proc. Nati. Acad. Sci. USA 1989, 86 (8): 2766-70), which manages the sequence, is more cost-effective without sequencing - depending on the conformation and thus the mobility of a single nucleic acid strand in a denaturing polyacrylamide gel. However, the throughput of this method is also limited by the need to provide a separate gel trace for each of the nucleic acid samples to be examined, and the fragments to be examined must not exceed a certain size (100 to 200 base pairs). The method of the oligonucleotide ligation method (oligonucleotide ligation assay, OLA; Nickerson et al, Proc. Nati. Acad. Sci. USA 1990, 87 (22): 8923- 1), in which two adjoining oligonucleotides are hybridized to a single-stranded nucleic acid molecule to be examined for a mutation at a specific position. If the terminal bases of the oligonucleotides lying opposite one another are complementary to the respective base of the nucleic acid molecule, both oligonucleotides can be connected to one another by a ligation. In the case of a mismatch caused by the mutation to be detected, however, no ligation takes place. A variant of the OLA method, ligase chain reaction (LCR; Wϊedmann et al, PCR Methods Appl. 1994, 3 (4): 51-64), enables signal amplification by amplification, which means detection of mutations in nucleic acids low concentration (such as a single locus within the genome). A disadvantage of OLA, however, is that a separate set of two oligonucleotides must be provided for each position to be checked for a mutation, which can result in high costs. Finally, a method was described in which a Sanger sequencing reaction is carried out on a nucleic acid molecule known per se and the products of the primer extension are hybridized with a counter strand which is to be examined for mutation (WO 00/11222). In the event of a mismatch at the 3 'terminus, which is caused by a sequence variation, the mismatched nucleotide can be removed by means of a self-correcting polymerase (proofreading polymerase) and replaced by a labeled termination nucleotide, so that detection of the mismatch is possible. Since several steps are necessary to carry out this method in order to check a single pair of two mutually corresponding nucleic acid molecules for sequence differences, this method is also associated with high costs.
Die wohl älteste Methode zum Auffinden von Sequenzvariationen in unbekannten Nukleinsäuren, welche zur Untersuchung von Genomen eingesetzt werden kann, ist der Nachweis von Restriktionsfragmentlängen-Polymo hismen (restriction fragment length poly- morphisms, RFLP, de Martinville et al, Ar% J. Hum. Genet. 1982, 34(2):216-26), die auf dem Auftreten bzw. der Eliminierung von Erkennungsstellen für Restriktionsenzyme durch Sequenzveränderungen basiert und beispielsweise zur Identifikation von Transposon- Insertionsstellen eingesetzt werden kann. Dabei können aber ausschließlich Sequenzvariationen detektiert werden, die Erkennungsstellen des jeweiligen Enzyms betreffen, so daß in jedem RFLP-Experiment jeweils nur ein kleiner Teil aller möglichen Sequenzvariationen erkannt werden kann. Ein neueres Prinzip zur Identifikation von Sequenzvariationen zwi- sehen aus zwei verschiedenen Proben stammenden Nukleinsauremolekulen basiert auf der Erzeugung von heterohybriden Doppelsträngen, wobei je ein aus der ersten Probe und ein aus der zweiten Probe stammender, weitgehend hierzu komplementärer Strang miteinander hybridisiert werden. Sequenzunterschiede zwischen beiden Strängen, beispielsweise einzelne Basenaustausche (single nucleotide polymorphisms, SNPs), führen zu Fehlpaarungen innerhalb des Doppelstrangs, da nicht komplementäre Basen einander gegenüberstehen. Derartige interne Fehlpaarungen lassen sich chemisch (chemical mismatch cleavage, Grompe et al, Proc. Nati. Acad. Sei. U.S.A. 1989; 86(15):5888-92) oder enzymatisch (Burdon und Lees, Biosci. Rep. 1985, 5(8):627-32; Biswas und Hsieh, J. Biol. Chem., 1996, 271(9):5040-8) erkennen, so daß Sequenzvariationen nachgewiesen werden können. Einer weiten Verbreitung dieser Fehlpaarungs-Erkennungsmethoden stehen jedoch die nicht zufriedenstellende Effizienz und Spezifität der Verfahren entgegen, so werden zum Beispiel unterschiedliche Fehlpaarungen mit verschiedener Effizienz erkannt (vgl. etwa Youil et al, Genomics 1996; 32(3):431-5; WO 99/42595, siehe hier besonders Fig. 4).Probably the oldest method for finding sequence variations in unknown nucleic acids, which can be used to investigate genomes, is the detection of restriction fragment length polymorphisms (restriction fragment length polymorphisms, RFLP, de Martinville et al, Ar% J. Hum. Genet. 1982, 34 (2): 216-26), which is based on the occurrence or the elimination of recognition sites for restriction enzymes by sequence changes and can be used, for example, for the identification of transposon insertion sites. However, only sequence variations that relate to the recognition sites of the respective enzyme can be detected, so that in each RFLP experiment only a small part of all possible sequence variations can be recognized. A newer principle for identifying sequence variations between nucleic acid molecules originating from two different samples is based on the generation of heterohybrid double strands, one from the first sample and one from each from the second sample, largely complementary strand to be hybridized with each other. Sequence differences between the two strands, for example single base exchanges (single nucleotide polymorphisms, SNPs), lead to mismatches within the double strand, since non-complementary bases are opposed to one another. Such internal mismatches can be chemical (chemical mismatch cleavage, Grompe et al, Proc. Nati. Acad. Sei. USA 1989; 86 (15): 5888-92) or enzymatic (Burdon and Lees, Biosci. Rep. 1985, 5 ( 8): 627-32; Biswas and Hsieh, J. Biol. Chem., 1996, 271 (9): 5040-8) so that sequence variations can be detected. However, the widespread use of these mismatch detection methods is opposed by the unsatisfactory efficiency and specificity of the methods, for example different mismatches with different efficiency are recognized (see e.g. Youil et al, Genomics 1996; 32 (3): 431-5; WO 99/42595, see here in particular Fig. 4).
Im Hinblick auf den Stand der Technik ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver- fahren bereitzustellen, welches folgende Vorteile auf sich vereinigt:With regard to the prior art, the object of the present invention is to provide a method which combines the following advantages:
1. Nachweis von Sequenzvariationen zwischen Nukleinsäuregruppen, die sowohl bekannt als auch unbekannt sein können;1. Detection of sequence variations between nucleic acid groups, which can be both known and unknown;
2. einsetzbar auch mit komplexen Nukleinsäuregruppen, beispielsweise mit cDNA, genomischer DNA oder Repräsentationen hiervon;2. Can also be used with complex nucleic acid groups, for example with cDNA, genomic DNA or representations thereof;
3. zuverlässige Erkennung von einzelnen Sequenzvariationen bei einem hervorragenden Signal-Rauschverhältnis;3. reliable detection of individual sequence variations with an excellent signal-to-noise ratio;
sehr hoher Durchsatz.very high throughput.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelös durch ein Verfahren zur Analyse von Sequenzunterschieden zwischen Nukleinsauremolekulen einer ersten Gruppe und einer zweiten Gruppe, wobeiThe object of the invention is achieved by a method for analyzing sequence differences between nucleic acid molecules of a first group and a second group, wherein
(a) die Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe flankierende, für die Gruppe charakteristische Sequenzen, Linker, aufweisen, die bei einer Vielzahl von Nukleinsauremolekulen einer Gruppe sequenzidentisch sind; (b) die Linker der Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe so zu wählen sind, daß bei(a) the nucleic acid molecules of the first group and the second group flanking sequences which are characteristic of the group and have linkers which are sequence-identical for a large number of nucleic acid molecules of a group; (b) the linkers of the nucleic acid molecules of the first group are to be chosen so that at
Bildung von Hybriden zwischen Nukleinsauremolekulen der ersten Gruppe und Nukleinsauremolekulen der zweiten Gruppe, von Heterohybriden, ausgehend von miteinander hybridisierten Nukleinsäuren derselben Gruppe, von Homohybriden, die heterohybridisierten Nukleinsäuremoleküle beider Gruppen, gegebenenfalls nach en- zymatischer Behandlung, ein Substrat für eine doppelstrangspezifische Exonuklease darstellen und im wesentlichen nur die Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe eines Heterohybrids exonukleolytisch verkürzt werden; mit den folgenden Schritten: (aa) Bildung von Heterohybriden;Formation of hybrids between nucleic acid molecules of the first group and Nucleic acid molecules of the second group, from heterohybrids, starting from nucleic acids of the same group hybridized with one another, from homohybrids, the heterohybridized nucleic acid molecules of both groups, optionally after enzymatic treatment, are a substrate for a double-stranded exonuclease and essentially only the nucleic acid molecules of the first group of a heterohybride be shortened exonucleolytically; with the following steps: (aa) formation of heterohybrids;
(bb) gegebenenfalls Abtrennung von Homohybriden, wenn diese ein Substrat für die doppelstrangspezifische Exonuklease darstellen;(bb) if appropriate, separation of homohybrids if these represent a substrate for the double-stranded exonuclease;
(cc) exonukleolytische Verkürzung von Nukleinsauremolekulen der ersten Gruppe eines Heterohybrids mit Hilfe der doppelstrangspezifischen Exonuklease; (dd) Unterscheidung derjenigen Heterohybride, die an dem 3 '-Terminus des Nukleinsäuremoleküls der ersten Gruppe eine ein- oder mehrbasige(cc) exonucleolytic shortening of nucleic acid molecules of the first group of a heterohybrid using the double-strand-specific exonuclease; (dd) Differentiation of those heterohybrids which have a mono- or polybasic at the 3 'terminus of the nucleic acid molecule of the first group
Fehlpaarung aufweisen, den fehlgepaarten Heterohybriden, von den an ihrem 3 '-Terminus gemäß den bekannten Basenpaarungsregeln gepaarten Heterohybriden, den perfekt gepaarten Heterohybriden.Have mismatched, the mismatched heterohybrids, of the heterohybrids paired at their 3 'terminus according to the known base pairing rules, the perfectly paired heterohybrids.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Zusammensetzung, umfassend Nukleinsäuremoleküle einer ersten Gruppe und einer zweiten Gruppe mit den vorgenannten Merkmalen.Another object of the invention is a composition comprising nucleic acid molecules of a first group and a second group with the aforementioned features.
Bei den Nukleinsauremolekulen einer ersten Gruppe bzw. einer zweiten Gruppe handelt es sich um Nukleinsäuregemische, vorzugsweise um Nukleinsäuregemische unterschiedlicher Herkunft, insbesondere um Nukleinsäuregemische, deren Sequenzinformation auf genomische DNA, mRNA oder cDNA zurückzuführen ist, welche aus beliebigen unterschiedlichen biologischen Proben gewonnen wurde, ϊierbei bedeutet der Begriff biologische Probe biologisches Material, welches aus einem oder mehreren Individuen gewonnen wurde. Beispielsweise kann die Sequenzinformation der Nukleinsäuremoleküle der ersten und der zweiten Gruppe aus Tumorbiopsien oder sonstigen Biopsien verschiedener Patienten oder Patientengruppen stammen. Solche Patientengruppen können zum Beispiel nach bestimmten Kriterien selektierte Gruppen von Patienten oder bestimmte Volksgruppen, wie etwa die nordamerikanischen Amish-People oder auch die Bevölkerung Islands, erstellen. Fer- ner können die Nukleinsäuremoleküle der ersten und der zweiten Gruppe aus dem Genom von durch Mutagenese oder durch spontane Mutation veränderten Organismen derselben Art entstammen. Schließlich können die Nukleinsäuremoleküle der ersten und der zweiten Gruppe aus Bakterienstämmen der gleichen Art oder nahe verwandter Arten entstammen, die unterschiedliche Eigenschaften besitzen. Von großer wirtschaftlicher Bedeutung sind etwa Produktionsstämme, die in der Biotechnologie zur großtechnischen Gewinnung von Feinchemikalien, etwa von Aminosäuren, eingesetzt werden. Die Ermittlung der Sequenzvariationen zwischen verschiedenen Organismenpopulationen kann zur Optimierung der Produktionsverfahren eingesetzt werden.The nucleic acid molecules of a first group or a second group are nucleic acid mixtures, preferably nucleic acid mixtures of different origins, in particular nucleic acid mixtures, the sequence information of which can be traced back to genomic DNA, mRNA or cDNA, which was obtained from any different biological samples the term biological sample biological material, which was obtained from one or more individuals. For example, the sequence information of the nucleic acid molecules of the first and the second group can come from tumor biopsies or other biopsies from different patients or patient groups. Such patient groups can, for example, create groups of patients selected according to certain criteria or certain ethnic groups, such as the North American Amish People or the population of Iceland. Furthermore, the nucleic acid molecules of the first and the second group can be derived from the genome of organisms modified by mutagenesis or by spontaneous mutation Kind come from. Finally, the nucleic acid molecules of the first and second groups can be derived from bacterial strains of the same or closely related species that have different properties. Production strains used in biotechnology for the large-scale production of fine chemicals, such as amino acids, are of great economic importance. The determination of the sequence variations between different organism populations can be used to optimize the production processes.
Die Nukleinsäuremoleküle der ersten und der zweiten Gruppe weisen flankierende, in der Regel für die Gruppe charakteristische Sequenzen, Linker, auf. Flankierend meint in diesem Zusammenhang, daß die charakteristischen Sequenzen, Linker, an beiden Enden eines doppelsträngigen Nuklemsäuremoleküls auftreten und das Nukleinsäuremolekül zu den Enden hin abschließen. Die Linker sind bevorzugterweise für die jeweilige Gruppe, zu der die betreffenden Nukleinsäuremoleküle gehören, charakteristisch. Das heißt, daß von der Sequenz der Linker eines einzelnen Nuklemsäuremoleküls und/oder einer möglichen an den Linker gebundenen Markierungsgruppe oder einer sonstigen Modifikation, ob das Nukleinsäuremolekül nun doppelsträngig oder einzelsträngig vorliegt, auf die Zugehörigkeit zu einer bestimmten Gruppe geschlossen werden kann. Die Linker sind ferner bei einer Vielzahl von Nukleinsauremolekulen einer Gruppe sequenzidentisch. Das bedeutet, daß bei einer Vielzahl von doppelsträngigen Nukleinsauremolekulen (Nukleinsäuredoppel- strängen) die Sequenzen der Linker übereinstimmen, wenn man die Sequenz des Linkers am 5 '-Terminus beziehungsweise am 3 '-Terminus des (+)-Stranges oder des (-)-Stranges des einen Nukleinsäuredoppelstranges mit der Sequenz des Linkers des (+)-Stranges oder des (-)-Stranges des anderen Nukleinsäuredoppelstranges an demselben Terminus (am 5'- Terminus beziehungsweise am 3 '-Terminus) oder an dem jeweils anderen Terminus (am 3 '-Terminus beziehungsweise am 5 '-Terminus) vergleicht. Ein Nukleinsäuredoppelstrang weist vier Linkersequenzen auf (am 5 '-Terminus und am 3' Terminus des (+)-Stranges und des (— )-Stranges). Zwei Nukleinsäuredoppelstränge weisen sequenzidentische Linker auf, wenn die Sequenz einer der vier Linkersequenzen des einen Nuklemsäuremoleküls mit einer der vier Linkersequenzen des anderen Nuklemsäuremoleküls identisch ist. Entsprechende Überlegungen gelten auch für den Vergleich der Linker einzelsträngiger Nukleinsäuremoleküle. In diesem Fall wird der komplementäre Strang zum Zwecke des Vergleichs gedanklich ergänzt. Andererseits müssen nicht alle Nukleinsäuremoleküle einer Gruppe sequenzidentische Linker aufweisen. In der Regel weisen die Nukleinsäuremoleküle einer Gruppe jeweils insgesamt nicht mehr als 2-45, vorzugsweise nicht mehr als 2-44, 2-43, 2-42 insbesondere nicht mehr als 2-43 unterschiedliche, für die betreffende Gruppe charakteristische Sequenzen auf. In einer besonderen Ausführungsform weisen die Nukleinsäuremoleküle einer Gruppe nur eine Art von Linker oder nur zwei Arten von Linker auf, wobei in letzterem Fall jedes Nukleinsäuremolekül einen Linker an einem Ende trägt und einen anderen Lin- ker am gegenüberliegenden Ende.The nucleic acid molecules of the first and the second group have flanking sequences, linkers, which are generally characteristic of the group. In this context, accompanying means that the characteristic sequences, linkers, occur at both ends of a double-stranded nucleic acid molecule and terminate the nucleic acid molecule towards the ends. The linkers are preferably characteristic of the respective group to which the nucleic acid molecules in question belong. This means that the sequence of the linkers of a single nucleic acid molecule and / or a possible labeling group bound to the linker or another modification, whether the nucleic acid molecule is now double-stranded or single-stranded, can be used to conclude that it belongs to a specific group. The linkers are also sequence-identical for a large number of nucleic acid molecules in a group. This means that in the case of a large number of double-stranded nucleic acid molecules (nucleic acid double strands), the sequences of the linkers match if the sequence of the linker is at the 5 'terminus or at the 3' terminus of the (+) strand or the (-) - Strand of one nucleic acid duplex with the sequence of the linker of the (+) strand or of the (-) strand of the other nucleic acid duplex at the same terminus (at the 5 'terminus or at the 3' terminus) or at the other terminus (on the 3rd 'Term or at the 5' term). A nucleic acid duplex has four linker sequences (at the 5 'terminus and at the 3' terminus of the (+) - and the (-) strand). Two nucleic acid double strands have sequence-identical linkers if the sequence of one of the four linker sequences of the one nucleic acid molecule is identical to one of the four linker sequences of the other nucleic acid molecule. Corresponding considerations also apply to the comparison of the linkers of single-stranded nucleic acid molecules. In this case, the complementary strand is mentally supplemented for the purpose of comparison. On the other hand, not all nucleic acid molecules in a group have to have sequence-identical linkers. As a rule, the nucleic acid molecules of a group each have a total of no more than 2-4 5 , preferably no more than 2-4 4 , 2-4 3 , 2-4 2 in particular no more than 2-4 3 different sequences characteristic of the group in question. In a particular embodiment, the nucleic acid molecules of a group have only one type of linker or only two types of linker, in the latter case each nucleic acid molecule carrying a linker at one end and a different linker at the opposite end.
Diese Linker werden in der Regel durch bekannte Methoden an das zu untersuchende Nukleinsäuregemisch oder die zu untersuchenden Nukleinsäuregemische angefügt. Beispielsweise kann genomische DNA mit einem oder mehreren Restriktionsenzymen ge- schnitten, und an die erhaltenen Fragmente mit Hilfe einer Ligase doppelsträngige Oligonukleotide angefügt werden (Mueller und Wold, Science 1989; 246(4931):780-6). Dabei können die beiden ein Fragment flankierenden Sequenzen identisch oder voneinander verschieden sein. Der Begriff „Oligonukleotid" ist im weitesten Sinn zu verstehen und umfaßt eine doppelsträngige oder einzelsträngige, vorzugsweise aber doppelsträngige Nuk- leinsäure mit 10 bis etwa 100 Nukleotidbausteinen, bei welchen es sich sowohl um natürlich vorkommende als auch um künstlich veränderte oder künstlich erzeugte Nukleotid- bausteine oder ihre Derivate handeln kann. Im Anschluß hieran ist nun eine Amplifikation mittels PCR möglich, indem Primer eingesetzt werden, die mit den bekannten flankierenden Sequenzen hybridisieren können. Eine Alternative zur Polymerase-Kettenreaktion be- steht darin, die Promotorsequenz einer RNA-Polymerase, beispielsweise T7-RNA- Polymerase, in eine oder beide der angefügten flankierenden Sequenzen einzuführen und eine Amplifikation in Form einer in w'tro-Transkription durchzuführen. Beide Enden eines (doppelsträngigen) Nuklemsäuremoleküls können gezielt mit verschiedenen Sequenzen versehen werden. Im einfachsten Falle geschieht dies durch Schneiden der Ausgangs- Nukleinsäuremoleküle mit mindestens zwei verschiedenen Restriktionsendonukleasen, welche unterscheidbare Enden erzeugen, beispielsweise ein überhängendes und ein glattes Ende oder ein 3 '-überhängendes Ende und 5 '-überhängendes Ende. Es werden dann für das jeweilige Ende spezifische und voneinander verschiedene Oligonukleotide angefügt, die jeweils unterschiedliche Linker bilden. Durch anschließende Amplifikation mit Pri- mern, die an verschiedene Linker hybridisieren können, lassen sich unter Ausnutzung des bekannten PCR-Suppressionseffektes (Luk'ianov et al, Bioorg. Khim. 1996; 22(9):686- 90) gezielt die von verschiedenen Sequenzen flankierten Nukleinsäurefragmente amplifi- zieren, bei denen also vor Anfügung der Linker ein Ende durch eine der verwendeten Restriktionsendonukleasen und das andere Ende durch die andere verwendete Restrikion- sendonuklease erzeugt wurde. Dies führt gleichzeitig zur Reduktion der Komplexität der eingesetzten Ausgangs-Nukleinsäuren, welche beispielsweise im Falle genomischer DNA höherer Organismen erwünscht sein kann. Besonders vorteilhaft ist eine Reduktion der Komplexität durch Erzeugung von Repräsentationen zu erreichen, zum Begriff: Lisitsyn et al, Science 1993; 259:946-51, also der Gewinnung von durch eindeutige Kriterien definierten Teilmengen aus der Gesamtheit der zu analysierenden Ausgangsnukleinsäuren. Solche Repräsentationen können beispielsweise erzeugt werden, indem genomische DNA mit weniger häufig schneidenden Restriktionsendonukleasen mit einer Erkennungssequenz, welche 6, 8 oder mehr Basen umfaßt, geschnitten wird, gefolgt von einer Größen- selektierung, beispielsweise all derjenigen Fragmente, deren Länge 1 kb nicht überschreitet. Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung von Repräsentationen besteht im Einsatz einer weniger häufig schneidenden Restriktionsendonuklease in Kombination mit einer häufig schneidenden Restriktionsendonuklease, gefolgt von der Gewinnung von Fragmenten mit verschiedenen Enden. In der Regel werden Repräsentationen jedoch derart hergestellt, daß ein Satz nicht überlappender Fragmentpopulationen erzeugt wird, welche in ihrer Gesamtheit wiederum alle oder wenigstens weitgehend alle, in den Ausgangsnukleinsäuren ent- haltenen Sequenzbereiche umfassen. Zu diesem Zweck ist es besonders vorteilhaft, die Ausgangsnukleinsäuren mit Hilfe einer hinreichend häufig schneidenden Restriktionsendonuklease oder einer hinreichend häufig schneidenden Mischung von Restriktionsendonukleasen zu fragmentieren, um Fragmente im Größenbereich von einigen hundert Basenpaaren zu erzeugen. Diese Fragmentpopulation umfaßt nun zunächst noch die gesamte Komplexität der Ausgangsnukleinsäuren. Um die gewünschte Reduktion der Komplexität durch Aufteilung in verschiedene, nicht überlappende Fraktionen vorzunehmen, werden beidseitig doppelsträngige Oligonukleotide durch Ligation angefügt, wobei die Oligonukleotide die Sequenz der späteren Linker einfügen, gefolgt von einer PCR- Amplifikation mit Primern, die mit den Sequenzen der Linker hybridisieren können. Obwohl auch Restriktionsendonukleasen eingesetzt werden können, die innerhalb ihrer Erkennungsstelle schneiden, ist der Einsatz von Typ IIS-Restriktionsendonukleasen besonders vorteilhaft. Diese Restriktionsendonukleasen schneiden außerhalb ihrer Erkennungsstelle und erzeugen einen Überhang definierter Länge und Position relativ zur Erkennungsstelle. In einem darauffolgenden Schritt werden an die erzeugten Fragmente doppelsträngige Oligonukleo- tide beidseitig angefügt. Hierfür wird ein Satz von Oligonukleotiden bereitgestellt, der alle möglichen Überhänge des durch die jeweilige Restriktionsendonuklease vorgegebenen Typs (also 5'-Überhänge oder 3'-Überhänge einer definierten Länge) enthält, wobei sich die Sequenz der Oligonukleotide, also der späteren Linkersequenzen, voneinander so unterscheidet, daß sie miteinander keine Heterohybride bilden. Dies resultiert in einer ein- deutigen Zuordnung von Oligonukleotid, das die spätere Linkersequenz bildet, und Fragmentüberhang, an welchen das betreffende Oligonukleotid angefügt werden kann. Die Li- gation erfolgt unter Bedingungen, die eine Verknüpfung nicht vollständig zueinander komplementärer Überhänge unterdrücken (Shaw-Smith et al, Biotechniques 2000, 28(5):958-64). Durch entsprechende Wahl der Primer im Rahmen einer PCR-Reaktion können verschiedene Repräsentationen von Nukleinsauremolekulen einer Gruppe gebildet werden, welche mit Nukleinsauremolekulen einer anderen Gruppe im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verglichen werden können.These linkers are generally added to the nucleic acid mixture or nucleic acid mixtures to be investigated by known methods. For example, genomic DNA can be cut with one or more restriction enzymes, and double-stranded oligonucleotides can be added to the fragments obtained using a ligase (Mueller and Wold, Science 1989; 246 (4931): 780-6). The two sequences flanking a fragment can be identical or different from one another. The term “oligonucleotide” is to be understood in the broadest sense and encompasses a double-stranded or single-stranded, but preferably double-stranded nucleic acid with 10 to about 100 nucleotide building blocks, which are both naturally occurring and artificially modified or artificially generated nucleotide building blocks amplification by means of PCR is now possible, by using primers which can hybridize with the known flanking sequences.An alternative to the polymerase chain reaction is to use the promoter sequence of an RNA polymerase, for example introducing T7 RNA polymerase, in one or both of the appended flanking sequences and to perform amplification in the form of an in w 'tro transcription. both ends of a (double) Nuklemsäuremoleküls can be selectively provided with various sequences. in the simplest case this is done by cutting the starting nucleic acid molecules with at least two different restriction endonucleases which produce distinguishable ends, for example an overhanging and a smooth end or a 3 'overhanging end and 5' overhanging end. Then specific and different oligonucleotides are added for the respective end, each forming different linkers. Subsequent amplification with primers which can hybridize to different linkers, using the known PCR suppression effect (Luk'ianov et al, Bioorg. Khim. 1996; 22 (9): 686-90), makes it possible to target those of different ones Sequences flanked nucleic acid fragments amplify, in which one end was generated by one of the restriction endonucleases used and the other end was generated by the other restriction endonuclease used before the linker was added. At the same time, this leads to a reduction in the complexity of the starting nucleic acids used, which is the case, for example, in the case of genomic DNA higher organisms may be desired. It is particularly advantageous to reduce the complexity by generating representations, regarding the term: Lisitsyn et al, Science 1993; 259: 946-51, ie the extraction of subsets defined by clear criteria from the totality of the starting nucleic acids to be analyzed. Such representations can be generated, for example, by cutting genomic DNA with less frequently cutting restriction endonucleases with a recognition sequence which comprises 6, 8 or more bases, followed by a size selection, for example all those fragments whose length does not exceed 1 kb. Another way to generate representations is to use a less frequently cutting restriction endonuclease in combination with a more often cutting restriction endonuclease, followed by obtaining fragments with different ends. As a rule, however, representations are produced in such a way that a set of non-overlapping fragment populations is generated, which in its entirety comprises all or at least largely all of the sequence regions contained in the starting nucleic acids. For this purpose, it is particularly advantageous to fragment the starting nucleic acids with the aid of a restriction endonuclease which cuts sufficiently frequently or a mixture of restriction endonucleases which cuts sufficiently frequently in order to generate fragments in the size range of a few hundred base pairs. This fragment population now initially comprises the entire complexity of the starting nucleic acids. In order to reduce the complexity by dividing it into different, non-overlapping fractions, double-stranded oligonucleotides are added by ligation, the oligonucleotides inserting the sequence of the later linkers, followed by PCR amplification with primers that hybridize with the sequences of the linkers can. Although restriction endonucleases that cut within their recognition site can also be used, the use of type IIS restriction endonucleases is particularly advantageous. These restriction endonucleases cut outside their recognition site and create an overhang of defined length and position relative to the recognition site. In a subsequent step, double-stranded oligonucleotides are added on both sides to the fragments produced. For this purpose, a set of oligonucleotides is provided which contains all possible overhangs of the type specified by the respective restriction endonuclease (i.e. 5 'overhangs or 3' overhangs of a defined length), the sequence of the oligonucleotides, i.e. the later linker sequences, being so different from one another distinguishes that they do not form heterohybrids with each other. This results in a clear assignment of the oligonucleotide, which forms the later linker sequence, and the fragment overhang to which the oligonucleotide in question can be added. The Li gation takes place under conditions which suppress a linkage of overhangs which are not completely complementary to one another (Shaw-Smith et al, Biotechniques 2000, 28 (5): 958-64). By appropriate selection of the primers in the context of a PCR reaction, different representations of nucleic acid molecules of one group can be formed, which representations can be compared with nucleic acid molecules of another group in the context of the method according to the invention.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung von Repräsentationen besteht in einer Amplifikation linkerflankierter Nukleinsäurefragmente mittels an ihrem 3 '-Ende über die durch die Linker vorgegebene Sequenz hinaus verlängerter Primer, sogenannter selektiver Primer, welche eine Amplifikation lediglich derjenigen Nukleinsäurefragmente erlauben, mit denen sie eine perfekte Basenpaarung insbesondere an ihrem von den selektiven Basen gebildeten 3 '-Ende eingehen können.A further possibility for generating representations consists in amplifying left-flanked nucleic acid fragments by means of primers, so-called selective primers, which are extended at their 3 'end beyond the sequence specified by the linkers, and which allow amplification only of those nucleic acid fragments with which they in particular perfectly base pair can enter at their 3 'end formed by the selective bases.
Im übrigen können Repräsentationen genomischer DNA erzeugt werden, indem man auf bekannte Art und Weise Chromosomen-spezifische Nukleinsäuren erzeugt (z.B. mit Fluß- Karyotypie, Harris et al, Hum. Genet. 1985; 70(l):59-65). Die so erhaltenen Nukleinsäuren werden mit Linkern versehen, zum Beispiel wie oben beschrieben durch Restriktion mit Typ IIS-Restriktionsendonukleasen und anschließender Ligation mit überhangspezifi- sehen Oligonukleotiden, die die späteren Linkersequenzen beisteuern.In addition, representations of genomic DNA can be generated by generating chromosome-specific nucleic acids in a known manner (e.g. with Fluss-Karyotypie, Harris et al, Hum. Genet. 1985; 70 (l): 59-65). The nucleic acids obtained in this way are provided with linkers, for example as described above by restriction with type IIS restriction endonucleases and subsequent ligation with overhang-specific oligonucleotides which contribute the later linker sequences.
Die Nukleinsäuremoleküle der ersten und zweiten Gruppe werden also in der Regel auf gleiche Art und Weise erhalten, unterscheiden sich aber bevorzugt durch die Sequenz ihrer Linker, die erfindungsgemäß für die betreffende Gruppe charakteristisch ist, und durch die Sequenzvariationen, deren Nachweis Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens ist. Die Linker der Nukleinsäuremoleküle beider Gruppen sind in der Regel so zu wählen, daß bei Bildung von Hybriden zwischen Nukleinsauremolekulen der ersten Gruppe und Nukleinsauremolekulen der zweiten Gruppe, von, Heterohybriden, ausgehend von miteinander hybridisierten Nukleinsäuren derselben Gruppe, Homohybriden, die heterohybridisierten Linker der Nukleinsäuremoleküle beider Gruppen mindestens über einen Teilbereich sequenzkomplementär sind. Im Rahmen der Erfindung wird unter dem Begriff Hybrid ein Dimer von Nukleinsäuren unter Ausbildung von Basenpaarungen verstanden. Hybride zwischen Nukleinsauremolekulen der ersten Gruppe und Nukleinsauremolekulen der zweiten Gruppe (Heterohybride) werden in der Regel durch Aufschmelzen der Doppel- stränge von miteinander hybridisierten Nukleinsäuren derselben Gruppe (von Homohybriden) und anschließendes Abkühlen gebildet, wobei nicht nur Nukleinsäuremoleküle ein und derselben Gruppe rekombinieren, sondern auch Heterohybride gebildet werden. Je nach dem, unter welchen Bedingungen dieser Rekombinationsprozeß durchgeführt wird, ob also die kinetische oder die thermodynamische Kontrolle der Reaktion überwiegt, ist der Anteil von Hybriden, die Fehlpaarungen aufweisen, unterschiedlich groß. Optimale Bedingungen bestehen in einer maximalen Ausbeute von Heterohybriden bei einem minimalen Anteil von Nebenprodukten, also von Hybriden aus Nukleinsäurenmolekülen, die nicht homolog sind. Unter Homologie versteht man in diesem Zusammenhang eine enge Verwandtschaft zwischen den betreffenden Nukleinsäuren, so daß der sequenzkomplementäre Bereich beider Nukleinsäuremoleküle wesentlich umfangreicher ist als der von den Sequenzvariationen eingenommene Bereich. Ein Nukleinsäuremolekül (oder ein Bereich desselben) ist sequenzkomplementär zu einem anderen Nukleinsäuremolekül (oder einem Bereich davon), wenn es mit dem anderen Molekül (oder einem Bereich davon) Basenpaarungen ohne Fehlpaarungen, also perfekte Basenpaarungen, ausbilden kann.The nucleic acid molecules of the first and second groups are thus generally obtained in the same way, but preferably differ by the sequence of their linkers, which according to the invention is characteristic of the group in question, and by the sequence variations, the detection of which is the subject of the method according to the invention , The linkers of the nucleic acid molecules of both groups are generally to be chosen such that when hybrids are formed between nucleic acid molecules of the first group and nucleic acid molecules of the second group, starting from heterohybrids, starting from hybridized nucleic acids of the same group, homohybrids, the heterohybridized linkers of the nucleic acid molecules of both Groups are sequence complementary over at least one sub-area. In the context of the invention, the term hybrid is understood to mean a dimer of nucleic acids with the formation of base pairings. Hybrids between nucleic acid molecules of the first group and nucleic acid molecules of the second group (heterohybrids) are generally formed by melting the double strands of nucleic acids of the same group hybridized with one another (from homohybrids) and subsequent cooling, whereby not only nucleic acid molecules and recombine the same group, but also heterohybrids are formed. Depending on the conditions under which this recombination process is carried out, that is, whether the kinetic or thermodynamic control of the reaction predominates, the proportion of hybrids that have mismatches varies. Optimal conditions consist in a maximum yield of heterohybrids with a minimal proportion of by-products, i.e. hybrids from nucleic acid molecules that are not homologous. In this context, homology means a close relationship between the nucleic acids in question, so that the sequence-complementary region of the two nucleic acid molecules is considerably more extensive than the region occupied by the sequence variations. A nucleic acid molecule (or a region thereof) is sequence complementary to another nucleic acid molecule (or a region thereof) if it can form base pairings with the other molecule (or a region thereof) without mismatches, that is to say perfect base pairings.
Die im Heterohybrid sich gegenüberstehenden Linker beider Gruppen können also in der Regel mindestens über einen Teilbereich Basenpaarung ausbilden. Die Linker, die ein Homohybrid an beiden Enden aufweist, müssen sich dabei nicht notwendigerweise auf dieselben Oligonukleotide zurückführen lassen. Der Teilbereich der Sequenzkomplementa- rität umfaßt in der Regel mindestens 4 Basen, vorzugsweise mindestens 10 Basen, insbe- sondere mindestens 20 Basen.The linkers of both groups, which are opposed to each other in the heterohybrid, can generally form base pairing at least over a sub-area. The linkers which have a homohybrid at both ends need not necessarily be attributed to the same oligonucleotides. The partial range of the sequence complement generally comprises at least 4 bases, preferably at least 10 bases, in particular at least 20 bases.
Die Linker der Nukleinsäuremoleküle beider Gruppen sind ferner so zu wählen, daß die Heterohybride, gegebenenfalls nach enzymatischer Behandlung, ein Substrat für eine doppelstrangspezifische Exonuklease darstellen und im wesentlichen nur die Nukleinsäure- moleküle der ersten Gruppe eines Heterohybrids exonukleolytisch verkürzt werden. Eine doppelstrangspezifische Exonuklease ist im Rahmen der Erfindung ein Enzym, welches ein Nukleinsäuremolekül oder beide Nukleinsäuremoleküle eines Nukleinsäuredoppel- strangs in dem Bereich des Doppelstrangs, der doppelsträngig vorliegt, von einem Terminus des jeweiligen Nuklemsäuremoleküls aus abbaut. Ein Abbau inmitten eines Nuklein- säuremoleküls (endonukleolytischer Abbau) soll vernachlässigbar sein. Die Verwendung von Exonuklease III als doppelstrangspezifische Exonuklease ist bevorzugt (zum Begriff Exonuklase III siehe Bioanalytik, F. Lottspeich, H. Zorbas, Hrsg., Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin, 1998, ISBN 3-4274-0041-4, S. 759). Die Exonuklase III verkürzt ein oder beide Nukleinsäuremolekül(e) eines Doppelstrang vom 3 '-Terminus her. Dabei wird der 3 '-Terminus eines Nuklemsäuremoleküls nur dann verkürzt, wenn der 3'- Terminus zusammen mit dem anderen Nukleinsäuremolekül ein glattes Ende oder ein 3'- zurückversetztes Ende ( also einen 5 '-Überhang) bildet.The linkers of the nucleic acid molecules of both groups are also to be chosen such that the heterohybrids, if appropriate after enzymatic treatment, represent a substrate for a double-stranded exonuclease and essentially only the nucleic acid molecules of the first group of a heterohybride are exonucleolytically shortened. Within the scope of the invention, a double-strand-specific exonuclease is an enzyme which degrades a nucleic acid molecule or both nucleic acid molecules of a nucleic acid double-strand in the region of the double-strand which is double-stranded from a terminus of the respective nucleic acid molecule. Degradation in the middle of a nucleic acid molecule (endonucleolytic degradation) is said to be negligible. The use of exonuclease III as double-strand-specific exonuclease is preferred (for the term exonuclase III see bioanalytics, F. Lottsspeich, H. Zorbas, ed., Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin, 1998, ISBN 3-4274-0041-4, p. 759). Exonuclase III shortens one or both nucleic acid molecule (s) of a double strand from the 3 'terminus. The 3 'terminus of a nucleic acid molecule is only shortened if the 3' Terminus together with the other nucleic acid molecule forms a smooth end or a 3'- recessed end (i.e. a 5 'overhang).
Die Heterohybride müssen nicht in dem Zustand, in dem sie nach ihrer Bildung vorliegen, ein Substrat für die doppelstrangspezifische Exonuklease sein. Es ist möglich, die Heterohybride vor ihrer Umsetzung mit der doppelstrangspezifischen Exonuklease mit einem anderen Enzym wie einer Restriktionsendonuklease zu inkubieren (enzymatische Behandlung). Dann werden die Heterohybride in der Regel erst infolge dieser enzymatischen Behandlung ein Substrat für die doppelstrangspezifische Exonuklease. Beispielsweise können die Heterohybride mit einer Restriktionsendonuklease oder mit Restriktionsendonukleasen inkubiert werden, welche im Bereich der Linker schneiden, also den Bereichen der Nukleinsäuremoleküle. Hierbei können die Linker so gewählt werden, daß eine Restriktionsschnittstelle für das Restriktionsenzym oder die Restriktionsenzyme, mit welchen die enzymatische Behandlung durchgeführt wird, bei Homohybriden, nicht aber bei Heterohyb- riden vorliegt oder umgekehrt. Hierdurch wird unter anderem sichergestellt, daß die Heterohybride ein Substrat für eine doppelstrangspezifische Exonuklease darstellen und im wesentlichen nur die Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe eines Heterohybrids (das heißt die Bestandteile eines Heterohybrids sind) und nicht die Nukleinsäuremoleküle der zweiten Gruppe eines Heterohybrids exonukleolytisch verkürzt werden. Dies bedeutet nicht, daß Homohybride, welche neben den Heterohybriden vorliegen, kein Substrat für die doppelstrangspezifische Exonuklease bilden dürften. Innerhalb eines Heterohybrids aber werden im wesentlichen nur die Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe eines Heterohybrids exonukleolytisch verkürzt. Soweit es zu einer exonukleolytischen Verkürzung der Nukleinsäuremoleküle der zweiten Gruppe kommt, stellt diese Reaktion nur eine vernach- lässigbare Nebenreaktion dar.The heterohybrids do not have to be a substrate for the double-stranded exonuclease in the state in which they are formed. It is possible to incubate the heterohybrids with another enzyme such as a restriction endonuclease (enzymatic treatment) before they are reacted with the double-strand-specific exonuclease. Then, as a rule, the heterohybrids only become a substrate for the double-strand-specific exonuclease as a result of this enzymatic treatment. For example, the heterohybrids can be incubated with a restriction endonuclease or with restriction endonucleases which cut in the region of the linkers, that is to say in the regions of the nucleic acid molecules. The linkers can be selected so that there is a restriction site for the restriction enzyme or the restriction enzymes with which the enzymatic treatment is carried out in the case of homohybrids but not in the case of heterohybrids or vice versa. This ensures, among other things, that the heterohybrids are a substrate for a double-stranded exonuclease and that essentially only the nucleic acid molecules of the first group of a heterohybride (that is to say are the constituents of a heterohybrid) and not the nucleic acid molecules of the second group of a heterohybride are exonucleolytically shortened. This does not mean that homohybrids, which are present in addition to the heterohybrids, should not form a substrate for the double-stranded exonuclease. Within a heterohybrid, however, essentially only the nucleic acid molecules of the first group of a heterohybrid are shortened exonucleolytically. As far as there is an exonucleolytic shortening of the nucleic acid molecules of the second group, this reaction is only a negligible side reaction.
Denkbar wäre übrigens auch ein Schutz der Nukleinsäuremoleküle der zweiten Gruppe durch einen hohen Anteil an abbauresistenten Nukleotiden, so könnten beispielsweise eines oder mehrere der natürlichen Nukleotide vollständig durch ein abbauresistentes Derivat ersetzt werden. In diesem Fall wäre es natürlich auch möglich, die Befestigung von als Bindungsstellen für Amplifikationsprimer dienenden Linkern erst nach der Bildung von Heterohybriden aus unverkürzten Nukleinsauremolekulen oder von Heterohybriden aus verkürzten Nukleinsauremolekulen der ersten Gruppe und im wesentlichen unverkürzten Nukleinsauremolekulen der zweiten Gruppe vorzunehmen. Eine Zusammensetzung, umfassend Nukleinsäuremoleküle einer ersten Gruppe und einer zweiten Gruppe, wie oben beschrieben, ist ein Gegenstand der Erfindung.Incidentally, it would also be conceivable to protect the nucleic acid molecules of the second group by a high proportion of degradation-resistant nucleotides, for example one or more of the natural nucleotides could be completely replaced by a degradation-resistant derivative. In this case, it would of course also be possible to attach linkers serving as binding sites for amplification primers only after the formation of heterohybrids from unabridged nucleic acid molecules or of heterohybrids from truncated nucleic acid molecules of the first group and essentially unabridged nucleic acid molecules of the second group. A composition comprising nucleic acid molecules of a first group and a second group as described above is an object of the invention.
Ein weiterer Gegenstand ist ein Verfahren zur Analyse von Sequenzunterschieden zwi- sehen Nukleinsauremolekulen einer ersten Gruppe und einer zweiten Gruppe, wie oben beschrieben, mit den folgenden Schritten: (aa) Bildung von Heterohybriden;Another object is a method for analyzing sequence differences between nucleic acid molecules of a first group and a second group, as described above, with the following steps: (aa) formation of heterohybrids;
(bb) gegebenenfalls Abtrennung von Homohybriden, wenn diese ein Substrat für die doppelstrangspezifische Exonuklease darstellen; (cc) exonukleolytische Verkürzung von Nukleinsauremolekulen der ersten Gruppe eines Heterohybrids mit Hilfe der doppelstrangspezifischen Exonuklease; (dd) Unterscheidung derjenigen Heterohybride, die an dem 3 '-Terminus des Nuklemsäuremoleküls der ersten Gruppe eine ein- oder mehrbasige Fehlpaarung aufweisen, den fehlgepaarten Heterohybriden, von den dort perfekt gepaarten Heterohybriden.(bb) if appropriate, separation of homohybrids if these represent a substrate for the double-stranded exonuclease; (cc) exonucleolytic shortening of nucleic acid molecules of the first group of a heterohybrid using the double-strand-specific exonuclease; (dd) Differentiation of those heterohybrids that have a single- or polybasic mismatch at the 3 'terminus of the nucleic acid molecule of the first group, the mismatched heterohybrids, from the perfectly paired heterohybrids.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt also zunächst die Bildung von Heterohybriden, wie bereits beschrieben. Falls die Homohybride neben den Heterohybriden ein Substrat für die doppelstrangspezifische Exonuklease darstellen, was erfindungsgemäß nicht ausgeschlossen ist, dann können diese Homohybride abgetrennt werden. Dies kann durch eine Vielzahl von Maßnahmen geschehen. Eine geeignete Maßnahme wäre die Abtrennung der Homohybride von den Heterohybriden durch die unterschiedliche elektrophoretische Mobilität von Homo- und Heterohybriden. Ferner kann nach der Bildung von Heterohybriden und vor der exonukleolytischen Verkürzung eine enzymatische Behandlung stattfinden, zum Beispiel ein Restriktionsschnitt im Bereich der Linker, der entweder nur in Homohyb- riden oder nur in Heterohybriden erfolgt, und durch selektive Abspaltung immobilisierbarer Gruppen die Abtrennung von Homohybriden von den Heterohybriden ermöglicht. Eine solche Abtrennung ist beispielsweise nicht notwendig, wenn durch die Einwirkung der Restriktionsendonuklease^) die Heterohybride in ein Substrat für die doppelstrangspezifische Exonuklease überfuhrt werden, während die Homohybride aufgrund des nicht er- folgenden Restriktionsschnitts kein Substrat für die doppelstrangspezifische Endonuklease werden. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Linker Nukleotide tragen, welche den Abbau durch eine doppelstrangspezifische Exonuklease ausschließen, und die infolge eines Restriktionsschnitts von den Heterohybriden abgetrennt werden, von den Homohybriden jedoch nicht. Anschließend erfolgt eine exonukleolytische Verkürzung von Nukleinsauremolekulen der ersten Gruppe der Heterohybride mit Hilfe der doppelstrangspezifischen Exonuklease und zwar vorzugsweise von dem 3 '-Terminus des abzubauenden Nukleinsäuremolekül in Richtung 5 '-Terminus. Innerhalb eines Heterohybrids werden im wesentlichen ausschließ- lieh die Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe exonukleolytisch verkürzt, während die Nukleinsäuremoleküle der zweiten Gruppe unberührt bleiben. Im wesentlichen bedeutet in diesem Zusammenhang, daß die exonukleolytische Verkürzung von Nukleinsauremolekulen der zweiten Gruppe der Heterohybride, sofern sie stattfindet, eine vernachlässigbare Nebenreaktion bleibt. Die exonukleolytische Verkürzung von Nukleinsauremolekulen der ersten Gruppe findet bevorzugt so statt, daß eine Vielzahl von Heterohybriden gebildet wird, in welchen das betreffende Nukleinsäuremolekül der ersten Gruppe unterschiedlich stark verkürzt worden ist und wobei die Verkürzungsprodukte in möglichst identischer Kopienzahl vorhanden sind. Dementsprechend enthielt beispielsweise die Kollektion der verkürzten Varianten eines gegebenen Nukleinsäuremoleküls einer Länge von 100 bp ide- alerweise alle an ihrem 3 '-Ende verkürzten Moleküle einer Länge von 1 bp bis 99 bp, wobei der Linker hier unberücksichtigt bleibt. Um eine gleichmäßige Verteilung aller möglichen Verkürzungsvarianten einer Heterohybridspezies durch exonukleolytischen Abbau zu erzielen, werden die Reaktionsbedingungen, insbesondere Reaktionsdauer, Temperatur und Menge der eingesetzten Exonuklease, so gewählt, daß kein vollständiger Strangabbau er- folgt. Ein sehr wichtiger Faktor ist die Prozessivität der Exonuklease. Ist die Prozessivität sehr groß, so erfolgt bevorzugt vollständiger Strangabbau. Ist die Prozessivität sehr gering, so zeigen die Verkürzungsprodukte im wesentlichen den gleichen Verkürzungsgrad. Mittels gentechnologischer Methoden ist die Prozessivität der Exonuklease so einzustellen, daß sie zwischen diesen Extremen liegt. Dabei umfaßt der Begriff der Prozessivität die Anzahl derjenigen Nukleotidbausteine, die im statistischen Mittel abgebaut werden, bevor das Enzym von Nukleinsäure-Doppelstrang abdissoziiert. Eine besonders gleichmäßige Verteilung der Verkürzungsprodukte ist auch durch die statistische Inkorporation von Nukleotiden, die gegen den Abbau durch doppelstrangspezifische Exonukleasen resistent sind, in das abzubauende Nukleinsäuremolekül zu erreichen. Dabei kann es sich zum Bei- spiel um αS-Thionukleotide handeln (Schreiber et al, Nucleic Acid Res. 1985; 13(21):7663-72). Wenn derartige abbauresistente Nukleotide statisch verteilt im abzubauenden Nukleinsäuremolekül in der geeigneten Häufigkeit vorliegen, dann kann die doppelstrangspezifische Exonuklease im Überschuß eingesetzt werden, so daß ein vollständiger exonukleolytischer Abbau bis zum jeweiligen abbauresistenten Nukleotid erfolgt. Eine alternative Vorgehensweise zur Herstellung von Heterohybriden besteht im übrigen darin, die Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe zunächst durch Behandlung mit einer Exonuklease zu verkürzen und erst dann in einem zweiten Schritt die Erzeugung von Heterohybriden aus verkürzten Nukleinsauremolekulen der ersten Gruppe und nicht verkürzten Nukleinsauremolekulen der zweiten Gruppe vorzunehmen. Ebenfalls lassen sich Heterohybride gewinnen, indem die verkürzten Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe wie in WO 00/11222 beschrieben durch eine Sanger-Sequenzierreaktion erzeugt werden. Eine solche Erzeugung von Heterohybriden durch Hybridisierung bereits (durch exonukleolyti- schen Abbau oder durch Strangaufbau unter Inkorporation von Abbruch-Nukleotiden ge- bildeter) verkürzter Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe mit unverkürzten Nukleinsauremolekulen der zweiten Gruppe ist allerdings im Rahmen dieser Erfindung nicht bevorzugt, da sich unterschiedlich lange Nukleinsäuremoleküle in ihrer Hybridisierungskine- tik unterscheiden und außerdem sehr kurze Nukleinsäuremoleküle zu unspezifischer Hybridisierung („Kreuzhybridisierung") neigen, welche die Effizienz des Verfahrens be- einträchtigen könnte.The method according to the invention thus initially comprises the formation of heterohybrids, as already described. If the homohybrids represent a substrate for the double-stranded exonuclease in addition to the heterohybrids, which is not excluded according to the invention, then these homohybrids can be separated. This can be done by a variety of measures. A suitable measure would be the separation of the homohybrids from the heterohybrids by the different electrophoretic mobility of homo- and heterohybrids. Furthermore, after the formation of heterohybrids and before the exonucleolytic shortening, an enzymatic treatment can take place, for example a restriction cut in the region of the linkers, which takes place either only in homohybrids or only in heterohybrids, and the separation of homohybrids from selective groups which can be immobilized the heterohybrids. Such a separation is not necessary, for example, if the heterohybrids are converted into a substrate for the double-strand-specific exonuclease by the action of the restriction endonuclease ^), while the homohybrids do not become a substrate for the double-strand-specific endonuclease due to the restriction cut which is not carried out. This can be done in that the linkers carry nucleotides which exclude degradation by a double-stranded exonuclease and which are separated from the heterohybrids as a result of a restriction cut, but not from the homohybrids. This is followed by an exonucleolytic shortening of nucleic acid molecules of the first group of heterohybrids with the aid of the double-strand-specific exonuclease, preferably from the 3 'terminus of the nucleic acid molecule to be degraded in the direction of the 5' terminus. Within a heterohybrid, the nucleic acid molecules of the first group are essentially exclusively exonucleolytically shortened, while the nucleic acid molecules of the second group remain unaffected. In this context essentially means that the exonucleolytic shortening of nucleic acid molecules of the second group of heterohybrids, if it takes place, remains a negligible side reaction. The exonucleolytic truncation of nucleic acid molecules in the first group preferably takes place in such a way that a large number of heterohybrids are formed in which the nucleic acid molecule in question in the first group has been truncated to different extents, and the truncation products are present in as many copies as possible. Accordingly, the collection of the truncated variants of a given nucleic acid molecule with a length of 100 bp, for example, ideally contained all truncated molecules with a length of 1 bp to 99 bp at their 3 'end, the linker being ignored here. In order to achieve a uniform distribution of all possible shortening variants of a heterohybrid species by means of exonucleolytic degradation, the reaction conditions, in particular the reaction time, temperature and amount of the exonuclease used, are chosen such that complete strand degradation does not take place. A very important factor is the processivity of the exonuclease. If the processivity is very high, complete strand degradation is preferred. If the processivity is very low, the shortening products show essentially the same degree of shortening. Using genetic engineering methods, the processivity of the exonuclease must be adjusted so that it lies between these extremes. The term processivity encompasses the number of those nucleotide building blocks that are broken down on a statistical average before the enzyme dissociates from the double-stranded nucleic acid. A particularly uniform distribution of the shortening products can also be achieved in the nucleic acid molecule to be degraded by the statistical incorporation of nucleotides which are resistant to degradation by double-strand-specific exonucleases. These can be, for example, αS thionucleotides (Schreiber et al, Nucleic Acid Res. 1985; 13 (21): 7663-72). If such degradation-resistant nucleotides are statically distributed in the appropriate frequency in the nucleic acid molecule to be degraded, then the double-strand-specific exonuclease can be used in excess, so that complete exonucleolytic degradation takes place up to the respective degradation-resistant nucleotide. An alternative procedure for the production of heterohybrids is to shorten the nucleic acid molecules of the first group by treatment with an exonuclease and only then to produce heterohybrids from shortened nucleic acid molecules of the first group and non-shortened nucleic acid molecules of the second group in a second step , Heterohybrids can also be obtained by generating the shortened nucleic acid molecules of the first group as described in WO 00/11222 by a Sanger sequencing reaction. Such generation of heterohybrids by hybridization already (shortened by exonucleolytic degradation or by strand formation with incorporation of termination nucleotides) shortened nucleic acid molecules of the first group with unabridged nucleic acid molecules of the second group is not preferred in the context of this invention, since it differs Distinguish long nucleic acid molecules in their hybridization kinetics and also very short nucleic acid molecules tend to non-specific hybridization (“cross hybridization”), which could impair the efficiency of the method.
Schließlich findet eine Unterscheidung derjenigen Heterohybride, die an dem 3 '-Terminus des Nuklemsäuremoleküls der ersten Gruppe eine ein- oder mehrbasige Fehlpaarung auf- weisen, den fehlgepaarten Heterohybriden, von den dort perfekt gepaarten Heterohybriden statt. Die Unterscheidung basiert in der Regel auf der bekannten Fähigkeit von bestimmten Nukleinsäurepolymerasen, Fehlpaarungen an dem 3 '-Terminus eines Nuklemsäuremoleküls zu erkennen und solche Moleküle von der Strangverlängerung auszuschließen.Finally, a distinction is made between those heterohybrids which have a single- or polybasic mismatch at the 3 'terminus of the nuclear acid molecule of the first group, the mismatched heterohybrids, from the perfectly paired heterohybrids. The distinction is usually based on the known ability of certain nucleic acid polymerases to recognize mismatches at the 3 'terminus of a nucleic acid molecule and to exclude such molecules from strand extension.
Als Polymerase kann eine DNA- oder RNA-Polymerase zum Einsatz kommen, die zu einer Verlängerung von zurückversetzten 3 '-Termini in der Lage ist, nicht aber zur Verlängerung fehlgepaarter Termini, nicht jedoch Polymerasen, welche mit einer Exonuklease- Aktivität terminale Fehlpaarungen abbauen können (Proofreading-Polymerasen). Beispiele für geeignete Polymerasen sind etwa genetisch modifizierte T7-DNA-Polymerasen (Δ28T7-DNA-Polymerase), Taq-Polymerase oder Reverse Transkriptase. Nicht geeignet hingegen sind native T7-DNA-Polymerase oder Pfu-Polymerase. Kommen allerdings wie oben beschrieben abbauresistente Nukleotide wie beispielsweise Thionukleotide zur Anwendung, so können selbstverständlich auch Proofreading-Polymerasen verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die UnterscheidungA DNA or RNA polymerase can be used as the polymerase, which is able to extend set back 3 'terms, but not to extend mismatched terms, but not polymerases which can reduce terminal mismatches with exonuclease activity (proofreading polymerases). Examples of suitable polymerases are, for example, genetically modified T7 DNA polymerases (Δ28T7 DNA polymerase), Taq polymerase or reverse transcriptase. In contrast, native T7 DNA polymerase or Pfu polymerase are not suitable. However, if, as described above, degradation-resistant nucleotides such as thionucleotides are used, proofreading polymerases can of course also be used. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the distinction is made
- durch Auffüllen der perfekt gepaarten Heterohybride unter Erhalt eines durchgängigen Doppelstrangs; - Trennung der aufgefüllten Heterohybride von den nicht aufgefüllten, fehltgepaarten Heterohybriden; und- by filling in the perfectly paired heterohybrids while maintaining a continuous double strand; - separation of the filled heterohybrids from the unfilled, mismatched heterohybrids; and
- Identifikation der nicht aufgefüllten Heterohybride.- Identification of the unfilled heterohybrids.
Das Auffüllen der perfekt gepaarten Heterohybride erfolgt durch eine DNA-Polymerase, welche das verkürzte Nukleinsäuremolekül in 5 '-3 '-Richtung solange verlängert, d.h. auf- füllt, bis ein durchgängiger Doppelstrang mit einem meist glatten Ende erhalten wird. Die aufgefüllten Heterohybride werden von den nicht aufgefüllten, fehlgepaarten Heterohybriden getrennt. Dies kann dadurch erfolgen, daß bei der Auffüllreaktion im vorausgegangenen Schritt Nukleotid-Monomere verwendet werden, die immobilisierbare Gruppen tragen, so daß die Produkte der Auffüllreaktion selber immobilisierbar sind und so von den Hete- rohybriden, die nicht aufgefüllt wurden, den fehlgepaarten Heterohybriden, unterschieden werden können. Die Identifikation der nicht aufgefüllten Heterohybride erfolgt durch bekannte Methoden, zum Beispiel durch Hybridisierung mit einer Anordnung von ein- zelsträngigen Nukleinsäuren auf einer Oberfläche. Hieran können sich bekannte Sequenziermethoden anschließen, wie zum Beispiel die Sequenziermethode nach Sanger (strang- verlängernd) oder nach Brenner (strangverkürzend, US-A 5 846 719).The perfectly paired heterohybrids are filled in by a DNA polymerase, which extends the shortened nucleic acid molecule in the 5 '-3' direction, i.e. fills in until a continuous double strand with a mostly smooth end is obtained. The filled heterohybrids are separated from the unfilled, mismatched heterohybrids. This can be done by using nucleotide monomers which carry immobilizable groups in the replenishment reaction in the previous step, so that the products of the replenishment reaction themselves can be immobilized and thus differentiated from the hetero-hybrids that have not been replenished, the mismatched heterohybrids can be. The non-filled heterohybrids are identified by known methods, for example by hybridization with an arrangement of single-stranded nucleic acids on a surface. This can be followed by known sequencing methods, such as the Sanger sequencing method (strand-lengthening) or Brenner (strand-shortening, US Pat. No. 5,846,719).
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Unterscheidung:In a further embodiment of the method according to the invention, the distinction is made:
- durch Auffüllen der perfekt gepaarten Heterohybride unter Erhalt eines durchgängigen Doppelstrangs mit Nukleotiden einer ersten Art;by filling in the perfectly paired heterohybrids to obtain a continuous double strand with nucleotides of a first type;
- Entfernung der fehlgepaarten Base(n) der fehlgepaarten Heterohybride, so daß aus den fehlgepaarten Heterohybriden perfekt gepaarte Heterohybride werden;Removal of the mismatched base (s) of the mismatched heterohybrids, so that the mismatched heterohybrids become perfectly paired heterohybrids;
- Auffüllen der im letzten Schritt gebildeter!, nunmehr perfekt gepaarten Heterohybride mit Nukleotiden einer zweiten Art; - wobei die Nukleotide einer ersten Art eine immobilisierbare Gruppe aufweisen, die die Nukleotide der zweiten Art nicht aufweisen, oder die Nukleotide der ersten Art eine immobilisierbare Gruppe nicht aufweisen, die die Nukleotide der zweiten Art aufweisen;Filling in the now perfectly paired heterohybrids formed with nucleotides of a second type; the nucleotides of a first type have an immobilizable group that do not have the nucleotides of the second type, or the nucleotides of the first type do not have an immobilizable group that have the nucleotides of the second type;
- Abtrennung der ursprünglich fehlgepaarten Heterohybride von den ursprünglich perfekt gepaarten Heterohybriden durch Immobilisierung entweder der ursprünglich fehlgepaarten Heterohybride oder der ursprünglich perfekt gepaarten Heterohybride; - Identifikation der ursprünglich fehlgepaarten Heterohybride.Separation of the originally mismatched heterohybrids from the originally perfectly paired heterohybrids by immobilizing either the originally mismatched heterohybrids or the originally perfectly paired heterohybrids; - Identification of the originally mismatched heterohybrids.
Hierbei kann die Entfernung der fehlgepaarten Base(n) der fehlgepaarten Heterohybride, gefolgt von der Auffüllung der perfekt gepaarten Heterohybride, selbstverständlich ersetzt werden durch eine Auffüllung fehlgepaarter Heterohybride, wenn die zur Auffüllung eingestellten Polymerisationsbedingungen hinreichend permissiv sind, also eine möglichst vollständige Verlängerung fehlgepaarter Heterohybride durch die gewählte Polymerase zulassen. Beispielsweise ist das Klenow-Fragment der DNA-Polymerase I aus E.coli bei hohen Nukleotid- und Magnesiumkonzentrationen (beispielsweise 200 μM dNTPs/2 mM MgCl2) in der Lage, fehlgepaarte Heterohybride effizient aufzufüllen.The removal of the mismatched base (s) of the mismatched heterohybrids, followed by the replenishment of the perfectly paired heterohybrids, can of course be replaced by replenishment of mismatched heterohybrids if the polymerization conditions set for replenishment are sufficiently permissive, i.e. the most complete possible extension of mismatched heterohybrids by allow the chosen polymerase. For example, the Klenow fragment of DNA polymerase I from E. coli is able to efficiently replenish mismatched heterohybrids at high nucleotide and magnesium concentrations (for example 200 μM dNTPs / 2 mM MgCl 2 ).
Bei der immobilisierbaren Gruppe handelt es sich bevorzugt um Biotin, welches eine Immobilisierung über Streptavidin ermöglicht. Weitere Beispiele für immobilisierbare Gruppen sind Zucker, die von Lectinen erkannt werden können, oder Molekülgruppen, die eine Immobilisierung durch die Molekülgrappen bindende Antikörper ermöglichen. Beispiele für das letztere wären etwa Digoxigenin oder Dinitrophenolderivate. Solche immobilisierbaren Gruppen können natürlich auch als sog. caged compounds (Methods Enzymol. 1998; 291 :415-30) eingesetzt werden, bei welchen die immobilisierbare Gruppe erst infolge einer Fotoreaktion freigesetzt wird.The immobilizable group is preferably biotin, which enables immobilization via streptavidin. Other examples of immobilizable groups are sugars that can be recognized by lectins, or molecular groups that allow immobilization by means of antibodies binding the molecular groups. Examples of the latter would be digoxigenin or dinitrophenol derivatives. Such immobilizable groups can of course also be used as so-called caged compounds (Methods Enzymol. 1998; 291: 415-30), in which the immobilizable group is only released as a result of a photo reaction.
In einer weiteren Ausführungsform des erfmdungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Unterscheidung durchIn a further embodiment of the method according to the invention, the distinction is made by
- Auffüllen der perfekt gepaarten Heterohybride unter Erhalt eines durchgängigen Doppelstrangs; - Isolation der fehlgepaarten Heterohybride über Hybridisierung mit einem immobilisierten oder immobilisierbaren Oligonukleotid und nachfolgender Immobilisierung des Hybrids aus Heterohybrid und Oligonukleotid;- Filling the perfectly paired heterohybrids while maintaining a continuous double strand; - Isolation of the mismatched heterohybrids via hybridization with an immobilized or immobilizable oligonucleotide and subsequent immobilization of the hybrid of heterohybrid and oligonucleotide;
- Identifikation der ursprünglich fehlgepaarten Heterohybride.- Identification of the originally mismatched heterohybrids.
Das Auffüllen der perfekt gepaarten Heterohybride unter Erhalt eines durchgängigen Doppelstrangs erfolgt wie oben beschrieben. Damit weisen nur die fehlgepaarten Heterohybride einen nicht durchgängigen Doppelstrang auf. Dies ermöglicht die Hybridisierung mit einem immobilisierten oder immobilisierbaren Oligonukleotid und die nachfolgende Immobilisierung des Hybrids aus Heterohybrid und Oligonukleotid an eine Festphase, wo- durch die fehlgepaarten Heterohybride von den ursprünglich perfekt gepaarten Heterohybriden abgetrennt werden können. Die isolierten, ursprünglich fehlgepaarten Heterohybride werden durch bekannte Methoden wie die oben beschriebenen Sequenzierungsverfahren identifiziert.The perfectly paired heterohybrids are filled in while maintaining a continuous double strand as described above. This means that only the mismatched heterohybrids have a non-continuous double strand. This enables hybridization with an immobilized or immobilizable oligonucleotide and the subsequent immobilization of the hybrid of heterohybrid and oligonucleotide to a solid phase, as a result of which the mismatched heterohybrids can be separated from the originally perfectly paired heterohybrids. The isolated, originally mismatched heterohybrids are identified by known methods such as the sequencing methods described above.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Unter- Scheidung durch:In a further embodiment of the method according to the invention, the distinction is made by:
- Verlängerung des 3 '-Terminus der perfekt gepaarten Heterohybride um ein zum Kettenabbruch führendes Nukleotid;- Extension of the 3 'terminus of the perfectly paired heterohybrids by a nucleotide leading to chain termination;
- gegebenenfalls Entfernung von nicht eingebauten, zum Kettenabbruch führenden Nukleotiden;- if necessary, removal of unincorporated nucleotides leading to chain termination;
- Entfernung der fehlgepaarten Base(n) der fehlgepaarten Heterohybride, so daß aus den fehlgepaarten Heterohybriden perfekt gepaarte Heterohybride werden;Removal of the mismatched base (s) of the mismatched heterohybrids, so that the mismatched heterohybrids become perfectly paired heterohybrids;
- Auffüllen der im vorausgegangenen Schritt gebildeten, perfekt gepaarten Heterohybride unter Bildung eines durchgängigen Doppelstrangs; - Isolation der im vorausgegangenen Schritt gebildeten, in Form eines Doppelstrangs vorliegenden Heterohybride;- Filling in the perfectly paired heterohybrids formed in the previous step to form a continuous double strand; Isolation of the heterohybrids formed in the form of a double strand and formed in the previous step;
- Identifikation der isolierten Heterohybride.- Identification of the isolated heterohybrids.
Für den Ersatz der Entfernung der fehlgepaarten Base(n) der fehlgepaarten Heterohybride, gefolgt von der Auffüllung der perfekt gepaarten Heterohybride, durch eine Auffüllung fehlgepaarter Heterohybride gilt sinngemäß das oben gesagte.For the replacement of the removal of the mismatched base (s) of the mismatched heterohybrids, followed by the replenishment of the perfectly paired heterohybrids, by replenishment of mismatched heterohybrids, the above applies analogously.
Mit Hilfe einer entsprechenden DNA-Polymerase wird der 3 '-Terminus der perfekt gepaarten Heterohybride um ein zum Kettenabbrach führendes Nukleotid verlängert. Ein bevorzugtes, zum Kettenabbruch führendes Nukleotid stellt ein Didesoxynukleotid dar, wie ddATP, ddCTP, ddTTP und ddGTP. Danach werden die hierbei nicht eingebauten, zum Kettenabbrach führenden Nukleotide gegebenenfalls entfernt (optional). Die Entfernung der fehlgepaarten Base(n) der fehlgep^arten Heterohybride erfolgt bevorzugt unter Mitwirkung einer zur Selbstkorrektur fähigen DNA-Polymerase (proofreading- Polymerase). Anschließend erfolgt das Auffüllen der im vorausgegangenen Schritt gebildeten, perfekt gepaarten Heterohybride unter Bildung eines durchgängigen Doppelstrangs, wobei keine zum Kettenabbrach führenden Nukleotide verwandt werden. Anschließend erfolgt die Isolation der in Form eines Doppelstrangs vorliegenden Heterohybride zum Beispiel aufgrund ihrer elektrophoretischen Mobilität oder durch Klonieren. Werden die ursprünglich fehlgepaarten Heterohybride durch Klonierung isoliert, so werden die in Form eines durchgängigen Doppelstrangs vorliegenden Heterohybride an beiden Enden mit einem Restriktionsenzym, vorzugsweise im Bereich der Linker, geschnitten und mit einem entsprechend präparierten Vektor ligiert und anschließend kloniert. Linker bzw. Restriktionsendonukleasen sind so zu wählen, daß nicht durchgängige Doppelstränge von den Restriktionsendonukleasen nicht beidseitig geschnitten werden können. Die Identifi- kation der isolierten Heterohybride erfolgt durch bekannte Maßnahmen.With the help of an appropriate DNA polymerase, the 3 'terminus of the perfectly paired heterohybrids is extended by a nucleotide leading to chain termination. A preferred nucleotide leading to chain termination is a dideoxynucleotide such as ddATP, ddCTP, ddTTP and ddGTP. Thereafter, the nucleotides which are not incorporated and which lead to chain termination are optionally removed (optional). The mismatched base (s) of the mismatched heterohybrids are preferably removed with the participation of a self-correcting DNA polymerase (proofreading polymerase). The perfectly paired heterohybrids formed in the previous step are then filled in to form a continuous double strand, no nucleotides leading to chain termination being used. The heterohybrids, which are in the form of a double strand, are then isolated, for example on the basis of their electrophoretic mobility or by cloning. If the originally mismatched heterohybrids are isolated by cloning, the heterohybrids present in the form of a continuous double strand become at both ends with a restriction enzyme, preferably in the region of the linker, cut and ligated with a correspondingly prepared vector and then cloned. Linker or restriction endonucleases are to be selected in such a way that double strands which are not continuous cannot be cut on both sides by the restriction endonucleases. The isolated heterohybrids are identified by known measures.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens trägt das zum Kettenabbruch führende Nukleotid eine immobilisierbare Grappe und die Isolation der in Form eines Doppelstrangs vorliegenden Heterohybride erfolgt durch Immobilisierung und Abtrennung der um eine immobilisierbare Gruppe verlängerten Heterohybride. Die immobilisierbare Gruppe kann zum Beispiel eine Biotin-Grappe sein, die durch Bindung an Streptavidin immobilisiert werden kann.In a further embodiment of the method according to the invention, the nucleotide leading to chain termination carries an immobilizable grappe and the heterohybrids present in the form of a double strand are isolated by immobilization and separation of the heterohybrids extended by an immobilizable group. The immobilizable group can be, for example, a biotin group, which can be immobilized by binding to streptavidin.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Homo- hybride von Schritt (bb) im Bereich der Linker geschnitten, wobei die Restriktionsschnittstelle nur bei Homohybriden, nicht aber bei Heterohybriden vorliegt. In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es umgekehrt. Die Restriktionsschnittstelle liegt nur bei Heterohybriden, nicht aber bei Homohybriden vor. Hierdurch tragen entweder Homohybride oder Heterohybride geschnittene Ende, die eine Abtrennung der Homohybride von den Heterohybriden ermöglichen. Weisen die Linker Nukleotide auf, die gegen exonukleolytischen Abbau resistent sind und die bei Heterohybriden, nicht aber bei Homohybriden infolge der Restriktion abgetrennt werden, dann stellen nur die Heterohybride ein Substrat für die doppelstrangspezifische Exonuklease dar, so daß die Abtrennung der Homohybride in Schritt (bb) unterbleiben kann. In diesem Falle sollte der Linker des Nukleinsäuremoleküls der zweiten Gruppe in der Nähe des 3 '-Terminus, also im Bereich der Linker, ein gegen exonukleolytischen Abbau resistentes Nukleotid tragen, um sicherzustellen, daß im wesentlichen nur die Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe eines Heterohybrids exonukleolytisch verkürz): werden.In a further embodiment of the method according to the invention, the homohybrids of step (bb) are cut in the region of the linkers, the restriction site being present only in the case of homohybrids, but not in the case of heterohybrids. In an alternative embodiment of the method according to the invention, the reverse is the case. The restriction interface is only available for heterohybrids, but not for homohybrids. As a result, either homohybrids or heterohybrids have cut ends which enable the homohybrids to be separated from the heterohybrids. If the linkers have nucleotides which are resistant to exonucleolytic degradation and which are separated in heterohybrids but not in homohybrids as a result of the restriction, then only the heterohybrids are a substrate for the double-strand-specific exonuclease, so that the homohybrids are separated in step (bb ) can be omitted. In this case, the linker of the nucleic acid molecule of the second group should carry a nucleotide resistant to exonucleolytic degradation in the vicinity of the 3 'terminus, that is to say in the region of the linker, in order to ensure that essentially only the nucleic acid molecules of the first group of a heterohybrid shorten exonucleolytically ): become.
In einer weiteren Ausfuhrimgsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Linker der Nukleinsäuremoleküle der ersten Grappe so gewählt, daß bei Bildung von Heterohybriden die Linker der Nukleinsäuremoleküle beider Gruppen einen 5 '-Überhang und einen 3 '-Überhang ausbilden und beide Überhänge jeweils durch die Nukleinsäuremoleküle der zweiten Gruppe gebildet werden. Dies läßt sich am einfachsten dadurch erreichen, daß die Linker der Nukleinsäuremoleküle der zweiten Gruppe eines Heterohybrids länger sind als die Linker der Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe desselben Heterohybrids. In einer weiteren Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die Homohybride beidseitige 3 '-Überhänge auf, so daß auf eine Abtrennung verzichtet werden kann.In a further embodiment of the method according to the invention, the linkers of the nucleic acid molecules of the first Grappe are chosen so that when heterohybrids are formed, the linkers of the nucleic acid molecules of both groups form a 5 'overhang and a 3' overhang and both overhangs each by the nucleic acid molecules of the second Group are formed. The easiest way to achieve this is that the linkers of the nucleic acid molecules of the second group of a heterohybrid are longer than the linkers of the nucleic acid molecules of the first group of the same heterohybride. In a further embodiment of the method according to the invention, the homohybrids have 3 'overhangs on both sides, so that a separation can be dispensed with.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Unterscheidung der fehlgepaarten Heterohybride von den perfekt gepaarten Heterohybriden durch Amplifikation. Hierzu können beispielsweise die aufgefüllten perfekt gepaarten Heterohybride mittels einer oder mehrerer spezifisch doppelsträngige DNA schneidenden Restriktionsendonuklease(n) im Bereich eines der beiden Linker geschnitten werden, so daß der vollständige betroffene Linker oder ein Teilbereich dieses Linkers entfernt wird. Da der entsprechende Bereich in den fehlgepaarten, unaufgefüllt gebliebenen Heterohybriden einzelsträngig vorliegt, wird er von diesen im Restriktionsschritt nicht abgetrennt. Wird anschließend eine Amplifikation durchgeführt, bei welcher Primer zum Einsatz kommen, deren Primerbindungsstelle im Bereich der die Hybride flankierenden Linker liegt, so lassen sich lediglich diejenigen Moleküle amplifizieren, deren Linker im Restriktionsschritt erhalten geblieben sind. Vor dem Restriktionsschritt muß natürlich darauf geachtet werden, daß lediglich einer der beiden Linker eines Heterohybrids, welcher nämlich nach der exonukleolytischen Verkürzung einzelsträngig vorlag, geschnitten werden kann, nicht jedoch der andere, im doppelsträngigen Zustand verbleibende. Dies kann zum Bei- spiel dadurch verwirklicht werden, daß die Linkerstränge im Heterohybrid nicht- fttnktionelle, „maskierte" Restriktionsschnittstellen enthalten, also Schnittstellen, welche lediglich in homohybriden, nicht aber in heterohybriden Linkern in fraktionellem Zustand vorliegen. Durch die Reaktionsfolge „exonukleolytische Verkürzung - Auffüllung der perfekt gepaarten Heterohybride" wird der nach der Verkürzung einzelsträngig vorliegende Linkerstrang durch sein reverses Komplement zum Doppelstrang ergänzt, welcher nunmehr eine „unmaskierte", also funktionelle Schnittstelle enthält. Der am gegenüberliegenden Ende desselben Heterohybrids liegende Linker hingegen bleibt unverändert nicht- funktionell, so daß ausschließlich verkürzte und dann wieder aufgefüllte Heterohybride an einem Ende im Linker (in der „demaskierten" Schnittstelle) geschnitten werden können: NNN GGATCC GGTACCNNN NNN CCATGG CCTAGGNNNIn a further embodiment of the method according to the invention, the mismatched heterohybrids are distinguished from the perfectly paired heterohybrids by amplification. For this purpose, for example, the filled-in, perfectly paired heterohybrids can be cut in the region of one of the two linkers by means of one or more specifically double-stranded DNA-cutting restriction endonuclease (s), so that the complete linker concerned or a partial region of this linker is removed. Since the corresponding area is single-stranded in the mismatched, unfilled heterohybrids, it is not separated from them in the restriction step. If an amplification is subsequently carried out using primers whose primer binding site is in the region of the linkers flanking the hybrids, only those molecules can be amplified whose linkers have been retained in the restriction step. Before the restriction step, care must of course be taken that only one of the two linkers of a heterohybrid, which was single-stranded after the exonucleolytic truncation, can be cut, but not the other, which remains in the double-stranded state. This can be achieved, for example, by the linker strands in the heterohybrid containing non-functional, “masked” restriction sites, that is to say interfaces which are only present in a homohybrid but not in a heterohybrid linker in a fractional state. The reaction sequence “exonucleolytic shortening - Replenishment of the perfectly paired heterohybrids ", the linker strand, which has become single-stranded after shortening, is supplemented by its reverse complement to the double strand, which now contains an" unmasked ", ie functional interface. The linker at the opposite end of the same heterohybride, however, remains non-functional, so that only shortened and then replenished heterohybrids can be cut at one end in the linker (in the "unmasked" interface): NNN GGATCC GGTACCNNN NNN CCATGG CCTAGGNNN
Verkürzungshortening
NNN GGATCC NNN CCATGG CCTAGGNNNNNN GGATCC NNN CCATGG CCTAGGNNN
Auffüllungfilling
NNN GGATCC GGATCC NNN NNN CCATGG CCTAGGNNNNNN GGATCC GGATCC NNN NNN CCATGG CCTAGGNNN
Schnitt mit Bamül (Erkennungsstelle GGATCC)Cut with Bamül (recognition site GGATCC)
NNN GGATCC G NNN CCATGG CCTAGNNN GGATCC G NNN CCATGG CCTAG
Wird bei dieser Vorgehensweise nach dem Schnitt der aufgefüllten Heterohybride und vor der Amplifikation eine Auffüllung auch der fehlgepaarten Heterohybride vorgenommen (vgl. Abb. 15), so enthält das Amplifikationsprodukt eine Mischung beider Sequenzvarianten des entsprechenden Nukleinsäuremoleküls. Wird auf eine Auffüllung der fehlgepaarten Heterohybride hingegen verzichtet, so wird nur der unverkürzt gebliebene Strang, welcher von Nukleinsauremolekulen der zweiten Gruppe stammt, amplifiziert.If this procedure is performed after cutting the filled heterohybrids and before amplification, the mismatched heterohybrids are also filled (see Fig. 15), the amplification product contains a mixture of both sequence variants of the corresponding nucleic acid molecule. If, on the other hand, the mismatched heterohybrids are not filled in, only the strand which has remained unabridged and which comes from nucleic acid molecules of the second group is amplified.
Eine im Ergebnis analoge Vorgehensweise zur Unterscheidung fehlgepaarter von perfekt gepaarten Heterohybriden besteht darin, nach erfolgter exonukleolytischer Verkürzung sowie Verlängerung der perfekt gepaarten Heterohybride um ein zum Kettenabbruch führendes Nukleotid sowie darauf sich anschließender Auffüllung der fehlgepaarten Heterohybride unter permissiven Bedingungen oder unter Einsatz einer Proofreading-Polymerase zum vollständigen Doppelstrang eine Entfernung einzelsträngiger Überhänge vorzunehmen. Da die perfekt gepaarten, um ein Kettanabbruch-Nukleotid verlängeren Heterohybri- de einen einzelsträngigen, den Bereich eines der Linker umfassenden Überhang aufweisen, können auch auf diese Weise Primerbindungsstellen nicht zu amplifizieren gewünschter Nukleinsäuremoleküle entfernt werden (vgl. Abb. 14)A procedure analogous to the result for distinguishing mismatched from perfectly paired heterohybrids is, after successful exonucleolytic shortening and extension of the perfectly paired heterohybrids, by a nucleotide leading to chain termination and subsequent filling of the mismatched heterohybrids under permissive conditions or using a proofreading polymerase complete double strand to remove single-stranded overhangs. Since the perfectly paired heterohybrids, which are extended by a kettan-terminating nucleotide, have a single-stranded overhang encompassing the region of one of the linkers, can also be removed in this way, primer binding sites not to amplify desired nucleic acid molecules (see Fig. 14)
Ebenfalls möglich, obschon nicht bevorzugt, wäre die Erzeugung von Heterohybriden aus bereits verkürzten Nukleinsauremolekulen der ersten Grappe und nicht verkürzten Nukleinsauremolekulen der zweiten Gruppe.Also possible, although not preferred, would be the generation of heterohybrids from already shortened nucleic acid molecules of the first Grappe and not shortened nucleic acid molecules of the second group.
Weiterhin könnte die Befestigung von Linkern als Bindungsstellen für Amplifikationspri- mer auch erst nach erfolgter Verkürzung und Unterscheidung fehlgepaarter Heterohybride von perfekt gepaarten Heterohybriden vorgenommen werden.Furthermore, the attachment of linkers as binding sites for amplification primers could also only be carried out after shortening and differentiation of mismatched heterohybrids from perfectly paired heterohybrids.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Identifikation von Sequenzunterschieden, die in zwei verschiedenen Individuengruppen unterschiedlich häufig vertreten sind, wird folgendermaßen vorgegangen (vgl. Fig. 12): Die aus den jeweiligen Individuen einer Patientengruppe isolierten Nukleinsäuremoleküle werden zu Nukleinsauremolekulen der ersten Grappe erster Herkunft vereinigt und die Nukleinsäuremoleküle, die aus den jeweiligen Individuen einer zweiten Patientengruppe isoliert wurden, werden zu Nukleinsauremolekulen der ersten Grappe zweiter Herkunft vereinigt. Weiterhin werden als "Referenz" Nukleinsäuremoleküle einer weiteren Herkunft bereitgestellt, die beispielsweise aus einem keiner der beiden obigen Grappen angehörigen Individuum oder auch aus einer Zellkultur gewonnen wird. Unter Patientengruppe wird in diesem Zusammenhang nicht ausschließlich eine Individuengrappe von humanen Patienten, sondern ebenfalls eine Grappe aus individuellen Tieren, Pflanzen, Zellen oder Geweben verstanden. Gemäß einer der oben näher erläuterten Ausführungsformen wird das er- findungsgemäße Verfahren dann in parallelen Ansätzen durchgeführt, wobei erfindungsgemäß in einem der Ansätze die aus der einen Patientengrappe (erster Herkunft) gewonnenen Nukleinsäuren und im anderen Ansatz die aus der anderen Patientengruppe gewonnenen Nukleinsäuren (zweiter Herkunft) jeweils als Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe eingesetzt werden. Als Nukleinsäuren der zweiten Gruppedienen in beiden Ansätzen die Referenz-Nukleinsäuremoleküle. Es werden dann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Nukleinsäuremoleküle isoliert, welche im jeweiligen Ansatz Sequenzunterschiede zu den bereitgestellten Referenz-Nukleinsäuremolekülen aufweisen. Dabei wird bevorzugterweise derart vorgegangen, daß die besagten isolierten Nuklein- säuremoleküle der beiden zu vergleichenden Patientengrappen (erster und zweiter Herkunft) in beiden Ansätzen voneinander unterscheidbare Markierungen erhalten. So könnten beispielsweise bei Durchführung des Verfahrens gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform die in Schritt (6b) erhaltenen nicht aufgefüllten Heterohybride im Fall der ersten Patientengruppe mit dem Fluoreszenzfarbstoff Cy3 und im Fall der zweiten Patientengrappe mit dem Fluoreszenzfarbstoff Cy5 markiert werden. Es würde dann eine Anordnung von Referenz-Nukleinsäuremolekülen bereitgestellt, etwa in Form eines arrays auf einer festen Oberfläche, welcher auf konventionelle Weise durch Ablage von Nuklein- säure-Klonen in einer regelmäßigen Anordnung oder durch einer Zufallsanordnung fol- gende Oberflächen- Amplifikation stattfinden kann, oder in Form von mit jeweils identischen Nukleinsauremolekulen beladenen Partikeln. Jedenfalls soll die Anordnung die bereits oben beschriebenen Eigenschaften aufweisen, daß jeweils identische und zur Hybridisierung befähigte Nukleinsäuremoleküle an einem Ort lokalisiert sind. Dabei kann Ort sowohl einen Bereich auf einer meist planaren Oberfläche als auch die Oberfläche eines Par- tikels bedeuten. Jedenfalls würden die wie oben beschriebenen, voneinander unterscheidbar markierten Nukleinsäuremoleküle, welche jeweils Sequenzunterschiede zwischen Nukleinsäuren der ersten Patientengruppe (erster Herkunft) und der Referenz bzw. zwischen Nukleinsäuren der zweiten Patientengrappe (zweiter Herkunft) und der Referenz repräsentieren, mit besagter Anordnung hybridisiert. Nach erfolgter Auswertung sind vier verschiedene Situationen unterscheidbar: (1) ein Fragment aus der ersten Patientengrappe ist sequenzidentisch sowohl mit dem entsprechenden Fragment aus der zweiten Patientengrappe als auch mit dem jeweiligen Referenz-Fragment. Es werden keine Heterohybride entstehen, deren doppelsträngiger Bereich in einer Fehlpaarang endet, daher werden keine dieses Fragment repräsentierenden Sondenmoleküle erhalten. Nach Hybridisierung wird von den zu diesem Fragment gehörigen Orten der Anordnung kein Hybridisierungssignal erhalten. (2) ein Fragment aus der ersten Patientengruppe weist einen Sequenzunterschied gegenüber dem jeweiligen Referenz-Fragment auf, während das entsprechende Fragment aus der zweiten Patientengruppe mit dem jeweiligen Referenz-Fragment sequenzidentisch ist. Es werden daher lediglich Sondenmoleküle erhalten, die eine einen Sequenzunterschied zwischen Referenz und der ersten Patientengruppe kennzeichnende Markierung tragen, im obigen Beispiel also eine Cy3-Markierung. Nach Hybridisierung wird von den zu diesem Fragment gehörigen Orten der Anordung ausschließlich ein von dieser (Cy3-) Markierung stammendes Signal erhalten. (3) ein Fragment aus der zweiten Patientengrappe weist einen Sequenzunterschied gegenüber dem jeweiligen Referenz-Fragment auf, während das entsprechende Fragment aus der ersten Patientengrappe mit dem jeweiligen Referenz- Fragment sequenzidentisch ist. Es werden daher lediglich Sondenmoleküle erhalten, die eine einen Sequenzunterschied zwischen Referenz und der zweiten Patientengruppe kennzeichnende Markierung tragen, im obigen Beispiel also eine Cy5-Markierung. Nach Hybridisierung wird von den zu diesem Fragment gehörigen Orten der Anordung ausschließlich ein von dieser (Cy5-) Markierung stammendes Signal erhalten. (4) Die Fragmente aus der ersten und der zweiten Patientengruppe weisen einen Sequenzunterschied gegenüber dem jeweiligen Referenz-Fragment auf. Es werden daher sowohl Sondenmoleküle erhalten, welche einen Sequenzunterschied zwischen Referenz und der ersten Patientengruppe kennzeichnende Markierung tragen, als auch Sondenmoleküle, die einen Sequenzunterschied zwischen Referenz und der zweiten Patientengrappe kennzeichnende Markierung tragen. Nach Hybridisierung wird von den zu diesem Fragment gehörigen Or- ten der Anordung daher ein von beiden Markierungen stammendes Signal erhalten. Zur Identifikation derjenigen Fragmente, welche sich durch einen Sequenzunterschied zwischen erster und zweiter Patientengrappe auszeichnen, werden daher an denjenigen Orten befindliche Nukleinsäuremoleküle identifiziert, welche sich durch ein nur oder überwiegend von einer der beiden Sondenpräparationen erhaltenes Hybridisierungssignal aus- zeichnen. Diese Isolation kann wie oben beschrieben erfolgen, indem im Fall eines geordneten arrays auf die jeweiligen Klone zurückgegriffen wird, im Fall einer durch Oberflä- chen-Amplifikation erzeugten Zufallsanordnung interessierende Nukleinsäuremoleküle photolytisch von der Oberfläche freigesetzt werden, oder im Fall von mit Nukleinsäuren beladenen Partikeln mittels einer Sortierapparatur die relevanten Partikel aussortiert wer- den. J In a likewise preferred embodiment of the method according to the invention for identifying sequence differences, which are represented differently frequently in two different groups of individuals, the procedure is as follows (cf. FIG. 12): The nucleic acid molecules isolated from the respective individuals of a patient group become nucleic acid molecules of the first Grappe first Origin combined and the nucleic acid molecules isolated from the respective individuals of a second patient group are combined to form nucleic acid molecules of the first Grappe of second origin. Furthermore, nucleic acid molecules of a further origin are provided as a "reference", which are obtained, for example, from an individual who does not belong to either of the above two groups or from a cell culture. In this context, patient group is understood not only as an individual group of human patients, but also as a group of individual animals, plants, cells or tissues. According to one of the embodiments explained in more detail above, the method according to the invention is then carried out in parallel batches, the nucleic acids obtained from one patient group (first origin) in one of the batches and the nucleic acids obtained from the other patient group (second batch) in the other batch ) are used as nucleic acid molecules of the first group. In both approaches, the reference nucleic acid molecules serve as nucleic acids of the second group. The method according to the invention is then used to isolate nucleic acid molecules which, in the respective batch, have sequence differences from the reference nucleic acid molecules provided. The procedure is preferably such that the isolated nucleotides Acid molecules of the two patient groups to be compared (first and second origin) obtained markings distinguishable from each other in both approaches. For example, when carrying out the method according to the second embodiment described above, the unfilled heterohybrids obtained in step (6b) could be labeled with the fluorescent dye Cy3 in the case of the first patient group and with the fluorescent dye Cy5 in the case of the second patient group. An arrangement of reference nucleic acid molecules would then be provided, for example in the form of an array on a solid surface, which can take place in a conventional manner by depositing nucleic acid clones in a regular arrangement or by surface amplification following a random arrangement, or in the form of particles loaded with identical nucleic acid molecules. In any case, the arrangement should have the properties already described above that identical and hybridization-capable nucleic acid molecules are localized at one location. Location can mean both an area on a mostly planar surface and the surface of a particle. In any case, the differently labeled nucleic acid molecules described above, which each represent sequence differences between nucleic acids of the first patient group (first origin) and the reference or between nucleic acids of the second patient group (second origin) and the reference, would be hybridized with said arrangement. After evaluation, four different situations can be distinguished: (1) a fragment from the first patient group is identical to the sequence both with the corresponding fragment from the second patient group and with the respective reference fragment. There will be no heterohybrids whose double-stranded region ends in a mismatch, so no probe molecules representing this fragment will be obtained. After hybridization, no hybridization signal is obtained from the locations of the arrangement belonging to this fragment. (2) a fragment from the first patient group has a sequence difference compared to the respective reference fragment, while the corresponding fragment from the second patient group is sequence-identical with the respective reference fragment. Therefore, only probe molecules are obtained that carry a label that identifies a sequence difference between the reference and the first group of patients, in the example above a Cy3 label. After hybridization, the locations of the arrangement belonging to this fragment become only one of these (Cy3) labels received signal. (3) a fragment from the second patient group has a sequence difference compared to the respective reference fragment, while the corresponding fragment from the first patient group is sequence-identical with the respective reference fragment. Therefore, only probe molecules are obtained that carry a label that identifies a sequence difference between the reference and the second patient group, in the example above, that is, a Cy5 label. After hybridization, only a signal originating from this (Cy5) label is obtained from the locations of the arrangement belonging to this fragment. (4) The fragments from the first and second patient groups have a sequence difference compared to the respective reference fragment. Therefore, both probe molecules are obtained which have a marking which distinguishes a sequence difference between the reference and the first group of patients, and probe molecules which have a marking which distinguishes a sequence difference between the reference and the second group of patients. After hybridization, a signal originating from both labels is therefore obtained from the locations of the arrangement belonging to this fragment. To identify those fragments which are distinguished by a sequence difference between the first and second patient group, nucleic acid molecules located at those locations are therefore identified which are distinguished by a hybridization signal obtained only or predominantly from one of the two probe preparations. This isolation can be carried out as described above by using the respective clones in the case of an ordered array, by photolytically releasing the nucleic acid molecules of interest in the case of a random arrangement generated by surface amplification, or by means of particles in the case of particles loaded with nucleic acids the relevant particles are sorted out in a sorting apparatus. J
Während die oben beschriebene Klassifizierung lediglich Fälle unterscheidet, in denen die Nukleinsäuremoleküle aus der ersten und aus der zweiten Patientengruppe unter sich jeweils identisch sind, ist natürlich ebenso denkbar, daß Sequenzunterschiede innerhalb einer Patientengruppe existieren. Dies wird beispielsweise meist dann der Fall sein, wenn aus verschiedenen, nicht-klonalen Individuen Nukleinsäuremoleküle gewonnen und miteinan- der vereinigt werden. So kann ein bestimmtes Allel eines gegebenen Gens innerhalb einer Patientengrappe beispielsweise alle relativen Häufigkeiten zwischen 0% und 100 % einnehmen. Unterscheidet sich die relative Häufigkeit dieses Allels zwischen den beiden individuellen Patientengruppen, so werden vom entsprechenden Fragment abgeleitete, die erste bzw. die zweite Patientengrappe repräsentierenden Sondenmoleküle in unterschiedlicher Menge erhalten, die Hybridisierung führt also an den entsprechenden Orten der Anordnung zu Mischsignalen. Daher erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur die Identifikation von Sequenzunterschieden, die in einer ersten Patientengrappe vorkommen und in einer zweiten Patientengruppe nicht vorkommen, sondern außerdem die Identifikation von Sequenzunterschieden, die in verschiedenen Patientengruppen in unterschiedlicher Häufigkeit vorkommen.While the classification described above only distinguishes cases in which the nucleic acid molecules from the first and from the second patient group are identical to each other, it is of course also conceivable that sequence differences exist within a patient group. This will usually be the case, for example, if nucleic acid molecules are obtained from different, non-clonal individuals and interact with one another. who are united. For example, a certain allele of a given gene within a patient group can occupy all relative frequencies between 0% and 100%. If the relative frequency of this allele differs between the two individual patient groups, probe molecules derived from the corresponding fragment and representing the first or the second patient group are obtained in different amounts, so the hybridization leads to mixed signals at the corresponding locations of the arrangement. The method according to the invention therefore not only allows the identification of sequence differences that occur in a first group of patients and does not occur in a second patient group, but also the identification of sequence differences that occur in different patient groups at different frequencies.
In einer weiteren Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die verkürzten Heterohybride auch unter Einsatz einer Exonuklease mit 5'→3'-Exonukleaseakfivität hergestellt werden. Hierbei baut die Exonuklease mit 5'— 3'-Exonukleaseaktivität -ebenso wie die Exonuklease mit 3'→5'-Exonukleaseakfivität - wiederum nur einen Strang der doppelsträngen Heterohybride (das Nukleinsäuremolekül der ersten Gruppe) ab. Ähnlich wie in den oben beschriebenen Ausfuhrungsformen kann der exonukleolytische Abbau nur eines Nukleinsäurestranges bei Verwendung der Exonuklease mit 5'—>3'- Exonukleaseaktivität bevorzugt so erreicht werden, daß einer der Linker α-Thio- Nukleotide eingebaut hat, die einen exonukleolytischen Abbau des Stranges verhindern, der die besagte Linkersequenz an seinem 5'-Ende besitzt. Diese weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Verkürzung der Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe mittels einer in 5 '→3 '-Richtung arbeitenden Exonuklease, beispielsweise T7 Exonuklease oder Lambda Exonuklease, vorgenommen wird, gefolgt von einer Extension eines Linkerprimers mittels einer Polymerase ohne Strand displacement-Aktivxtät und einer Ligation der Extensions- produkte an die Verkürzungsprodukte zur Unterscheidung perfekt gepaarter Heterohybride von Heterohybriden, welche sich durch eine terminale Fehlpaarung auszeichnenEine solche Abwandlung würde in Schritt (dd) eine Unterscheidung derjenigen Heterohybride umfassen, die am 5 '-Terminus des Nukleinsäuremoleküls der ersten Grappe eine ein- oder mehrbasige Fehlpaarung aufweisen, den fehlgepaarten Heterohybriden, von den dort perfekt gepaarten Heterohybriden. In diesem Fall würde eine Unterscheidung die Fähigkeit von Ligasen ausnutzen, bei in einem Nukleinsäuredoppelstrang vorhandenen Unterbrechungen einer der beiden Zucker-Phosphat-Ketten, Einzelstrangbrüchen, zwischen perfekt gepaarten 5 '-Termini und Fehlpaarungen enthaltenden 5 '-Termini zu unterscheiden, indem perfekt gepaarte 5 '-Termini mit den benachbarten 3 '-Termini durch Ligation verbunden werden, während Fehlpaarungen enthaltende 5 '-Termini nicht mit den benachbarten 3'- Termini verbunden werden. Die darauffolgende Abtrennung perfekt gepaarter ligierter Heterohybride von unligiert gebliebenen fehlgepaarten Heterohybriden könnte beispielsweise durch eine der folgenden Maßnahmen erfolgen:In a further modification of the method according to the invention, the shortened heterohybrids can also be produced using an exonuclease with 5 '→ 3' exonuclease activity. Here, the exonuclease with 5'— 3'-exonuclease activity - just like the exonuclease with 3 '→ 5'-exonuclease activity - again degrades only one strand of the double-stranded heterohybrids (the nucleic acid molecule of the first group). Similar to the embodiments described above, the exonucleolytic degradation of only one strand of nucleic acid can preferably be achieved using the exonuclease with 5 '->3'-exonuclease activity in such a way that one of the linkers has incorporated α-thio-nucleotides which have an exonucleolytic degradation of the strand prevent who has said linker sequence at its 5 'end. This further preferred embodiment of the method according to the invention consists in that the nucleic acid molecules of the first group are shortened by means of an exonuclease working in the 5 '→ 3' direction, for example T7 exonuclease or lambda exonuclease, followed by an extension of a linker primer by means of a polymerase without strand displacement activity and a ligation of the extension products to the shortening products to distinguish perfectly paired heterohybrids from heterohybrids, which are characterized by a terminal mismatch. Such a modification would include in step (dd) a distinction between those heterohybrids that were at the 5 'terminus of the nucleic acid molecule of the first grappe have a single- or multi-base mismatch, the mismatched heterohybrids, of the perfectly paired heterohybrids. In this case, a distinction would be the ability of ligases, in the case of interruptions of one of the two sugar-phosphate chains, single-strand breaks, present in a nucleic acid double strand, to differentiate between perfectly paired 5 'terms and mismatched 5' terms by perfectly paired 5 'terms with the neighboring 3' -Termini are connected by ligation, while mismatched 5 '-terminini are not connected to the neighboring 3'-termini. The subsequent separation of perfectly paired ligated heterohybrids from unmatched mismatched heterohybrids could be done, for example, by one of the following measures:
- Inkorporation von immobilisierbaren Nukleotiden während der Extension eines an die verkürzten Heterohybride hybridisierten Primers, wobei nach Ligation perfekt gepaarter- Incorporation of immobilizable nucleotides during the extension of a primer hybridized to the truncated heterohybrids, after pairing perfectly paired
Heterohybride die nicht ligierten Extensionsprodukte durch Immobilisierung gewonnen werden,Heterohybrids the non-ligated extension products are obtained by immobilization,
- Inkorporation von immobilisierbaren Nukleotiden in die Nukleinsäuremoleküle der ersten und/oder der zweiten Grappe, wobei nach Ligation perfekt gepaarter Heterohybride die ligierten Extensionsprodukte durch Immobilisierung gewonnen werden,Incorporation of immobilizable nucleotides into the nucleic acid molecules of the first and / or the second grappe, the ligated extension products being obtained by immobilization after ligation of perfectly paired heterohybrids,
- Inkorporation von immobilisierbaren Nukleotiden in die unligiert gebliebenen, keine immobilisierbaren Nukleotide enthaltenden Extensionsprodukte, indem die Extensionsprodukte nach erfolgtem Ligationsschritt in Gegenwart besagter immobilisierbarer Nukleotide mittels einer Polymerase, welche sich durch Strand displacement-Aküvität auszeich- net, unter displαcement des verkürzten, auf eine am 5 '-Ende liegende Fehlpaarung endenden Nukleinsäuremoleküls aus der ersten Grappe weiter verlängert werden, gefolgt von einer Immobilisierung der auf diese Weise verlängerten Extensionsprodukte,- Incorporation of immobilizable nucleotides into the extension products which have remained unligated and contain no immobilizable nucleotides, in that the extension products after the ligation step have been carried out in the presence of said immobilizable nucleotides by means of a polymerase, which is distinguished by strand displacement activity, with displacement of the shortened to an am 5 'end-lying mismatch of the nucleic acid molecule from the first grappe, followed by immobilization of the extension products thus extended,
- Abschmelzen der unligiert gebliebenen Extensionsprodukte vom verkürzten Heterohybrid, gefolgt von einer Rehybridisierung der zuvor miteinander hybridisierten Nukleinsäu- remoleküle der ersten und der zweiten Gruppe, gefolgt von einer Abtrennung der zum jeweiligen Extensionsprodukt gehörigen Primerbindungsstelle mittels einer Restriktionsendonuklease, welche ausschließlich in einer doppelsträngig vorliegenden Linkerregion, nicht aber in einer einzelsträngig vorliegenden Linkerregion schneiden kann, gefolgt von einer Amplifikation ausschließlich derjenigen Nukleinsäuremoleküle, bei denen keine restriktionsendonukleolytische Abtrennung einer Linkerregion stattgefunden hat, wobei das verkürzte Nukleinsäuremolekül der ersten Gruppe und das nicht verkürzte Nukleinsäuremolekül der zweiten Gruppe während des Abschmelzens und der Rehybridisierung, gegebenenfalls durch die Verwendung von hαirpin- ilάenάen Linkern, bevorzugterweise kovalent miteinander verknüpft sind. Im folgenden wird die Erfindung durch die Abbildungen näher beschrieben. Es zeigt:- Melting of the extension products which have remained unligated from the shortened heterohybrid, followed by a re-hybridization of the nucleic acid molecules of the first and the second group previously hybridized with one another, followed by a separation of the primer binding site belonging to the respective extension product by means of a restriction endonuclease which is only present in a double-stranded linker region, but cannot cut in a single-stranded linker region, followed by amplification only of those nucleic acid molecules in which no restriction endonucleolytic separation of a linker region has taken place, the shortened nucleic acid molecule of the first group and the unabridged nucleic acid molecule of the second group during the melting and re-hybridization, optionally by the use of hαirpin-ilάenάen linkers, preferably covalently linked to one another. The invention is described in more detail below by the figures. It shows:
Fig. 1 die Herstellung von Heterohybriden, welche eine selektive Verkürzung nur eines Strangs ermöglichen,1 the production of heterohybrids, which enable a selective shortening of only one strand,
Fig. 2 die Herstellung von Heterohybriden mit einem verkürzten Strang, Fig. 3 die Isolation eines Fragments aus einem Gemisch von Nukleinsauremolekulen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsauremolekulen der ersten und der zweiten Gruppe aufweist, Fig. 4 eine alternative Isolation eines Fragments aus einem Gemisch von Nukleinsauremolekulen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsauremolekulen der ersten und der zweiten Gruppe aufweist, Fig. 5 eine weitere alternative Isolation eines Fragments aus einem Gemisch von Nukleinsauremolekulen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsäure- molekülen der ersten und der zweiten Gruppe aufweist,2 shows the production of heterohybrids with a shortened strand, FIG. 3 shows the isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group, FIG. 4 shows an alternative isolation of a fragment from a mixture from nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group, FIG. 5 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group,
Fig. 6 eine weitere alternative Isolation eines Fragments aus einer Mischung von Nukleinsauremolekulen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsauremolekulen der ersten und der zweiten Gruppe aufweist, Fig. 7 eine weitere alternative Isolation eines Fragments aus einer Mischung von Nuk- leinsäuremolekülen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsauremolekulen der ersten und der zweiten Gruppe aufweist, Fig. 8 eine weitere alternative Isolation eines Fragments aus einer Mischung von Nukleinsauremolekulen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsauremolekulen der ersten und der zweiten Gruppe aufweist, Fig. 9 eine weitere alternative Isolation eines Fragments aus einer Mischung von Nukleinsauremolekulen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsauremolekulen der ersten und der zweiten Grappe aufweist, Fig. 10 die selektive Restriktion von Homohybriden im Bereich der Linker, Fig. 11 die selektive Restriktion von Homohybriden im Bereich der Linker, gefolgt von der Isolation eines eine Sequenzvariation tragenden Heterohybrids und der Herstellung einer Hybridisierungssonde (Fig. 11 umfaßt Fig. 1 la und Fig. 1 lb, die eine zusammenhängende Fig. 11 bilden), Fig. 12 die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Identifikation von Sequenzvariationen zwischen aus zwei verschiedenen Proben stammenden Nuklein- säuren unter Verwendung von Referenz-Nukleinsäuren (Fig. 12 umfaßt Fig. 12a,6 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group, FIG. 7 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between 8 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group, FIG. 9 shows a further alternative isolation of a fragment from a Mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and second grappa, FIG. 10 shows the selective restriction of homohybrids in the region of the linkers, FIG. 11 shows the selective restriction of homohybrids in the region of the link he followed by isolation of a heterohybride carrying a sequence variation and preparation of a hybridization probe (Fig. 11 comprises FIGS. 1 a and 1 lb, which form a coherent FIG. 11), FIG. 12 shows the use of the method according to the invention for the identification of sequence variations between nucleic acids originating from two different samples using reference nucleic acids (FIG 12 includes Fig. 12a,
Fig. 12b und Fig. 12c die eine zusammenhängende Fig. 12 bilden), Fig. 13 die selektive Restriktion von Heterohybriden im Bereich der Linker, Fig. 14 eine alternative Isolation eines Fragments aus einer Mischung von Nukleinsauremolekulen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsauremolekulen der ersten und der zweiten Grappe aufweist (Fig. 14 umfaßt Fig. 14a und Fig. 14b, die eine zusammenhängende Fig.- 14 bilden),12b and 12c which form a coherent Fig. 12), 13 shows the selective restriction of heterohybrids in the region of the linkers, FIG. 14 shows an alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second grappa (FIG. 14 includes FIGS. 14a and FIG 14b, which form a coherent Fig. 14),
Fig. 15 eine weitere alternative Isolation eines Fragments aus einer Mischung von Nukleinsauremolekulen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsauremolekulen der ersten und der zweiten Grappe aufweist (Fig. 15 umfaßt Fig. 15a und Fig. 15b, die eine zusammenhängende Fig. 15 bilden), Fig. 16 eine weitere alternative Isolation eines Fragments aus einem Gemisch von Nukleinsauremolekulen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsauremolekulen der ersten und der zweiten Gruppe aufweist.15 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second grappa (FIG. 15 comprises FIGS. 15a and 15b, which form a coherent FIG. 15), 16 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group.
Fig. 1 zeigt die Herstellung von Heterohybriden, welche eine selektive Verkürzung nur eines Strangs ermöglichen. Dabei zeigt im einzelnenFig. 1 shows the production of heterohybrids, which enable a selective shortening of only one strand. It shows in detail
1 Herstellung von Heterohybriden aus Nukleinsauremolekulen einer ersten Gruppe (Linker durch offene Rechtecke gekennzeichnet) und einer zweiten Gruppe (Linker durch schraffierte Rechtecke gekennzeichnet) Grappen, welche sich durch unterschiedlich lange flankierende Linker auszeichnen. Eine Sequenzvariation (SNP) der Nukleinsäuremoleküle erster Herkunft gegenüber den Nukleinsauremolekulen zweiter Herkunft ist durch einen Punkt gekennzeichnet.1 Production of heterohybrids from nucleic acid molecules of a first group (linkers marked by open rectangles) and a second group (linkers marked by hatched rectangles) Grapples, which are characterized by differently long flanking linkers. A sequence variation (SNP) of the nucleic acid molecules of the first origin compared to the nucleic acid molecules of the second origin is identified by a dot.
2 Exonukleolytische Verkürzung derjenigen Stränge, welche sich durch ein zurückversetztes 3 '-Ende auszeichnen, in 3 '→5 '-Richtung. „Exo" bezeichnet die einwirkende Exonuklease. Pro Heterohybrid-Doppelstrang ist hier nur jeweils eine mögliche Verkürzungs Variante aus einer Mischung von Verkürzungs Varianten dargestellt.2 Exonucleolytic shortening of those strands which are distinguished by a recessed 3 'end in the 3' → 5 'direction. "Exo" denotes the exonuclease acting on it. For each heterohybrid double strand, only one possible shortening variant from a mixture of shortening variants is shown here.
Fig. 2 die Herstellung von Heterohybriden mit einem verkürzten Strang, dabei zeigt im eizelnenFig. 2 shows the production of heterohybrids with a shortened strand, shows in the eggshell
1 die Herstellung von Heterohybriden aus Nukleinsauremolekulen zweier Gruppen, welche sich durch unterschiedlich lange flankierende Linker auszeichnen, 2 die selektive exonukleolytische Verkürzung derjenigen Stränge, welche sich durch ein zurückversetztes 3 '-Ende auszeichnen. Aus der erhaltenen Kollektion unterschiedlich stark verkürzter Molekülvarianten sind drei Verkürzungsvarianten dargestellt. Bei der mittleren hiervon fällt die letzte Base des doppelsträngigen Bereichs mit der Position der in Fig. 1 genannten Sequenzvariation zusammen, so daß eine terminale Fehlpaarung vorliegt.1 the production of heterohybrids from nucleic acid molecules of two groups, which are characterized by linkers flanking for different lengths, 2 the selective exonucleolytic shortening of those strands which are distinguished by a recessed 3 'end. Three shortening variants from the obtained collection of differently shortened molecular variants are shown. In the middle of this, the last base of the double-stranded region coincides with the position of the sequence variation mentioned in FIG. 1, so that there is a terminal mismatch.
Fig. 3 die Isolation eines Fragments aus einem Gemisch von Nukleinsauremolekulen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsauremolekulen der ersten und der zweiten Gruppe aufweist. Das Gemisch besteht hier exemplarisch aus je zwei Fragmenten, wovon das kürzere zwischen erster und zweiter Herkunft sequenzidentisch ist, während das längere zwischen erster und zweiter Herkunft eine Sequenzvariation aufweist. Im einzelnen zeigt 1 die Gewinnung von Heterohybriden,3 shows the isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group. The mixture here consists of two fragments, of which the shorter one between the first and second origin is sequence-identical, while the longer one has a sequence variation between the first and second origin. 1 shows the extraction of heterohybrids,
2 die selektive exonukleolytische Verkürzung der Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe der Heterohybride aus (1), ermöglicht durch Schutz des Nukleinsäuremoleküls der zweiten Gruppe des Heterohybrids gegen exonukleolytischen Abbau. Es sind zwei Fragmente mit unterschiedlich star- ken Verkürzungen gezeigt, wobei das längere der beiden Fragmente ein2 the selective exonucleolytic shortening of the nucleic acid molecules of the first group of the heterohybrids from (1), made possible by protecting the nucleic acid molecule of the second group of the heterohybrids against exonucleolytic degradation. Two fragments with shortenings of different strengths are shown, the longer of the two fragments being one
Verkürzungsprodukt darstellt, dessen letztes Nukleotid des doppelsträngigen Bereichs die Sequenzvariation zwischen Nukleinsauremolekulen beider Grappen repräsentiert (Punkt). Dieses Verkürzungsprodukt zeichnet sich daher durch eine Fehlpaarung am Ende des doppelsträngigen Be- reichs aus,Shortening product represents, whose last nucleotide of the double-stranded region represents the sequence variation between nucleic acid molecules of both grappas (point). This shortening product is therefore characterized by a mismatch at the end of the double-stranded area,
3 Auffüllung derjenigen Heterohybride, welche keine Fehlpaarung am Ende des doppelsträngigen Bereichs aufweisen, unter Zugabe Biotin- modifϊzierter Nukleotidbausteine. Biotin-Grappen werden durch „B" dargestellt, 4 Abtrennung biotinhaltiger Heterohybride von unverlängert gebliebenen, nicht biotinhaltigen Heterohybriden, welche Sequenzvariationen enthaltende Fragmente repräsentieren.3 Filling in those heterohybrids which have no mismatch at the end of the double-stranded region with the addition of biotin-modified nucleotide building blocks. Biotin grapples are represented by "B", 4 separation of biotin-containing heterohybrids from unextended, non-biotin-containing heterohybrids, which represent fragments containing sequence variations.
Fig. 4 eine alternative Isolation eines Fragments aus einem Gemisch von Nukleinsäure- molekülen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsauremolekulen der ersten und der zweiten Gruppe aufweist Im einzelnen zeigt 1 die Gewinnung von Heterohybriden,4 shows an alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules, which shows a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group in detail 1 the extraction of heterohybrids,
2 die selektive exonukleolytische Verkürzung Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe in den Heterohybriden aus (1),2 the selective exonucleolytic shortening of nucleic acid molecules of the first group in the heterohybrids from (1),
3 Auffüllung derjenigen Heterohybride, welche keine Fehlpaarung am En- de des doppelsträngigen Bereichs aufweisen,3 replenishment of those heterohybrids which have no mismatch at the end of the double-stranded area,
4 Entfernung der fehlgepaarten terminalen Base oder Basen in unaufgefüllt gebliebenen Heterohybriden, gefolgt von einer Auffüllung unter Zugabe biotinmodifizierter Nukleotidbausteine,4 removal of the mismatched terminal base or bases in unfilled heterohybrids, followed by filling with addition of biotin-modified nucleotide building blocks,
5 Isolation biotinhaltiger, in (4) aufgefüllter Heterohybride, welche Se- quenzvariationen enthaltende Fragmente repräsentieren, unter Abtrennung in (3) aufgefüllter, nicht biotinhaltiger Heterohybride.5 Isolation of biotin-containing heterohybrids filled in (4), which represent fragments containing sequence variations, with separation in (3) filled-in, non-biotin-containing heterohybrids.
Fig. 5 eine weitere alternative Isolation eines Fragments aus einem Gemisch von Nukleinsauremolekulen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsäure- molekülen der ersten und der zweiten Grappe aufweist. Im einzelnen zeigt5 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second grappa. In detail shows
1 die Gewinnung von Heterohybriden,1 the extraction of heterohybrids,
2 die selektive exonukleolytische Verkürzung der Nukleinsäuremoleküle der ersten Grappe in den Heterohybriden aus (1),2 the selective exonucleolytic shortening of the nucleic acid molecules of the first Grappe in the heterohybrids from (1),
3 Auffüllung derjenigen Heterohybride, welche keine Fehlpaarung am En- de des doppelsträngigen Bereichs aufweisen,3 replenishment of those heterohybrids which have no mismatch at the end of the double-stranded area,
4 Isolation unaufgefüllt gebliebener Heterohybride, welche Sequenzvariationen enthaltende Fragmente repräsentieren, durch Hybridisierung mit einem immobilisierten oder immobilisierbaren Oligonukleotid, welches komplementär zum unaufgefüllt gebliebenen einzelsträngigen Linke- rabschnitt des Nukleinsäuremoleküls der zweiten Grappe ist.4 Isolation of unfilled heterohybrids, which represent fragments containing sequence variations, by hybridization with an immobilized or immobilizable oligonucleotide which is complementary to the unfilled single-stranded linker section of the nucleic acid molecule of the second grappe.
Fig. 6 eine weitere alternative Isolation eines Fragments aus einem Gemisch von Nukleinsauremolekulen, welches eine ^equenzvariation zwischen den Nukleinsauremolekulen der ersten und der zweiten Gruppe aufweist. Im einzelnen zeigt 1 die Gewinnung von Heterohybriden,6 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group. 1 shows the extraction of heterohybrids,
2 die selektive exonukleolytische Verkürzung der Nukleinsäuremoleküle der ersten Grappe in den Heterohybriden aus (1),2 the selective exonucleolytic shortening of the nucleic acid molecules of the first Grappe in the heterohybrids from (1),
3 Verlängerung derjenigen Heterohybride, welche keine Fehlpaarung am Ende des doppelsträngigen Bereichs aufweisen, um ein zum Kettenab- brach führendes Nukleotid, 4 Entfernung der fehlgepaarten terminalen Base oder Basen in unverlängert gebliebenen Heterohybriden, gefolgt von einer Auffüllung unter Zugabe biotinmodifizierter Nukleotidbausteine,3 Extension of those heterohybrids which have no mismatch at the end of the double-stranded region by a nucleotide leading to chain termination, 4 removal of the mismatched terminal base or bases in hetero-hybrids that have not been extended, followed by filling with the addition of biotin-modified nucleotide building blocks,
5 Isolation biotinhaltiger, in (4) aufgefüllter Heterohybride, welche Se- quenzvariationen enthaltende Fragmente repräsentieren, unter Abtrennung der in (3) verlängerten, nicht biotinhaltiger Heterohybride.5 Isolation of biotin-containing heterohybrids filled in (4), which represent fragments containing sequence variations, with separation of the non-biotin-containing heterohybrids extended in (3).
Fig. 7 eine weitere alternative Isolation eines Fragments aus einem Gemisch von Nukleinsauremolekulen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsäure- molekülen der ersten und der zweiten Grappe aufweist. Im einzelnen zeigt7 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second grappa. In detail shows
1 die Gewinnung von Heterohybriden,1 the extraction of heterohybrids,
2 die selektive exonukleolytische Verkürzung der Nukleinsäuremoleküle der ersten Grappe in den Heterohybriden aus (1),2 the selective exonucleolytic shortening of the nucleic acid molecules of the first Grappe in the heterohybrids from (1),
3 Verlängerung derjenigen Heterohybride, welche keine Fehlpaarung am Ende des doppelsträngigen Bereichs aufweisen, um ein zum Kettenabbruch führendes Nukleotid,3 extension of those heterohybrids which have no mismatch at the end of the double-stranded region by a nucleotide leading to chain termination,
4 Entfernung der fehlgepaarten terminalen Base oder Basen in unverlängert gebliebenen Heterohybriden, gefolgt von einer Auffüllung,4 removal of the mismatched terminal base or bases in unextended heterohybrids, followed by replenishment,
5 Abtrennung unaufgefüllt gebliebener Heterohybride, welche keine Se- quenzvariationen enthaltende Fragmente repräsentieren, durch Hybridisierung mit einem immobilisierten oder immobilisierbaren Oligonukleotid, das komplementär zum unaufgefüllt gebliebenen einzelsträngigen Linkerabschnitt des Nukleinsäuremoleküls der zweiten Gruppe.5 Separation of unfilled heterohybrids, which do not represent fragments containing sequence variations, by hybridization with an immobilized or immobilizable oligonucleotide which is complementary to the unfilled single-stranded linker section of the nucleic acid molecule of the second group.
Fig. 8 eine weitere alternative Isolation eines Fragments aus einem Gemisch von Nukleinsauremolekulen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsauremolekulen der ersten und der zweiten Gruppe aufweist. Im einzelnen zeigt8 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group. In detail shows
1 die Gewinnung von Heterohybriden,1 the extraction of heterohybrids,
2 die selektive exonukleolytische Verkürzung der Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe in den Heterohybriden aus (1),2 the selective exonucleolytic shortening of the nucleic acid molecules of the first group in the heterohybrids from (1),
3 Verlängerung derjenigen Heterohybride, welche keine Fehlpaarung am Ende des doppelsträngigen Bereichs aufweisen, um ein mit Biotin gekoppeltes, zum Kettenabbrach führendes Nukleotid,3 Extension of those heterohybrids which have no mismatch at the end of the double-stranded region by a nucleotide coupled to biotin and leading to chain termination,
4 Abtrennung in (3) verlängerter, biotinhaltiger Heterohybride. Fig. 9 eine weitere alternative Isolation eines Fragments aus einem Gemisch von Nukleinsauremolekulen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsauremolekulen der ersten und der zweiten Gruppe aufweist. Im einzelnen zeigt 1 die Gewinnung von Heterohybriden, 2 die selektive exonukleolytische Verkürzung der Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe in den Heterohybriden aus (1), 3 Verlängerung derjenigen Heterohybride, welche keine Fehlpaarang am Ende des doppelsträngigen Bereichs aufweisen, um ein zum Kettenabbruch führendes Nukleotid, 4 Entfernung der fehlgepaarten terminalen Base oder Basen in unaufgefüllt gebliebenen Heterohybriden, gefolgt von einer Verlängerung mit biotin- modifizierten, zu einem Kettenabbruch führender Nukleotidbausteinen, 5 Isolation biotinhaltiger, in (4) verlängerter Heterohybride, welche Sequenzvariationen enthaltende Fragmente repräsentieren, unter Abtren- nung in (3) verlängerter, nicht biotinhaltiger Heterohybride.4 Separation in (3) extended, biotin-containing heterohybrids. 9 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group. 1 shows the extraction of heterohybrids, 2 shows the selective exonucleolytic shortening of the nucleic acid molecules of the first group in the heterohybrids from (1), 3 extension of those heterohybrids which have no mismatches at the end of the double-stranded region by a nucleotide leading to chain termination, 4 Removal of the mismatched terminal base or bases in unfilled heterohybrids, followed by an extension with biotin-modified, chain terminating nucleotide building blocks, 5 isolation of biotin-containing, in (4) elongated heterohybrids, which represent fragments containing sequence variations, with separation in ( 3) prolonged, non-biotin-containing heterohybrids.
Fig. 10 die selektive Restriktion von Homohybriden im Bereich der Linker. Linker wurden an mittels der Restriktionsendonuklease HiήPll (Erkennungssequenz GCGC) erzeugte Nukleinsäurefragmente (grau) Hgiert. Linker der Fragmente der ersten Gruppe (offene Rechtecke) enthalten eine Erkennungsstelle für die Restriktionsendonuklease Hαell (Erkennungssequenz AGCGCT), Linker der Fragmente der zweiten Gruppe (schraffiert) eine alternative Erkennungsstelle für dieselbe Restriktionsendonuklease GGCGCC. Im einzelnen zeigt10 shows the selective restriction of homohybrids in the region of the linkers. Linkers were attached to nucleic acid fragments (gray) generated using the restriction endonuclease HiήPll (recognition sequence GCGC). Linkers of the fragments of the first group (open rectangles) contain a recognition site for the restriction endonuclease Hαell (recognition sequence AGCGCT), linkers of the fragments of the second group (hatched) an alternative recognition site for the same restriction endonuclease GGCGCC. In detail shows
1 die Denaturierung der von Linkern flankierten Nukleinsäurefragmente beider Grappen, gefolgt von einer Rehybridisierung zueinander teilweise komplementärer Stränge zu Homo- wie zu Heterohybriden,1 the denaturation of the nucleic acid fragments flanked by linkers of both Grappes, followed by a rehybridization of strands that are partially complementary to one another to form homo- and heterohybrids,
2 die Behandlung des Reaktionsgemischs mit Haell, so daß die Linker der in Schritt (1) durch „Reannealing" entstandenen Ηomohybride verkürzt werden, die entstandenen Ηeterohybride hingegen von intakten Linkern flan- kiert bleiben. Da die Erkennungsstelle der zur ursprünglichen Fragmenterzeugung eingesetzten Restriktionsendonuklease, H PlI, Bestandteil der in Schritt (2) genutzten Erkennungsstellen ist, werden unerwünschte, fragmentinterne Schnitte in Schritt (2) vermieden. Die durch Hαell erzeugten 3 '-überhängenden Enden sind kein Substrat für Exonuklease III („Exo"), während die 3 '-zurückversetzten Enden der Ηeterohybride einer strangspezifischen Verkürzung gemäß Fig. 1 zugänglich sind. Es sind bei- de Enden eines Heterohybrids gezeigt; lediglich eins davon ist exonukleolytisch verkürzbar.2 the treatment of the reaction mixture with Haell, so that the linkers of the Ηomohybrids formed in step (1) by “reannealing” are shortened, while the Ηeterohybrids formed remain flanked by intact linkers. Since the recognition site of the restriction endonuclease used for the initial fragment generation, H PlI, which is part of the recognition sites used in step (2), prevents undesired, fragment-internal cuts in step (2). The 3 ′ overhanging ends produced by Hαell are not a substrate for exonuclease III (“Exo”), while the 3 ′ -Returned ends of the heterohybrids of a strand-specific shortening according to FIG. 1 are accessible. There are de ends of a heterohybrid shown; only one of them can be shortened exonucleolytically.
Fig. 11 die selektive Restriktion von Homohybriden im Bereich der Linker, gefolgt von der Isolation eines eine Sequenzvariation repräsentierenden Heterohybrids und der11 shows the selective restriction of homohybrids in the region of the linkers, followed by the isolation of a heterohybride representing a sequence variation and the
Herstellung einer Hybridisierungssonde. Im einzelnen zeigtManufacture of a hybridization probe. In detail shows
1. die Denaturierung der von Linkern flankierten Nukleinsäurefragmente beider Gruppen, gefolgt von einer Rehybridisierung zueinander mindestens teilweise komplementärer Stränge zu Homo- wie zu Heterohybriden, 2 die Behandlung des Reaktionsgemischs mit zwei Restriktionsendonukleasen (Erkennungsstellen als schwarze bzw. punktierte Rechtecke gezeigt), so daß die Linker der in Schritt (1) durch „Reannealing" entstandenen Homohybride abgetrennt werden, die entstandenen Heterohybride hingegen von Linkern flankiert bleiben, 3 exonukleolytische Verkürzung der Nukleinsäuremoleküle der ersten1. the denaturation of the nucleic acid fragments flanked by linkers of both groups, followed by a re-hybridization of at least partially complementary strands to homo- and heterohybrids, 2 the treatment of the reaction mixture with two restriction endonucleases (recognition sites shown as black or dotted rectangles), so that the Linkers of the homohybrids formed in step (1) by “reannealing” are separated off, but the heterohybrids formed remain flanked by linkers, 3 exonucleolytic shortening of the nucleic acid molecules of the first
Grappe in den Heterohybriden. Es ist exemplarisch lediglich ein Verkürzungsprodukt gezeigt, dessen letzte Base des doppelsträngigen Bereichs sich an der Position einer Sequenzvariation befindet,Grappe in the heterohybrids. As an example, only a shortening product is shown, the last base of the double-stranded region is located at the position of a sequence variation,
4 Auffüllung aller Verkürzungsprodukte, deren letzte Base des dop- pelsträngigen Bereichs keine Fehlpaarung ausbildet, gefolgt von Festphasen-Immobilisierung der unaufgefüllt gebliebenen Verkürzungsprodukte durch Hybridisierung mit einem immobilisierten Oligonukleotid (entsprechend Schritten 3 und 4 aus Fig. 5),4 replenishment of all shortening products whose last base of the double-stranded region does not form a mismatch, followed by solid-phase immobilization of the shortening products that have not been filled by hybridization with an immobilized oligonucleotide (corresponding to steps 3 and 4 from FIG. 5),
5 Fortwaschen aller nicht immobilisierten Nukleinsäuren, 6 Denaturierende Ablösung der immobilisierten Nukleinsäuren,5 washing away all non-immobilized nucleic acids, 6 denaturing detachment of the immobilized nucleic acids,
7 lineare Amplifikation der eine Sequenzvariation repräsentierenden Nukleinsäuremoleküle zweiter Herkunft (entsprechend den „langen" Fragmenten aus Fig. 3 bis 9) in jegenwart von markierten Nukleotidbaustei- nen, so daß eine Sequenzvariation repräsentierende Hybridisierungsson- den entstehen. Markierte Sondenmoleküle sind durch einen Stern gekennzeichnet.7 linear amplification of the nucleic acid molecules of second origin representing a sequence variation (corresponding to the “long” fragments from FIGS. 3 to 9) in the presence of labeled nucleotide building blocks, so that hybridization probes representing sequence variation are produced. Labeled probe molecules are identified by an asterisk.
Fig. 12 zeigt eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Identifikation von12 shows an application of the method according to the invention for the identification of
Sequenzvariationen zwischen aus zwei verschiedenen Proben stammenden Nuk- leinsäuren unter Verwendung von Referenz-Nukleinsäuren. Es ist ein bestimmtes, von Linker-Molekülen flankiertes Nukleinsäurefragment gezeigt, welches aus der ersten Probe stammend durch kurze schraffierte Linker, aus der zweiten Probe stammend durch kurze punktierte Linker und aus der Referenz-Probe stammend durch als offene Rechtecke dargestellte lange Linker gekennzeichnet wird. Die Position einer Sequenzvariation (SNP) zwischen dem aus der ersten Probe stam- menden Fragment und den aus der zweiten Probe bzw. der Referenzprobe stammenden Fragmenten ist durch einen Punkt gekennzeichnet. Die zur beschriebenen Umsetzung mit Fragmenten aus der ersten Probe verwendeten, aus der Referenz- Probe stammenden Fragmente sind mit einer Markierungsgruppe versehen, welche durch einen Stern symbolisiert wird. Die zur beschriebenen Umsetzung mit Fragmenten aus der zweiten Probe verwendeten, aus der Referenz-Probe stammenden Fragmente sind mit einer von der ersten Markierangsgrappe unterscheidbaren Markierungsgruppe versehen, welche durch „#" symbolisiert wird. Dabei zeigt im einzelnenSequence variations between nucleic acids from two different samples using reference nucleic acids. A certain nucleic acid fragment flanked by linker molecules is shown, which consists of the first sample originating from short hatched linkers, from the second sample originating from short dotted linkers and from the reference sample originating from long rectangles represented as open rectangles. The position of a sequence variation (SNP) between the fragment originating from the first sample and the fragments originating from the second sample or the reference sample is identified by a dot. The fragments from the reference sample used for the described implementation with fragments from the first sample are provided with a marker group, which is symbolized by an asterisk. The fragments used for the described implementation with fragments from the second sample and originating from the reference sample are provided with a marking group which can be distinguished from the first marking range, which is symbolized by "#"
1 Herstellung von Heterohybriden aus Nukleinsauremolekulen aus der ers- ten Probe und aus der Referenz-Probe bzw. aus der zweiten Probe und der1 Production of heterohybrids from nucleic acid molecules from the first sample and from the reference sample or from the second sample and the
Referenz-Probe, welche sich durch unterschiedlich lange flankierende Linker auszeichnen,Reference sample, which are characterized by flanking linkers of different lengths,
2 Exonukleolytische Verkürzung derjenigen Stränge, welche sich durch ein zurückversetztes 3 '-Ende auszeichnen, so daß Heterohybride mit ein- zelsträngigen, in ihrer Länge variierenden 5 '-Überhängen entstehen,2 Exonucleolytic shortening of those strands which are distinguished by a recessed 3 'end, so that heterohybrids are formed with single-stranded 5' overhangs which vary in length,
3 Auffüllen derjenigen partiell einzelsträngigen Heterohybride, deren Übergang von doppelsträngigem Bereich zu einzelsträngigem Bereich sich durch perfekte Basenpaarung auszeichnet, in Gegenwart Biotin- modifizierter Nukleotidbausteine (durch „B" symbolisiert), 4 Abtrennung der in (3) aufgefüllten biotinylierten Heterohybride durch3 Filling in those partially single-stranded heterohybrids whose transition from double-stranded area to single-stranded area is characterized by perfect base pairing in the presence of biotin-modified nucleotide building blocks (symbolized by “B”), 4 separation of the biotinylated heterohybrids filled in (3) by
Immobilisierung an eine Streptavidm-beschichtete Oberfläche, 5 Gewinnung der an in (4) unaufgefüllt gebliebenen Stränge hybridisierten markierten Referenz-Fragmentstränge durch vollständigen exonukleolytischen Abbau des bereits verkürzten Strangs, 6 Vereinigung der in (5) durch Hybridisierung von Strängen aus der erstenImmobilization on a streptavidm-coated surface, 5 recovery of the labeled reference fragment strands hybridized on strands which remained unfilled in (4) by complete exonucleolytic degradation of the already shortened strand, 6 combination of the strands in (5) by hybridization of strands from the first
Probe mit Strängen der Referenz-Probe sowie von Strängen aus der zweiten Probe mit Strängen der Referenz-Probe erhaltenen markierten Referenz-Fragmentstränge, 7 Hybridisierung der markierten Referenz-Fragmentstränge aus (6) mit ei- ner an Partikel gebundenen Anordnung von Nukleinsauremolekulen, oder alternativ: 8 Hybridisierung der markierten Referenz-Fragmentstränge aus (6) mit einer an eine planare Oberfläche gebundenen Anordnung von Nukleinsauremolekulen,Sample with strands of the reference sample as well as labeled reference fragment strands obtained from strands from the second sample with strands of the reference sample, 7 hybridization of the labeled reference fragment strands from (6) with an arrangement of nucleic acid molecules bound to particles, or alternatively : 8 hybridization of the labeled reference fragment strands from (6) with an arrangement of nucleic acid molecules bound to a planar surface,
9 Schritte 1-7 oder alternativ Schritte 1-6, gefolgt von Schritt 8; anschlie- ßend Detektion der erhaltenen Hybridisierungsignale. Dabei bedeutet 10: kein Signal, da keine Sequenzvariation zwischen erster und zweiter Probe und Referenzprobe; 11 : Signal zeigt Sequenzvariation zwischen erster Probe und Referenzprobe an; 12: Signal zeigt Sequenzvariation zwischen zweiter Probe und Referenzprobe an; 13; Signal zeigt Sequenzvariation, sowohl zwischen erster Probe und Referenzprobe als auch zwischen zweiter Probe und Referenzprobe an.9 steps 1-7 or alternatively steps 1-6 followed by step 8; then detection of the hybridization signals obtained. 10 means: no signal, since there is no sequence variation between the first and second sample and reference sample; 11: signal indicates sequence variation between first sample and reference sample; 12: signal indicates sequence variation between second sample and reference sample; 13; Signal indicates sequence variation, both between the first sample and reference sample and between the second sample and reference sample.
Fig. 13 zeigt die selektive Restriktion von Heterohybriden im Bereich der Linker. Bioti- nylierte Linker werden an mittels der Restriktionsendonuklease Dpril (Erken- nungssequenz GATC) erzeugte Nukleinsäurefragmente Hgiert. Die Linker enthalten maskierte Erkennungssequenzen für die Restriktionsendonuklease Bamlϊl (Erkennungssequenz GGATCC). Die an den Nukleinsauremolekulen der zweiten Gruppe befestigten Linker weisen in Nähe zu der Erkennungssequenz ein Thio- nukleotid (durch „S" gekennzeichent). Im einzelnen zeigt 1. die Denaturierung der von Linkern flankierten Nukleinsäurefragmente beider Grappen, gefolgt von einer Rehybridisierung zueinander teilweise komplementärer Stränge zu Homo- wie zu Heterohybriden,13 shows the selective restriction of heterohybrids in the region of the linkers. Biotinylated linkers are attached to nucleic acid fragments generated by means of the restriction endonuclease Dpril (recognition sequence GATC). The linkers contain masked recognition sequences for the restriction endonuclease Bamlϊl (recognition sequence GGATCC). The linkers attached to the nucleic acid molecules of the second group have a thionucleotide in the vicinity of the recognition sequence (denoted by “S”). In detail, 1. shows the denaturation of the nucleic acid fragments flanked by linkers of both grappas, followed by a re-hybridization of strands that are partially complementary to one another to homo and hetero hybrids,
2. die Behandlung des Reaktionsgemischs mit Bamlϊl, so daß die Linker der in Schritt (1) durch „Reannealing" entstandenen Heterohybride verkürzt werden, die entstandenen Heterohybride hingegen von intakten Linkern flankiert bleiben,2. the treatment of the reaction mixture with Bamlϊl, so that the linkers of the heterohybrids formed in step (1) by “reannealing” are shortened, while the resulting heterohybrids remain flanked by intact linkers,
3. Abtrennung der biotinylierten Homohybride durch Immobilisierung an eine Streptavidin-beschichtete fjeste Phase. Lediglich das Nukleinsäuremolekül der ersten Gruppe eines Fragments kann exonukleolytisch verkürzt werden, das der zweiten Gruppe ist durch Abbau-resistente Nukleotide geschützt. Dargestellt sind beide Enden des Nukleinsäuredoppelstrangs.3. Separation of the biotinylated homohybrids by immobilization on a streptavidin-coated solid phase. Only the nucleic acid molecule of the first group of a fragment can be shortened exonucleolytically, that of the second group is protected by degradation-resistant nucleotides. Both ends of the nucleic acid duplex are shown.
Fig. 14 zeigt eine alternative Isolation eines Fragments aus einem Gemisch von Nuklein- Säuremolekülen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsauremolekulen der ersten und der zweiten Gruppe aufweist. Im einzelnen zeigt 1 die Gewinnung von Heterohybriden,14 shows an alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules, which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group. In detail shows 1 the extraction of heterohybrids,
2 die selektive exonukleolytische Verkürzung der Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe in den Heterohybriden aus (1),2 the selective exonucleolytic shortening of the nucleic acid molecules of the first group in the heterohybrids from (1),
3 Verlängerung derjenigen Heterohybride, welche keine Fehlpaarung am Ende des doppelsträngigen Bereichs aufweisen, um ein zum Kettenabbruch führendes Nukleotid,3 extension of those heterohybrids which have no mismatch at the end of the double-stranded region by a nucleotide leading to chain termination,
4 Auffüllung der in (3) unaufgefüllt gebliebenen, auf eine Fehlpaarung endenden verkürzten Heterohybride unter „permissiven" Bedingungen, unter denen die gewählte Polymerase terminal fehlgepaarte Nukleinsäu- restränge als Substrat akzeptiert (alternativ könnte auch eine Proofrea- ding-Polymerase eingesetzt werden, die die terminale Fehlpaarung zunächst entfernt),4 Replenishment of the shortened heterohybrids that have remained unfilled in (3) and ends in a mismatch under “permissive” conditions under which the selected polymerase terminally mismatched nucleic acid ranks are accepted as a substrate (alternatively, a proofreading polymerase could also be used, which terminal mismatch initially removed),
5 Abbau einzelsträngiger Überhänge, welche die in (3) mit einem zum Kettenabbrach führenden Nukleotid aufgefüllten Heterohybride kenn- zeichnen, mittels einer einzelstrangspezifischen Nuklease wie etwa Mung5 Breakdown of single-stranded overhangs, which characterize the heterohybrids filled in (3) with a nucleotide leading to chain termination, by means of a single-strand-specific nuclease such as Mung
Bean-Nuklease,Bean nuclease
6 die Amplifikation der in (4) zu Doppelsträngen mit glatten Enden aufgefüllten Nukleinsäuremoleküle mittels Amplifikationsprimern, welche an die Linkerbereiche der Nukleinsäuremoleküle binden können.6 the amplification of the nucleic acid molecules filled in (4) into double strands with blunt ends by means of amplification primers which can bind to the linker regions of the nucleic acid molecules.
Fig. 15 zeigt eine weitere alternative Isolation eines Fragments aus einem Gemisch von Nukleinsauremolekulen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsauremolekulen der ersten und der zweiten Gruppe aufweist. Im einzelnen zeigt 1 die Gewinnung von Heterohybriden,15 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules, which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group. 1 shows the extraction of heterohybrids,
2 die selektive exonukleolytische Verkürzung der Nukleinsäuremoleküle der ersten Grappe in den Heterohybriden aus (1),2 the selective exonucleolytic shortening of the nucleic acid molecules of the first Grappe in the heterohybrids from (1),
3 Verlängerung derjenigen lϊeterohybride, welche keine Fehlpaarung am Ende des doppelsträngigen Bereichs aufweisen, zu Nukleinsäure- Doppelsträngen mit glatten Enden,3 extension of those heterohybrids which have no mismatch at the end of the double-stranded region to nucleic acid double strands with smooth ends,
4 Schneiden der aufgefüllten Nukleinsäuremoleküle im durch die Linker gekennzeichneten Bereich, so daß der durch Auffüllung erneut dop- pelsträngig gewordene Linker vollständig oder Teile hiervon abgetrennt werden, 5 optional die Auffüllung der in (3) unaufgefüllt gebliebenen Heterohybride, welche sich durch eine terminale Fehlpaarung auszeichnen, unter „permissiven" Bedingungen, unter denen die gewährte Polymerase ter- minal fehlgepaarte Nukleinsäurestränge als Substrat akzeptiert (alternativ4 cutting the filled nucleic acid molecules in the area marked by the linkers so that the linker which has become double-stranded again by filling is completely or partially separated from it, 5 optionally filling the heterohybrids which have remained unfilled in (3) and which are characterized by a terminal mismatch , under "Permissive" conditions under which the granted polymerase terminal accepts mismatched nucleic acid strands as a substrate (alternative
_ könnte auch eine Proofreading-Polymerase eingesetzt werden, die die terminale Fehlpaarung zunächst entfernt), 6 die Amplifikation der in (5) zu beidseitig von Linkem flankierten Doppelsträngen mittels Amplifikationsprimern, welche an die Linkerbereiche der Nukleinsäuremoleküle binden können, die im wesentlichen den bei den in (3) aufgefüllten Heterohybriden in (4) entfernten Bereichen entsprechen._ A proofreading polymerase could also be used, which first removes the terminal mismatch), 6 the amplification of the double strands flanked in (5) to both sides by linkers by means of amplification primers, which can bind to the linker regions of the nucleic acid molecules, which essentially match those in the in (3) filled heterohybrids in (4) distant areas.
Fig. 16 zeigt eine weitere alternative Isolation eines Fragments aus einem Gemisch von Nukleinsauremolekulen, welches eine Sequenzvariation zwischen den Nukleinsauremolekulen der ersten und der zweiten Gruppe aufweist. Im einzelnen zeigt 1 die Gewinnung von Heterohybriden, 2 die selektive exonukleolytische Verkürzung der Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe in den Heterohybriden aus (1) in 5 '→3 '-Richtung,16 shows a further alternative isolation of a fragment from a mixture of nucleic acid molecules which has a sequence variation between the nucleic acid molecules of the first and the second group. 1 shows the production of heterohybrids, 2 shows the selective exonucleolytic shortening of the nucleic acid molecules of the first group in the heterohybrids from (1) in the 5 '→ 3' direction,
3 die Hybridisierung eines Oligonukleotidprimers an die einzelsträngig vorliegende Linkerregion, gefolgt von einer Verlängerung mittels einer keine Strand displacement-Akt vität aufweisenden Polymerase, wobei Biotin enthaltende Nukleotidbausteine inkorporiert werden,3 shows the hybridization of an oligonucleotide primer to the single-stranded linker region, followed by an extension by means of a polymerase having no beach displacement activity, wherein nucleotide building blocks containing biotin are incorporated,
4 die Ligation derjenigen Heterohybride, bei welchen der 5 '-Terminus des Nukleinsäuremoleküls der ersten Grappe perfekt gepaart ist, wobei diejenigen Heterohybride unligiert bleiben, bei welchen der 5 '-Terminus des Nukleinsäuremoleküls der ersten Gruppe sich durch eine Fehlpaarung auszeichnet,4 the ligation of those heterohybrids in which the 5 'terminus of the nucleic acid molecule of the first grappe is perfectly paired, those heterohybrids in which the 5' terminus of the nucleic acid molecule of the first group is characterized by a mismatch remain unligated,
5 die weitere Verlängerung der in Schritt (4) unligiert gebliebenen Prime- rextensionsprodukte aus Schritt (3) mittels einer Polymerase mit Strand displacement-Aktivität, gefolgt von einer Immobilisierung durch Bindung an eine Streptavidin-beschichtete feste Phase, gefolgt von der Ent- fernung der an die Extensionsprodukte hybridisierten Nukleinsäuremoleküle der zweiten Gruppe und einer anschließenden Amplifikation der immobilisierten Nukleinsäurestränge mittels Amplifikationsprimer, die spezifisch mit den Linkerregionen hybridisieren. Die Erfindung wird nachfolgend durch Beispiele beschrieben:5 the further extension of the prime extension products from step (3) which remained unligated in step (4) by means of a polymerase with strand displacement activity, followed by immobilization by binding to a streptavidin-coated solid phase, followed by the removal of the nucleic acid molecules of the second group hybridized to the extension products and a subsequent amplification of the immobilized nucleic acid strands by means of amplification primers which hybridize specifically with the linker regions. The invention is described below by examples:
Beispiel 1: Herstellung von LinkernExample 1: Production of linkers
Zur Linkerherstellung wurden lyophilisiert gelieferte Oligonukleotide DL20 (5'-GCA TCA CAA GAA TCG ACG CT-3'), LD24 (5'-Phosphat-GAT CAG CGT CGA TTC TTG TGA TGC-3'), ML25BGL (5'-TCA CAT GCT AAG TGA CGT AGA TCT T-3'), LM33BGL (5'-Phosphat-GAT CAA GAT CTA CGT CAC TTA GCA TGT GAC AAT-3'), ML33BAM (5'-GCT CAT TGT CAC ATG CTA AGT GAC GTG GAT CCT-3') sowie LM41BAM (5'-Phosphat-GAT CAG GAT CCA CGT CAC TTA GCA TGT GAC AAT GAG CAT CG-3') zu einer Endkonzentration von lOO pmol/μl in Wasser aufgenommen. Es wurden in drei separaten Ansätzen 30 μl DL20 und 30 μl LD24 („.Dp/iII-Linker"), 30 μl ML25BGL und 30 μl LM33BGL („Rg/II-Linker") bzw. 30 μl ML33BAM und 30 μl LM41BAM („JSαmHI-Linker") mit je 11 μl lOx Ligationspuffer (Röche Molecular Bio- chemicals AG, Mannheim) und 39 μl Wasser vermischt. Die Mischungen wurden in einen auf 90°C vorgeheizten Thermocycler (Personal Cycler, Biometra GmbH, Göttingen) gestellt und mit einer Abkühlrate von 0,05°C/sec. abgekühlt. Die fertigen Linker DL2024 (aus DL20 und LD24), ML2533BGL (aus ML25BGL und LM33BGL) und ML3341BAM (aus ML33BAM und LM41BAM) wurden bis zur Verwendung bei -20°C eingefroren gelagert.For the linker production, oligonucleotides DL20 (5'-GCA TCA CAA GAA TCG ACG CT-3 '), LD24 (5'-phosphate-GAT CAG CGT CGA TTC TTG TGA TGC-3'), ML25BGL (5'-TCA CAT) were supplied lyophilized GCT AAG TGA CGT AGA TCT T-3 '), LM33BGL (5'-Phosphate-GAT CAA GAT CTA CGT CAC TTA GCA TGT GAC AAT-3'), ML33BAM (5'-GCT CAT TGT CAC ATG CTA AGT GAC GTG GAT CCT-3 ') and LM41BAM (5'-phosphate-GAT CAG GAT CCA CGT CAC TTA GCA TGT GAC AAT GAG CAT CG-3') to a final concentration of 100 pmol / μl in water. In three separate batches, 30 ul DL20 and 30 ul LD24 (".Dp / iII-Linker"), 30 ul ML25BGL and 30 ul LM33BGL ("Rg / II-Linker") or 30 ul ML33BAM and 30 ul LM41BAM ( “JSαmHI linker”) was mixed with 11 μl lOx ligation buffer (Röche Molecular Biochemicals AG, Mannheim) and 39 μl water. The mixtures were placed in a thermal cycler preheated to 90 ° C. (Personal Cycler, Biometra GmbH, Göttingen) and cooled at a cooling rate of 0.05 ° C / sec .. The finished linkers DL2024 (from DL20 and LD24), ML2533BGL (from ML25BGL and LM33BGL) and ML3341BAM (from ML33BAM and LM41BAM) were frozen at -20 ° C until use stored.
JJ
Beispiel 2: Herstellung linkerflankierter genomischer DNAExample 2: Production of left-flanked genomic DNA
Zwei verschiedene, auf Sequenzvariationen hin zu untersuchende Stämme von Coryne- bacterium glutamicum wurden kultiviert und zum Animpfen von Flüssigkulturen eingesetzt („Präparation 1" und „Präparation 2"). 30 ml auf eine OD60o = 2 gewachsener Übernacht-Kulturen in mit 2% Glucose supplementiertem LB-Medium wurden abzentrifugiert; die Zellpellets wurden mit 5 ml TE-Puffer (10 mM Tris pH 8,0/1 mM EDTA) gewaschen. Die Zellen wurden in 1,5 ml TE-Puffer resuspendiert, welcher zuvor auf 50 mM Glucose eingestellt worden war. Nach Zugabe von 15 mg Lysozym (Sigma-Aldrich GmbH, Taufkirchen) und 1,5 mg RNase (Promega GmbH, Mannheim) wurde für 2 h bei 37°C inku- biert. Es wurden weitere 1,1 ml TE/50 mM Glucose hinzugegeben und mit 1 ml 10% SDS (Sigma) sowie 15 μl einer wässrigen 10 mg/ml Proteinase K-Lösung (Promega) versetzt, gemischt und lh bei 55°C inkubiert. Die Reaktionsansätze wurden auf Eis abgekühlt, mit 1,5 ml TE-gesättigtem Phenol und anschließend mit 1,5 ml Chloroform extrahiert und mit 1/10 Volumenteil an 3M Natriumacetatlösung pH 5,2 versetzt. Nach Zugabe von 2,5 Vo- lumenteilen Ethanol ausgefallene DNA wurde mittels einer zu einem Häkchen umgeschmolzenen Pasteurpipette aus der Lösung gefischt, in einem frischen Reaktionsgefäß mit 70% Ethanol gewaschen, luftgetrocknet und schließlich in TE-Puffer gelöst. Je 2 μg der genomischen C. glutamicum-DNA wurden in je 40 μl NEBuffer Dpnϊl (New England Biolabs GmbH, Frankfurt) aufgenommen, mit 5 U Dpnll (New England Biolabs) versetzt und 1,5 h bei 37°C inkubiert. Die Proben wurden mit Phenol, dann mit Chloroform extrahiert und mit Ethanol gefallt. Es wurde in 10 μl eines Ligationsansatzes aufgenommen, enthaltend 0,6 μl lOx Ligationspuffer (Röche), 1 μl 10 mM ATP (Röche), 4 μl 0,5 μg/μl Linker DL2024, 3,9 μl H2O sowie 0,5 μl T4 DNA-Ligase (Röche). Die Ligation fand statt bei 16°C über Nacht. Unligierte sowie mit sich selbst ligierte Linker wurden abgetrennt mittels Zentrifugation durch ChromaSpin 100-Säulen (Clontech Inc., Palo Alto, CA, USA).Two different strains of Corynebacterium glutamicum, to be examined for sequence variations, were cultivated and used to inoculate liquid cultures (“preparation 1” and “preparation 2”). 30 ml on an OD 60 o = 2 grown overnight cultures in LB medium supplemented with 2% glucose were centrifuged off; the cell pellets were washed with 5 ml TE buffer (10 mM Tris pH 8.0 / 1 mM EDTA). The cells were resuspended in 1.5 ml TE buffer, which had previously been adjusted to 50 mM glucose. After adding 15 mg of lysozyme (Sigma-Aldrich GmbH, Taufkirchen) and 1.5 mg of RNase (Promega GmbH, Mannheim), the mixture was incubated at 37 ° C. for 2 h. A further 1.1 ml of TE / 50 mM glucose were added and 1 ml of 10% SDS (Sigma) and 15 μl of an aqueous 10 mg / ml Proteinase K solution (Promega) were added, mixed and incubated at 55 ° C. for 1 hour. The reaction batches were cooled on ice, extracted with 1.5 ml of TE-saturated phenol and then with 1.5 ml of chloroform, and 1/10 part by volume of 3M sodium acetate solution pH 5.2 was added. After addition of 2.5 volume parts of ethanol, DNA precipitated was fished out of the solution using a Pasteur pipette melted into a tick, washed in a fresh reaction vessel with 70% ethanol, air-dried and finally dissolved in TE buffer. 2 μg each of the genomic C. glutamicum DNA were taken up in 40 μl NEBuffer Dpnϊl (New England Biolabs GmbH, Frankfurt), mixed with 5 U Dpnll (New England Biolabs) and incubated for 1.5 h at 37 ° C. The samples were extracted with phenol, then with chloroform and precipitated with ethanol. It was taken up in 10 μl of a ligation mixture containing 0.6 μl lOx ligation buffer (Röche), 1 μl 10 mM ATP (Röche), 4 μl 0.5 μg / μl linker DL2024, 3.9 μl H 2 O and 0, 5 ul T4 DNA ligase (Röche). The ligation took place at 16 ° C. overnight. Unligated and self-ligated linkers were separated by centrifugation through ChromaSpin 100 columns (Clontech Inc., Palo Alto, CA, USA).
Beispiel 3: Amplifikation linkerflankierter geήomischer DNA und LinkeraustauschExample 3: Amplification of left-flanked geήomic DNA and linker exchange
Je ein Zehntel der in Beispiel 2 gewonnenen linkerflankierten Fragmente genomischer DNA wurden als Template in einem 100 μl-Amplifikationsansatz eingesetzt, enthaltend 10 μl lOx AmpHTaq-Puffer (PE Applied Biosystems, Foster City, CA, USA), 2 mM MgCl2, 0,4 mM Oligonukleotid DL20, 200 μM dNTPs, sowie 2,5 U AmpHTaq DNA- Polymerase (PE Applied Biosystems). Bei einer der Präparationen (Präparation 1) wurde 10% jedes Nukleotids durch sein jeweiliges α-Thioanalog (Amersham-Pharmacia GmbH, Freiburg) ersetzt. Es wurde eine Amplifikation mit folgendem Temperaturprogramm durchgeführt: 1 min 95°C, dann 25 Zyklen bestehend aus 30 sec 95°C, 30 sec 60°C, 1 min 72°C. Die Amplifikation wurde mittels Agarosegelelektrophorese überprüft, dann wurden die Reaktionen mittels QiaQuick-Säulen (Qiagen GmbH, Hilden) gereinigt. Die eluierten Amplifikationsprodukte wurden in je 50 μl NEBuffer Dpήll aufgenommen, mit 5 U Dpnϊl versetzt und 1,5 h bei 37°C inkubiert. Die abgeschnittenen Linker wurden mittels ChromaSpin 100-Säulen entfernt und die eluierten DNA-Fragmente mit Ethanol gefällt. Die Pellets wurden in 10 μl-Ligationsansätzen aufgenommen, enthaltend 0,6 μl lOx Ligati- onspuffer, 1 μl 10 mM ATP, 4 μl 0,5 μg/μl Linker, 3,9 μl H2O sowie 0,5 μl T4 DNA- Ligase. Für die Fragmente der Präparation 1 wurde Linker ML2533BGL, für Präparation 2 Linker ML3341BAM eingesetzt. Die Ligation fand statt bei 16°C über Nacht. Unligierte sowie mit sich selbst ligierte Linker wurden abgetrennt mittels Zentrifugation durch ChromaSpin 200-Säulen (Clontech).One-tenth of the left-flanked fragments of genomic DNA obtained in Example 2 were used as templates in a 100 μl amplification mixture containing 10 μl 10 × AmpHTaq buffer (PE Applied Biosystems, Foster City, CA, USA), 2 mM MgCl 2 , 0, 4 mM oligonucleotide DL20, 200 μM dNTPs, and 2.5 U AmpHTaq DNA polymerase (PE Applied Biosystems). One of the preparations (preparation 1) was 10% of each nucleotide replaced by its respective α-thioanalog (Amersham-Pharmacia GmbH, Freiburg). An amplification was carried out with the following temperature program: 1 min 95 ° C, then 25 cycles consisting of 30 sec 95 ° C, 30 sec 60 ° C, 1 min 72 ° C. The amplification was checked using agarose gel electrophoresis, then the reactions were purified using QiaQuick columns (Qiagen GmbH, Hilden). The eluted amplification products were taken up in 50 μl NEBuffer Dpήll, mixed with 5 U Dpnϊl and incubated for 1.5 h at 37 ° C. The cut linkers were removed using ChromaSpin 100 columns and the eluted DNA fragments were precipitated with ethanol. The pellets were taken up in 10 μl ligation batches, containing 0.6 μl 10 × ligation buffer, 1 μl 10 mM ATP, 4 μl 0.5 μg / μl linker, 3.9 μl H 2 O and 0.5 μl T4 DNA - ligase. Linker ML2533BGL was used for the fragments of preparation 1 and linker ML3341BAM for preparation 2. The ligation took place at 16 ° C. overnight. Unligated and self-ligated linkers were separated by centrifugation through ChromaSpin 200 columns (Clontech).
Beispiel 4: Gewinnung und Auffüllung exonukleolytisch verkürzter HeterohybrideExample 4: Extraction and replenishment of exonucleolytically shortened heterohybrids
Eine Mischung von 1 μg der in Beispiel 3 gewonnenen linkerflankierten DNA-Fragmente aus Präparation 1 und 1 μg der linkerflankierten DNA-Fragmente aus Präparation 2 wurde in 30 μl Hybridisierungspuffer (Sambrook et al., Molecular Cloning., 2nd Edition, 1989) aufgenommen. Nach Überschichtung mit Paraffmöl und einer Denaturierung für 2 min bei 95°C wurde 24h bei 70°C hybridisiert. Es wurde mit Wasser auf 100 μl aufgefüllt und mit Ethanol gefällt. Die gefällten, nunmehr Homohybride und Heterohybride bildenden Nuk- leinsäuren wurden in 50 μl ExoIII-Puffer (New England Biolabs) aufgenommen. Nach Zugabe von 10 Units (U) Exonuklease III (New England Biolabs) wurde für 30 min bei 37°C inkubiert, dann wurde das Enzym für 20 min bei 70°C denaturiert. Die Nukleinsäuren wurden mit Phenol, dann mit Chloroform extrahiert und mit Ethanol gefällt. Das Pellet wurde in 50 μl TY z-PCR-Puffer (Röche) gelöst, welcher alle vier dNTPs in einer Konzent- ration von 100 μM enthielt. Nach Zugabe von 2 U Tt/VPolymerase (Röche) wurde für 5 min bei 75°C inkubiert, so daß die verkürzten, perfekt gepaarten Heterohybride aufgefüllt wurden. Es wurde mittels QiaQuick gereinigt, und die Nukleinsäuren wurden in 100 μl RαmHI-Puffer (New England Biolabs) aufgenommen. Nach Zugabe von je 50 U BamBI und Bgäl (New England Biolabs) wurde für 2 h bei 37°C inkubiert. Die von den Homo- hybriden sowie von den aufgefüllten Heterohybriden abgetrennten Linker wurden durch Zentrifugation durch ChromaSpin 100-Säulen entfernt. 1 μl des Eluats, welches die eine Sequenzvariation aufweisenden Fragmente von Präparation 2 in unverkürzter Form enthielt, wurde in einem Ansatz aus 200 μM dNTPs, 1,5 mM MgCl2, 0,5 μM Oligonukleo- tidprimer ML 18 (5'- TCA CAT GCT AAG TGA CGT-3') sowie 2,5 U AmpHTaq DNA- Polymerase in 50 μl AmpHTaq-Puffer amplifiziert; die Amplifikationsbedingungen waren: 25 Zyklen, bestehend aus 30 sec 95°C, 30 sec 55°C, 1 min 72°C. Die erhaltenen Amplifi- kationsprodukte wurden mittels Agarosegelelektrophorese überprüft und zur Klonierung in einen T/A- Vektor (pCR2.1 TOPO, Invitrogen, Groningen, NL) eingesetzt. Die erhaltenen Klone wurden sequenziert und zum Design von PCR-Primern zur Verifikation der identifϊ- zierten Bereiche eingesetzt, welche als Sequenzvariationen zwischen genomischer DNA der Präparation 1 und der Präparation 2 aufweisend identifiziert wurden. A mixture of 1 ug of the obtained in Example 3 linkerflankierten DNA fragments from Preparation 1 and 1 ug of the linkerflankierten DNA fragments from Preparation 2 was dissolved in 30 .mu.l of hybridization buffer (Sambrook et al., Molecular Cloning., 2 nd Edition, 1989) was added , After overlaying with paraffm oil and denaturing for 2 min at 95 ° C, hybridization was carried out at 70 ° C for 24 h. It was made up to 100 μl with water and precipitated with ethanol. The precipitated nucleic acids, which now form homohybrids and heterohybrids, were taken up in 50 μl of ExoIII buffer (New England Biolabs). After addition of 10 units (U) of exonuclease III (New England Biolabs), the mixture was incubated at 37 ° C. for 30 min, then the enzyme was denatured at 70 ° C. for 20 min. The nucleic acids were extracted with phenol, then with chloroform and precipitated with ethanol. The pellet was dissolved in 50 μl TY z-PCR buffer (Röche), which contained all four dNTPs in a concentration of 100 μM. After adding 2 U Tt / VPolymerase (Röche) for 5 incubated min at 75 ° C, so that the shortened, perfectly paired heterohybrids were filled. It was purified using QiaQuick, and the nucleic acids were taken up in 100 μl RαmHI buffer (New England Biolabs). After adding 50 U each of BamBI and Bgal (New England Biolabs), the mixture was incubated at 37 ° C. for 2 h. The linkers separated from the homohybrids and from the filled heterohybrids were removed by centrifugation through ChromaSpin 100 columns. 1 μl of the eluate, which contained the sequence variation fragments of preparation 2 in unabridged form, was mixed with 200 μM dNTPs, 1.5 mM MgCl 2 , 0.5 μM oligonucleotide primer ML 18 (5′-TCA CAT GCT AAG TGA CGT-3 ') and 2.5 U AmpHTaq DNA polymerase amplified in 50 μl AmpHTaq buffer; the amplification conditions were: 25 cycles consisting of 30 sec 95 ° C, 30 sec 55 ° C, 1 min 72 ° C. The amplification products obtained were checked by means of agarose gel electrophoresis and used for cloning in a T / A vector (pCR2.1 TOPO, Invitrogen, Groningen, NL). The clones obtained were sequenced and used to design PCR primers for verifying the identified regions, which were identified as having sequence variations between genomic DNA of preparation 1 and preparation 2.

Claims

Patentansprücheclaims
1. Zusammensetzung, umfassend Nukleinsäuremoleküle einer ersten Grappe und einer zweiten Grappe, wobei1. A composition comprising nucleic acid molecules of a first grappe and a second grappe, wherein
(a) die Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe flankierende, für die Gruppe charakteristische Sequenzen, Linker, aufweisen, die bei einer Vielzahl von Nukleinsauremolekulen einer Gruppe sequenzidentisch sind;(a) the nucleic acid molecules of the first group and the second group flanking sequences which are characteristic of the group and have linkers which are sequence-identical for a large number of nucleic acid molecules of a group;
(b) die Linker der Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe so zu wählen sind, daß bei Bildung von Hybriden zwischen Nukleinsauremolekulen der ersten Grappe und Nukleinsauremolekulen der zweiten Gruppe, von Heterohybriden, ausgehend von miteinander hybridisierten Nukleinsäuren derselben Grappe, von Homohybriden, die heterohybridisierten Nukleinsäuremoleküle beider Gruppen, gegebenenfalls nach enzymatischer Behandlung, ein Substrat für eine doppelstrangspezifische Exonuklease darstellen und im wesentlichen nur die Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe eines Heterohybrids exonukleolytisch verkürzt werden.(b) the linkers of the nucleic acid molecules of the first group are to be selected such that when hybrids are formed between nucleic acid molecules of the first group and nucleic acid molecules of the second group, from heterohybrids, starting from nucleic acids of the same group that are hybridized with each other, from homohybrids, the heterohybridized nucleic acid molecules of both groups , optionally after enzymatic treatment, constitute a substrate for a double-stranded exonuclease and essentially only the nucleic acid molecules of the first group of a heterohybrid are exonucleolytically shortened.
2. Verfahren zur Analyse von Sequenzunterschieden zwischen Nukleinsauremolekulen einer ersten und einer zweiten Grappe, wobei2. Method for analyzing sequence differences between nucleic acid molecules of a first and a second grappa, wherein
(a) die Nukleinsäuremoleküle der ersten Grappe und der zweiten Gruppe flankierende, für die Grappe charakteristische Sequenzen, Linker, aufweisen, die bei einer Vielzahl von Nukleinsauremolekulen einer Grappe sequenzidentisch sind;(a) the nucleic acid molecules of the first Grappe and the second group have flanking sequences, linkers, which are characteristic of the Grappe and which are sequence-identical in a large number of nucleic acid molecules of a Grappe;
(b) die Linker der Nukleinsäuremoleküle der ersten Grappe so zu wählen sind, daß bei Bildung von Hybriden zwischen Nukleinsauremolekulen der ersten Grappe und Nukleinsauremolekulen der zweiten Grappe, von Heterohybriden, ausge- hend von miteinander hybridisierten Nukleinsäuren derselben Gruppe, von(b) the linkers of the nucleic acid molecules of the first Grappe are to be chosen so that when hybrids are formed between nucleic acid molecules of the first Grappe and nucleic acid molecules of the second Grappe, heterohybrids, starting from nucleic acids of the same group hybridized with each other
Homohybriden, die heterohybridisierten Nukleinsäuremoleküle beider Gruppen, gegebenenfalls nach enzymatischer Behandlung, ein Substrat für eine doppelstrangspezifische Exonuklease darstellen und im wesentlichen nur die Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe eines Heterohybrids exonukleolytisch verkürzt werden; mit den folgenden Schritten: (aa) Bildung von Heterohybriden;Homohybrids, which are heterohybridized nucleic acid molecules of both groups, optionally after enzymatic treatment, a substrate for a double-stranded exonuclease and essentially only the nucleic acid molecules of the first group of a heterohybrid are shortened exonucleolytically; with the following steps: (aa) formation of heterohybrids;
(bb) gegebenenfalls Abtrennung von Homohybriden;(bb) optionally separating homohybrids;
(cc) exonukleolytische Verkürzung von Nukleinsauremolekulen der ersten(cc) exonucleolytic shortening of nucleic acid molecules of the first
Gruppe eines Heterohybrids mit Hilfe der doppelstrang-spezifischen E- xonuklease; (dd) Unterscheidung derjenigen Heterohybride, die an dem 3 '-Terminus desGroup of a heterohybrid using the double-strand-specific exonuclease; (dd) Differentiation of those heterohybrids that are at the 3 'terminus of the
Nukleinsäuremoleküls der ersten Gruppe eine ein- oder mehrbasigeNucleic acid molecule of the first group is a single or multi-base
Fehlpaarung aufweisen, den fehlgepaarten Heterohybriden, von den dort perfekt gepaarten Heterohybriden.Show mismatch, the mismatched heterohybrids, of the perfectly paired heterohybrids.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterscheidung erfolgt durch3. The method according to claim 2, characterized in that the distinction is made by
- Auffüllen der perfekt gepaarten Heterohybride unter Erhalt eines durchgängigen Doppelstrangs;- Filling the perfectly paired heterohybrids while maintaining a continuous double strand;
- Trennung der aufgefüllten Heterohybride von den nicht aufgefüllten, fehlgepaarten Heterohybriden; undSeparation of the filled heterohybrids from the unfilled, mismatched heterohybrids; and
- Identifikation der nicht aufgefüllten Heterohybride.- Identification of the unfilled heterohybrids.
4. Verfahren nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterscheidung erfolgt durch4. The method according spoke 2, characterized in that the distinction is made by
- Auffüllen der perfekt gepaarten Heterohybride unter Erhalt eines durchgängigen Doppelstrangs mit Nukleotiden einer ersten Art;- Filling the perfectly paired heterohybrids to obtain a continuous double strand with nucleotides of a first type;
- Entfernung der fehlgepaarten Base(n) der fehlgepaarten Heterohybride, so daß aus den fehlgepaarten Heterohybriden perfekt gepaarte Heterohybride werden;Removal of the mismatched base (s) of the mismatched heterohybrids, so that the mismatched heterohybrids become perfectly paired heterohybrids;
- Auffüllen der im letzten Schritt gebildeten, perfekt gepaarten Heterohybride mit Nukleotiden einer zweiten Art;Filling the perfectly paired heterohybrids formed in the last step with nucleotides of a second type;
- wobei die Nukleotide einer ersten Art eine immobilisierbare Gruppe aufweisen, die die Nukleotide der zweiten Art nicht aufweisen, oder die Nukleotide der ersten Art eine immobilisierbare Gruppe nicht aufweisen, die die Nukleotide der zweiten- The nucleotides of a first type have an immobilizable group that the nucleotides of the second type do not have, or the nucleotides of the first type do not have an immobilizable group that the nucleotides of the second
Art aufweisen;Have kind;
- Abtrennung der ursprünglich fehlgepaarten Heterohybride von den ursprünglich perfekt gepaarten Heterohybriden durch Immobilisierung entweder der ursprünglich fehlgepaarten Heterohybride oder der ursprünglich perfekt gepaarten Hetero- hybride;Separation of the originally mismatched heterohybrids from the originally perfectly paired heterohybrids by immobilization of either the originally mismatched heterohybrids or the originally perfectly paired heterohybrids;
- Identifikation der ursprünglich fehlgepaarten Heterohybride. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterscheidung erfolgt durch:- Identification of the originally mismatched heterohybrids. Method according to claim 2, characterized in that the distinction is made by:
- Auffüllen der perfekt gepaarten Heterohybride unter Erhalt eines durchgängigen Doppelstrangs;- Filling the perfectly paired heterohybrids while maintaining a continuous double strand;
- Isolation der fehlgepaarten Heterohybride über Hybridisierung mit einem immobilisierten oder immobilisierbaren Oligonukleotid und nachfolgender Immobilisierung des Hybrids aus Heterohybrid und Oligonukleotid;- Isolation of the mismatched heterohybrids via hybridization with an immobilized or immobilizable oligonucleotide and subsequent immobilization of the hybrid of heterohybrid and oligonucleotide;
- Identifikation der ursprünglich fehlgepaarten Heterohybride.- Identification of the originally mismatched heterohybrids.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterscheidung erfolgt durch:6. The method according to claim 2, characterized in that the distinction is made by:
- Verlängerung des 3 '-Terminus der perfekt gepaarten Heterohybride um ein zum Kettenabbrach führendes Nukleotid; - gegebenenfalls Abtrennung von nicht eingebauten, zum Kettenabbrach führenden- Extension of the 3 'terminus of the perfectly paired heterohybrids by a nucleotide leading to chain termination; - If necessary, separation of non-installed, leading to chain break
Nukleotiden;nucleotides;
- Entfernung der fehlgepaarten Base(n) der fehlgepaarten Heterohybride, so daß aus den fehlgepaarten Heterohybriden perfekt gepaarte Heterohybride werden;Removal of the mismatched base (s) of the mismatched heterohybrids, so that the mismatched heterohybrids become perfectly paired heterohybrids;
- Auffüllen der im vorausgegangenen Schritt gebildeten, perfekt gepaarten Hetero- hybride unter Bildung eines durchgängigen Doppelstrangs;- Filling in the perfectly paired heterohybrids formed in the previous step to form a continuous double strand;
- Isolation der im vorausgegangenen Schritt gebildeten, in Form eines Doppelstrangs vorliegenden Heterohybride;Isolation of the heterohybrids formed in the form of a double strand and formed in the previous step;
- Identifikation der isolierten Heterohybride.- Identification of the isolated heterohybrids.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Kettenabbruch führende Nukleotid eine immobilisierbare Gruppe trägt und die Isolation der in Form eines Doppelstrangs vorliegenden Heterohybride durch Immobilisierung und Abtrennung der um die immobilisierbare Gruppe verlängerten Heterohybride erfolgt.7. The method according to claim 6, characterized in that the nucleotide leading to chain termination carries an immobilizable group and the isolation of the heterohybrids present in the form of a double strand is carried out by immobilization and separation of the heterohybrids extended by the immobilizable group.
8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Homohybride von Schritt (bb) im Bereich der Linker geschnitten werden und die Restriktionsschnittstelle nur bei Homohybriden, nicht aber bei Heterohybriden vorliegt.8. The method according to claim 2, characterized in that the homohybrids of step (bb) are cut in the region of the linker and the restriction interface is only present in homohybrids, but not in heterohybrids.
9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heterohybride von Schritt (aa) im Bereich der Linker geschnitten werden und die Restriktionsschnittstelle nur bei Heterohybriden, nicht aber bei Homohybriden vorliegt. 9. The method according to claim 2, characterized in that the heterohybrids of step (aa) are cut in the region of the linker and the restriction interface is only present for heterohybrids, but not for homohybrids.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Merkmal (b) die Linker der Nukleinsäuremoleküle der zweiten Grappe mindestens einen gegenüber exonukleolytischen Abbau resistenten Nukleotidbaustein aufweisen.10. The method according to any one of claims 2 to 9, characterized in that in feature (b) the linkers of the nucleic acid molecules of the second grappa have at least one nucleotide building block resistant to exonucleolytic degradation.
11. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die heterohybridisierten Linker der Nukleinsäuremoleküle beider Gruppen einen 5 '-Überhang und einen 3 '-Überhang ausbilden und beide Überhänge jeweils durch die Nukleinsäuremoleküle der zweiten Gruppe gebildet werden.11. The composition according to claim 1, characterized in that the heterohybridized linkers of the nucleic acid molecules of both groups form a 5 'overhang and a 3' overhang and both overhangs are each formed by the nucleic acid molecules of the second group.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Merkmal (b) die Linker der Nukleinsäuremoleküle der ersten Grappe so zu wählen sind, daß bei Bildung von Heterohybriden, die Linker der Nukleinsäuremoleküle beider Gruppen einen 5'- und einen 3 '-Überhang ausbilden und beide Überhänge je- weils durch die Nukleinsäuremoleküle der zweiten Gruppe gebildet werden.12. The method according to any one of claims 2 to 8, characterized in that in feature (b) the linker of the nucleic acid molecules of the first Grappe are to be selected such that when heterohybrids are formed, the linker of the nucleic acid molecules of both groups is a 5 'and a Form 3 'overhang and both overhangs are each formed by the nucleic acid molecules of the second group.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei in Schritt (bb) die Homohybride in einer Form bereitgestellt werden, die durch beidseitige 3 '-Überhänge gekennzeichnet ist, und auf die Abtrennung verzichtet wird.13. The method according to claim 12, wherein in step (bb) the homohybrids are provided in a form which is characterized by 3 'overhangs on both sides and the separation is dispensed with.
14. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linker der unverkürzten Heterohybride eine Erkennungssequenz mindestens einer Restriktionsendonuklease in der Gestalt umfassen, daß der das 5 '-Ende des jeweiligen Strangs bildende Linkerstrang besagte Erkennungssequenz enthält, während der das 3 '-Ende des jeweiligen Strangs bildende Linkerstrang das reverse Komplement dieser Sequenz nicht enthält.14. The composition according to claim 1, characterized in that the linkers of the unabridged heterohybrids comprise a recognition sequence of at least one restriction endonuclease in the form that the linker strand forming the 5 'end of the respective strand contains said recognition sequence, during which the 3' end of the linker strand forming the respective strand does not contain the reverse complement of this sequence.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche, 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Merkmal (b) die Linker der Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe so zu wählen sind, daß bei Bildung von Heterohybriden die Linker der unverkürzten Heterohybride eine Erkennungssequenz mindestens einer Restriktionsendonuklease in der Gestalt umfassen, daß der das 5 '-Ende des jeweiligen Strangs bildende Linkerstrang besagte Erkennungssequenz enthält, während der das 3 '-Ende des jeweiligen Strangs bildende Linkerstrang das reverse Komplement dieser Sequenz nicht enthält. 15. The method according to any one of claims 2 to 8, characterized in that in feature (b) the linkers of the nucleic acid molecules of the first group are to be selected so that when heterohybrids are formed, the linkers of the unabridged heterohybrids have a recognition sequence of at least one restriction endonuclease in the Form include that the linker strand forming the 5 'end of the respective strand contains said recognition sequence, while the linker strand forming the 3' end of the respective strand does not contain the reverse complement of this sequence.
16. Verfahren nach Ansprach 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterscheidung erfolgt durch:16. The method according spoke 15, characterized in that the distinction is made by:
- Auffüllen der perfekt gepaarten Heterohybride unter Erhalt eines durchgängigen Doppelstrangs; - Schneiden der aufgefüllten Heterohybride im Bereich des Linkers mittels mindestens einer Restriktionsendonuklease, welche den durch Auffüllung wieder doppelsträngig gewordenen Linker schneiden kann, jedoch weder den einzelsträngigen Linker, noch den gegenüberliegenden Linker schneiden kann,- Filling the perfectly paired heterohybrids while maintaining a continuous double strand; Cutting the filled heterohybrids in the region of the linker by means of at least one restriction endonuclease, which can cut the linker which has become double-stranded again due to filling, but cannot cut the single-stranded linker or the opposite linker,
- Amplifikation der Heterohybride, welche nicht im vorangegangenen Schritt im Bereich des Linkers geschnitten wurden, mittels Amplifikationsprimern, welche lediglich an ungeschnitten gebliebene, nicht aber an geschnittene Linkerbereiche der Heterohybride binden können,Amplification of the heterohybrids, which were not cut in the region of the linker in the previous step, by means of amplification primers which can only bind to uncut, but not to cut, linker regions of the heterohybrids,
- Identifikation der ursprünglich fehlgepaarten Heterohybride.- Identification of the originally mismatched heterohybrids.
17. Verfahren nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Entfernung der fehlgepaarten Base(n) der fehlgepaarten Heterohybride verzichtet wird und die darauffolgende Auffüllung unter Bedingungen stattfindet, unter denen die verwendete Polymerase auch terminal fehlgepaarte Heterohybride als Substrat akzeptiert.17. The method according to claim 4 or 6, characterized in that the removal of the mismatched base (s) of the mismatched heterohybrids is dispensed with and the subsequent replenishment takes place under conditions under which the polymerase used also accepts terminally mismatched heterohybrids as a substrate.
18. Zusammensetzung, umfassend Nukleinsäuremoleküle einer ersten Gruppe und einer zweiten Gruppe, wobei18. A composition comprising nucleic acid molecules of a first group and a second group, wherein
(a) die Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe flankierende, für die Grappe charakteristische Sequenzen, Linker, aufweisen, die bei einer Vielzahl von Nukleinsauremolekulen einer Grappe sequenzidentisch sind;(a) the nucleic acid molecules of the first group and the second group flanking sequences which are characteristic of the Grappe and have linkers which are sequence-identical in a large number of nucleic acid molecules of a Grappe;
(b) die Nukleinsäuremoleküle der zweiten Gruppe abbauresistente Nukleotide enthalten, so daß auch die Nukleinsäuremoleküle im wesentlichen abbauresistent sind(b) the nucleic acid molecules of the second group contain degradation-resistant nucleotides, so that the nucleic acid molecules are also essentially degradation-resistant
19. Zusammensetzung, umfassend Nukleinsäuremoleküle einer ersten Grappe und einer zweiten Gruppe, wobei19. A composition comprising nucleic acid molecules of a first group and a second group, wherein
(a) die Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe flankierende, für die Gruppe charakteristische Sequenzen, Linker, aufweisen, die bei einer Vielzahl von Nukleinsauremolekulen einer Gruppe sequenzidentisch sind; (b) die Nukleinsäuremoleküle der ersten Grappe mit der Länge n einen geringen Anteil abbauresistenter Nukleotide an jeweils zufälliger Position enthalten, so daß ein exonukleolytischer Strangabbau an ebenfalls zufalliger Position, der Position jeweils eines abbauresistenten Nukleotids, abbricht und die erhaltene Mischung von Verkürzungsprodukten im wesentlichen alle möglichen Verkürzungsprodukte einer Länge zwischen 1 und n-1 Nukleotiden zu im wesentlichen gleichen Anteilen enthält.(a) the nucleic acid molecules of the first group and the second group flanking sequences which are characteristic of the group and have linkers which are sequence-identical for a large number of nucleic acid molecules of a group; (b) the nucleic acid molecules of the first grappe with the length n contain a small proportion of degradation-resistant nucleotides at a random position, so that an exonucleolytic strand degradation also terminates at a random position, the position of a degradation-resistant nucleotide, and the mixture of shortening products obtained essentially all contains possible shortening products of a length between 1 and n-1 nucleotides in essentially equal proportions.
20. Verfahren zur Analyse von Sequenzunterschieden zwischen Nukleinsauremolekulen einer ersten und einer zweiten Grappe, wobei20. A method for analyzing sequence differences between nucleic acid molecules of a first and a second Grappe, wherein
(a) die Nukleinsäuremoleküle der ersten Grappe und der zweiten Gruppe flankierende, für die Gruppe charakteristische Sequenzen, Linker, aufweisen, die bei einer Vielzahl von Nukleinsauremolekulen einer Gruppe sequenzidentisch sind; (b) die Nukleinsäuremoleküle der zweiten Grappe abbauresistente Nukleotide enthalten, so daß auch die Nukleinsäuremoleküle im wesentlichen abbauresistent sind; mit den folgenden Schritten: (aa) Bildung von Heterohybriden; (bb) gegebenenfalls Abtrennung von Homohybriden;(a) the nucleic acid molecules of the first Grappe and the second group have flanking sequences, linkers, which are characteristic of the group and which are sequence-identical for a large number of nucleic acid molecules of a group; (b) the nucleic acid molecules of the second grappe contain degradation-resistant nucleotides, so that the nucleic acid molecules are also essentially degradation-resistant; with the following steps: (aa) formation of heterohybrids; (bb) optionally separating homohybrids;
(cc) exonukleolytische Verkürzung von Nukleinsauremolekulen der ersten(cc) exonucleolytic shortening of nucleic acid molecules of the first
Gruppe eines Heterohybrids mit Hilfe einer doppelstrangspezifischen E- xonuklease;Group of a heterohybrid using a double-stranded exonuclease;
(dd) Unterscheidung derjenigen Heterohybride, die an dem 3 '-Terminus des Nukleinsäuremoleküls der ersten Gruppe eine ein- oder mehrbasige(dd) Differentiation of those heterohybrids which have a mono- or polybasic at the 3 'terminus of the nucleic acid molecule of the first group
Fehlpaarung aufweisen, den fehlgepaarten Heterohybriden, von den dort perfekt gepaarten Heterohybriden.Show mismatch, the mismatched heterohybrids, of the perfectly paired heterohybrids.
21. Verfahren zur Analyse von Sequenzunterschieden zwischen Nukleinsauremolekulen einer ersten und einer zweiten Gruppe, wobei21. A method for analyzing sequence differences between nucleic acid molecules of a first and a second group, wherein
(a) die Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe flankierende, für die Grappe charakteristische Sequenzen, Linker, aufweisen, die bei einer Vielzahl von Nukleinsauremolekulen einer Grappe sequenzidentisch sind; (b) die Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe mit der Länge n einen geringen Anteil abbauresistenter Nukleotide an jeweils zufälliger Position enthalten, so daß ein exonukleolytischer Strangabbau an ebenfalls zufälliger Position, der Position jeweils eines abbauresistenten Nukleotids, abbricht und die erhaltene Mischung von Verkürzungsprodukten im wesentlichen alle möglichen Verkürzungsprodukte einer Länge zwischen 1 und n-1 Nukleotiden zu im wesentlichen gleichen Anteilen enthält; mit den folgenden Schritten: (aa) Bildung von Heterohybriden; (bb) gegebenenfalls Abtrennung von Homohybriden;(a) the nucleic acid molecules of the first group and the second group flanking sequences which are characteristic of the Grappe and have linkers which are sequence-identical in a large number of nucleic acid molecules of a Grappe; (b) the nucleic acid molecules of the first group with the length n contain a small proportion of degradation-resistant nucleotides at a random position, so that an exonucleolytic strand degradation also terminates at a random position, the position of a degradation-resistant nucleotide, and the mixture of shortening products obtained essentially all contains possible shortening products of a length between 1 and n-1 nucleotides in essentially equal proportions; with the following steps: (aa) formation of heterohybrids; (bb) optionally separating homohybrids;
(cc) exonukleolytische Verkürzung von Nukleinsauremolekulen der ersten(cc) exonucleolytic shortening of nucleic acid molecules of the first
Gruppe eines Heterohybrids mit Hilfe einer doppelstrangspezifischen E- xonuklease;Group of a heterohybrid using a double-stranded exonuclease;
(dd) Unterscheidung derjenigen Heterohybride, die an dem 3 '-Terminus des Nukleinsäuremoleküls der ersten Grappe eine ein- oder mehrbasige(dd) Differentiation of those heterohybrids that have a mono- or polybasic at the 3 'terminus of the nucleic acid molecule of the first Grappe
Fehlpaarung aufweisen, den fehlgepaarten Heterohybriden, von den dort perfekt gepaarten Heterohybriden.Show mismatch, the mismatched heterohybrids, of the perfectly paired heterohybrids.
22. Zusammensetzung, umfassend eine Mischung von mehr als zwei verschiedenen Nukleinsauremolekulen je einer ersten Grappe und einer zweiten Gruppe, enthaltend22. A composition comprising a mixture of more than two different nucleic acid molecules each containing a first grappe and a second group
Heterohybride aus jeweils einem Nukleinsäuremolekül aus der ersten Grappe und, mit letzterem einen Doppelstrang bildend, einem hierzu mindestens teilweise komplementären Nukleinsäuremolekül der zweiten Grappe, wobei die Nukleinsäuremoleküle der ersten Gruppe an ihrem 3 '-Ende oder ihrem 5 '-Ende in einer dergestalt verkürzten Form vorliegen, daß von jedem Nukleinsäuremolekül der ersten Gruppe unterschiedlich stark verkürzte Varianten existieren.Heterohybrids each consisting of a nucleic acid molecule from the first grappe and, forming a double strand with the latter, an at least partially complementary nucleic acid molecule of the second grappe, the nucleic acid molecules of the first group at their 3 'end or their 5' end in such a shortened form exist that there are different shortened variants of each nucleic acid molecule of the first group.
23. Verfahren zur Analyse von Sequenzun erschieden zwischen Nukleinsauremolekulen einer ersten Gruppe und einer zweiten Grappe, umfassend folgende Schritte: (a) Bereitstellung einer Zusammensetzung, umfassend eine Mischung von mindestens zwei verschiedenen Nukleinsauremolekulen je einer ersten Grappe und einer zweiten Grappe, enthaltend Heterohybride aus jeweils einem Nukleinsäuremolekül aus der ersten Gruppe und, mit letzterem einen Doppelstrang bildend, einem hierzu mindestens teilweise komplementären Nukleinsäuremolekül der zweiten Gruppe, wobei die Nukleinsäuremoleküle der ersten Grappe an ihrem 3 '-Ende oder an ihrem 5 '-Ende in dergestalt verkürzter Form vorliegen, daß von jedem Nukleinsäuremolekül der ersten Grappe unterschiedlich stark verkürzte Varianten existieren, (b) Verlängerung an ihrem 3 '-Terminus perfekt gepaarter verkürzter Nukleinsäuremoleküle der ersten Grappe an ein bis zu diesem Terminus reichendes Primer- Extensionsprodukt, wobei an ihrem 3 '-Terminus fehlgepaarte verkürzte Nukleinsäuremoleküle im wesentlichen unverlängert bleiben, oder Ligation an ihrem 5'- Terminus perfekt gepaarter verkürzter Nukleinsäuremoleküle, wobei an ihrem 5'- Terminus fehlgepaarte verkürzte Nukleinsäuremoleküle im wesentlichen unligiert bleiben, (c) Trennung der Heterohybride voneinander, die einerseits ein verlängertes und andererseits ein unverlängert gebliebenes Nukleinsäuremolekül der ersten Gruppe enthaltenen, oder Trennung der Heterohybride voneinander, die einerseits ein ligiertes und andererseits ein unligiert gebliebenes Nukleinsäuremolekül der ersten Gruppe enthalten. 23. A method for analyzing sequences different between nucleic acid molecules of a first group and a second grappe, comprising the following steps: (a) providing a composition comprising a mixture of at least two different nucleic acid molecules, each of a first grappe and a second grappe, containing heterohybrids from each a nucleic acid molecule from the first group and, forming a double strand with the latter, an at least partially complementary nucleic acid molecule of the second group, the nucleic acid molecules of the first Grappe at their 3 'end or at their 5 'ends are present in such a shortened form that there are different shortened variants of each nucleic acid molecule of the first Grappe, (b) extension at their 3' terminus of perfectly paired shortened nucleic acid molecules of the first Grappe to a primer extension product extending up to this term , wherein mismatched shortened nucleic acid molecules remain essentially unpaired at their 3 'terminus, or ligation at their 5' terminus of perfectly paired shortened nucleic acid molecules, whereby mismatched shortened nucleic acid molecules remain essentially unligated at their 5 'terminus, (c) separation of the heterohybrids from each other, which on the one hand contain an extended and on the other hand an unextended nucleic acid molecule of the first group, or separation of the heterohybrids from one another which contain on the one hand a ligated and on the other hand an unligated nucleic acid molecule of the first group.
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