Methode zur Detektion von MutationenMethod for the detection of mutations
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Detektion von Mutationen in Nukleinsäuren und deren Verwendung, wobei neuartige Primer- Kombinationen verwendet werden, die eine Unterscheidung zwischen Translationsprodukten einer Wildtyp-Nukleinsäure und einer mutierten Nukleinsäure erlauben. Die Erfindung betrifft weiterhin Nachweiskits und Multi-Tag-Vektoren als Klonierungs- und/oder Expressionsvektoren sowie deren Verwendung.The present invention relates to methods for detecting mutations in nucleic acids and the use thereof, using novel primer combinations which allow a distinction to be made between translation products of a wild-type nucleic acid and a mutated nucleic acid. The invention further relates to detection kits and multi-tag vectors as cloning and / or expression vectors and the use thereof.
Mutationen stellen durch chemische oder physikalische Einflüsse verursachte Veränderungen des genetischen Materials einer Zelle oder eines Organismus dar. So führen z. B. erkennbare Mutationen zu Änderungen in Struktur- oder Regulatorgenen und zeigen sich entweder durch das Fehlen oder durch Veränderungen von Enzymen, Strukturproteinen, Stoffwechselreaktionen oder Stoffwechselleistungen. Auswirkungen auf morphologische Merkmale können z. B. Änderungen in d e r Pigmentierun g , Kö rperstru ktur od er Re aktio ne n auf Umweltveränderungen sein. Daher spielt besonders in der Forschung und der medizinischen Diagnostik eine sensitive und spezifische Analyse von Mutationen eine wichtige Rolle.Mutations represent changes in the genetic material of a cell or an organism caused by chemical or physical influences. B. recognizable mutations to changes in structural or regulatory genes and are shown either by the absence or by changes in enzymes, structural proteins, metabolic reactions or metabolic performance. Effects on morphological features can e.g. B. Changes in the pigmentation, body structure or responses to environmental changes. Therefore, a sensitive and specific analysis of mutations plays an important role, especially in research and medical diagnostics.
Die genaueste Methode zur Mutationsanalyse stellt die DNA-Sequenzierung dar. Mit diesem Verfahren kann eine DNA von einigen hundert Nukleotiden innerhalb weniger Stunden sequenziert werden. Allerdings handelt es sich bei diesem Verfahren um ein technisch sehr aufwendiges Verfahren mit einer relativ geringen Sensitivität. Daher findet die DNA-Sequenzierung zur Detektion von Mutationen nur in sehr wenigen Fällen Anwendung.
Ein technisch wesentlich weniger aufwendiges Verfahren, das sich zudem zur Analyse einer großen Probeπanzahl eignet, stellt die sequenzspezifische Hybridisierung, z. B. auf DNA-Chips dar. Solche Hybridisierungsverfahren ermöglichen eine sensitive und spezifische Detektion von Mutationen in Nukleinsäuren, sind jedoch nur in den Fällen anwendbar, in denen die potentiellen Mutationen der Nukleinsäure vor der Analyse genau bekannt sind. Dadurch sind Hybridisierungsverfahren nur sehr begrenzt einsetzbar und dienen lediglich zur Identifizierung oder Kontrolle einer erwarteten Mutation in einer Nukleinsäure.The most precise method for mutation analysis is DNA sequencing. With this method, DNA of several hundred nucleotides can be sequenced within a few hours. However, this method is a technically very complex method with a relatively low sensitivity. For this reason, DNA sequencing is only used to detect mutations in very few cases. A technically much less complex method, which is also suitable for analyzing a large number of samples, is sequence-specific hybridization, e.g. Such hybridization methods enable sensitive and specific detection of mutations in nucleic acids, but can only be used in cases in which the potential mutations of the nucleic acid are known exactly before the analysis. As a result, hybridization methods can be used only to a very limited extent and only serve to identify or control an expected mutation in a nucleic acid.
Ein weiteres Verfahren zur Mutationsdetektion in Nukleinsäuren mit relativ geringem technischen Aufwand und hoher Sensitivität, stellt der "Single Strand Conformation Polymorphism" (SSCP) dar. Dieses Verfahren basiert auf einer detektierbaren Konformationsänderung in Genen und ist daher lediglich auf sehr wenige Gene und sehr kurze Genabschnitte anwendbar. Eine Mutationsdetektion einer beliebig ausgewählten Nukleinsäure lässt sich daher in der Regel mit diesem Verfahren nicht durchführen.Another method for mutation detection in nucleic acids with relatively little technical effort and high sensitivity is the "Single Strand Conformation Polymorphism" (SSCP). This method is based on a detectable conformational change in genes and is therefore only for very few genes and very short gene segments applicable. Mutation detection of an arbitrarily selected nucleic acid can therefore generally not be carried out using this method.
Das PTT (" Protein Truncation Test") - Verfahren ist ein weiteres Verfahren zur Detektion von Mutationen in Nukleinsäuren. Dieses Verfahren stellt aufgrund seiner großen Anwendbarkeit eines der gebräuchlichstenThe PTT ("Protein Truncation Test") method is another method for the detection of mutations in nucleic acids. This method is one of the most common due to its great applicability
Verfahren zur Mutationsdetektion in Nukleinsäuren dar und ermöglicht eineProcess for mutation detection in nucleic acids and enables a
Mutationsdetektion auf Proteinebene anhand der Translationsprodukte der untersuchten Nukleinsäure. Bei diesem Verfahren wird die zu untersuchende, isolierte genomische DNA oder cDNA zunächst in vitro transkribiert und translatiert. Bei der Translation werden radioaktiv markierte Aminosäuren (z. B. 3SS Methionin) eingesetzt, um die translatierten Proteine nach Auftrennung durch SDS-Polyacrylamid-Mutation detection at the protein level using the translation products of the examined nucleic acid. In this method, the isolated genomic DNA or cDNA to be examined is first transcribed and translated in vitro. Radioactively labeled amino acids (e.g. 3S S methionine) are used in the translation to convert the translated proteins after separation by SDS-polyacrylamide
Gelelektrophorese durch Autoradiographie zu detektieren. Dieses Verfahren ermöglicht eine sensitive und spezifische Analyse von Mutationen anhand der Molekulargewichtsverteilung der translatierten Proteine, verfügt jedoch über zahlreiche Nachteile. Da die Mutationsdetektion des PTT-Verfahrens
durch SDS-Polyacrylamid-Gelelektrophorese und anschließender Autoradiographie der translatierten Proteine erfolgt, können mit Hilfe dieses Verfahrens nur Mutationen erfasst werden, die zu einem Translationsstop und damit zu einem im Vergleich zum Wildtyp-Protein deutlich kleineren Protein führen. Leseraster-Verschiebungsmutationen, die nicht zu einem Translationsstop führen und Leseraster-Verschiebungsmutationen oder Stop-Mutationen, die zu einem Translationsstop im Bereich des 3'-Endes der untersuchten Nukleinsäure führen, können mit dem PTT-Verfahren nicht detektiert werden, da der Molekulargewichtsunterschied zwischen mutiertem Protein und Wildtyp-Protein zu gering ist, um durch SDS- Polyacrylamid-Gelelektrophorese nachgewiesen zu werden. Ein weiterer Nachteil des herkömmlichen PTT-Verfahrens ist, dass aufgrund der notwendigen Verfahrensschritte SDS-Polyacrylamid-Gelelektrophorese und Autoradiographie keine vollständige Automatisierung des Verfahrens möglich ist. Durch den notwendigen Einsatz radioaktiver Aminosäuren kann das PTT-Verfahren nicht in jedem herkömmlichen Standardlabor durchgeführt werden und ist zudem sehr teuer in der Durchführung. Ein weiteres Problem, das sich bei dem PTT-Verfahren stellt, ist, dass vor der in vitro-Transkription und Translation keine Anreicherung der zu untersuchenden Nukleinsäure erfolgt. Daher können nur Proben untersucht werden, die eine große Kopienanzahl der zu untersuchenden Nukleinsäure enthalten, wie z. B. Tumore. Dadurch verfügt das PTT-Verfahren vor allem in der medizinischen Diagnostik über einen sehr geringen Anwendungsbereich.Detect gel electrophoresis by autoradiography. This method enables a sensitive and specific analysis of mutations based on the molecular weight distribution of the translated proteins, but has numerous disadvantages. Because the mutation detection of the PTT method by SDS polyacrylamide gel electrophoresis and subsequent autoradiography of the translated proteins, this method can only detect mutations that lead to a translation stop and thus to a protein that is significantly smaller than the wild-type protein. Reading frame shift mutations that do not lead to a translation stop and reading frame shift mutations or stop mutations that lead to a translation stop in the region of the 3 ′ end of the nucleic acid under investigation cannot be detected with the PTT method, since the molecular weight difference between mutated Protein and wild-type protein is too low to be detected by SDS polyacrylamide gel electrophoresis. Another disadvantage of the conventional PTT method is that due to the necessary process steps SDS-polyacrylamide gel electrophoresis and autoradiography it is not possible to fully automate the process. Due to the necessary use of radioactive amino acids, the PTT process cannot be carried out in every conventional standard laboratory and is also very expensive to carry out. Another problem that arises with the PTT method is that there is no enrichment of the nucleic acid to be examined before the in vitro transcription and translation. Therefore, only samples can be examined that contain a large number of copies of the nucleic acid to be examined, such as. B. tumors. As a result, the PTT method has a very small area of application, especially in medical diagnostics.
Zusammenfassend ist in der Literatur bisher kein geeignetes Verfahren zur Detektion von Mutationen in Nukleinsäuren beschrieben, das gleichzeitig eine Analyse jeder Art von DNA und RNA sowie eine sensitive und spezifische Detektion praktisch aller möglichen relevanten Mutationen zulässt, nicht radioaktiv, technisch einfach und automatisierbar ist und sich für den Einsatz in Hochdurchsatz-Systemen einsetzen lässt.
Der vorliegenden Erfindung lag daher das Ziel zugrunde, Verfahren zur Detektion von Mutationen in Nukleinsäuren bereitzustellen, welche die genannten Nachteile entsprechend dem Stand der Technik nicht aufweisen.In summary, no suitable method for the detection of mutations in nucleic acids has been described in the literature which simultaneously allows analysis of all types of DNA and RNA as well as sensitive and specific detection of practically all possible relevant mutations, is not radioactive, technically simple and can be automated and is for use in high-throughput systems. The aim of the present invention was therefore to provide methods for the detection of mutations in nucleic acids which do not have the disadvantages mentioned according to the prior art.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Detektion von Mutationen in Nukleinsäuren, umfassend die Schritte:According to the invention, this object is achieved by a method for the detection of mutations in nucleic acids, comprising the steps:
(a) Amplifizieren der gesuchten Nukleinsäure, um ein doppelsträngiges Amplifikationsprodukt zu erhalten, unter Verwendung von Primer- Kombinationen, die so ausgewählt werden, dass das Amplifikationsprodukt eine Nukleotidsequeπz aufweist, die (i) translatierbar ist und (ii) eine Unterscheidung zwischen Translationsprodukten einer Wildtyp-Nukleinsäure und den Translationsprodukten einer mutierten Nukleinsäure erlaubt,(a) amplifying the nucleic acid sought to obtain a double-stranded amplification product using primer combinations which are selected such that the amplification product has a nucleotide sequence which is (i) translatable and (ii) a distinction between translation products of a wild type -Nucleic acid and the translation products of a mutated nucleic acid allowed,
(b) in vitro Transkribieren und Translatieren der Amplifikationsprodukte und(b) transcribing and translating the amplification products in vitro and
(c) Nachweisen der translatierten Proteine.(c) Detecting the translated proteins.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz von Primer-Kombinationen, die so ausgewählt werden, dass das Amplifikationsprodukt eine Nukleotidsequenz aufweist, die translatierbar ist und eine Unterscheidung zwischen Translationsprodukten, einer Wildtyp-Nukleinsäure und einer mutierten Nukleinsäure erlaubt, wird erstmals ein Verfahren zur Mutationsdetektion bereitgestellt, das eine nicht-radioaktive, hoch sensitive und spezifische Detektion von Sequenzmutationen in Nukleinsäuren erlaubt, die zu einem Verlust oder zu einer Veränderung der Aminosäurenzusammensetzung eines Proteinabschnitts führen (siehe Figur 1 ). Auf Grund des geringen technischen Aufwands des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Verfahren in jedem herkömmlichen Standardlabor eingesetzt werden, um jede Art von DNA oder RNA auf das Vorhandensein von Mutationen zu testen, ohne Kenntnis der zu erwartenden Mutationen.
Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens basiert auf der Amplifikation der zu untersuchenden Nukleinsäure, um ein transkribierbares und translatierbares Amplifikationsprodukt zu erhalten, das eine Detektion von Mutationen in der Nukleinsäure erlaubt. Für die Amplifikation der zu untersuchenden Nukleinsäure werden traditionelle Verfahren, wie PCR oder RT-PCR, herangezogen, wobei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Primer-Kombinationen verwendet werden, die eine Unterscheidung zwischen Translationsprodukten einer Wildtyp-Nukleinsäure und einer mutierten Nukleinsäure erlauben.By using primer combinations according to the invention, which are selected such that the amplification product has a nucleotide sequence that is translatable and allows a distinction to be made between translation products, a wild-type nucleic acid and a mutated nucleic acid, a method for mutation detection is provided for the first time Non-radioactive, highly sensitive and specific detection of sequence mutations in nucleic acids, which lead to a loss or to a change in the amino acid composition of a protein segment (see FIG. 1). Because of the low technical complexity of the method according to the invention, the method can be used in any conventional standard laboratory in order to test any type of DNA or RNA for the presence of mutations, without knowing the mutations to be expected. Step (a) of the method according to the invention is based on the amplification of the nucleic acid to be examined in order to obtain a transcribable and translatable amplification product which allows detection of mutations in the nucleic acid. Traditional methods such as PCR or RT-PCR are used for the amplification of the nucleic acid to be investigated, primer combinations being used according to the method according to the invention, which allow a distinction to be made between translation products of a wild-type nucleic acid and a mutated nucleic acid.
Die neuartigen Primer-Kombinationen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassend in 5'→3'Richtung einen spezifischen Vorwärts-Primer mitThe novel primer combinations of the method according to the invention comprise a specific forward primer in the 5 '→ 3' direction
(a) einer Promotorsequenz für die Transkription,(a) a promoter sequence for transcription,
(b) einem Translationsstart-Motiv, das eine Translation im Leserahmen der Wildtyp-Nukleinsäure ermöglicht,(b) a translation start motif which enables translation in the reading frame of the wild-type nucleic acid,
(c) mindestens einem Sequenzabschnitt der, für ein nachweisbares erstes Peptid codiert und(c) at least one sequence section which codes for a detectable first peptide and
(d) einem Sequenzabschnitt, der ausreichend identisch ist mit der Sequenz am 5'-Ende der gesuchten Nukleinsäure, um eine spezifische Anlagerung und Amplifikation zu erlauben und in 3'→5'Richtung einen spezifischen Rückwärts-Primer mit (a) einem Sequenzabschnitt, der ausreichend komplementär ist zur Sequenz am 3'-Ende der gesuchten Nukleinsäure, um eine spezifische Anlagerung und Amplifikation zu erlauben, (b) mindestens einem Sequenzabschnitt, der für mindestens ein nachweisbares zweites Peptid, welches vom ersten Peptid verschieden ist, codiert und im Leserahmen der gesuchten Wildtyp- Nukleinsäure liegt, (c) Sequenzabschnitten, die für jeweils mindestens ein nachweisbares drittes und viertes Peptid, welche vom ersten und zweiten Peptid verschieden sind, codieren und in den beiden Leserahmen liegen, die
durch Verschiebung des Leserahmens der gesuchten Wildtyp- Nukleinsäure entstehen und (d) drei Stop-Motiven, eines für jeden möglichen Leserahmen, wobei die Reihenfolge der Sequenzabschnitte (b) und (c) des Rückwärts- Primers vertauscht sein kann.(d) a sequence section which is sufficiently identical to the sequence at the 5 'end of the nucleic acid sought to allow specific attachment and amplification and in the 3' → 5 'direction a specific reverse primer with (a) a sequence section, which is sufficiently complementary to the sequence at the 3 'end of the nucleic acid sought to allow specific attachment and amplification, (b) at least one sequence segment which codes for at least one detectable second peptide, which is different from the first peptide, and in the reading frame of the wild-type nucleic acid sought, (c) sequence sections which code for at least one detectable third and fourth peptide, which are different from the first and second peptide, and which lie in the two reading frames which by shifting the reading frame of the wild-type nucleic acid sought, and (d) three stop motifs, one for each possible reading frame, the sequence of the sequence sections (b) and (c) of the reverse primer can be interchanged.
Ein bevorzugtes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die beiden spezifischen Primer der erfindungsgemäßen Primer-Kombination Sequenzabschnitte aufweisen, die für mindestens ein nachweisbares erstes Peptid, mindestens ein nachweisbares zweites Peptid und mindestens ein nachweisbares drittes und viertes Peptid codieren . Diese Sequenzabschnitte können frei gewählt werden, besitzen jedoch vorzugsweise eine Länge im Bereich von 6 - 1 00 Nukleotiden, bevorzugt 9 - 60 Nukleotiden und besonders bevorzugt 9 - 45 Nukleotiden und codieren für nachweisbare Peptide, die entweder direkt, z. B. über direkte spezifische, hochaffine Wechselwirkung mit Bindepartnern wie vom Typ Ligand-Rezeptor, Antigen-Antikörper und/oder indirekt, z. B. über eine Aminosäureseitenketten-Markierung, nachweisbar sind. Die Erfindung sieht jedoch vorzugsweise vor, dass diese Sequenzabschnitte aus den in SEQ. ID NO.: 1 - 20 gezeigten Nukleinsäuresequenzen ausgewählt werden.A preferred feature of the method according to the invention is that the two specific primers of the primer combination according to the invention have sequence segments which code for at least one detectable first peptide, at least one detectable second peptide and at least one detectable third and fourth peptide. These sequence sections can be chosen freely, but preferably have a length in the range of 6-100 nucleotides, preferably 9-60 nucleotides and particularly preferably 9-45 nucleotides and code for detectable peptides that are either direct, e.g. B. via direct specific, high-affinity interaction with binding partners such as ligand-receptor, antigen-antibody and / or indirectly, for. B. via an amino acid side chain label, are detectable. However, the invention preferably provides that these sequence sections from the in SEQ. ID NO .: 1 - 20 nucleic acid sequences shown can be selected.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen; neuartigen Primer- Kombinationen stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren bereit, das eine nicht-radioaktive Detektion von Mutationen in Nukleinsäuren auf Proteinebene ermöglicht. Gleichzeitig erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren erstmals eine Unterscheidung zwischen einer Stop-Mutation oder einer Leseraster-Verschiebungsmutation, die zu einem Stop-Signal führt und einer Leseraster-Verschiebungsmutation, die nicht zu einem Stop- Signal führt.By using the; Novel primer combinations, the present invention provides a method that enables a non-radioactive detection of mutations in nucleic acids at the protein level. At the same time, the method according to the invention allows for the first time a distinction between a stop mutation or a reading frame shift mutation which leads to a stop signal and a reading frame shift mutation which does not lead to a stop signal.
Codieren in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Sequenzabschnitte (c) des Vorwärts-Primers und die
Sequenzabschnitte (b) und (c) des Rückwärts-Primers der erfiπdungsgemäßen Primer-Kombination für immunologisch nachweisbare Peptide, dann erfolgt der Nachweis der Peptide vorzugsweise über die entsprechenden spezifischen Antikörper. So ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine hoch sensitive und hoch spezifische Mutationsdetektion. Enthält der spezifische Vorwärts-Primer zusätzlich Sequenzabschnitte (c), die für zwei unterschiedliche nachweisbare erste Peptide codieren, so kann Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens - der Nachweis der translatierten Proteine und somit die Mutationsdetektion - mittels differenziellem ELISA erfolgen.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the sequence sections (c) of the forward primer and the Sequence sections (b) and (c) of the reverse primer of the primer combination according to the invention for immunologically detectable peptides, then the peptides are preferably detected via the corresponding specific antibodies. The method according to the invention thus enables highly sensitive and highly specific mutation detection. If the specific forward primer additionally contains sequence sections (c) which code for two different detectable first peptides, step (c) of the method according to the invention - the detection of the translated proteins and thus the mutation detection - can be carried out by means of differential ELISA.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, werden Primer-Kombinationen verwendet, bei denen der spezifische Rückwärts-Primer Sequenzabschnitte (c) enthält, die für ein gleiches nachweisbares drittes und viertes Peptid codieren. In diesem Fall erfolgt die Detektion von Leseraster-Verschiebungsmutationen, die in den beiden Leserahmen liegen, die durch Verschiebung des Leserahmens der gesuchten Wildtyp-Nukleinsäure entstehen und nicht zu einem Translationsstop führen, über das gleiche nachweisbare Peptid. Allerdings kann so der Leserahmen der mutierten Nukleinsäure nicht mehr eindeutig identifiziert werden. Soll der Leserahmen der mutierten Nukleinsäure hingegen genauer bestimmt werden, so enthält der Rückwärts-Primer Sequenzabschnitte (c), die für unterschiedliche dritte und vierte Peptide codieren.In a further embodiment of the method according to the invention, primer combinations are used in which the specific reverse primer contains sequence segments (c) which code for an identical detectable third and fourth peptide. In this case, the detection of reading frame shift mutations which lie in the two reading frames and which result from shifting the reading frame of the wild-type nucleic acid sought and do not lead to a translation stop is carried out via the same detectable peptide. However, the reading frame of the mutated nucleic acid can no longer be clearly identified. If, on the other hand, the reading frame of the mutated nucleic acid is to be determined more precisely, the reverse primer contains sequence sections (c) which code for different third and fourth peptides.
Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion von Mutationen in Nukleinsäuren umfasst die in vitro Transkription und Translation der Amplifikationsprodukte aus Schritt (a). Vorzugweise erfolgt die in vitro Transkription und Translation der Amplifikationsprodukte durch Zugabe von Zelllysat. Als Zelllysate werden vorzugsweise kommerzielle oder selbst hergestellte Lysate aus transkriptions- und translationsaktiven Säugerzellen, wie z.B. Retikulozyten aus Kaninchen, Pflanzenzellen, wie
z.B. Weizenkeim und/oder Bakterienzellen, wie z.B. E.coli, verwendet. In Abhängigkeit von dem Vorhandensein einer Mutation in der gesuchten Nukleinsäure der zu analysierenden Probe, können in Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens im allgemeinen drei verschiedene Mischungen von Translationsprodukten entstehen (Figur 1 ) :Step (b) of the method according to the invention for the detection of mutations in nucleic acids comprises the in vitro transcription and translation of the amplification products from step (a). The in vitro transcription and translation of the amplification products is preferably carried out by adding cell lysate. Commercial or self-made lysates from transcriptionally and translationally active mammalian cells, such as reticulocytes from rabbits, plant cells, such as For example, wheat germ and / or bacterial cells, such as E. coli, are used. Depending on the presence of a mutation in the nucleic acid of the sample to be analyzed, three different mixtures of translation products can generally arise in step (b) of the method according to the invention (FIG. 1):
(I) Enthält die gesuchte Nukleinsäure keine Mutationen, entsteht bei der(I) If the nucleic acid you are looking for does not contain any mutations, the
Translation ausschließlich das Wildtyp-Protein, das am N-Terminus an mindestens ein nachweisbares erstes Peptid und am C-Terminus an mindestens ein nachweisbares zweites Peptid fusioniert ist. (II) Enthält die gesuchte Nukleinsäure eine Stop-Mutation .oder eineTranslation exclusively the wild-type protein which is fused to at least one detectable first peptide at the N-terminus and to at least one detectable second peptide at the C-terminus. (II) Does the nucleic acid searched contain a stop mutation or one
Leseraster-Verschiebungsmutation, die zu einem Translationsstop führt, entsteht bei der Translation mutiertes Protein, dessenReading frame shift mutation, which leads to a translation stop, arises during translation of the mutant protein, the
Aminosäuregesamtlänge im Vergleich zum Wildtyp-Protein verkürzt ist und das am N-Terminus an mindestens ein nachweisbares erstes Peptid fusioniert ist, während an den C-Terminus kein nachweisbares Peptid fusioniert ist. Wenn in der Probe auch nicht- mutierte gesuchte Nukleinsäure vorkommt, dann entsteht zusätzlichTotal amino acid length is shortened compared to the wild-type protein and that is fused to at least one detectable first peptide at the N-terminus, while no detectable peptide is fused to the C-terminus. If the sample also contains non-mutated nucleic acid, then this also arises
Wildtyp-Protein (I).Wild type protein (I).
(III) Enth ält d ie gesuchte Nukleinsäure eine Leseraster- Verschiebungsmutation, die nicht zu einem Translationsstop führt, entsteht bei der Translation mutiertes Protein, das am N-Terminus an mindestens ein nachweisbares erstes Peptid und am C-Terminus an mindestens ein nachweisbares drittes oder viertes Peptid fusioniert ist. Wenn in der Probe auch nicht-mutierte gesuchte Nukleinsäure vorkommt, dann entsteht zusätzlich Wildtyp-Protein ( I) .(III) If the nucleic acid sought contains a reading frame shift mutation which does not lead to a translation stop, mutation results in the translation, which has at least one detectable first peptide at the N-terminus and at least one detectable third or at the C-terminus fourth peptide is fused. If the sample also contains non-mutated nucleic acid, wild-type protein (I) is also produced.
Die neuartige Primer-Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht eine selektive und spezifische Mutationsdetektion, wobei das Translationsprodukt der gesuchten Nukleinsäure (nicht-mutiertes unverkürztes Wildtyp-Protein, mutiertes verkürztes Wildtyp-Protein aufgrund einer Leseraster-Verschiebungsmutation oder einer Punktmutation, die zu einem Translationsstop führt oder/und mutiertes
u nverkürztes Wildtyp-Protein aufg rund einer Leseraster- Verschiebungsmutation, die nicht zu einem Translationsstop führt) anhand der verschiedenen nachweisbaren ersten, zweiten, dritten und vierten Peptide identifiziert werden kann. Wird nur das Translationsprodukt der untersuchten Nukleinsäure detektiert, das N-terminal an ein nachweisbares erstes Peptid und C-terminal an ein nachweisbares zweites Peptid fusioniert ist, liegt in der gesuchten Nukleinsäure keine Sequenzmutation vor. Ist das Translationsprodukt der untersuchten Nukleinsäure hingegen N-terminal an mindestens ein nachweisbares erstes Peptid und C-terminal an mindestens ein nachweisbares drittes oder viertes Peptid fusioniert, enthält die untersuchte Nukleinsäure eine Leseraster-Verschiebungsmutation, die nicht zu einem Translationsstop führt. Verfügt das Translationsprodukt der untersuchten Nukleinsäure nur über mindestens ein N-terminal fusioniertes nachweisbares erstes Peptid, jedoch über kein C-terminal fusioniertes Peptid, so weist die untersuchte Nukleinsäure eine Stop-Mutation oder eine Leseraster-Verschiebungsmutation, die zu einem Translationsstop führt, oder den (monoallelischen) Verlust der gesamten Sequenz auf.The novel primer combination of the method according to the invention enables selective and specific mutation detection, the translation product of the nucleic acid sought (non-mutated, uncut, wild-type protein, mutated, shortened, wild-type protein due to a reading frame shift mutation or a point mutation that leads to a translation stop or / and mutated abbreviated wild-type protein based on a reading frame shift mutation that does not lead to a translation stop) can be identified from the various detectable first, second, third and fourth peptides. If only the translation product of the nucleic acid under investigation is detected, which is fused N-terminally to a detectable first peptide and C-terminally fused to a detectable second peptide, there is no sequence mutation in the nucleic acid sought. If, on the other hand, the translation product of the examined nucleic acid is fused N-terminally to at least one detectable first peptide and C-terminally to at least one detectable third or fourth peptide, the nucleic acid examined contains a reading frame shift mutation which does not lead to a translation stop. If the translation product of the examined nucleic acid has only at least one N-terminally fused detectable first peptide, but no C-terminally fused peptide, the examined nucleic acid has a stop mutation or a reading frame shift mutation that leads to a translation stop, or the (monoallelic) loss of the entire sequence.
So ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelungen, ein Verfahren zur Detektion von Mutationen in Nukleinsäuren bereitzustellen, das alleThus, the method according to the invention has succeeded in providing a method for the detection of mutations in nucleic acids, which all
Sequenzmodulationen erfasst, die eine Leseraster-Verschiebung beinhalten und zum Verlust und zum vorzeitigen Stop der Translation einesSequence modulations recorded, which include a reading frame shift and the loss and premature stop of translation
Proteinabschnitts führen. Zusätzlich ermöglicht das erfindungsgemäßeLead protein section. In addition, the invention enables
Verfahren jede Art von DNA und/oder RNA, die durch herkömmliche PCR und/oder RT-PCR amplifizierbar ist, einer Mutationsdetektion zu unterziehen. Aufgrund der nicht-radioaktiven Detektion von Mutationen inMethods of subjecting any type of DNA and / or RNA that can be amplified by conventional PCR and / or RT-PCR to a mutation detection. Due to the non-radioactive detection of mutations in
Nukleinsäuren anhand der Anwesenheit der verschiedenen nachweisbaren ersten, zweiten, dritten und vierten Peptide im Translationsprodukt der untersuchten Nukleinsäure, ist das erfindungsgemäße Verfahren in jedem herkömmlichen Standardlabor einsetzbar.
In Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der Nachweis der translatierten Proteine, vorzugsweise umfassend die folgenden Schritte: (i) ein zumindest teilweises Entfernen von nicht-mutiertem Wildtyp- Protein, (ii) eine Immobilisierung der translatierten Proteine undBased on the presence of the various detectable first, second, third and fourth peptides in the translation product of the nucleic acid under investigation, the method according to the invention can be used in any conventional standard laboratory. In step (c) of the method according to the invention, the translated proteins are detected, preferably comprising the following steps: (i) at least partial removal of non-mutated wild-type protein, (ii) immobilization of the translated proteins and
(iii) eine Proteindetektion, die qualitativ, vorzugsweise jedoch auch quantitativ durchgeführt werden kann.(iii) protein detection, which can be carried out qualitatively, but preferably also quantitatively.
Vorzugsweise erfolgt die Immobilisierung der translatierten Proteine (ii) über ein nachweisbares erstes Peptid. Dabei können die Translationsprodukte der gesuchten Nukleinsäure beispielsweise an einer festen Matrix immobilisiert werden, die einen spezifischen Biπdepartner für das erste Peptid enthält. Die nachfolgende Proteindetektion (iii) der immobilisierten Proteine, die gleichzeitig die Mutationsanalyse beinhaltet, umfasst vorzugweise die folgenden Schritte: a) Detektion der Gesamtmenge der Proteine durch Bestimmung eines weiteren nachweisbaren ersten Peptids oder durch einen Antikörper gegen das Protein, b) Detektion der Menge an nicht-mutiertem Wildtyp-Protein durch Bestimmung eines nachweisbaren zweiten Peptids und/oder c) Detektion der Menge an mutiertem Protein durch Bestimmung eines nachweisbaren dritten und/oder vierten Peptids.The translated proteins (ii) are preferably immobilized via a detectable first peptide. The translation products of the nucleic acid sought can be immobilized, for example, on a solid matrix which contains a specific partner for the first peptide. The subsequent protein detection (iii) of the immobilized proteins, which also includes the mutation analysis, preferably comprises the following steps: a) detection of the total amount of the proteins by determining another detectable first peptide or by an antibody against the protein, b) detection of the amount non-mutated wild-type protein by determining a detectable second peptide and / or c) detecting the amount of mutated protein by determining a detectable third and / or fourth peptide.
Das Vorhandensein einer nachweisbaren Mutation erfolgt vorzugsweise rechnerisch durch Differenz Gesamtprotein minus Wildtyp-Protein (siehe Figur 1 ) .The presence of a detectable mutation is preferably carried out arithmetically by difference total protein minus wild-type protein (see Figure 1).
D a s erf i nd u ng sg emä ße Verfa h ren s ieht zwei bevo rzugte Ausführungsformen für den Nachweis der translatierten Proteine (c) vor:The method according to the invention provides two preferred embodiments for the detection of the translated proteins (c):
In einer ersten Ausführungsform erfolgt Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels differenziellem ELISA, vorzugsweise dann, wenn es sich
bei den nachweisbaren Peptiden um immunologisch nachweisbare Peptide handelt und wenn die Sequenzabschnitte (c) des spezifischen Vorwärts- Primers der erfindungsgemäßen Primer-Kombinationen für mindestens zwei unterschiedliche nachweisbare erste Peptide codieren.In a first embodiment, step (c) of the method according to the invention takes place by means of differential ELISA, preferably when it is the detectable peptides are immunologically detectable peptides and if the sequence sections (c) of the specific forward primer of the primer combinations according to the invention code for at least two different detectable first peptides.
In diesem Fall erfolgt die Entfernung des nicht-mutierten Wildtyp-Proteins (i) vorzugsweise durch Präzipitation mit Matrices oder immobilisierten Antikörpern, die an das immunologisch nachweisbare zweite Peptid binden. Für die Präzipitation des nicht-mutierten Wildtyp-Proteins mit Matrices werden vorzugweise unlösliche Matrices verwendet, wie z.B. Cellulose oder Agarose, an denen entsprechende Antikörper und/oder andere Proteine, wie z.B. Avidin, immobilisiert sind, die entweder kovalent oder nichtkovaleπt, jedoch hoch affin das immunologisch nachweisbare zweite Peptid des Wildtyp-Proteins binden. Vorzugsweise werden Matrices in Form magnetischer oder nicht-magnetischer Beads verwendet, auf denen Antikörper gegen das immunologisch nachweisbare zweite Peptid immobilisiert sind. Dafür eignen sich kommerziell erhältliche Protein-A und/oder Protein-G-Matrices. Diese bestehen aus einer unlöslichen Kohlenhydrat-Matrix aus Cellulose oder Agarose, an die kovalent die bakteriellen Proteine, Protein A oder Protein G, gebunden sind, die wiederum nicht kovalent aber mit sehr hoher Affinität an fast alle Klassen von Antikörpern binden. Wird der entsprechende Antikörper an die Protein- A- oder Protein-G-Matrices gebunden, so erfolgt die Präzipitation des nicht- mutierten Wildtyp-Proteins über die Wechselwirkung zwischen Antikörper und immunologisch nachweisbarem zweiten Peptid. Ist das nachweisbare zweite Peptid des nicht-mutierten Wildtyp-Proteins Biotin markiert, so erfolgt die Präzipitation vorzugsweise mit Matrices wie Cellulose oder Agarose, an die das Protein Avidin gebunden ist. Handelt es sich bei dem nachweisbaren zweiten Peptid hingegen um ein (His)6-Tag, so kann das nicht-mutierte Wildtyp-Protein über eine Ni-NTA-Agarose-Matrix entfernt werden. So ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Anreicherung
des mutierten Proteins und damit selbst eine Mutationsdetektion in Proben, die nur sehr geringe Mengen an mutierter DNA oder RNA enthalten.In this case the non-mutated wild-type protein (i) is preferably removed by precipitation with matrices or immobilized antibodies which bind to the immunologically detectable second peptide. For the precipitation of the non-mutated wild-type protein with matrices, preferably insoluble matrices are used, such as cellulose or agarose, on which corresponding antibodies and / or other proteins, such as avidin, are immobilized, which are either covalent or noncovalent, but highly affine bind the immunologically detectable second peptide of the wild-type protein. Matrices in the form of magnetic or non-magnetic beads are preferably used, on which antibodies against the immunologically detectable second peptide are immobilized. Commercially available Protein A and / or Protein G matrices are suitable for this. These consist of an insoluble carbohydrate matrix made of cellulose or agarose, to which the bacterial proteins, protein A or protein G, are covalently bound, which in turn do not bind covalently but with very high affinity to almost all classes of antibodies. If the corresponding antibody is bound to the protein A or protein G matrices, the non-mutated wild-type protein is precipitated via the interaction between the antibody and the immunologically detectable second peptide. If the detectable second peptide of the non-mutated wild-type protein biotin is labeled, the precipitation is preferably carried out with matrices such as cellulose or agarose, to which the protein avidin is bound. If, on the other hand, the detectable second peptide is a (His) 6 tag, the non-mutated wild-type protein can be removed using an Ni-NTA agarose matrix. The method according to the invention thus enables enrichment of the mutated protein and thus a mutation detection in samples that contain only very small amounts of mutated DNA or RNA.
Die Immobilisierung dertranslatierten Proteine (ii) erfolgt vorzugsweise über Antikörper gegen das erste nachweisbare erste Peptid auf einer Mikrotiter- Platte, oder über Bindepartner für das erste nachweisbare erste Peptid auf einer entsprechend modifizierten Platte (z.B. Ni2 + -beschichtete Platte, Avidin-beschichtete Platte), wobei die zu analysierende Probe der Translationsprodukte in mindestens drei und vorzugsweise mindestens vier Aliquote aufgeteilt wird, die auf verschiedene Depots der Platte verteilt werden.The translated proteins (ii) are preferably immobilized via antibodies against the first detectable first peptide on a microtiter plate, or via binding partners for the first detectable first peptide on a correspondingly modified plate (eg Ni 2+ -coated plate, avidin-coated plate ), the sample of the translation products to be analyzed being divided into at least three and preferably at least four aliquots, which are distributed over different depots of the plate.
Die nachfolgende Proteindetektion (iii), die gleichzeitig dieThe subsequent protein detection (iii), which simultaneously the
Mutationsanalyse beinhaltet, umfasst in diesem Fall die folgenden Schritte: a) Detektion der Gesamtmenge der immobilisierten Proteine mit einem monoklonalen Antikörper gegen ein weiteres immunologisch nachweisbares erstes Peptid (in einem ersten Depot derIn this case, mutation analysis includes the following steps: a) detection of the total amount of the immobilized proteins with a monoclonal antibody against a further immunologically detectable first peptide (in a first depot of
Mikrotiterplatte) oder durch einen Antikörper gegen das Protein, b) Detektion der Menge an immobilisiertem nicht-mutiertem Wildtyp- Protein mit einem monoklonalen Antikörper gegen ein nachweisbares zweites Peptid (in einem zweiten Depot der Mikrotiterplatte) und/oder c) Detektion der Menge an immobilisiertem mutiertem Protein mit monoklonalen Antikörpern gegen ein immunologisch nachweisbares drittes und viertes Peptid (in einem dritten und/oder vierten Depot der Mikrotiterplatte), wobei der Nachweis der Mutation durch Quantifizierung der detektierten Proteinmengen und Berechnung (differenzieller ELISA) erfolgt.Microtiter plate) or by an antibody against the protein, b) detection of the amount of immobilized non-mutated wild-type protein with a monoclonal antibody against a detectable second peptide (in a second depot of the microtiter plate) and / or c) detection of the amount of immobilized mutated protein with monoclonal antibodies against an immunologically detectable third and fourth peptide (in a third and / or fourth depot of the microtiter plate), the mutation being detected by quantification of the detected protein amounts and calculation (differential ELISA).
Alternativ können für die Proteindetektion (iii) Nachweisreagenzien, z. B. Antikörper verwendet werden, die unterschiedliche Markierungen tragen,
wie z. B. Fluoreszenzfarbstoffe mit unterschiedlichen Emmissionsmaxima. Dies führt zu einer wesentlichen Vereinfachung des Nachweises der translatierten Proteine, da die zu untersuchende Probe der Translationsprodukte nun nicht mehr in Aliquote aufgeteilt werden muss, sondern eine Analyse der verschiedenen immunologisch nachweisbaren Peptide in nur einem Ansatz, z. B. einem Depot der Platte, ermöglicht wird.Alternatively, detection reagents, e.g. B. antibodies are used which carry different labels, such as B. fluorescent dyes with different emission maxima. This leads to a significant simplification of the detection of the translated proteins, since the sample of the translation products to be examined no longer has to be divided into aliquots, but rather an analysis of the various immunologically detectable peptides in one approach, e.g. B. a depot of the plate is made possible.
In einer zweiten Ausführungsform erfolgt Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels chromatographischer bzw. elektrophoretischer Auftrennung, z. B. nach Größe und nachfolgender Detektion, vorzugsweise dann, wenn es sich bei den nachweisbaren Peptiden um immunologisch nachweisbare Peptide oder direkt nachweisbare Peptide (über Avidin-Matrix oder Ni-NTA-Matrix) handelt.In a second embodiment, step (c) of the method according to the invention is carried out by means of chromatographic or electrophoretic separation, eg. B. according to size and subsequent detection, preferably when the detectable peptides are immunologically detectable peptides or directly detectable peptides (via avidin matrix or Ni-NTA matrix).
In diesem Fall erfolgt die Entfernung des nicht-mutierten Wildtyp-Proteins ( i ) vo rzugs we ise d u rc h A f fi n itätsch romato g raph i e . D ieser affinitätschromatographische Reinigungsschritt führt zu einer Anreicherung der mutierten Proteine. So ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren selbst eine Mutationsdetektion in Proben, die nur sehr geringe Mengen an mutierter DNA oder RNA enthalten.In this case, the removal of the non-mutated wild-type protein (i) is preferably carried out by means of af fi nity chromatography. This affinity chromatographic purification step leads to an enrichment of the mutated proteins. The method according to the invention thus enables mutation detection in samples which contain only very small amounts of mutated DNA or RNA.
Die analytische Trennung und Immobilisierung der translatierten Proteine (ii) erfolgt vorzugsweise mittels SDS-Polyacrylamid-Gelelektrophorese und anschließendem Western-Blotting, d. h. Transfer auf eine Membran.The analytical separation and immobilization of the translated proteins (ii) is preferably carried out by means of SDS-polyacrylamide gel electrophoresis and subsequent Western blotting, ie. H. Transfer to a membrane.
Die auf der Membran immobilisierten Proteine werden durch Nachweisreagenzien, z. B. Antikörper gegen die verschiedenen immunologisch nachweisbaren Peptide detektiert, wobei die Proteindetektion (iii) folgende Schritte umfasst: a) Detektion der Gesamtmenge der Proteine mit einem Antikörper gegen ein immunologisch nachweisbares erstes Peptid oder mit einem Antikörper gegen das Protein,
b) Detektion der Menge an nicht-mutiertem Wildtyp-Protein mit einem Antikörper gegen ein immunologisch nachweisbares zweites Peptid und/oder c) Detektion der Menge an mutiertem Protein mit Antikörpern gegen ein immunologisch nachweisbares drittes und viertes Peptid.The proteins immobilized on the membrane are determined by detection reagents, e.g. B. antibodies against the various immunologically detectable peptides are detected, the protein detection (iii) comprising the following steps: a) detection of the total amount of the proteins with an antibody against an immunologically detectable first peptide or with an antibody against the protein, b) detection of the amount of non-mutated wild-type protein with an antibody against an immunologically detectable second peptide and / or c) detection of the amount of mutated protein with antibodies against an immunologically detectable third and fourth peptide.
Erfolgt die Detektion von Mutationen in Nukleinsäuren gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens über den Nachweis der translatierten Proteine, wird eine hoch sensitive und spezifische Mutationsdetektion ermöglicht. So werden ausschließlich Proteine erfasst, die als Ergebnis der in vitro Translation mit dem richtigen Start-Codon und im gewünschten Leserahmen entstanden sind. Unspezifische Nebenprodukte werden hingegen nicht detektiert. Des weiteren liegt die Nachweisgrenze der Detektion in Größenordnungen, die selbst eine Detektion von Mutationen in Proben zulässt, die nur sehr geringe Mengen an mutierter DNA oder RNA enthalten.If the detection of mutations in nucleic acids takes place according to this preferred embodiment of the method according to the invention by detecting the translated proteins, a highly sensitive and specific mutation detection is made possible. Only proteins that are the result of in vitro translation with the correct start codon and in the desired reading frame are recorded. However, non-specific by-products are not detected. Furthermore, the detection limit of the detection is of the order of magnitude, which even allows detection of mutations in samples which contain only very small amounts of mutated DNA or RNA.
Wird der Nachweis der translatierten Proteine des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels ELISA durchgeführt, so kann das gesamte Verfahren problemlos automatisiert werden und an ein Hochdurchsatz-System angepasst werden. Somit wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erstmals ein Verfahren zur Detektion von Mutationen in Nukleinsäuren bereitgestellt, das eine schnelle, hoch sensitive, hoch spezifische und automatisierbare Mutationsdetektion in jeder Art von DNA und/oder RNA ermöglicht.If the translated proteins of the method according to the invention are detected by means of ELISA, the entire method can be automated without problems and adapted to a high-throughput system. Thus, the method according to the invention provides for the first time a method for the detection of mutations in nucleic acids, which enables rapid, highly sensitive, highly specific and automatable mutation detection in any type of DNA and / or RNA.
Erfolgt der Nachweis der translatierten Proteine durch chromatographische bzw. elektrophoretische Auftrennung und anschließender Detektion, so gibt ein weiterer Parameter, nämlich die Größe der translatierten Proteine, Aufschluss über die zu detektierenden Mutationen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vor Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Anreicherung der gesuchten Nukleinsäure durchgeführt. Vorzugsweise erfolgt die Anreicherung der gesuchten Nukleinsäure durch Hybridisierung an eine zur gesuchten Sequenz komplementäre Sequenz, die immobilisiert sein kann. Dieser Schritt ist für die eigentliche Mutationsdetektion nicht notwendig, erhöht jedoch zusätzlich die Sensitivität des nachfolgenden erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Anreicherung der gesuchten Nukleotidsequenz ist vor allem dann günstig, wenn die gesuchte Nukleinsäure zwar in ausreichender Kopieπzahl jedoch nur in sehr geringer Konzentration in der Probe vorliegt.If the translated proteins are detected by chromatographic or electrophoretic separation and subsequent detection, a further parameter, namely the size of the translated proteins, provides information about the mutations to be detected. In a further embodiment of the invention, an enrichment of the nucleic acid sought is carried out before step (a) of the method according to the invention. The nucleic acid sought is preferably enriched by hybridization to a sequence which is complementary to the sequence sought and which may be immobilized. This step is not necessary for the actual mutation detection, but additionally increases the sensitivity of the subsequent method according to the invention. Enrichment of the nucleotide sequence sought is particularly favorable when the nucleic acid sought is present in the sample in sufficient copy number but only in a very low concentration.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch seine breite Anwendbarkeit, seine hohe Sensitivität, seine hohe Spezifität und durch die Möglichkeit der Automatisierbarkeit in weiten Bereichen der medizinischen Diagnostik einsetzbar. Beispielsweise kann das Verfahren zur Tumordiagnose (Tumorfrühdiagnose, Verlaufsdiagnose) und Tumorcharakterisierung (Tumor-Typisierung) eingesetzt werden, da praktisch alle Mutationen eines Tumor-Suppressor-Gens in der DNA aus Tumorzellen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens detektiert werden können. So können beispielsweise Körperflüssigkeiten, wie Stuhl oder Urin eines Patienten auf tumorspezifische Mutationen in DNA mit dem Ziel der nicht-invasiven Diagnose von Darm- bzw. Blaseπtumoreπ untersucht werden. Als Analyseobjekt eignet sich hierbei z. B. das Tumor-Suppressor-Gen APC, das in mehr als 80% aller Darmtumoren mutiert ist, wobei mehr als 90% aller APC-Mutationen zu einem vorzeitigen Translationsstop führen. Vorzugsweise erfolgt in diesem Fall die Detektion der Proteingesamtmenge (Schritt (a) der Proteindetektion (i)) über einen speziell entwickelten Antikörper gegen das APC-Gen. Neben dem Tumor-Suppressor-Gen APC eignen sich auch andere Tumor-Suppressor-Gene wie p53, DCC, msh l , GTBP, mlh l , mlh2, DPC4, RB, WT1 , WT2, NF1 , NF2, BRCA 1 und BRCA2 als Analyseobjekte zur Früh- oder Verlaufsdiagnose von Tumoren in Lunge, Pankreas, Rachenraum, Bauchraum, Brust und Gehirn, zur Tumor-
Typisierung in chirurgisch entfernten Tumoren aus Lunge, Darm und Blase und zum Nachweis von vererbten Mutationen und damit von Erbkrankheiten in Keim-, Embryo- oder Blutzellen .Due to its broad applicability, its high sensitivity, its high specificity and the possibility of automation, the method according to the invention can be used in a wide range of medical diagnostics. For example, the method for tumor diagnosis (early tumor diagnosis, course diagnosis) and tumor characterization (tumor typing) can be used, since practically all mutations of a tumor suppressor gene in the DNA from tumor cells can be detected with the aid of the method according to the invention. For example, body fluids such as stool or urine from a patient can be examined for tumor-specific mutations in DNA with the aim of non-invasive diagnosis of intestinal or bladder tumors. As an analysis object, z. B. the tumor suppressor gene APC, which is mutated in more than 80% of all intestinal tumors, with more than 90% of all APC mutations leading to a premature translation stop. In this case, the total amount of protein is preferably detected (step (a) of protein detection (i)) via a specially developed antibody against the APC gene. In addition to the tumor suppressor gene APC, other tumor suppressor genes such as p53, DCC, msh l, GTBP, mlh l, mlh2, DPC4, RB, WT1, WT2, NF1, NF2, BRCA 1 and BRCA2 are also suitable as analysis objects for the early or course diagnosis of tumors in the lungs, pancreas, throat, abdomen, chest and brain, for tumor Typing in surgically removed tumors from the lungs, intestines and bladder and for the detection of inherited mutations and thus of hereditary diseases in germ, embryo or blood cells.
Die Tabellen 1 bis 3 zeigen verschiedene Tumorarten und die dazugehörigen Tumor-Suppressor-Gene, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren diagnostiziert bzw. typisiert werden können, sowie die nach dem entsprechenden Analyseobjekt zu untersuchenden Körperflüssigkeiten eines Patienten.Tables 1 to 3 show different types of tumors and the associated tumor suppressor genes, which can be diagnosed or typed using the method according to the invention, and the body fluids of a patient to be examined according to the corresponding analysis object.
Tabelle 1 : Beispiele für die molekulargenetische Analyse in der KrebsfrühdiagnoseTable 1: Examples of molecular genetic analysis in early cancer diagnosis
Tabelle 2: Beispiele für die Verlaufsdiagnose mit molekulargenetischen MethodenTable 2: Examples for the course diagnosis with molecular genetic methods
Tabelle 3: Beispiele für die Tumor-Typisierung mit molekulargenetischen MethodenTable 3: Examples of tumor typing using molecular genetic methods
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit liegt in der Analyse von Mutationen der Keimbahn. Dabei ist es von Vorteil, intakte mRNA aus embryonalen Zellen oder Blutzellen zur Mutationsdetektion heranzuziehen. Diese Strategie hat den Vorteil, dass die Ränder des analysierenden Fragments nicht von Exon-Intron-Übergängen begrenzt werden und in einem Durchgang längere Sequenzabschnitte analysiert werden können. Im Idealfall kann die gesamte Sequenz der transkribierten mRNA, also das betreffende Gen in voller Länge, analysiert werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Nachweiskit, der die dem erfingungsgemäßen Verfahren zugrunde liegenden Primer-Kombinationeπ enthält und z. B. zum Einsatz in der Diagnose von Tumoren, insbesondere Darmtumoren und Blasentumoren, geeignet ist.Another application is in the analysis of germline mutations. It is advantageous to use intact mRNA from embryonic cells or blood cells for mutation detection. This strategy has the advantage that the edges of the analyzing fragment are not delimited by exon-intron transitions and longer sequence sections can be analyzed in one pass. Ideally, the entire sequence of the transcribed mRNA, ie the full length of the gene in question, can be analyzed. Another object of the invention is a detection kit which contains the primer combinations based on the method according to the invention and z. B. is suitable for use in the diagnosis of tumors, in particular intestinal tumors and bladder tumors.
Der erfindungsgemäße Nachweiskit zur Detektion von Mutationen in Nukleinsäuren umfasst:The detection kit according to the invention for the detection of mutations in nucleic acids comprises:
(a) mindestens einen für die Amplifikationsreaktion geeigneten Vorwärts-Primer in 5'→3'Richtung, der folgende Elemente umfasst: (i) eine Promotorsequenz für die Tanskription,(a) at least one forward primer in the 5 '→ 3' direction suitable for the amplification reaction, which comprises the following elements: (i) a promoter sequence for transcription,
(ii) ein Translationsstart-Motiv, das eine Translation im(ii) a translation start motif that translates into
Leserahmen der Wiltyp-Nukleinsäure ermöglicht, (iii) mindestens einen Sequenzabschnitt, der für ein nachweisbares erstes Peptid codiert und (iv) einen Sequenzabschnitt, der ausreichend identisch ist mit derReading frame of the wilt-type nucleic acid enables (iii) at least one sequence section which codes for a detectable first peptide and (iv) a sequence section which is sufficiently identical to that
Sequenz am 5'-Ende der gesuchten Nukleinsäure, um eine spezifische Anlagerung und Amplifikation zu erlauben,Sequence at the 5 'end of the nucleic acid sought to allow specific attachment and amplification
(b) mindestens einen für die Amplifikationsreaktion geeigneten Rückwärts-Primer in 3'→5'Richtung, der folgende Elemente umfasst: (i) einen Sequenzabschnitt, der ausreichend komplementär ist zur(b) at least one reverse primer in the 3 '→ 5' direction suitable for the amplification reaction, which comprises the following elements: (i) a sequence section which is sufficiently complementary to the
Sequenz am 3'-Ende der gesuchten Nukleinsäure, um eine spezifische Anlagerung und Amplifikation zu erlauben,Sequence at the 3 'end of the nucleic acid sought to allow specific attachment and amplification
(ii) mindestens einen Sequenzabschnitt, der für mindestens ein nachweisbares zweites Peptid, welches vom ersten Peptid verschieden ist, codiert und im Leserahmen der gesuchten(ii) at least one sequence section which codes for at least one detectable second peptide, which is different from the first peptide, and in the reading frame of the sought
Wiltyp-Nukleinsäure liegt,Wilt-type nucleic acid is
(iii) Sequenzabschnitte, die für jeweils mindestens ein nachweisbares drittes und viertes Peptid, welche vom ersten und zweiten Peptid verschieden sind, codieren und in den beiden Leserahmen liegen, die durch Verschiebung des(iii) Sequence sections which code for at least one detectable third and fourth peptide, which are different from the first and second peptide, and which lie in the two reading frames, which are shifted by the
Leserahmens der gesuchten Wildtyp-Nukleinsäure entstehen und
(iv) drei Stop-Motive, eines für jeden möglichen Leserahmen,Reading frame of the wild-type nucleic acid sought arise and (iv) three stop motifs, one for each possible reading frame,
(c) gegebenenfalls Desoxyribonukleotide,(c) optionally deoxyribonucleotides,
(d) gegebenenfalls ein zur Extension der Primer geeignetes Enzym,(d) optionally an enzyme suitable for extending the primers,
(e) gegebenenfalls einen für die Amplifikationsreaktion geeigneten Puffer, gegebenenfalls weitere Hilfsstoffe,(e) optionally a buffer suitable for the amplification reaction, optionally further auxiliaries,
(f) gegebenenfalls Zelllysat mit hoher Transkriptions- und Translationsaktivität,(f) optionally cell lysate with high transcription and translation activity,
(g) gegebenenfalls Nachweisreagenzien für die verschiedenen nachweisbaren Peptide, (h) gegebenenfalls Reagenzien zur Proteinanreicherung und(g) optionally detection reagents for the various detectable peptides, (h) optionally reagents for protein enrichment and
(i) gegebenenfalls Reagenzien zur Anreicherung der gesuchten(i) if necessary, reagents for enriching the sought
Nukleinsäure, wobei die Reihenfolge der Sequenzabschnitte (ii) und (iii) des Rückwärts- Primers vertauscht sein kann.Nucleic acid, whereby the sequence of sequence sections (ii) and (iii) of the reverse primer can be interchanged.
Der erfindungsgemäße Nachweiskit zur Detektion von Mutationen in Nukleinsäuren basiert vorzugsweise auf der Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens . Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Nachweiskits stellen die beiden neuartigen Vorwärts- Primer und Rückwärts-Primer dar, die Sequenzabschnitte aufweisen, die für mindestens ein nachweisbares erstes Peptid, mindestens ein nachweisbares zweites Peptid und mindestens ein nachweisbares drittes und viertes Peptid, wie zuvor beschrieben, codieren.The detection kit according to the invention for the detection of mutations in nucleic acids is preferably based on the use of the method described above. An essential feature of the detection kit according to the invention are the two novel forward primers and reverse primers, which have sequence segments which code for at least one detectable first peptide, at least one detectable second peptide and at least one detectable third and fourth peptide, as described above ,
Das für die Extension geeignete Enzym ist bevorzugt eine thermostabile . DNA-Polymerase, die eine 5'-3-'Polymerase aufweist. Das Enzym kann außerdem eine 3'-5'-Exonukleaseaktivität ("Proof-Reading") enthalten.The enzyme suitable for the extension is preferably a thermostable. DNA polymerase that has a 5'-3 'polymerase. The enzyme may also contain 3'-5 'exonuclease activity ("proof reading").
Vorzugsweise besitzt der Vorwärts-Primer einen identischen Sequenzabschnitt (iv) und der Rückwärts-Primer einen komplementären Sequenzabschnitt (i), die mit genomischer DNA eines Tumor-Suppressor- Gens aus Tumorzellen, insbesondere APC-DNA, hybridisieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Nachweiskits enthält der Vorwärts-Primer Sequenzabschnitte (iii), die für zwei unterschiedliche nachweisbare erste Peptide codieren und der Rückwärts-Primer Sequenzabschnitte (ii), die für ein gleiches drittes und viertes nachweisbares Peptid codieren. Handelt es sich bei den nachweisbaren Peptiden um immunologisch nachweisbare Peptide, erfolgt der Nachweis der translatierten Proteine (c) und somit die Mutationsdetektion vorzugsweise durch ELISA.The forward primer preferably has an identical sequence section (iv) and the reverse primer has a complementary sequence section (i) which hybridize with genomic DNA of a tumor suppressor gene from tumor cells, in particular APC-DNA. In a preferred embodiment of the detection kit, the forward primer contains sequence segments (iii) which code for two different detectable first peptides and the reverse primer sequence segments (ii) which code for the same third and fourth detectable peptides. If the detectable peptides are immunologically detectable peptides, the translated proteins (c) are detected and thus the mutation detection is preferably carried out by ELISA.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Multi-Tag-Vektor als Klonierungsvektor und/oder Expressionsvektor, der auf dem Prinzip der erfindungsgemäßen Primer-Kombinationen beruht.Another object of the invention is a multi-tag vector as a cloning vector and / or expression vector, which is based on the principle of the primer combinations according to the invention.
Der Multi-Tag-Vektor besitzt eine Multi-Tag-Sequenz, die folgende Sequenzabschnitte in 5'→3'Richtung umfasst:The multi-tag vector has a multi-tag sequence that comprises the following sequence sections in the 5 '→ 3' direction:
(a) gegebenenfalls eine Expressions-Kontrollsequenz umfassend einen Promotor und ein Translations-Startmotiv(a) optionally an expression control sequence comprising a promoter and a translation start motif
(b) mindestens ein Sequenzabschnitt, z. B. ein bis drei Sequenzabschnitte, der für jeweils ein unterschiedliches nachweisbares erstes Peptid codiert, wobei der oder die(b) at least one sequence section, e.g. B. one to three sequence sections, each of which codes for a different detectable first peptide, the or the
Sequenzabschnitte im Leserahmen des Startcodons einer in die multiple Klonierungsstelle klonierten Nukleinsäure liegen,Sequence sections lie in the reading frame of the start codon of a nucleic acid cloned into the multiple cloning site,
(c) eine multiple Klonierungsstelle (MCS) zur Klonierung einer Nukleinsäure, (d) ein bis drei Sequenzabschnitte, die für unterschiedliche nachweisbare zweite Peptide, die von den nachweisbaren ersten Peptiden verschieden sind, codieren, wobei die Sequenzabschnitte in gleichen oder unterschiedlichen Leserahmen bezüglich einer in die MCS klonierten Nukleinsäure liegen, wobei sie z. B. (i) alle im erwarteten Leserahmen der klonierten Nukleinsäure liegen oder (ii) der erste Sequenzabschnitt im erwarteten Leserahmen der klonierten Nukleinsäure liegt und der zweite und dritte Sequenzabschnitt in den
Leserahmen liegen, die durch Verschiebung des erwarteten Leserahmens der klonierten Nukleinsäure entstehen und (e) drei Stop-Codons, eines für jeden möglichen Leserahmen.(c) a multiple cloning site (MCS) for cloning a nucleic acid, (d) one to three sequence segments which code for different detectable second peptides which are different from the detectable first peptides, the sequence segments in the same or different reading frames with respect to one nucleic acid cloned into the MCS, z. B. (i) all lie in the expected reading frame of the cloned nucleic acid or (ii) the first sequence section lies in the expected reading frame of the cloned nucleic acid and the second and third sequence section in the There are reading frames that result from shifting the expected reading frame of the cloned nucleic acid and (e) three stop codons, one for each possible reading frame.
Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Multi-Tag-Vektors stellen die Sequenzabschnitte (b) und (d) dar, die für unterschiedliche nachweisbare erste und unterschiedliche nachweisbare zweite Peptide codieren. Die nachweisbaren ersten Peptide sind dabei voneinander verschieden. Die nachweisbaren zweiten Peptide sind verschieden von den ersten Peptiden und untereinander verschieden. Die Sequenzabschnitte sind frei wählbar, weisen jedoch eine Länge im Bereich von 6 - 90 Nukleotiden, vorzugsweise 9 - 60 Nukleotiden und besonders bevorzugt 9 - 45 Nukleotiden auf und codieren für nachweisbare Peptide, die entweder direkt und/oder indirekt, z. B. über Aminosäureseitenketten-Markierung nachweisbar sind. Zusätzlich befindet sich zwischen den einzelnen Sequenzabschnitten der Multi-Tag-Sequenz mindestens jeweils eine Restriktionsschnittstelle für Restriktionsendonukleasen. Die multiple Klonierungsstelle (MCS) enthält vorzugsweise mindestens eine Restriktionsschnittstelle für Restriktionsendonukleasen zur Klonierung einer Nukleinsäure. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Multi-Tag-Sequenz des Multi-Tag-Vektors je eine der in SEQ. ID NO. 21 und SEQ. ID NO. 22 angegebenen Sequenzen.An essential feature of the multi-tag vector according to the invention are the sequence sections (b) and (d) which code for different detectable first and different detectable second peptides. The detectable first peptides are different from each other. The detectable second peptides are different from the first peptides and different from one another. The sequence sections are freely selectable, but have a length in the range from 6 to 90 nucleotides, preferably 9 to 60 nucleotides and particularly preferably 9 to 45 nucleotides and code for detectable peptides that are either direct and / or indirect, eg. B. are detectable via amino acid side chain labeling. In addition, at least one restriction site for restriction endonucleases is located between the individual sequence sections of the multi-tag sequence. The multiple cloning site (MCS) preferably contains at least one restriction site for restriction endonucleases for cloning a nucleic acid. In a preferred embodiment of the invention, the multi-tag sequence of the multi-tag vector has one of those in SEQ. ID NO. 21 and SEQ. ID NO. 22 sequences indicated.
Zusätzlich erhält der Multi-Tag-Vektor gegebenenfalls weitere für eine prokaryontische und/oder eukaryontische Replikation und Expression benötigte übliche Elemente, wie z. B. ori, Selektionsmarker (beschrieben u. a. in Sambrook et. al) .In addition, the multi-tag vector is optionally provided with further customary elements required for prokaryotic and / or eukaryotic replication and expression, such as, for. B. ori, selection marker (described, inter alia, in Sambrook et. Al).
Der erfindungsgemäße Multi-Tag-Vektor ist als Klonierungs- und/oder Expressionsvektor für prokaryontische und/oder eukaryontische Wirtszellen einsetzbar. Er kann z. B. verwendet werden, um den Leserahmen einer klonierten Nukleinsäure zu bestimmen und/oder zu verifizieren. Dazu wird
eine zu untersuchende Nukleinsäure zunächst . in die multiple Klonierungsstelle des Multi-Tag-Vektors einkloniert. Das so entstandene Expressioπsplasmid wird dann für eine spätere Expression in eukaryontische und/oder prokaryontische Zellen transformiert. Nach erfolgter Expression kann der Leserahmen der klonierten Nukleinsäure über die Anwesenheit der verschiedenen C-terminalen nachweisbaren zweiten Peptide des exprimierten Translationsproduktes bestimmt werden. Die nachweisbaren Peptide können dabei direkt oder indirekt, wie zuvor beschrieben, nachgewiesen werden. Vorzugsweise erfolgt ein direkter Nachweis der Peptide über spezifische Antikörper gegen die verschiedenen nachweisbaren Peptide.The multi-tag vector according to the invention can be used as a cloning and / or expression vector for prokaryotic and / or eukaryotic host cells. He can e.g. B. can be used to determine and / or verify the reading frame of a cloned nucleic acid. This will a nucleic acid to be examined first. cloned into the multiple cloning site of the multi-tag vector. The resulting expression plasmid is then transformed into eukaryotic and / or prokaryotic cells for later expression. After expression has taken place, the reading frame of the cloned nucleic acid can be determined by the presence of the various C-terminal detectable second peptides of the expressed translation product. The detectable peptides can be detected directly or indirectly, as described above. The peptides are preferably detected directly via specific antibodies against the various detectable peptides.
Desweiteren kann der Multi-Tag-Vektor eingesetzt werden, um die Eignung der verschiedenen nachweisbaren ersten und zweiten Peptide für die Analyse und/oder Reinigung eines Proteins, das durch die klonierte Nukleinsäure codiert wird, in einem Schritt zu testen. Dazu wird die zu klonierende Nukleinsäure in die multiple Klonierungsstelle des Multi-Tag- Vektors einkloniert und das so entstandene Expressionsplasmid für die Expression in eukaryontische und/oder prokaryontische Zellen transformiert. Das Translationsprodukt ist N-terminal und C-terminal an verschiedene nachweisbare erste und zweite Peptide fusioniert. Diese Peptide können nun in der betreffenden Anwendung getestet werden. Da die einzelnen Sequenzabschnitte der Multi-Tag-Sequenz durch Restriktionsschnittstellen begrenzt werden, kann das Gen nach durchgeführter Analyse zusammen mit dem geeigneten nachweisbaren Peptid aus dem Multi-Tag-Vektor herausgeschnitten und in einen anderen Vektor für die eigentliche Anwendung ligiert werden.Furthermore, the multi-tag vector can be used to test the suitability of the various detectable first and second peptides for the analysis and / or purification of a protein which is encoded by the cloned nucleic acid in one step. For this purpose, the nucleic acid to be cloned is cloned into the multiple cloning site of the multi-tag vector and the expression plasmid thus formed is transformed for expression into eukaryotic and / or prokaryotic cells. The translation product is N-terminally and C-terminally fused to various detectable first and second peptides. These peptides can now be tested in the application in question. Since the individual sequence sections of the multi-tag sequence are delimited by restriction sites, the gene can be cut out of the multi-tag vector together with the appropriate detectable peptide after analysis and ligated into another vector for the actual application.
Die nachfolgenden Beispiele und Figuren sollen die Erfindung näher veranschaulichen.
Beispiel 1 : Methode zur Detektion von MutationenThe following examples and figures are intended to illustrate the invention in more detail. Example 1: Method for the detection of mutations
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens soll die Detektion von Mutationen in DNA aus einer Stuhlprobe eines möglichen Darmtumorpatienten erfolgen.The method according to the invention is intended to detect mutations in DNA from a stool sample from a possible intestinal tumor patient.
Beispiel 1 a: Dral-Restriktion von l OO μl Stuhl-DNAExample 1 a: Dral restriction of 100 μl stool DNA
Eine Dral-Restriktionsspaltuπg wurde mit 1 00 μ\ DNA einer Stuhlprobe eines möglichen Darmtumorpatienten nach bekannten Verfahrenstechniken und unter herkömmlichen Restriktionsbedingungen (Sambrook et al. , Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1 989) durchgeführt.A Dral restriction cleavage was carried out with 100 μ \ DNA of a stool sample from a possible intestinal tumor patient according to known process techniques and under conventional restriction conditions (Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1 989).
Beispiel 1 b: APC-DNA-AnreicherungExample 1 b: APC-DNA enrichment
10 μ\ Streptavidin-Dynabeads wurden zweimal mit je 40 μl 1 x B&W-Puffer (5 mM Tris-HCI pH 7, 5; 0, 5 mM EDTA; 1 M NaCI) gewaschen und anschließend in 100 μ\ 2 x B&W-Puffer resuspendiert. 100 μ\ der Dral- restringierten Stuhl-DNA (Beispiel 1 a) wurden mit 1 0 pmol APC1 b-Biotin- Primer (Sequenz: δ'-TTAAAATATGCCACAGATATTCCTTCATCACAGAAA CAGT-3', Annealing mit APC-Gen im Bereich von nt 3559 bis nt 3598; 1 0 pmol/μl) vermischt. Die DNA wurde im PCR-Gerät für 5 min bei 95 °C denaturiert. Danach erfolgte ein Annealingschritt für 1 0 min bei 56°C mit anschließender Abkühlung für 10 min bei 4°C. Die DNA wurde mit den Dynabeads vermischt und der Ansatz wurde über Nacht bei Raumtemperatur auf einem Roller inkubiert. Anschließend wurden die Dynabeads mit einem Magneten separiert und der Überstand entfernt. Die Dynabeads wurden zweimal mit je 200 μ\ 1 x B&W-Puffer und einmal mit je 500 μ\ destilliertem Wasser gewaschen. Die APC-DNA-gebundenen Dynabeads wurden komplett in einer nachfolgenden 50 μ\ PCR-Reaktion eingesetzt.
Beispiel 1 c: PCR-Amplifikation10 μ \ streptavidin-Dynabeads were washed twice with 40 μl 1 x B&W buffer (5 mM Tris-HCl pH 7.5, 0.5 mM EDTA; 1 M NaCI) and then in 100 μ 2 × B&W buffer resuspended. 100 μ \ of the Dral-restricted stool DNA (Example 1 a) were treated with 10 pmol APC1 b-biotin primer (sequence: δ'-TTAAAATATGCCACAGATATTCCTTCATCACAGAAA CAGT-3 ', annealing with APC gene in the range from nt 3559 to nt 3598; 10 pmol / μl) mixed. The DNA was denatured in the PCR device for 5 min at 95 ° C. This was followed by an annealing step for 1 0 min at 56 ° C with subsequent cooling for 10 min at 4 ° C. The DNA was mixed with the Dynabeads and the mixture was incubated overnight at room temperature on a roller. The Dynabeads were then separated with a magnet and the supernatant removed. The Dynabeads were washed twice with 200 μ \ 1 x B&W buffer and once with 500 μ \ distilled water. The APC-DNA-bound Dynabeads were used completely in a subsequent 50 μ \ PCR reaction. Example 1 c: PCR amplification
Die in Beispiel 1 b hergestellten Dynabeads mit gebundener APC-DNA wurden mit 5,0 μ\ PCR-Puffer ( 1 0x), 5,0 vl BSA ( 1 μglμ\), 1 ,0 μ\ dNTP ( 1 0 mM jeweils), 2,0 vl 5'-Primer (Sequenz: 5'-GGATCCTAATACGACTCACTA TAGGAACAGACCACCATGTACCCCTACGACGTGCCCGACTACGCCATG TACCCCTACGACGTGCCCGACTACGCCCCTTCATCACAGAAACAGTC-3', der 5'-Primer enthält den für die Transkription notwendigen Promotor, zwei Kopien des HA-Tags mit je einem Start-Codon und einen Bereich, der identisch mit der Sequenz nt 3580 bis nt 3600 des APC-Gens ist; 1 0 pmol/μi) , 2,0 μ\ 3'-Primer (Sequenz: 5'-CTACGGTGCTGTCCAGGCCC AGCAGGGGGTTGGGGATGGGCTTGCCCGGTGCTGTCCAGGCCCAGCAG GGGGTTGGGGATGGGCTTGCCCCTTGCCGTCGATAAGCCTGGGGTCCA CCTGGTCCTCTGACTTTGTTGGCATGGCAG-3', der 3'-Primerenthält einen Bereich, der komplementär zur Sequenz nt 4759 bis nt 4779 des APC- Gens ist, den Protein C-Tag und zweimal den V5-Tag jeweils in den zum Leserahmen des APC-Gens alternativen Rahmen sowie ein Stop-Codon; 10 pmol/μl) und 0,5 μ\ HotStarTaq-Polymerase (5 U/ l) vermischt und das Gemisch auf ein Gesamtvolumen von 50 μ\ mit destilliertem Wasser aufgefüllt. Der so hergestellte PCR-Ansatz wurde in einem PCR-Gerät folgendem PCR-Programm unterzogen: (i) ein Denaturierungszyklus:The Dynabeads with bound APC-DNA produced in Example 1b were mixed with 5.0 μ \ PCR buffer (1 ×), 5.0 vl BSA (1 μglμ \), 1, 0 μ \ dNTP (1 0 mM each) , 2.0 vl 5'-primer (sequence: 5'-GGATCCTAATACGACTCACTA TAGGAACAGACCACCATGTACCCCTACGACGTGCCCGACTACGCCATG TACCCCTACGACGTGCCCGACTACGCCCCTTCATCACAGAAACAGTC-3 ', the 5'-primer contains the area with one tag and one copy of the promoter with one promoter and one transcript which is identical with the sequence of nt 3580 to nt 3600 of the APC gene is 1 0 pmol / μi), 2.0 μ \ 3 'primer (sequence: 5'-CTACGGTGCTGTCCAGGCCC AGCAGGGGGTTGGGGATGGGCTTGCCCGGTGCTGTCCAGGCCCAGCAG GGGGTTGGGGATGGGCTTGCCCCTTGCCGTCGATAAGCCTGGGGTCCA CCTGGTCCTCTGACTTTGTTGGCATGGCAG-3', the 3 ' -Primer contains a region which is complementary to the sequence nt 4759 to nt 4779 of the APC gene, the protein C tag and twice the V5 tag each in the frame alternative to the reading frame of the APC gene and a stop codon; 10 pmol / μl) and 0.5 μ \ HotStarTaq-Polyme lawn (5 U / l) mixed and the mixture made up to a total volume of 50 μ \ with distilled water. The PCR mixture thus prepared was subjected to the following PCR program in a PCR device: (i) a denaturation cycle:
95°C, 1 5 min (ii) vierzig PCR-Zyklen: (a) Denaturierung 95 °C, 30 sec95 ° C, 1 5 min (ii) forty PCR cycles: (a) denaturation 95 ° C, 30 sec
(b) Annealing 56°C, 1 min(b) Annealing 56 ° C, 1 min
(c) Elongation 72 °C, 1 min, 30 sec.(c) elongation 72 ° C, 1 min, 30 sec.
Das ' so erhaltene PCR-Produkt wurde nach bekannten Verfahren (Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1 989) aufgereinigt.
Beispiel 1 d: In vitro Transkription und TranslationThe 'thus obtained PCR product was prepared by known methods (Sambrook et al, Molecular Cloning. A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) purified. Example 1 d: In vitro transcription and translation
20 μ\ des TNT T7 PCR Quick Master Mix (Fa. Clontech) wurden mit 0, 5 μ\ Methionin ( 1 mM), 2,0 μ\ destilliertem Wasser und 2, 5 μ\ PCR-Produkt vermischt. Die Mischung wurde für 90 min bei 30 °C inkubiert.20 μ of the TNT T7 PCR Quick Master Mix (from Clontech) were mixed with 0.5 μ methionine (1 mM), 2.0 μ distilled water and 2.5 μ PCR product. The mixture was incubated at 30 ° C for 90 min.
Beispiel 1 e: APC-Protein-AnreicherungExample 1 e: APC protein enrichment
Geeignete Beads, wie z.B. Ni-NTA-magnetische Beads, Protein G-Agarose mit gebundenen Antikörpern, etc. wurden mit einem geeigneten Puffer (abhängig von den verwendeten Beads, z. B. PBS) gewaschen. Anschließend wurden die Beads in 20 μ\ eines geeigneten Puffers (abhängig von den verwendeten Beads, z. B. PBS) aufgenommen und mit 20 μ\ der TNT-Reaktionsmischung aus Beispiel 1 d vermischt. Der Ansatz wurde über Nacht bei 4°C auf einem Roller inkubiert. Die Beads wurden separiert, mittels Magnet oder Zentrifuge, und der Überstand entfernt. Nun wurden die Beads zweimal mit je 200 /vl Puffer gewaschen und in 20 μ\ 1 x SDS-Beladelösung resuspendiert.Suitable beads, e.g. Ni-NTA magnetic beads, protein G agarose with bound antibodies, etc. were washed with a suitable buffer (depending on the beads used, for example PBS). The beads were then taken up in 20 μ \ of a suitable buffer (depending on the beads used, for example PBS) and mixed with 20 μ \ of the TNT reaction mixture from Example 1 d. The mixture was incubated overnight at 4 ° C. on a roller. The beads were separated using a magnet or centrifuge and the supernatant removed. The beads were then washed twice with 200 / vl buffer and resuspended in 20 μl of 1 × SDS loading solution.
Beispiel 1f: SDS-PAGEExample 1f: SDS-PAGE
Auf ein 1 2%iges SDS-Polyacrylamidgel (Acrylamid: Bisacryamid 37, 5: 1 ) wurden 1 - 5 μ\ der TNT-Reaktionsmischung aus Beispiel 1 d oder 1 - 5 μ\ Eluat aus Beispiel 1 e aufgetragen und eine herkömmliche SDS- Polyacrylamid-Gelelektrophorese durchgeführt (siehe z.B. Sambrook et al., supra).1-5 μ \ of the TNT reaction mixture from Example 1 d or 1-5 μ \ eluate from Example 1 e were applied to a 1 2% SDS-polyacrylamide gel (acrylamide: bisacryamide 37, 5: 1) and a conventional SDS- Polyacrylamide gel electrophoresis carried out (see for example Sambrook et al., Supra).
Beispiel 1 g: WesternblotExample 1 g: Western blot
Nach beendeter SDS-Polyacrylamid-Gelelektrophorese wurde ein Semidry- Western-Blot unter Verwendung einer PVDF-Membran nach herkömmlichen
Verfahren durchgeführt (siehe Sambrook et al., supra). Danach wurde die PVDF-Membran entfernt und für 1 h bei Raumtemperatur in Blockierungslösung (PBS, 0, 1 % Tween, 5% Magermilchpulver) inkubiert. Anschließend wurde die PVDF-Membran für 1 h bei Raumtemperatur in Antikörperlösung (anti-HA-Peroxidase 1 :5000, anti-ProtC 1 :400, anti-V5 1 : 1 0000) inkubiert und dreimal für je 1 0 min bei Raumtemperatur mit Waschlösung (PBS, 0, 1 % Tween) gewaschen. Nun wurde die Membran für 1 h bei Raumtemperatur mit einer zweiten Antikörperlösung (anti-Maus- HRP) behandelt und dreimal für je 10 min bei Raumtemperatur mit Waschlösung (PBS, 0, 1 % Tween) gewaschen. Die Detektion erfolgte mit ECL-Plus-Reagenz.After SDS-polyacrylamide gel electrophoresis had been completed, a Semidry Western blot was carried out using a conventional PVDF membrane Procedures carried out (see Sambrook et al., Supra). The PVDF membrane was then removed and incubated for 1 h at room temperature in blocking solution (PBS, 0.1% Tween, 5% skimmed milk powder). The PVDF membrane was then incubated for 1 h at room temperature in antibody solution (anti-HA peroxidase 1: 5000, anti-ProtC 1: 400, anti-V5 1: 1 0000) and three times for 1 min each at room temperature with washing solution (PBS, 0.1% Tween). The membrane was then treated for 1 h at room temperature with a second antibody solution (anti-mouse HRP) and washed three times for 10 min at room temperature with washing solution (PBS, 0.1% Tween). The detection was carried out with ECL-Plus reagent.
Figuren:Characters:
Figur 1 zeigt einen Überblick über das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion von Mutationen in Nukleinsäuren. Ausgehend von gereinigter DNA oder RNA werden die Nukleinsäurekopien, die analysiert werden sollen, durch Hybridisierung an immobilisierte komplementäre Sequenzen gefischt. Bei Verwendung von RNA wird anschließend eine reverse Transkription durchgeführt. Dann wird die Nukleinsäuresequenz in einer konventionellen PCR amplifiziert, wobei erfindungsgemäße Primer- Kombinationen verwendet werden, die spezifische Vorwärts-Primer und spezifische Rückwärts-Primer umfassen, die eine Unterscheidung zwischen Translationsprodukten einer Wildtyp-Nukleinsäure und einer mutierten Nukleinsäure erlauben. In der anschließenden in vitro Transkription und Translation können drei Kombinationen (I bis III) von Proteinen entstehen. Zur Erhöhung der Detektionssensitivität kann ein Teil des Wildtyp-Proteins abgetrennt werden. Zur anschließenden Detektion der Mutation gibt es zwei Möglichkeiten, der differentielle ELISA (links) oder die SDS- Polyacrylamid-Gelelektrophorese mit anschließendem Western-Blotting (rechts) .
Figur 2A zeigt schematisch die Technik der Anreicherung der interessierenden Genkopien (hier: APC-Gene) durch Hybridisierung. Zur aus Stuhl gereinigten DNA werden Oligonukleotide der Sequenz des APC-Gens gegeben, die eine Biotin-Markierung tragen. Nach Hybridisierung mit den APC-Genkopien werden die Oligonukleotide aus der Lösung mit Hilfe Streptavidin-gekoppelter magnetischer Beads gefischt. Nach einem Wasch- Schritt können die angereicherten APC-Genkopien als Template in einer PCR-Reaktion eingesetzt werden.FIG. 1 shows an overview of the method according to the invention for the detection of mutations in nucleic acids. Starting from purified DNA or RNA, the nucleic acid copies to be analyzed are fished by hybridization to immobilized complementary sequences. When using RNA, reverse transcription is then carried out. The nucleic acid sequence is then amplified in a conventional PCR, using primer combinations according to the invention which comprise specific forward primers and specific reverse primers which allow a distinction to be made between translation products of a wild-type nucleic acid and a mutated nucleic acid. In the subsequent in vitro transcription and translation, three combinations (I to III) of proteins can arise. To increase the detection sensitivity, part of the wild-type protein can be separated. There are two options for the subsequent detection of the mutation, differential ELISA (left) or SDS-polyacrylamide gel electrophoresis with subsequent Western blotting (right). FIG. 2A schematically shows the technique of enriching the gene copies of interest (here: APC genes) by hybridization. Oligonucleotides of the sequence of the APC gene which carry a biotin label are added to the DNA purified from stool. After hybridization with the APC gene copies, the oligonucleotides are fished from the solution with the aid of streptavidin-coupled magnetic beads. After a washing step, the enriched APC gene copies can be used as templates in a PCR reaction.
Figur 2B zeigt ein Agarose-Gel, das die Anreicherung einer gesuchten DNA- Sequenz aus menschlichem Stuhl durch Hybridisierung an eine zur gesuchten Sequenz komplementäre, immobilisierte synthetische Sequenz veranschaulicht. Das Agarose-Gel zeigt das Ergebnis von PCR Reaktionen ausgehend von einer DNA-Probe, wobei als Template in einer direkten PCR Amplifikation das APC-Gen diente (Spur 2 und 3). Nach Anreicherung der gesuchten Sequenz durch Hybridisierung an einen spezifischen komplementären Primer lässt sich das Gen zwar aus dem Pellet amplifizieren (Spur 6 und 7), nicht jedoch aus dem Überstand (Spur 6S und 7S) . Umgekehrt lässt sich das Gen ohne spezifischen komplementären Primer nicht aus dem Pellet (Spur 4 und 5), jedoch aus dem Überstand amplifizieren (Spur 4S und 5S). Auf Spur M wurde ein DNA-Marker, auf Spur 1 eine negative Kontrolle ohne DNA aufgetragen.FIG. 2B shows an agarose gel which illustrates the enrichment of a sought-after DNA sequence from human stool by hybridization to an immobilized synthetic sequence which is complementary to the sought-after sequence. The agarose gel shows the result of PCR reactions based on a DNA sample, the APC gene serving as template in a direct PCR amplification (lanes 2 and 3). After the desired sequence has been enriched by hybridization to a specific complementary primer, the gene can be amplified from the pellet (lanes 6 and 7), but not from the supernatant (lanes 6S and 7S). Conversely, the gene cannot be amplified from the pellet (lanes 4 and 5) without a specific complementary primer, but from the supernatant (lanes 4S and 5S). A DNA marker was applied to lane M and a negative control without DNA was applied to lane 1.
Figur 3A zeigt einen Western-Blot, in dem - ausgehend von Kontroll-DNA oder auch menschlicher genomischer DNA aus Stuhl - die verschiedenen in vitro transkribierten und translatierten Proteine nachweisbar sind. Die Proteine wurden detektiert mit Antikörpern gegen die verschiedenen nachweisbaren Peptide. Auf Spur A.dest wurde eine negative Kontrolle aufgetragen. Ausgehend von Plasmid-DNA, zeigt das Ergebnis des Western-Blots das nicht mutierte APC Protein in voller Länge (wt, APC wt), das Protein mit einer Leseraster-Verschiebungsmutation, die nicht zu einer
Verkürzung führt (frameshift) und das Protein mit einer Mutation, die zu einem frühen Stop der Translation führt (stop, APC Δ) .FIG. 3A shows a Western blot in which - starting from control DNA or also human genomic DNA from stool - the various proteins transcribed and translated in vitro can be detected. The proteins were detected with antibodies against the various detectable peptides. A negative control was plotted on lane A. dest. Based on plasmid DNA, the result of the Western blot shows the non-mutated full-length APC protein (wt, APC wt), the protein with a reading frame shift mutation that does not result in a Shortening leads (frameshift) and the protein with a mutation that leads to an early stop of translation (stop, APC Δ).
Figur 3B zeigt einen Western-Blot mit dem Ergebnis der DNA-Analyse mit der entwickelten Methode. Spur 1 bis 3: Plasmid-DNA als positive Kontrollproben. Erkennbar sind die unterschiedlichen Größen der Fragmente des normalen Wildtyp-Gens und der zwei verschiedenen mutierten Sequenzen, die zu Stop-Mutationen führen (stopl , stop2). Spur 4: Tumor- DNA zeigt die normale Sequenz (wt) und das verkürzte Fragment (mut) . Spur 5 bis 8: DNA aus zwei verschiedenen Stuhlproben (S1 , S2) zeigt in beiden Fällen das mutierte zusätzlich zum normalen Fragment. Die Analysen wurden in Doppelbestimmungen durchgeführt. Spur 9: Negativ- Kontrolle ohne DNA.FIG. 3B shows a Western blot with the result of DNA analysis using the developed method. Lane 1 to 3: plasmid DNA as positive control samples. The different sizes of the fragments of the normal wild-type gene and of the two different mutated sequences which lead to stop mutations can be recognized (stopl, stop2). Lane 4: Tumor DNA shows the normal sequence (wt) and the truncated fragment (mut). Lanes 5 to 8: DNA from two different stool samples (S1, S2) shows the mutated in addition to the normal fragment in both cases. The analyzes were carried out in duplicate. Lane 9: negative control without DNA.
Figur 4 zeigt eine beispielhafte Abbildung eines Multi-Tag-Vektors. Die Zahlen stehen für Restriktionsschnittstellen. Die multiple Klonierungsstelle (MCS) trägt 6 Schnittstellen. Die Schnittstellen sind durch waagrechte Linien über der Sequenz gekennzeichnet. Die Sequenzabschnitte, die für nachweisbare erste und zweite Peptide codieren, die Start- und Stop- Codons sind unterstrichen. A. Die Multi-Tag-Sequenz besitzt die in SEQ. ID NO. 21 angegebene Sequenz. Alle Sequenzabschnitte, die für nachweisbare erste und zweite Peptide codieren, liegen in dem vom Start- Codon definierten Leserahmen. B. Die Multi-Tag-Sequenz besitzt die in SEQ. ID NO. 22 angegebene Sequenz. Nur die Sequenzabschnitte vor der MCS, die für nachweisbare erste Peptide codieren, liegen in dem vom Start-Codon definierten Leserahmeπ (x). Hinter der MCS liegen die Sequenzabschnitte für nachweisbare zweite Peptide in alternativen, zu dem vom . Start-Codon unterschiedlichen Leserahmen (x + 1 , x + 2) .FIG. 4 shows an exemplary illustration of a multi-tag vector. The numbers stand for restriction interfaces. The multiple cloning site (MCS) has 6 interfaces. The interfaces are identified by horizontal lines above the sequence. The sequence sections coding for detectable first and second peptides, the start and stop codons are underlined. A. The multi-tag sequence has that in SEQ. ID NO. 21 indicated sequence. All sequence segments which code for detectable first and second peptides lie in the reading frame defined by the start codon. B. The multi-tag sequence has that in SEQ. ID NO. 22 indicated sequence. Only the sequence sections before the MCS, which code for detectable first peptides, lie in the reading frame (x) defined by the start codon. Behind the MCS are the sequence sections for detectable second peptides in alternatives to that of. Start codon different reading frames (x + 1, x + 2).
Figur 5 zeigt einige Beispiele für mögliche Peptide mit Amiπσsäuresequenz sowie entsprechendem Nachweisreagenz (mAK: monoklonaler Antikörper, pAK: polyklonaler Antikörper), die an das zu analysierende Protein N- oder
C-terminal fusioniert werden können. Die dazu notwendigen Nukleinsäuresequenzen sind in SEQ. ID NO: 1 - 20 angegeben.
FIG. 5 shows some examples of possible peptides with an amino acid sequence as well as a corresponding detection reagent (MAK: monoclonal antibody, pAK: polyclonal antibody) that bind to the protein to be analyzed N- or C-terminal can be fused. The nucleic acid sequences required for this are in SEQ. ID NO: 1 - 20 indicated.