WO2007095923A1 - Method for analysing multiplex-mixtures comprising nucleic acid amplification products having overlapping detection areas - Google Patents

Method for analysing multiplex-mixtures comprising nucleic acid amplification products having overlapping detection areas Download PDF

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WO2007095923A1
WO2007095923A1 PCT/DE2007/000329 DE2007000329W WO2007095923A1 WO 2007095923 A1 WO2007095923 A1 WO 2007095923A1 DE 2007000329 W DE2007000329 W DE 2007000329W WO 2007095923 A1 WO2007095923 A1 WO 2007095923A1
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nucleic acid
dna
acid sequence
detectable label
cleavage
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Application number
PCT/DE2007/000329
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German (de)
French (fr)
Inventor
Werner Brabetz
Original Assignee
Biotype Ag
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813Hybridisation assays
    • C12Q1/6827Hybridisation assays for detection of mutation or polymorphism

Definitions

  • the present invention relates to the field of molecular biology nucleic acid analysis.
  • the invention relates to a method for genotyping nucleic acids, in particular for single nucleotide polymorphisms (SNPs), short tandem repeats (STRs) or deletion and insertion polymorphisms (DIPs) in nucleic acids from amplified mixtures, the resulting from multiplex nucleic acid amplification.
  • SNPs single nucleotide polymorphisms
  • STRs short tandem repeats
  • DIPs deletion and insertion polymorphisms
  • the invention relates to a kit with which the inventive method can be carried out.
  • nucleic acid analysis differences in the sequence of DNA are detected. Within homologous DNA segments between different species or individuals of a species (population) these are longer defined sequence differences, single nucleotide polymorphisms (SNPs), sequence inversions, chromosome translocations or DNA deletions or insertions. The latter are associated with a difference in length of the investigated DNA region and can in turn be subdivided into simple DNA deletions and insertions ("deletion insertion polymorphisms", DIPs) or repetitive DNA elements such as minisatellites, microsatellites, SBSfE, LINE, telomeres.
  • SNPs single nucleotide polymorphisms
  • DIPs simple DNA deletions and insertions
  • repetitive DNA elements such as minisatellites, microsatellites, SBSfE, LINE, telomeres.
  • STRs Short Tandem Repeats
  • bp base pairs
  • SNPs and DIPs are usually represented by only two alleles (biallelic)
  • MI unique molecular genetic identification patterns
  • An important process step for the detection of genetic variations consists in the targeted duplication (amplification) of the selected DNA sequences in order to reach the sensitivity threshold of a downstream physico-chemical analysis system (principle of selective signal amplification).
  • the most commonly used technology for DNA amplification is the polymerase chain reaction (PCR) (US 4,683,195).
  • PCR polymerase chain reaction
  • the substrate specificity of these enzymes presupposes that there is a single-stranded DNA template and a double-stranded DNA region located thereon, which is formed by base-pairing between the DNA template and a so-called PCR primer.
  • the PCR primer is a synthetic oligonucleotide (at least 6, usually 15-40 bases) and must have a free 3 'hydroxyl group in which, in the presence of deoxyribonucleoside triphosphates and magnesium ions, the synthesis of the new DNA strand in 5'- »3'-direction takes place.
  • the exponential amplification of the DNA is carried out in a so-called locus-specific PCR intervening DNS region.
  • the PCR is a cyclic process, each cycle consists of at least two temperature steps, the melting of the double-stranded DNA at about 90-95 ° C and the annealing and extending the primer at about 50-75 0 C exists.
  • thermal cyclers are used. Does the amplicon contain a locus-specific PCR a SNP, it must for genotyping another allelepezifischer step such.
  • Allele specific single base extension (SBE), DNA sequence analysis (eg by Sanger statistical chain termination or by pyrosequencing),” allele-specific DNA hybridization "," allele-specific DNA probe technology “(eg fluorescence Resonance energy transfer probes for the real-time PCR) or “O ⁇ igospecific Ligation Assay” (OLA).
  • SBE DNA sequence analysis
  • allele-specific DNA hybridization "eg fluorescence Resonance energy transfer probes for the real-time PCR) or "O ⁇ igospecific Ligation Assay”
  • OVA O ⁇ igospecific Ligation Assay
  • an allele-specific PCR can be carried out in which two primers each contain an allele-specific sequence of the DNA variation (DIP or SNP) at their 3 'ends and in combination with one or two further locus-specific primers lead to allele-specific amplicons (eg.
  • RNA ribonucleic acids
  • mRNA messengers RNA
  • SNPs or splice variants can be achieved by transcription of the RNA by reverse transcription using reverse transcriptase into DNA complementary to the RNA sequence (cDNA).
  • STRs and DIPs For the genotyping of the DNA amplificates thus generated, suitable detection methods are subsequently required. In the case of species-specific DNA fragments or STRs and DIPs whose alleles are represented by differences in length of the amplificates, this can be done in DNA electrophoreses.
  • the most important and currently most sensitive electrophoretic method for STR and DIP analysis is based on denaturing DNA capillary gel electrophoresis combined with fluorescence detection of the single-stranded DNA amplicons. This will ever a PCR primer is covalently linked to a fluorescent dye at its 5 'end during its chemical synthesis and thus labeled.
  • Capillary gel electrophoresis can also be miniaturized as an "off-on-a-chip" (Lin et al., 2005)
  • unlabeled STR and DIP amplificates can be selectively prepared in suitable flat gels by post-electrophoretic staining techniques based on dyes bind to DNA (eg, ethidium bromide, Sybr Green, Sybr Gold), or by Stains All staining or silver staining (silver staining)
  • dyes bind to DNA eg, ethidium bromide, Sybr Green, Sybr Gold
  • Stains All staining or silver staining silver staining
  • label-free methods eg mass spectrometry or surface plasmon resonance
  • label-free methods eg mass spectrometry or surface plasmon resonance
  • label-free methods eg mass spectrometry or surface plasmon resonance
  • label-free methods eg mass spectrometry or surface plasmon resonance
  • label-free methods eg mass spectrometry or surface plasmon resonance
  • biotin e.g., indirect colorimetric method via streptavidin and alkaline phosphatase
  • haptens e.g., in conjunction with an enzyme immunoassay
  • gold nanoparticles absorption spectroscopy in combination with reductive silver deposition on DNA hybridization chips; Clondiag, Jena, Germany.
  • the said markers are covalently bound by PCR to organic chemical synthesis to PCR primers and DNA probes or z.
  • the detection unit of the analyzer used permits a clear separation of the alleles by assigning defined detection ranges.
  • fluorometers in sequencers or real-time PCR thermocylers currently have two to five color channels to distinguish appropriate fluorophores.
  • an allele-specific separation step can take place.
  • mass spectrometric and electrophoretic methods as well as addressable microspheres ("microspheres", "beads") in combination with flow cytometers or DNA chips (DNA arrays) are described.
  • multiplex amplifications several target sequences are simultaneously amplified in biochemical one-pot methods, with the aim of enabling a simultaneous differential diagnosis of several species-specific DNA sequences or genetic polymorphisms such as SNPs, DIPs or STRs.
  • SNPs species-specific DNA sequences or genetic polymorphisms
  • DIPs DNA-specific DNA sequences
  • STRs DNA-specific DNA sequences
  • SNPs genetic polymorphisms
  • the various DIP and STR loci with the same fluorescent label with each other must have no overlaps in the expected product sizes, ie the resulting amplification products with the same fluorescent label must have different lengths, which allow the generated amplificates electrophoretically separate and to be assigned to the source alleles via their length variations. They are therefore arranged one after the other with regard to their amplificate size, ie their amplification product length.
  • the smallest potential allele of the second STR locus must always be larger than the largest allele of the first, the smallest allele of the third STR locus greater than the largest second.
  • the Amplif ⁇ kate one STR locus are provided with a different fluorescent label than the amplificates of a second (or further) locus, a unique assignment of overlapping (equal length) amplificates is possible, as long as the Number of different fluorescent labels used does not exceed the number of color channels of the detector.
  • the described framework conditions define the detection areas for the individual STR loci in this analysis method.
  • Fig. 1 Schematic representation of a multiplex PCR with overlapping detection areas for sex determination and for generating a molecular Idendifizmussters in forensics. Schematically represented are the detection regions of the individual genioki in base pairs (bp, vertical bars and with numbers), which are defined by the given primer pairs, the color coding and the smallest or largest alleles described in the literature.
  • the Genioki are the respective color markers (6FAM: 6-carboxyfluorescein, HEX: 4, 7, 2 ', 4', 5 ', 7'-hexachloro-6-carboxy-fluorescein) and restriction endonucleases (REN), whose interfaces have been incorporated into the 5 'ends of the color-labeled primers by chemical synthesis.
  • 6FAM 6-carboxyfluorescein
  • HEX 4, 7, 2 ', 4', 5 ', 7'-hexachloro-6-carboxy-fluorescein
  • REN restriction endonucleases
  • Fig. 2 Genotyping of a multiplex PCR with overlapping detection areas for sex determination and for generating a molecular identification pattern in forensics. Schematically shown are electropherograms of the size range 65-150 base pairs of the multiplex PCR shown in Fig. 1, which were generated by means of the sequencer ABI Prism 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems, Darmstadt, Germany). The amplification products were electrophoretically separated without restriction digestion (A), after digestion with Ec ⁇ Bl (B) and after digestion with EcoRV (C). The genioki (A-C) are shown with their detection areas (open bars in B and C) above the electropherograms.
  • the apparent fragment lengths differ from the theoretical by about 2 bp (see AM2 in C or FIG. 1).
  • Abbreviations used are 6FAM (6-carboxyfluorescein), HEX (4, 7, 2 ', 4', 5 ', T-hexachloro-6-carboxyfluorescein) and RFE (Relative Fluorescence Units).
  • PCR or “polymerase chain reaction” as used herein refer to a method for primer-based DNA amplification.
  • RT-PCR Reverse Transcriptase PCR
  • RT Polymerase chain reaction
  • NASBA Nucleic Acid Sequence Based Amplification
  • the target sequence is RNA.
  • the standard reaction contains T7 RNA polymerase, RNase H, reverse transcriptase (RT), DNA polymerase. Ribonucleotide triphosphates, deoxyribonucleotide triphosphates, a primer which carries, in addition to the nucleotides complementary to the target RNA, at its 5 'end the sequence of the T7 RNA polymerase promoter and a complementary primer complementary to the RNA sequence read (Schweitzer and Kingsmore, 2001).
  • LCR Linker Chain Reaction
  • OLA Oligonucleotide Ligation Assay
  • JSxponential Amplification Reaction '' '' refers to an isothermal method of nucleic acid amplification.
  • the target sequence is amplified in a cycle of single-strand breakage by a "nicking endonuclease” and polymerization by a DNA polymerase (van Ness et al., 2003).
  • LAMP loop-mediated isothermal amplification of DNA
  • the reaction mixture contains, inter alia, a DNA polymerase, deoxyribonucleotide triphosphates and a set of four primers designed to are complementary to six different distinct sites of the target sequence (Notomi et al., 2000).
  • helicase-dependent isothermal amplification refers to a method of nucleic acid amplification at a constant temperature
  • the reaction mixture contains inter alia a DNA polymerase, deoxyribonucleotide triphosphates, two primers in an analogous arrangement as in the PCR, a helicase and a DNA single-strand binding protein ( Vincent et al., 2004).
  • single base extension or "allele specific SBE” as used herein refers to a method for the template-specific extension of the 3'-hydroxyl end of a primer by one nucleotide base using a DNA polymerase.
  • STR Short Tandem Repeat ⁇
  • Microsatellite or” Simple Sequence “as used herein are synonymous and refer to variable portions of deoxyribonucleic acids (DNA) consisting of direct, tandem repeats of 1-10 base pairs (bp) ( http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP/).
  • STRs are also considered to be special forms of deletion and insertion polymorphisms ("DIPs" or "InDels”), since they are like these with length differences of the STR-Loki with repeat units consisting of 3 bp (eg GAT, AAT), 4 bp (eg GATA, AAAC), 5 bp (eg TAATA, AAAGG), 6 bp (eg AGAGAT, AATACC) or 7 bp (eg AAAAACC, GGATTAA)
  • DIPs deletion and insertion polymorphisms
  • DIP simple deletion and insertion polymorphisms resulting in length differences of about 1 bp to 300 bp, 1 bp to 200 bp, 1 bp to 100 bp, preferably from about 1 bp to 50 bp of the examined DNS section (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP/).
  • SNP single nucleotide polymorphism
  • detection range refers to the analytically useful range of a physicochemical process in which the products of DNA amplification or genotyping can be uniquely detected, which range is overlapping if, for example, after multiplex amplification, the products of the different amplified genioki can not be clearly distinguished from one another or can not be unambiguously assigned, for example if the products have the same fragment length.
  • primer refers to single-stranded DNA oligonucleotides that undergo specific hybridization with a single stranded DNA or RNA template to form a DNA double helix or DNA RNA double helix and have a free 3'-OH end.
  • This molecular primer-template structure is suitable as a starting molecule of a DNA or RNA-dependent DNA polymerase.
  • the primers used in the PCR have a length of 6-50 bases, with sequence-specific PCR usually require primers from about 15 bases Preferred primer lengths are 10-50, 12-50, 15-50, 15-40, 20-40, 15-35, 15-30 bases
  • two primers, a so-called Primer pair designed such that one primer of this primer pair flanks the DNA target sequence to be amplified in the 5 'direction at a distance of 1 to 550, preferably 1 to 350 base pairs and hybridizes there to the coding DNA strand
  • multiplex refers to methods of nucleic acid amplification in which using more than one, eg two, three or four different primer pair (s) ) in a reaction batch more than one, eg, two, three or four, to be amplified target sequence (s) are amplified.
  • fluorophore refers to a chemical compound capable of emitting energy by fluorescence in an excited state.
  • Fluorophores used in molecular genetic diagnosis include, for example: 6-carboxyfluorescein (6FAM), 6-carboxy-4 ', 5'-dichloro -2 ', 7'-dimethoxy-fluorescein (JOE), 4,7,2', 4 ', 5', 7'-hexachloro-6-carboxy-fluorescein (HEX), 5- and 6-carboxy-X-rhodamine (ROX), 6-carboxytetramethyl-rhodamine (TAMRA), 6-caiboxy-4,7,2 ', 7'-tetrachloro-fl ⁇ orescein (TET), 2'-Chloro-5'-fluoro-7', 8 l -benzo-l, 4-dichloro-6-carboxyfluorescein (NED) (US 6,316,610), N,
  • LH or “JLoss of Heterozygosity” used herein refer to the differential diagnosis of certain tumors whose cells differ from healthy cells by the loss of particular DIP, SNP or STR alleles.
  • FRET Fluorescence Energy Resonance Transfer
  • J Forster Energy Resonance Transfer refers to the radiation-free transfer of photon energy from one excited fluorophore (the donor) to another fluorophore (the acceptor), when the distance between both is not more than 1-10 in.
  • covalently linked refers to covalent organic-chemical bonds.
  • deletions refers to nucleic acid sequences having one or more deletions, substitutions, additions, insertions and / or inversions.
  • a deletion is a terminal or intramolecular loss of one or more nucleotides from a nucleotide sequence. Preferred are deletions of 1 to 10,000 nucleotides, 1 to 5,000 nucleotides, 1 to 1,000 nucleotides, 1 to 300 nucleotides and 1 to 50 nucleotides.
  • a substitution is the replacement of one nucleotide for another, for example the replacement of an A for a T, C or G, a T for an A, C or G, a C for an A, T or G, a G against an A, T or C in a nucleotide sequence, wherein A is adenosine, T is thymidine, C is cytosine and G is guanosine.
  • An addition is a terminal (at the 5 'and / or 3' end of the nucleic acid) and an insertion by an intramolecular gain of one or more nucleotides in a nucleotide sequence.
  • An inversion is the sequence inversion of a fragment of a nucleic acid within the nucleic acid, wherein the length of the inverted fragment is 1 to 10,000 Nucleotides, 1 to 5,000 nucleotides, 1 to 1000 nucleotides, 1 to 300 nucleotides and 1 to 50 nucleotides.
  • the method of the invention is based on multiplex nucleic acid amplification and detection techniques that simultaneously genotype more than one target sequence or nucleic acid variation in the form of species-specific DNA, SNPs, DIPs, or STRs.
  • the number of lengthwise overlapping amplification products of the loci to be genotyped is then selectively reduced in such a way that the remaining amplification products can then be analyzed unambiguously allelically or locus-specifically using suitable detection methods.
  • the present invention relates in a first aspect to a method for genotyping nucleic acids, the method comprising the following steps:
  • the genotypic assignment of the amplificates to their original loci can also be carried out by separating the non-cleaved amplificates obtained from step d) of the method according to the invention before the detection in step e) of the method according to the invention.
  • the isolated sample may be a biological or non-biological sample. If it is a non-biological sample, it includes nucleic acid-containing material that has previously come into contact with the non-biological sample.
  • the biological sample is tissue samples such as skin, or body fluids such as blood, saliva, serum, seminal fluid, vaginal fluids, and the like.
  • the samples may be of microbial, plant, animal or human origin.
  • the sample may also be previously deoxyribonucleic acid (DNA) or ribonucleic acid (RNA) derived from biological material.
  • the nucleic acids to be genotyped may be deoxyribonucleic acid (DNA) or ribonucleic acid (RNA), with DNA being preferred. If the nucleic acid is RNA, reverse transcription of the RNA into cDNA occurs prior to nucleic acid amplification. When the nucleic acid is RNA, reverse transcription and nucleic acid amplification are preferably carried out by RT-PCR.
  • the method according to the invention for the amplification of nucleic acids can be, for example, a PCR, RT-PCR, LCR, RT-LCR, NASBA, SDA, EXPAR, ARMS, helicase-dependent isothermal amplification or tetraprimer ARMS as defined above , act.
  • Other methods of amplifying nucleic acids useful in the method of the invention are known to those skilled in the art. The implementation of this Method is known to the skilled person and depends on the corresponding standard protocols.
  • an isolated sample with two or more different primer pairs for a locus-specific multiplex PCR for the genotyping of two or more STRs, and / or DIPs and suitable reagents is added and carried out a process for the amplification of nucleic acids.
  • locus-specific PCR is the preferred amplification method.
  • the assignment of the amplificates to the individual genotypes to be genotyped by the method according to the invention is then preferably carried out by the separation and detection of the amplificates in a denaturing capillary gel electrophoresis, the amplificates being detected by a detectable label with which they are preferably provided.
  • the amplification is marked by one primer of each primer pair at its 5 'end or within the primer sequence, provided this does not inhibit the activities of the enzymes involved, DNA polymerases and restriction endonucleases.
  • the fluorescent dye may be, for example, 6-FAM, TET, HEX, JOE or NED.
  • This primer also contains the appropriately amplified product, the dye label and can thus be detected by means of suitable detector units.
  • suitable detector units for nucleic acid labeling possibilities such as biotin, haptens, addressing sequences and the like as well as further physical detection methods for nucleic acid amplificates such as fluorescence, fluorescence polarization, chemiluminescence, absorption spectroscopy, colorimetry, mass spectroscopy, surface plasmon resonance are known to the person skilled in the art.
  • the multiplex PCR reaction mixture will contain at least two to "n" different locus-specific products that overlap in their detection regions, with "n” of the gene to be genotyped in the reaction amplified Loki that results in products with overlapping detection range (ie, "n” corresponds at most exactly to the number of genioki amplified in the reaction.)
  • Carry amplificates that are the same length and / or claim identical or overlapping detection regions, the same dye marking, these amplificates can not be detected separately in the fluorescence detector analysis.
  • the sequences of the locus-specific primers which carry the detectable label, eg the dye marking, at their 5 'ends specific nucleic acid sequence modification provided.
  • the correspondingly amplified product also contains the nucleic acid sequence modification.
  • the nucleic acid sequence modification is performed by introducing base exchanges or extensions of their 5 'ends with the recognition sequences (cleavage sites) for various restriction endonucleases (Williams, 2003). Particularly suitable here are restriction endonucleases of type II, since their recognition and cleavage sites are identical in each case.
  • the restriction endonucleases may be, for example, üeoRV (recognition / cleavage sequence: 5'-GATATC-3 ') or EcoRI (recognition / cleavage sequence: 5'-GAATTC-3').
  • restriction endonucleases and corresponding specific nucleic acid sequence modifications for introduction of restriction endonuclease cleavage sites useful in accordance with the present invention are known to those skilled in the art. Furthermore, if the cleavage sites are integrated at the 5 'end of the labeled primer, it is important that the restriction endonucleases can also exert their activity at the end of a double-stranded DNA.
  • the specific nucleic acid sequence modification may be a recognition site for jsficking endonucleases
  • the recognition sequence should be oriented so that the DNA strand is cleaved to which the detectable mark, eg the dye marking is coupled.
  • the amplification mixture is divided into 2 to "n" different reaction vessels according to the number of products with overlapping detection regions If the specific nucleic acid tag of the amplicons consists in the introduction of restriction endonuclease cleavage sites, each reaction vessel is exposed to a specific restriction endonuclease or a mixture of "n-1" specific restriction endonucleases, so that only one specific fluorescence-labeled amplification product from the product mixture with overlapping detection region remains in each vessel, while the color markings of the other products are endonucleolytically cleaved off.
  • restriction endonucleases When using mixtures of restriction endonucleases, a sequential incubation with the restriction endonucleases can also take place if the restriction endonucleases require different reaction buffer conditions or have different temperature optima.
  • endonucleases are also known which cut PCR directly in the buffer (eg EcoKL, EcoKV, KpnT).
  • the covalently color-coded reaction products of the individual reaction batches which are covalently color-coded at their 5 'ends, are separated in denaturing capillary gel electrophoreses and clearly genotyped by means of detection units present on the capillary gel electrophoresis unit which can detect the color coding.
  • the selection of the method step for the selective reduction of the number of amplificates overlapping in the detection region with the same detectable label (eg fluorescence) of the loci to be genotyped is done as a function of the specific nucleic acid sequence modifications introduced into the modified primers of the two or more primer pairs, e.g. The introduced restriction endonuclease cleavage sites.
  • a mixture of "n-1" specific restriction endonucleases is used, for example, in the multiplex amplification, if three loci to be genotyped (e.g., STR A, STR B, STR C) having overlapping detection regions are amplified in the 5'-range of the detectable marked, z. B.
  • primer of the first primer pair for the amplification of STR A
  • primer of the first primer pair for the amplification of STR A
  • an EcoRV restriction site as described above may be included.
  • primer of the second primer pair for the amplification of STR B
  • primer of the third primer pair for the amplification of STR C
  • primer of the third primer pair for the amplification of STR C
  • primer of the third primer pair for the amplification of STR C
  • B. a HmdlII restriction site are inserted.
  • the inserted restriction sites are located in the 3 'direction of the fluorescent label.
  • the amplificate mixture is distributed to three reaction vessels.
  • the first reaction vessel is then subjected to restriction digestion with the restriction enzymes Ec ⁇ SCV and EcoRI.
  • the cleavage of the fluorescent dye units of the amplificates of STR A and STR B takes place.
  • Only the amplificates of STR C remain intact and can be detected fluorimetrically.
  • a restriction digestion with the restriction enzymes EcoRV and HindIII takes place correspondingly. In this case, the cleavage of the fluorescent dye units of the amplificates of STR A and STR C takes place.
  • STR B Only the amplificates of STR B remain intact and can be detected fluorimetrically.
  • the third reaction vessel is a restriction digestion with the restriction enzymes EcoRI and HindIII. The cleavage of the fluorescent dye units of the amplificates of STR B and STR C is carried out. Only the amplificates of STR A remain intact and can be detected fluorimetrically.
  • the primers which are provided with the detectable label are provided with specific nucleic acid sequence modifications, the recognition sequences and / or cleavage sites for (a) specific DNA modification (s) are specific endonucleases, DNA N-glycosylases and / or AP-DNA. Lyases are.
  • the DNA base modifications include urea, 5,6-dihydroxythymine, thymine glycol, 5-hydroxy-5-methylhydantone, uracil glycol, 6-hydroxy-5,6-dihydrothimine, and allow enzymatic cleavage of the detectable label from the amplicons and methyltartronylurea.
  • These DNA base modifications are selectively cleaved by endonuclease III from Escherichia coli. Endonuclease III has both DNA-N-glycosylase and AP-DNA lyase activity with respect to these substrates (Chaudhry and Weinfeld, 1995).
  • Another specific nucleic acid sequence modification consists in the introduction of an inositol residue into the primer sequence which specifically leads to enzymatic cleavage of the DNA by means of the ,, Mcfang "endonuclease V from the organism Uiermotoga maritima two bases in the 3 'direction of the inositol residue (Huang et al. , 2002).
  • restriction endonucleases are well known to those skilled in the art (see, for example, Williams (2003)).
  • specific nucleic acid sequence modifications which are useful according to the method of the invention are recognition and / or cleavage sites for recombinant endonucleases which can be modified and adapted in their activity by site-directed mutagenesis or random mutagenesis or so-called “artificial endonucleases” consisting of genetic engineering fusions between a protein domain that mediates specific DNA recognition and a protein domain that has endonucleolytic activity
  • sequence-specific DNA binding domains for restriction endonucleases for example, sequence-specific DNA binding domains for restriction endonucleases, bacterial regulatory sequences (e.g., Cro, CAP , Helix-Turn-Helix-Motif) or unusual DNA conformations such as triple helices are used (eg complexes of RecA and oligonucleotides)
  • DNA cleavage for example, protein domains of
  • nucleic acid sequence modifications useful in accordance with the method of the present invention may permit enzymatic or chemical cleavage of the detectable label from the amplicons.
  • uracyl residues can be introduced into the primer sequence.
  • DNA uracyl N-glycosylases specifically cleave uracyl residues in double-stranded DNA to form apyrimidinic (AP) sites (Vaughan and McCarthy, 1998).
  • the phosphodiester bonds of the AP sites can be cleaved thermally (WO99039001) or chemically selectively by means of alkali treatment (McHugh and Knowland, 1995, Sambrook et al., 1989), so that a cleavage of the dye from the amplificate.
  • the derivatization of the primer sequence with AP sites also allows an enzymatic cleavage of the dye from the amplificate by means of suitable AP-DNA lyases.
  • nucleic acid sequence modifications which are useful according to the inventive method to cause a chemical cleavage of the detectable label of the amplificates (see also EP 0828855B1).
  • 5'-amino-3'-deoxynucleoside phosphorporamidites can be used for the synthesis of oligonucleotides having acid-labile 5'-P-N-3 'bonds. (Shchepinov et al., 2001).
  • Another method for site-specific endonucleolytic cleavage of DNA is by metal ion-catalyzed DNA cleavage (Williams, 2003).
  • oligonucleotides which form specific double or triple helices with the target sequence or DNA binding proteins or corresponding protein domains mediate the sequence specificity.
  • oligonucleotides can be used which form specific double or triple helices with the primer carrying the detectable label.
  • the specific nucleic acid sequence modifications may be DNA sequences that confer sequence specificity or binding specificity to DNA binding proteins or protein domains, respectively.
  • the DNA cleavage and thus the cleavage of the dye from the amplificate takes place here chemically by metal ion complexes, for example ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) iron or o-phenanthroline copper, which are covalently coupled to the oligonucleotides or DNA binding proteins.
  • metal ion complexes for example ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) iron or o-phenanthroline copper, which are covalently coupled to the oligonucleotides or DNA binding proteins.
  • PCR primers can be derivatized by means of photochemically unstable base analogues or oligonucleotide synthetic building blocks, for example biotin (Li et al., 1999) or o-nitrobenzyl-CE-phosphoramidite (Wenzel et al., 2003, DE 10108453B4), i. H. which selectively split adjacent phosphorodiester bonds under the action of UV light.
  • photochemically unstable conjugates between oligonucleotides and peptides are described by Olejnik et al. (1999), whereby the peptide portion can serve for example as hapten for the detection by means of antibodies or can carry a coloring material marking.
  • PCR primers For genotyping according to the invention of amplification products from multiplex PCR, the above-mentioned specific nucleic acid sequence modifications (derivatizations) of PCR primers can also be combined in such a way that a combination of the postamplificatory enzymatic, chemical and / or photochemical (physical) processes has to be carried out.
  • Syvänen explicitly describes the multi-level and modular nature of various methods for genotyping SNPs, with alternative embodiments for certain analysis steps.
  • the multiplexing capability of said methods is often limited by the number of non-overlapping detection ranges, i. H. only multiplex amplificates whose lengths do not overlap can be clearly detected.
  • Covalent modifications of locus- or allele-specific primers are used both for detection (eg fluorescent dyes) and for locus- or allele-specific separation steps (eg biotin or addressing sequences).
  • the specific nucleic acid sequence modifications are selectively introduced during primer synthesis, thereby serving as a label for the enzymatic, chemical, and / or physical selective reduction step the number of lengthwise overlapping amplificates of the loci to be genotyped.
  • dsDNA double-stranded DNA
  • cleavage products of restriction endonucleases preferably of type II, which single-stranded 5 'excess length, are enzymatically labeled by extending the DNA half-strand, which contains the 3'-hydroxyl end offset inside.
  • ddNTPs 2 ', 3'-dideoxyribonucleoside triphosphates
  • suitable labels are derivatives of dNTPs and ddNTPs with fluorophores (eg fluorescein-d (eg.
  • NTP NTP
  • TAMRA-d NTP
  • Cy3-d NTP
  • Cy5-d NTP
  • biotin or radioactivity alpha 32 P-dNTP or alpha 32 P-ddNTP, alpha 33 P-dNTP or alpha 33 P-ddNTP.
  • one PCR primer per gene locus is extended at its 5 'end with the site for a particular restriction endonuclease, which naturally does not exist in the gene locus to be amplified is present or not associated with the polymorphism to be examined or interacts with its detection. If, for example, only one measuring device for the detection of fluorescein and only fluorescein-ddGTP for an SBE is available for the detection, it is possible with the incorporation of e.g. B.
  • the Amplif ⁇ katgemisch is then treated in 8 separate reaction mixtures with the 8 different restriction endonucleases, wherein at the same time or following the cleavage of the interfaces, the labeling of the selectively cleaved Amplitlkate can be done using SBE and fluorescein-ddGTP.
  • the mixtures are then separated in 8 separate electrophoretic runs and detected via the covalently bound fluorescein.
  • the method according to the invention in its analytical approach fundamentally differs from other methods for the detection of SNPs and DIPs, in which the DNA amplification method with subsequent treatment of the amplification products with corresponding enzymes is also used (eg, JR Tetr et al., 2004).
  • RFLP restriction endonucleases
  • a primer in the 5 'direction can be designed in close proximity to the DNA sequence polymorphism to be analyzed, with its sequence being altered at the 3' end by base exchange (s) of the natural sequence such that (1) enzymatic primer extension is possible and (2) at the same time a partially present in 3 'direction of the primer interface for a restriction endonuclease in the range of DNA sequence polymorphism to be analyzed is completed.
  • base exchange base exchange
  • This primer is also located in the 5'-direction in the vicinity of the SNP and the amplification downstream cleavage, in particular using enzymes of the type IIS, serves an allele-specific detection reaction for the SNP.
  • Bruland and Knappskog (2004) describe the post-amplification fluorescence labeling of restriction fragments by means of SBE at naturally occurring restriction sites in order to subsequently detect sequence differences by "single strand conformation polymorphism.” All of these methods are mentioned in the cited literature if they are used for multiplex applications , are carried out as one-pot reactions, ie, two or more reaction batches are not formed post-amplification and, moreover, these methods are not used for the separation of amplification mixtures with overlapping detection ranges.
  • the specifically modified DNA amplification products which have been enzymatically, chemically and / or physically treated according to their modification are no longer available for the selected genotyping detection method, ie are not detectable, since they are eliminated from the multiplexing approach according to the invention, so that only the remaining amplification products, which are not affected by the enzymatic, chemical and / or physical treatment, are analyzed and thus genotyped.
  • the inventive method can also be applied to single-stranded DNA products z.
  • a multiplex SBE for the detection of SNPs apply.
  • "n" are amplified in a locus-specific nucleic acid amplification reaction using different loci containing, for example, SNPs 'Ends are labeled with biotin, extended at their 3' ends with allelepezifischen, differently fluorescently labeled dideoxyribonucleotide.
  • the reaction mixture is purified from "n” different, allelspezif ⁇ sch extended single-stranded SBE primers with streptavidin and distributed to "n” different reaction vessels.
  • the genotyping of all SNPs of the multiplexed approach can be done using a single color mark.
  • the reaction mixture of this multiplex SBE for the detection of "n" SNPs is distributed to twice the number "2n” of reaction vessels. All further steps are analogous with the difference that only one primer, which is complementary to an allele-specifically extended SBE primer of a particular SNP locus, is used.
  • only one allele-specific extension product is protected from digestion by a single strand-specific DNA endonuclease per approach.
  • This arrangement allows the genotyping of SNPs from complex multiplex amplifications using optically simpler and thus particularly low-cost fluorometers.
  • the selective cleavage of single-stranded SBE products can also be done by so-called chemical endonucleases. These are specific oligonucleotides that can form a DNA double helix by DNA-DNA hybridization with a specific target sequence. The cleavage takes place chemically by metal ion complexes, usually ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) iron or o-phenanthroline copper, which are covalently coupled to the oligonucleotides (Williams, 2003).
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • a further aspect of the present invention is a kit for carrying out the method according to the invention, wherein the kit comprises two or more primer pairs for carrying out the multiplex amplification according to the method according to the invention.
  • the primers of the respective primer pairs each comprise DNA sequences which allow the desired target sequence (loci) to be amplified by hybridizing the primers to the DNA flanking the target sequence at a distance of about 50 to 350 base pairs.
  • One of the two primers of the primer pair is labeled according to step a) of the method according to the invention, for example with a fluorescent dye, as described above.
  • This labeled primer additionally contains a specific nucleic acid sequence modification as described above, with one for each locus different specific NuMeinkladsequenzmod Enzyme must be present and thus with the help of two or more different enzymatic, chemical and / or physical treatment steps in two or more separate reaction mixtures each of the Loki on the enzymatic, chemical and / or physical treatment of the multiplex mixture is eliminated, and a remaining unmodified amplification product in the subsequent analysis method, as described above, clearly characterized, ie genotyped, is.
  • the kit according to the invention may comprise reaction vessels into which the reaction mixture from step c) of the method according to the invention can be distributed.
  • kits according to the invention according to the multiplex method to be carried out for nucleic acid amplification suitable reagents such as buffers, nucleotides and enzymes, for. DNA polymerases, as well as suitable reference nucleic acid (s) in suitable containers.
  • suitable reagents such as buffers, nucleotides and enzymes, for. DNA polymerases, as well as suitable reference nucleic acid (s) in suitable containers.
  • the method according to the invention for the analysis of complex multiplex mixtures for nucleic acid amplification products with overlapping detection regions for genotyping can be used for all known fields of application of STR, SNP and DIP analysis. Of particular importance are multiplex applications when the starting amount of nucleic acid is limiting. In particular, genotyping to distinguish individuals of a species in the following areas should be mentioned:
  • the present invention is explained in more detail below using the example of combined STR and DIP analysis by means of locus-specific multiplex PCR and genotyping by denaturing capillary gel electrophoresis and fluorescence detection.
  • the analytical resolution of the complex multiplex PCR mixture succeeds by postamplificatory fractionation, whereby an amplification product to be analyzed is freed from all other amplification products which interfere in the detection, which overlap in the detection region, as the fluorescent labels necessary for the detection detection are replaced by an amplification product Cleaved restriction endonuclease.
  • a DIP of 6 bp in the region of the amelogenin gene is suitable, which is located in one copy on both sex chromosomes in meiotic non-recombining areas (AM2, Nakahori et al., 1991).
  • This DIP is the sequence 5'-AAAGTG-3 'which forms the base pairs 332 to 337 of the Y-specific gene copy with the accession number GenBank: M55419 and between the bases 331 and 332 of the X-specific gene copy with the accession number GenBank: M55418 is missing.
  • AMFT3-H (SEQ ID NO: 1) - (S'-HEX-TTTGAATTCCCTGGGCTCTGTAAAGAA-S ': artificial sequence appendix in bold text, Underlined for EcoRI), AMR3 (SEQ ID NO: 2) (5 '
  • D3RT1-F (SEQ ID NO: 3) (5'-6FAM-TTGATATCATGAAATCAACAGAGGCTTGC-3 ': capitalized artificial sequence appendix, site underlined for EcoRV), D3F1 (SEQ ID NO: 4) (5' -ACTGCAGTCCAATCTGGGT-3 '), D5RT3-F (SEQ ID NO: 5) (5'-6FAM-
  • Genomic DNA from volunteer donors was prepared from cheek swabs (with sterile cotton swabs) and blood samples using the kit NucleoSpin ® Tissue kit (Macherey & Nagel, Düren) and NucleoSpin ® Blood (Macherey & Nagel, Düren) according to manufacturer's instructions. Absorbance measurements at 260 nm were used as reference methods for DNA quantification by means of UV / VIS spectroscopy (BioPhotometer, Eppendorf, Hamburg, Germany) and real-time PCR measurements with the "Quantifiler TM Human DNA Quantification Kit” (Applied Biosystems, Darmstadt, Germany).
  • the genomic DNA supplied with the kit was used as the reference DNA, and the 25 ⁇ L volume PCR procedure consisted of 1.5 mmol / l MgCl 2 , 200 nmol / l dNTPs. fold concentrated JumpStart reaction buffer (Sigma & Aldrich, Freiburg), 1.25 Unit Jump Start ® Taq DNA polymerase (Sigma & Aldrich, Freiburg), 5.0 ng of genomic DNA and the following oligonucleotides with their Endkonzemtrationen in parentheses: AMFT3-H ( 0.4 ⁇ mol / l), AMRT3 (0.4 ⁇ mol / l), D3RT1-F (0.2 ⁇ mol / l) , D3F1 (0.2 ⁇ mol / l), D5RT1-F (0.6 ⁇ mol / l) ), D5FT1 (0.6 ⁇ mol / l), THOFT3-F (0.6 ⁇ mol / l), THOR3 (0.6 ⁇ mol / l),
  • the PCR program consisted of an initial denaturation of 2 min at 94 ° C, followed by 30 cycles of 20 s at 94 ° C, 1 min at 55 0 C and 30 s at 72 0 C and another 60 min at 60 0 C.
  • a TC-512 thermal cycler (Techne AG, Burkhardtsdorf) was used. After the PCR, 9.6 ⁇ L each of the batch were incubated in separate reaction vessels containing 5 units each of the restriction endonucleases EcoRI (New England Biolabs, Frankfurt aM) and EcoRV (New England Biolabs, Frankfurt aM, Germany) for 1.0 h incubated at 37 0 C. This was followed by heat inactivation for 20 min at 82 ° C.
  • the capillary gel electrophoresis was carried out with the polymer mixture POP-4 (Applied Biosystmens, Darmstadt, Germany) at 60 0 C, 15,000 V and 20 min under denaturing conditions according to the manufacturer. Evaluated with the software GenScan Analysis (Applied Biosystems, Darmstadt, Germany) using a specially prepared color matrix for the dyes 6-FAM, HEX and ROX according to the manufacturer. The electropherograms for a woman's DNA are shown in FIG.
  • Electrophoresis 20 1258-1265. Lin YW, Huang MF, Chang HT (2005). Nanomaterials and chip-based nanostructures for capillary electrophoretic eparations of DNA. Electrophoresis 26: 320-330. Little MC, Andrews J, Moore R, Bustos S, Jones L, Embres C, Durmowicz G, Harris J, Berger D,
  • Genomics 9 264-269. Notomi T 5 Okayama H 5 Masubuchi H, Yonekawa T, Watanabe K, Amino N, Hare T (2000). Loop mediated isothermal amplification of DNA. Nucleic Acids Res 28: e63. Olejnik J, Ludemann HC 5 Krzymanska-Olejnik E 5 Berkenkamp S 5 Hillenkamp F, Rothschild KJ

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Abstract

The invention relates to the field of molecular biological nucleic acid analysis. The invention also relates to a method for genotyping nucleic acids, in particular for genotyping SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms'), microsatellites ('Short Tandem Repeats', STRs) or deletion and insertion polymorphisms (DIPs) in nucleic acids from amplification mixtures resulting in multiplex-nucleic acids amplification methods. The invention also relates to a kit enabling said invention to be carried out.

Description

Verfahren zur Analyse von Multiplex-Gemischen bestehend aus Nukleinsäure- Amplifikationsprodukten mit überlappenden Detektionsbereichen Method for analyzing multiplex mixtures consisting of nucleic acid amplification products with overlapping detection regions
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der molekularbiologischen Nukleinsäureanalytik. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Genotypisierung von Nukleinsäuren, insbesondere zur Genotypisierung von Einzelbasenaustauschen („Single Nucleotide Polymorphisms", SNPs), Mikrosatelliten („Short Tandem Repeats", STRs) oder Deletions- und Insertionspolymorphismen (DIPs) in Nukleinsäuren aus Amplifikatgemischen, die aus Multiplex- Nukleinsäureamplifikationsverfahren resultieren. Ferner betrifft die Erfindung ein Kit, mit dem sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen lässt.The present invention relates to the field of molecular biology nucleic acid analysis. In particular, the invention relates to a method for genotyping nucleic acids, in particular for single nucleotide polymorphisms (SNPs), short tandem repeats (STRs) or deletion and insertion polymorphisms (DIPs) in nucleic acids from amplified mixtures, the resulting from multiplex nucleic acid amplification. Furthermore, the invention relates to a kit with which the inventive method can be carried out.
In der molekularbiologischen Nukleinsäureanalytik werden Unterschiede in der Sequenz der DNS nachgewiesen. Innerhalb von homologen DNS-Abschnitten zwischen unterschiedlichen Spezies bzw. Individuen einer Spezies (Population) stellen sich diese als längere definierte Sequenzunterschiede, ' Einzέlbasenaustausche („Single Nucleotide Polymorphisms", SNPs), Sequenzinversionen, Chromosomentranslokationen oder DNS-Deletionen bzw. -Insertionen dar. Letztere gehen mit einem Längenunterschied der untersuchten DNS-Region einher und lassen sich wiederum unterteilen in einfache DNS-Deletionen und -insertionen (,JDeletion Insertion Polymorphisms", DIPs) oder repetitive DNS-Elemente wie Minisatelliten, Mikrosatelliten, SBSfE, LINE, Telomere. Diagnostisch besonders wichtige Vertreter repetitiver DNS-Elemente sind Mikrosatelliten („Short Tandem Repeats", STRs). STRs sind variable Abschnitte von DNS, die aus direkten, tandemartigen Wiederholungen von 1-10 Basenpaaren (bp) bestehen (Butler, 2005). Die Anzahl der Wiederholungseinheiten von STRs kann zwischen den Individuen einer Art sehr stark variieren, so dass ein STR-Genlokus innerhalb einer Population oft mit mehr als 4 Allelen vertreten ist. Im Gegensatz dazu sind SNPs und DIPs in der Regel nur durch zwei Allele vertreten (biallelisch). In Ausnahmen treten bei SNPs bis zu 4 Allele auf. Durch gleichzeitige Analyse mehrerer genetisch nicht gekoppelter STRs (ca. 8-15) oder SNPs und DIPs (ca. 30-60) können z. B. eindeutige molekulargenetische Identifizierungsmuster (MI, „Genetischer Fingerabdruck") zur Unterscheidung von Individuen erstellt werden. Diese haben sich besonders durchgesetzt in der Forensik (Täternachweis und Gendatenbanken, forensische Spurenanalyse), zur Abstammungsanalyse (Vaterschaftsgutachten), zur Chimerismusanalyse nach Knochenmarktransplantation, in der Tumordiagnostik (,JLoss ofHeterozygosity", LOH) sowie in der Tier- und Pflanzenzucht (z. B. geografische Herkunft und genealogische Abstammung, Inzuchtkontrolle, Unterscheidung von Pflanzensorten). Aus Gründen des Datenschutzes werden für humane MI ausschließlich DNS-Variationen ohne phänotypische Ausprägung genutzt. Die überwiegende Mehrzahl molekulardiagnostischer Anwendungen betrifft jedoch DNS -Variationen, die sich ursächlich oder mittelbar auf einen Phänotyp beziehen lassen. Beispielhaft sei auf den Nachweis von Krankheitserregern oder transgener Organismen, die Tumordiagnostik, die Diagnose von Erbkrankheiten oder Krankheiten mit genetischer Disposition, die Pharmakogenetik bzw. die Charakterisierung von Leistungsmerkmalen in der Tier- und Pflanzenzucht verwiesen.In molecular biology nucleic acid analysis differences in the sequence of DNA are detected. Within homologous DNA segments between different species or individuals of a species (population) these are longer defined sequence differences, single nucleotide polymorphisms (SNPs), sequence inversions, chromosome translocations or DNA deletions or insertions. The latter are associated with a difference in length of the investigated DNA region and can in turn be subdivided into simple DNA deletions and insertions ("deletion insertion polymorphisms", DIPs) or repetitive DNA elements such as minisatellites, microsatellites, SBSfE, LINE, telomeres. Diagnostically most important members of repetitive DNA elements are Short Tandem Repeats (STRs), which are variable sections of DNA consisting of direct, tandem repeats of 1-10 base pairs (bp) (Butler, 2005) the repeat units of STRs can vary widely between individuals of one species, so that an STR gene locus within a population is often represented by more than 4 alleles, in contrast SNPs and DIPs are usually represented by only two alleles (biallelic) In exceptional cases, up to 4 alleles can be found in SNPs, which can be identified by the simultaneous analysis of several non-linked STRs (about 8-15) or SNPs and DIPs (about 30-60), for example, with unique molecular genetic identification patterns (MI, " Genetic fingerprint ") to distinguish individuals. These have particularly prevailed in the Forensics (perpetrator and genetic databases, forensic trace analysis), for pedigree analysis, for chimerism analysis after bone marrow transplantation, in tumor diagnostics ("JLoss of Heterozygosity", LOH) and in animal and plant breeding (eg geographical origin and genealogical descent, For reasons of data protection, human MI uses only DNA variations without phenotypic characteristics, but the vast majority of molecular diagnostic applications concern DNA variations that can be causally or indirectly related to a phenotype Detection of pathogens or transgenic organisms, the tumor diagnosis, the diagnosis of hereditary diseases or diseases with genetic disposition, the pharmacogenetics and the characterization of performance characteristics in animal and plant breeding referenced.
Ein wichtiger Verfahrensschritt zum Nachweis genetischer Variationen besteht in der gezielten Vervielfältigung (Amplifikation) der ausgewählten DNS-Sequenzen, um die Empfindlichkeitsschwelle eines nachgeschalteten physikalisch-chemischen Analysesystems zu erreichen (Prinzip der selektiven Signalverstärkung). Die am häufigsten genutzte Technologie zur DNS-Amplifikation ist die Polymerasenkettenreaktion (PCR) (US 4,683,195). Bei diesem enzymchemischen Verfahren werden die vorbestimmten Zielsequenzen, welche z. B. speziesspezifische Sequenzen oder genetische Variationen enthalten, aus dem DNS-Probenmaterial selektiv unter Verwendung thermostabiler DNS-abhängiger DNS-Polymerasen vervielfältigt. Die Substratspezifϊtät dieser Enzyme setzt voraus, dass eine einzelsträngige DNS-Matrize und ein daran lokalisierter doppelsträngiger DNS-Bereich vorliegt, der durch Basenpaarung zwischen der DNS- Matrize und einem so genannten PCR-Primer ausgebildet wird. Der PCR-Primer ist ein synthetisches Oligonukleotid (mindestens 6, in der Regel 15-40 Basen) und muss über eine freie 3 '-Hydroxylgruppe verfügen, an der in Gegenwart von Desoxyribonukleosidtriphosphaten und Magnesiumionen die Synthese des neuen DNS-Stranges in 5'-»3'-Richtung erfolgt. Durch Kombination von zwei PCR-Primern zu einem PCR-Primerpaar, dessen einzelne Primer jeweils an einen Matrizenstrang der DNS-Zielsequenz und in Bezug auf deren Orientierungen in 3 '-Richtung versetzt binden können, erfolgt in einer so genannten lokusspezifischen PCR die exponentielle Amplifikation der dazwischen liegenden DNS-Region. Die PCR ist ein zyklischer Prozess, wobei jeder Zyklus aus mindestens zwei Temperaturschritten, dem Aufschmelzen der doppelsträngigen DNS bei ca. 90-95°C und dem Anlagern sowie dem Verlängern der Primer bei ca. 50-750C, besteht. Hierfür werden Thermocycler verwendet. Beinhaltet das Amplifikat einer lokusspezifischen PCR einen SNP, so muss für dessen Genotypisierung ein weiterer allelspezifischer Schritt wie z. B. Allele specific Single Base Extension" (SBE), DNS- Sequenzanalyse (z. B. durch statistischen Kettenabbruch nach Sanger oder durch Pyrosequencing ), „Allelspezifische DNS-Hybridiserung", „Allelspezifische DNS- Sondentechnologie" (z. B. Fluoreszenz-Resonanz-Energietransfersonden für die Echtzeit-PCR) oder „Oϊigospecific Ligation Assay" (OLA) erfolgen. Alternativ kann auch eine allelspezifische PCR durchgeführt werden, bei der zwei Primer an ihren 3 '-Enden je eine allelspezifische Sequenz der DNS-Variation (DIP oder SNP) enthalten und in Kombination mit einem oder zwei weiteren lokusspezifischen Primern zu allelspezifischen Amplifikaten führen (z. B. Amplification Refractory Mutation System"; ARMS™, EP 0 332 435 B2 oder Tetraprimer-ÄRMS, Ye et al., 2001). Die Amplifikation von Ribonukleinsäuren (RNS), z. B. zum Nachweis RNS-haltiger Viren oder von Boten-RNS (mRNS) und deren Variationen (z. B. SNPs oder Splice- Varianten), gelingt, indem die RNS vor der PCR durch reverse Transkription mittels einer reversen Transkriptase in eine zur RNS-Sequenz komplementäre DNS (cDNS) umgeschrieben wird.An important process step for the detection of genetic variations consists in the targeted duplication (amplification) of the selected DNA sequences in order to reach the sensitivity threshold of a downstream physico-chemical analysis system (principle of selective signal amplification). The most commonly used technology for DNA amplification is the polymerase chain reaction (PCR) (US 4,683,195). In this enzyme chemical method, the predetermined target sequences, which z. , Species-specific sequences or genetic variations, from which DNA sample material is selectively amplified using thermostable DNA-dependent DNA polymerases. The substrate specificity of these enzymes presupposes that there is a single-stranded DNA template and a double-stranded DNA region located thereon, which is formed by base-pairing between the DNA template and a so-called PCR primer. The PCR primer is a synthetic oligonucleotide (at least 6, usually 15-40 bases) and must have a free 3 'hydroxyl group in which, in the presence of deoxyribonucleoside triphosphates and magnesium ions, the synthesis of the new DNA strand in 5'- »3'-direction takes place. By combining two PCR primers into a PCR primer pair whose individual primers can each bind to a template strand of the DNA target sequence and with respect to their orientations in the 3 'direction, the exponential amplification of the DNA is carried out in a so-called locus-specific PCR intervening DNS region. The PCR is a cyclic process, each cycle consists of at least two temperature steps, the melting of the double-stranded DNA at about 90-95 ° C and the annealing and extending the primer at about 50-75 0 C exists. For this purpose, thermal cyclers are used. Does the amplicon contain a locus-specific PCR a SNP, it must for genotyping another allelepezifischer step such. Allele specific single base extension "(SBE), DNA sequence analysis (eg by Sanger statistical chain termination or by pyrosequencing)," allele-specific DNA hybridization "," allele-specific DNA probe technology "(eg fluorescence Resonance energy transfer probes for the real-time PCR) or "Oϊigospecific Ligation Assay" (OLA). Alternatively, an allele-specific PCR can be carried out in which two primers each contain an allele-specific sequence of the DNA variation (DIP or SNP) at their 3 'ends and in combination with one or two further locus-specific primers lead to allele-specific amplicons (eg. Amplification Refractory Mutation System ", ARMS ™, EP 0 332 435 B2 or Tetraprimer-AMS, Ye et al., 2001) Amplification of ribonucleic acids (RNA), eg for the detection of RNA-containing viruses or messengers RNA (mRNA) and its variations (eg SNPs or splice variants) can be achieved by transcription of the RNA by reverse transcription using reverse transcriptase into DNA complementary to the RNA sequence (cDNA).
Neben der PCR sind dem Fachmann weitere Verfahren zur lokus- oder allelspezifischen Amplifikation von Nukleinsäurebereichen bekannt, welche teilweise auch isotherm durchgeführt werden können (siehe Reviews von Schweitzer und Kingsmore, 2001; Demidov und Broude, 2004). Zu nennen sind u. a. ,J$ucleic Acid Sequence Based Amplification " (NASBA; Simpkins et al., 2000), ,JLigase Chain Reaction " (LCR; Barany, 1991; in Variationen als Detektionsmethode auch Padlock-Probes genannt), ,JLoop-mediated Isothermal Amplification of DNA " (LAMP, Notomi et al., 2000) und „Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification " (MLPA; Schouten et al., 2002; Langerak et al., 2005), „Strand Displacement Amplification " (SDA; LMe et al., 1999), ,ßxponential Amplification Reaction" (EXPAR; van Ness et al., 2003), „Rolling Cycle Amplification " (RCA; Lizardi et al., 1998) und ,ßelicase-dependend Isothermal Amplification" (Vincent et al., 2004).Apart from the PCR, further methods for locus- or allele-specific amplification of nucleic acid regions are known to the person skilled in the art, some of which can also be carried out isothermally (see reviews by Schweitzer and Kingsmore, 2001, Demidov and Broude, 2004). To call are u. a. "Jellide Acid Sequence Based Amplification" (NASBA; Simpkins et al., 2000), "JLigase Chain Reaction" (LCR; Barany, 1991, also referred to as Padlock Probes in variations as a detection method), JLoop-mediated Isothermal Amplification of DNA "(LAMP, Notomi et al., 2000) and" Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification "(MLPA; Schouten et al., 2002; Langerak et al., 2005)," Strand Displacement Amplification "(SDA, LMe et al , 1999), Exponential Amplification Reaction (EXPAR), Rolling Cycle Amplification (RCA), Lizardi et al., 1998, and Felicase-Dependent Isothermal Amplification (Vincent et al. , 2004).
Zur Genotypisierung der so erzeugten DNS-Amplifikate werden anschließend geeignete Detektionsverfahren benötigt. Im Falle von speziesspezifischen DNS-Fragmenten bzw. STRs und DIPs, deren Allele sich durch Längenunterschiede der Amplifikate darstellen, kann dies in DNS- Elektrophoresen erfolgen. Das wichtigste und zurzeit sensitivste elektrophoretische Verfahren für die STR- und DIP-Analytik basiert auf der denaturierenden DNS-Kapillargelelektrophorese in Kombination mit einer Fluoreszenzdetektion der einzelsträngigen DNS-Amplifikate. Hierfür wird je ein Primer für die PCR während seiner chemischen Synthese an seinem 5 '-Ende mit einem Fluoreszenzfarbstoff kovalent verknüpft und somit markiert. Kapillargelelektrophoresen lassen sich auch als ,£ab-On-A-Chip" miniaturisieren (Lin et al., 2005). Alternativ können jedoch auch unmarkierte STR- und DIP-Amplifikate in geeigneten Flachgelen durch postelektrophoretische Färbetechniken auf der Basis von Farbstoffen, die selektiv an DNS binden (z. B. Ethidiumbromid, Sybr Green, Sybr Gold), oder durch Färbung mit Stains All bzw. Silberabscheidung (Silberfärbung) dargestellt werden. Zur Genotypisierung von DIPs und SNPs sind ebenfalls verschiedene Verfahren beschrieben (siehe Übersichtsartikel z. B. Syvänen, 2001 und Kwock, 2003). Hierbei müssen so genannte markierungsfreie Verfahren (z. B. Massenspektrometrie oder Oberfiächen-Plasmonen- Resonanz) von solchen unterschieden werden, die Markierungen, z. B. in Form von Fluorophoren (z. B. Fluoreszenz oder Fluoreszenz-Ressonanz-Energietransfer (FRET)), Biotin (z. B. indirekt colorimetisches Verfahren über Steptavidin und Alkalische Phosphatase), Haptenen (z. B. in Verbindung mit einem Enzym-Imrnunoassay) oder Goldnanopartikeln (Absorptionsspektroskopie in Kombination mit reduktiver Silberabscheidung auf DNS-Hybridisierungs-Chips; Clondiag, Jena, Deutschland) erfordern. Die genannten Markierungen werden durch organisch chemische Synthese kovalent an PCR-Primer und DNS-Sonden gebunden oder z. B. während der SBE mittels fluoreszenzmarkierter Didesoxyribonukleotidtriphosphate eingebaut.For the genotyping of the DNA amplificates thus generated, suitable detection methods are subsequently required. In the case of species-specific DNA fragments or STRs and DIPs whose alleles are represented by differences in length of the amplificates, this can be done in DNA electrophoreses. The most important and currently most sensitive electrophoretic method for STR and DIP analysis is based on denaturing DNA capillary gel electrophoresis combined with fluorescence detection of the single-stranded DNA amplicons. This will ever a PCR primer is covalently linked to a fluorescent dye at its 5 'end during its chemical synthesis and thus labeled. Capillary gel electrophoresis can also be miniaturized as an "off-on-a-chip" (Lin et al., 2005) Alternatively, however, unlabeled STR and DIP amplificates can be selectively prepared in suitable flat gels by post-electrophoretic staining techniques based on dyes bind to DNA (eg, ethidium bromide, Sybr Green, Sybr Gold), or by Stains All staining or silver staining (silver staining) For the genotyping of DIPs and SNPs also various methods are described (see review article eg. Syvänen, 2001 and Kwock, 2003), in which so-called label-free methods (eg mass spectrometry or surface plasmon resonance) have to be differentiated from those containing labels, eg in the form of fluorophores (eg fluorescence or Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET)), biotin (e.g., indirect colorimetric method via streptavidin and alkaline phosphatase), haptens (e.g., in conjunction with an enzyme immunoassay) or gold nanoparticles (absorption spectroscopy in combination with reductive silver deposition on DNA hybridization chips; Clondiag, Jena, Germany). The said markers are covalently bound by PCR to organic chemical synthesis to PCR primers and DNA probes or z. B. incorporated during the SBE by means of fluorescence-labeled dideoxyribonucleotide triphosphates.
Entscheidend ist, dass die Detektionsemheit des verwendeten Analysegerätes eine eindeutige Trennung der Allele durch Zuweisung definierter Detektionsbereiche erlaubt. So verfügen z. B. Fluorometer in Sequenzierautomaten oder Echtzeit-PCR-Thermocylern zurzeit über zwei bis fünf Farbkanäle, um geeignete Fluorophore zu unterscheiden. Alternativ kann ein allelspezifischer Trennschritt erfolgen. Hierfür sind massenspektrometische und elektrophoretische Verfahren sowie adressierbare Mikrosphären (,Microspheres", ,ßeads") in Kombination mit Durchflusszytometern oder DNS-Chips (DNS-Arrays) beschrieben. Als Adressierungsfunktion für Mikrosphären und DNS-Chips können beispielsweise so genannte „Universal Sequence Tags" (Hirschhorn et al., 2000), d. h. spezifische oder kombinatorisch erzeugte und von einander verschiedene artifizielle Sequenzen von ca. 6 bis 50 Basen kovalent gebunden an das 5 '-Ende von SBE-Primern oder allelspezifischen PCR-Primern, genutzt werden. Weitere Adressierungfunktionen in kovalenter Bindung mit Primern sind Liganden wie Biotin, Digoxigenin (Roche Diognostics, Basel, CH) oder andere Haptene in Kombination mit Steptavidin oder spezifischen Antikörpern bzw. Derivaten von diesen. Dem Fachmann ist ferner bekannt, dass Oberflächen von ferromagnetischen Partikeln mit entsprechenden molekularen Interaktionspartnern funktionalisiert werden können. Weitere modulare Kombinationen und Varianten zur Trennung von Allelen bzw. deren Detektion beschreiben Syvänen (2001) bzw. Kwock (2003).The decisive factor is that the detection unit of the analyzer used permits a clear separation of the alleles by assigning defined detection ranges. To have z. For example, fluorometers in sequencers or real-time PCR thermocylers currently have two to five color channels to distinguish appropriate fluorophores. Alternatively, an allele-specific separation step can take place. For this purpose, mass spectrometric and electrophoretic methods as well as addressable microspheres ("microspheres", "beads") in combination with flow cytometers or DNA chips (DNA arrays) are described. As an addressing function for microspheres and DNA chips, for example, so-called "Universal Sequence Tags" (Hirschhorn et al., 2000), ie specific or combinatorially generated and different from each other artificial sequences of about 6 to 50 bases covalently bound to the 5 ' Other covalently linked covalent binding moieties to primers include ligands such as biotin, digoxigenin (Roche Diognostics, Basel, CH) or other haptens in combination with streptavidin or specific antibodies or derivatives of .RTM It is also known to the person skilled in the art that surfaces of ferromagnetic particles can be functionalized with corresponding molecular interaction partners modular combinations and variants for the separation of alleles or their detection are described by Syvänen (2001) and Kwock (2003).
In so genannten Multiplex- Amplifikationen werden in biochemischen Eintopfverfahren gleichzeitig mehrere Zielsequenzen amplifiziert, mit dem Ziel eine simultane Differenzialdiagnostik mehrerer speziesspezifischer DNS-Sequenzen bzw. genetischer Polymorphismen wie SNPs, DIPs oder STRs zu ermöglichen. Grundsätzlich können durch eine solche Verfahrensweise Kosten und Zeit gespart werden. Von besonderer Bedeutung sind jedoch Multiplex- Anwendungen für STRs, DIPs und SNPs bei gerichtsmedizinischen Fragestellungen, bei denen eine geringe Ausgangsmenge an DNS, ihr Degradationsgrad oder die Anwesenheit von PCR-Inhibitoren oft limitierend für den Erfolg der Genotypisierung sind. Weiteres Untersuchungsgut mit limitierender DNS-Ausgangsmenge stellen archäologische und wildbiologische Proben sowie Fruchtwasserbiopsien oder maternale Blutproben zur Pränataldiagnostik dar.In so-called multiplex amplifications, several target sequences are simultaneously amplified in biochemical one-pot methods, with the aim of enabling a simultaneous differential diagnosis of several species-specific DNA sequences or genetic polymorphisms such as SNPs, DIPs or STRs. In principle, such a procedure saves time and money. Of particular importance, however, are multiplex applications for STRs, DIPs, and SNPs in forensic issues, where a low starting amount of DNA, its degree of degradation, or the presence of PCR inhibitors are often limiting to the success of genotyping. Further specimens with limited DNA output represent archaeological and wild biological samples as well as amniotic fluid biopsies or maternal blood samples for prenatal diagnosis.
Wie oben erläutert ist insbesondere bei der Erzeugung von MIs die gleichzeitige Analyse einer Mindestanzahl genetisch ungekoppelter STRs, DIPs oder SNPs erforderlich. Variable STRs basierend auf Wiederholungseinheiten von 3 bis 7 Basenpaaren stellen den derzeitigen forensischen Standard für DNS-Datenbanken und die Spurenanalytik dar (Butler, 2005). In Multiplex-PCR werden diese vielfach mit DIPs im Amelogeningen kombiniert, welche der Geschlechtsbestimmung dienen (Nakahori et al., 1991). Bei der Auftrennung der PCR-Produktgemische (Amplifikate) von DIPs und insbesondere von hoch variablen STRs in der Kapillargelelektrophorese muss immer eine eindeutige Zuordnung der einzelnen Amplifikate zu den entsprechenden Herkunftsallelen (Ursprungsloki) gewährleistet sein. Hierfür dürfen in der Multiplex-PCR die verschiedenen DIP- und STR-Loki mit gleicher Fluoreszenzmarkierung untereinander keine Überlappungen in den zu erwartenden Produktgrößen aufweisen, d. h. die entstehenden Amplifikationsprodukte mit gleicher Fluoreszenzmarkierung müssen unterschiedliche Längen aufweisen, die es ermöglichen, die generierten Amplifikate elektrophoretisch aufzutrennen und über ihre Längenvariationen den Ursprungsallelen zuzuordnen. Sie sind daher bezüglich ihrer Amplifikatgröße, d. h. ihrer Amplifikationsproduktlänge, nacheinander angeordnet. Dies bedeutet, dass bei Multiplex- Genotypisierungen von STRs unter Verwendung der gleichen Fluoreszenzmarkierung das kleinste potenziell zu erwartende Allel des zweiten STR-Lokus immer größer sein muss als das größte Allel des ersten, das kleinste Allel des dritten STR-Lokus größer als das größte des zweiten. Dies führt zwangsläufig dazu, dass die PCR-Produkte des zweiten oder dritten STR-Lokus eines Farbbereichs Allele mit einer Länge von 200-400 Basen und mehr aufweisen. Die Durchführung einer solchen Analyse ist aber nur dann möglich, wenn auch die Ausgangs-DNS in mindestens dieser Länge vorliegt. Andernfalls erhält man kein PCR-Produkt für diese Allele. Dies trifft vielfach für forensische Spuren mit degradierter DNS zu. Die Eignung der Kapillargelelektrophorese für die Multiplex-STR-Analytik im Spurenbereich ist somit limitiert durch den Platzbedarf der einzelnen STR-Loki und die Anzahl der nutzbaren Farbkänale (zurzeit 3-4, ein Farbkanal ist immer für einen internen Längenstandard vorbehalten), die zur Unterscheidung von Fluoreszenzfarben zur Verfügung stehen. Im Gegensatz zum oben Dargestellten, ist lediglich in dem Fall, in dem die Amplifϊkate eines STR-Lokus mit einer anderen Fluoreszenzmarkierung versehen sind als die Amplifikate eines zweiten (oder weiteren) Lokus, eine eindeutige Zuordnung überlappender (gleich langer) Amplifikate möglich, solange die Anzahl der verwendeten unterschiedlichen Fluoreszenzmarkierungen nicht die Anzahl der Farbkanäle des Detektors überschreitet. Die dargestellten Rahmenbedingungen definieren die Detektionsbereiche für die einzelnen STR-Loki in diesem Analyseverfahren.As explained above, the simultaneous analysis of a minimum number of genetically uncoupled STRs, DIPs or SNPs is required, in particular in the generation of MIs. Variable STRs based on repeating units of 3 to 7 base pairs represent the current forensic standard for DNA databases and trace analysis (Butler, 2005). In multiplex PCR, these are often combined with DIPs in the amelogenin gene, which are used for sexing (Nakahori et al., 1991). When separating the PCR product mixtures (amplificates) from DIPs and in particular from highly variable STRs in capillary gel electrophoresis, it is always necessary to ensure a clear assignment of the individual amplificates to the corresponding origin alleles (original loci). For this purpose, in multiplex PCR, the various DIP and STR loci with the same fluorescent label with each other must have no overlaps in the expected product sizes, ie the resulting amplification products with the same fluorescent label must have different lengths, which allow the generated amplificates electrophoretically separate and to be assigned to the source alleles via their length variations. They are therefore arranged one after the other with regard to their amplificate size, ie their amplification product length. This means that in multiplex genotyping of STRs using the same fluorescent label, the smallest potential allele of the second STR locus must always be larger than the largest allele of the first, the smallest allele of the third STR locus greater than the largest second. This inevitably leads to the PCR products of the second or third STR locus of a color range Alleles with a length of 200-400 bases and more have. The implementation of such an analysis is only possible if the starting DNA is present in at least this length. Otherwise, no PCR product is obtained for these alleles. This often applies to forensic evidence with degraded DNA. The suitability of Kapillargelelektrophorese for multiplex STR analysis in the trace range is thus limited by the space requirements of each STR Loki and the number of usable Farbkänale (currently 3-4, a color channel is always reserved for an internal length standard), the distinction of fluorescent colors are available. In contrast to the above, only in the case where the Amplifϊkate one STR locus are provided with a different fluorescent label than the amplificates of a second (or further) locus, a unique assignment of overlapping (equal length) amplificates is possible, as long as the Number of different fluorescent labels used does not exceed the number of color channels of the detector. The described framework conditions define the detection areas for the individual STR loci in this analysis method.
Die entscheidenden Nachteile aller bisher beschriebenen Methoden zur Genotypisierung bestehen darin, dass sie DNS-Probenmaterial verbrauchen, welches für eine spätere STR- Analytik nicht mehr zur Verfügung steht, und dass sie nur eine begrenzte Anzahl an unterschiedlichen Loki pro Reaktionsansatz gleichzeitig analysieren können. Somit können z. B. die häufigsten Allele der derzeit üblichen 8 STR-Loki der Deutschen DNS-Datenbank des Bundeskriminalamtes bzw. die 13 des Combined DNA Index System (CODIS) des Federal Bureau of Investigations (FBI, USA) nicht in einer spurentauglichen Multiplex-PCR unter 300 Basen dargestellt werden. Zusätzliche Einschränkungen ergeben sich daraus, dass die Anregung der Fluorophore vielfach mit Lasern definierter Anregungswellenlänge erfolgt, wodurch sich für die einzelnen Farbmarkierungen unterschiedliche Sensitivitäten ergeben. Für die Spurenanalytik und ähnlich Anwendungen der STR-Analytik sind deshalb nur besonders sensitive Farbmarkierungen geeignet, wodurch die Multiplex-Fähigkeit des Verfahrens nach dem Stand der Technik noch stärker eingeschränkt wird. Ähnliche Problemstellungen bezüglich der Genotypisierung mehrerer variabler Genioki in Multiplex- Verfahren sind auch bei anderen Analyseverfahren für SNPs, wie z. B. Massenspektrometrie oder Pyrosequencing gegeben.The major disadvantages of all genotyping methods described so far are that they consume DNA sample material that is no longer available for later STR analysis, and that they can analyze only a limited number of different loci per reaction batch simultaneously. Thus, z. For example, the most common alleles of the current 8 STR-Loki of the German DNA Database of the Federal Criminal Police Office and 13 of the Combined DNA Index System (CODIS) of the Federal Bureau of Investigations (FBI, USA) are not in a trackable multiplex PCR below 300 Bases are shown. Additional limitations arise from the fact that the excitation of the fluorophores often takes place with lasers of defined excitation wavelength, resulting in different sensitivities for the individual color markers. For trace analysis and similar applications of STR analysis, therefore, only particularly sensitive color markings are suitable, which further limits the multiplexing capability of the prior art process. Similar problems with respect to the genotyping of multiple variable genioki in multiplexing methods are also found in other analysis methods for SNPs, such as e.g. As mass spectrometry or pyrosequencing given.
In Anbetracht des vorstehend dargelegten Stands der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einfache, schnelle und kostengünstige Verfahren bereitzustellen, welche die Genotypisierung von sich in einem Detektionsbereich überlappenden Loki in Multiplex-Amplifikationsgemischen ermöglichen.In view of the state of the art outlined above, it is an object of the invention to provide simple, rapid and inexpensive methods involving the genotyping of allow overlapping loci in multiplex amplification mixtures in one detection area.
Die Aufgabe wird durch die in den vorliegenden Patentansprüchen definierten Gegenstände gelöst.The object is achieved by the objects defined in the present patent claims.
Die folgenden Figuren erläutern die Erfindung.The following figures illustrate the invention.
Fig. 1: Schematische Darstellung einer Multiplex-PCR mit überlappenden Detektionsbereichen zur Geschlechtsbestimmung und zur Erzeugung eines molekularen Idendifiziemngsmusters in der Forensik. Schematisch dargestellt sind die Detektionsbereiche der einzelnen Genioki in Basenpaaren (bp; senkrechte Balken und mit Zahlen), die durch die gegebenen Primerpaare, die Farbmarkierung und die in der Literatur beschriebenen kleinsten bzw. größten Allele definiert sind. Im unteren Teil der Abbildung sind den Genioki die jeweiligen Farbmarkierungen (6FAM: 6-Carboxyfluorescein; HEX: 4, 7, 2', 4', 5', 7'-Hexachloro-6-carboxy- fluorescein) und Restriktionsendonukleasen (REN), deren Schnittstellen in den 5'-Enden der farbmarkierten Primer durch chemische Synthese eingebaut wurden, zugeordnet.Fig. 1: Schematic representation of a multiplex PCR with overlapping detection areas for sex determination and for generating a molecular Idendifizmussters in forensics. Schematically represented are the detection regions of the individual genioki in base pairs (bp, vertical bars and with numbers), which are defined by the given primer pairs, the color coding and the smallest or largest alleles described in the literature. In the lower part of the figure, the Genioki are the respective color markers (6FAM: 6-carboxyfluorescein, HEX: 4, 7, 2 ', 4', 5 ', 7'-hexachloro-6-carboxy-fluorescein) and restriction endonucleases (REN), whose interfaces have been incorporated into the 5 'ends of the color-labeled primers by chemical synthesis.
Fig. 2: Genotypisierung einer Multiplex-PCR mit überlappenden Detektionsbereichen zur Geschlechtsbestimmung und zur Erzeugung eines molekularen Identifizierungsmusters in der Forensik. Schematisch gezeigt sind Elektropherogramrne des Größenbereiches 65-150 Basenpaare der in Fig. 1 dargestellten Multiplex-PCR, die mittels des Sequenzierautomaten ABI Prism 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems, Darmstadt, Deutschland) erzeugt wurden. Die Amplifikationsprodukte wurden ohne Restriktionsverdauung (A), nach Verdauung mit EcόBl (B) und nach Verdauuung mit EcoRV (C) elektrophoretisch getrennt. Die Genioki (A-C) sind mit ihren Detektionsbereichen (offene Balken in B und C) über den Elektropherogrammen dargestellt. Die apparenten Fragmentlängen weichen von den theoretischen um ca. 2 bp ab (siehe AM2 in C bzw. Fig. 1). Verwendete Abkürzungen sind 6FAM (6-Carboxyfluorescein), HEX (4, 7, 2', 4', 5', T- Hexachloro-6-carboxyfluorescein) und RFE (Relative Fluoreszenzeinheiten).Fig. 2: Genotyping of a multiplex PCR with overlapping detection areas for sex determination and for generating a molecular identification pattern in forensics. Schematically shown are electropherograms of the size range 65-150 base pairs of the multiplex PCR shown in Fig. 1, which were generated by means of the sequencer ABI Prism 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems, Darmstadt, Germany). The amplification products were electrophoretically separated without restriction digestion (A), after digestion with EcόBl (B) and after digestion with EcoRV (C). The genioki (A-C) are shown with their detection areas (open bars in B and C) above the electropherograms. The apparent fragment lengths differ from the theoretical by about 2 bp (see AM2 in C or FIG. 1). Abbreviations used are 6FAM (6-carboxyfluorescein), HEX (4, 7, 2 ', 4', 5 ', T-hexachloro-6-carboxyfluorescein) and RFE (Relative Fluorescence Units).
Die hier verwendeten Ausdrücke „PCR" oder „Polymerasenkettenreaktion" bezeichnen ein Verfahren zur Primer-basierten DNS-Amplifikation.The terms "PCR" or "polymerase chain reaction" as used herein refer to a method for primer-based DNA amplification.
Die hier verwendeten Ausdrücke „RT-PCR" oder Reverse Transcriptase PCR" oder RT- Polymerasenkettenreaktion bezeichnen ein Verfahren zur Primer-basierten RNS-Amplifikation. Hierzu wird eine bestimmte Boten-RNS (niRNS) zunächst mittels einer reversen Transkriptase in komplementäre DNS (cDNS) umgeschrieben. Anschließend erfolgt eine PCR.The terms "RT-PCR" or "Reverse Transcriptase PCR" or "RT" Polymerase chain reaction refers to a method for primer-based RNA amplification. For this purpose, a specific messenger RNA (niRNA) is first transcribed by means of a reverse transcriptase into complementary DNA (cDNA). This is followed by a PCR.
Der hier verwendete Ausdruck „Nucleic Acid Sequence Based Amplification" (NASBA) bezeichnet eine Methode der Nuldeinsäureamplifikation bei gleichbleibender Temperatur. Die Zielsequenz ist RNS. Der Standardreaktionsansatz enthält T7-RNS-Polymerase, RNase H, reverse Transkriptase (RT), DNS-Polymerase, Ribonukleotidtriphosphate, Desoxyribonukleotidtriphosphate, einen Primer, der außer den zur Ziel-RNS komplementären Nukleotiden an seinem 5'- Ende die Sequenz des T7-RNS- Polymerase-Promotors trägt und einen zur abgelesenen RNS-Sequenz komplementären Gegenprimer (Schweitzer und Kingsmore, 2001).The term "Nucleic Acid Sequence Based Amplification" (NASBA) as used herein refers to a method of nucleic acid amplification at steady temperature. "" The target sequence is RNA. "" The standard reaction contains T7 RNA polymerase, RNase H, reverse transcriptase (RT), DNA polymerase. Ribonucleotide triphosphates, deoxyribonucleotide triphosphates, a primer which carries, in addition to the nucleotides complementary to the target RNA, at its 5 'end the sequence of the T7 RNA polymerase promoter and a complementary primer complementary to the RNA sequence read (Schweitzer and Kingsmore, 2001).
Der hier verwendete Ausdrücke „LCR", ,JLigase Chain Reaction", „OLA" oder „Oligonucleotide Ligation Assay" bezeichnen eine Methode der Nukleinsäureamplifikation, bei der zwei Oligonukleotide (1 und 2) so ausgewählt werden, dass sie ohne Zwischenraum direkt nebeneinander am gleichen DNS-Strang binden. Die im Reaktionsansatz enthaltene Ligase verknüpft die beiden Stränge unter Ausbildung einer Phosphodiesterbindung. Zu einer Amplifikation kommt es, wenn im gleichen Reaktionsansatz zwei weitere Oligonukleotide 3 und 4 enthalten sind, die zu den beiden Oligonukleotiden 1 und 2 komplementär sind (Schweitzer und Kingsmore, 2001).The terms "LCR", "JLigase Chain Reaction", "OLA" or "Oligonucleotide Ligation Assay" as used herein refer to a method of nucleic acid amplification in which two oligonucleotides (1 and 2) are selected to be directly adjacent to one another without space Bind DNA strand. The ligase contained in the reaction mixture links the two strands to form a phosphodiester bond. An amplification occurs when two further oligonucleotides 3 and 4 are contained in the same reaction mixture, which are complementary to the two oligonucleotides 1 and 2 (Schweitzer and Kingsmore, 2001).
Der hier verwendete Ausdruck ,JSxponential Amplification Reaction'''' (EXPAR) bezeichnet eine isotherme Methode der Nukleinsäureamplifikation. Hierbei wird in einem Zyklus aus Einzelstrangbruch durch eine „Nicking Endonuklease" und Polymerisation durch eine DNS- Polymerase die Zielsequenz amplifiziert (vanNess et al., 2003).As used herein, JSxponential Amplification Reaction '' '' (EXPAR) refers to an isothermal method of nucleic acid amplification. In this case, the target sequence is amplified in a cycle of single-strand breakage by a "nicking endonuclease" and polymerization by a DNA polymerase (van Ness et al., 2003).
Der hier verwendete Ausdruck „Loop-mediated Isothermal Amplification of DNA" (LAMP) bezeichnet eine Methode der Nukleinsäureamplifikation bei gleich bleibender Temperatur. Der Reaktionsansatz enthält u.a. eine DNS-Polymerase, Desoxyribonukleotidtriphosphate und ein Set aus vier Primern, die derart konstruiert sind, dass sie zu sechs verschiedenen distinkten Stellen der Zielsequenz komplementär sind (Notomi et al., 2000). Der hier verwendete Ausdruck „Helicase-dependend Isothermal Amplification" bezeichnet eine Methode der Nukleinsäureamplifikation bei gleich bleibender Temperatur. Der Reaktionsansatz enthält u.a. eine DNS-Polymerase, Desoxyribonuldeotidtriphosphate, zwei Primern in analoger Anordnung wie bei der PCR, eine Helicase und ein DNA-Einzelstrangbindeprotein (Vincent et al., 2004).As used herein, the term "loop-mediated isothermal amplification of DNA" (LAMP) refers to a method of nucleic acid amplification at a constant temperature The reaction mixture contains, inter alia, a DNA polymerase, deoxyribonucleotide triphosphates and a set of four primers designed to are complementary to six different distinct sites of the target sequence (Notomi et al., 2000). The term "helicase-dependent isothermal amplification" as used herein refers to a method of nucleic acid amplification at a constant temperature The reaction mixture contains inter alia a DNA polymerase, deoxyribonucleotide triphosphates, two primers in an analogous arrangement as in the PCR, a helicase and a DNA single-strand binding protein ( Vincent et al., 2004).
Der hier verwendete Ausdruck „Single Base Extension " (SBE) oder „Allele Specific SBE" bezeichnet ein Verfahren zur matrizenspezifischen Verlängerung des 3'-Hydroxylendes eines Primers um eine Nukleotidbase unter Verwendung einer DNS Polymerase.The term "single base extension" (SBE) or "allele specific SBE" as used herein refers to a method for the template-specific extension of the 3'-hydroxyl end of a primer by one nucleotide base using a DNA polymerase.
Die hier verwendeten Ausdrücke „STR", „Short Tandem Repeat\ „Mikrosatelliten", oder „Simple Sequence" sind synonym und bezeichnen variable Abschnitte von Desoxyribonukleinsäuren (DNS), die aus direkten, tandemartigen Wiederholungen von 1-10 Basenpaaren (bp) bestehen (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP/). STRs werden auch als Spezialformen der Deletions- und Insertions-Polymorphismen („DIPs" oder „InDels") betrachtet, da sie wie diese mit Längenunterschieden des untersuchten DNS-Abschnittes einhergehen. Den Standard für forensische Applikationen stellen heute STR-Loki mit Wiederholungseinheiten bestehend aus 3 bp (z. B. GAT, AAT), 4 bp (z. B. GATA, AAAC), 5 bp (z. B. TAATA, AAAGG), 6 bp (z. B. AGAGAT, AATACC) oder 7 bp (z. B. AAAAACC, GGATTAA). In Populationsstudien werden jedoch auch Unterbrechungen der definierten Wiederholungseinheiten durch Einschübe und Deletionen sowie SNPs beobachtet. Somit umfasst der Detektionsbereich für einen bestimmten STR-Lokus alle messbaren Fragmentlängenunterschiede >1 bp, welche zwischen dem größten und dem kleinsten beobachteten Allele inklusive dieser möglich sind.The terms "STR", "Short Tandem Repeat \" Microsatellite ", or" Simple Sequence "as used herein are synonymous and refer to variable portions of deoxyribonucleic acids (DNA) consisting of direct, tandem repeats of 1-10 base pairs (bp) ( http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP/). STRs are also considered to be special forms of deletion and insertion polymorphisms ("DIPs" or "InDels"), since they are like these with length differences of the STR-Loki with repeat units consisting of 3 bp (eg GAT, AAT), 4 bp (eg GATA, AAAC), 5 bp (eg TAATA, AAAGG), 6 bp (eg AGAGAT, AATACC) or 7 bp (eg AAAAACC, GGATTAA) However, in population studies interruptions of the defined repeat units by insertions and deletions as well as SNPs are observed Detection area for a specific STR locus all measurable fragment length differences> 1 bp, which are possible between the largest and the smallest observed allele including this.
Die hier verwendeten Ausdrücke „DIP" oder „InDel" bezeichnen einfache Deletions- und Insertions-Polymorphismen, die zu Längenunterschieden von etwa 1 bp bis 300 bp, 1 bp bis 200 bp, 1 bp bis 100 bp, vorzugsweise von etwa 1 bp bis 50 bp des untersuchten DNS-Abschnitts führen (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP/).As used herein, the terms "DIP" or "InDel" refer to simple deletion and insertion polymorphisms resulting in length differences of about 1 bp to 300 bp, 1 bp to 200 bp, 1 bp to 100 bp, preferably from about 1 bp to 50 bp of the examined DNS section (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP/).
Die hier verwendeten Ausdrücke „SNP" oder „Single Nucleotide Polymorphism" bezeichnen DNS- Variationen basierend auf Einzelbasenaustauschen in der DNS-Sequenz (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP/). Der hier verwendete Ausdruck „Detektionsbereich" bezeichnet den analytisch nutzbaren Bereich eines physikalisch-chemischen Verfahrens, in dem die Produkte einer DNS-Amplifikation oder Genotypisierung eindeutig nachgewiesen werden können. Dieser Bereich ist überlappend, wenn z. B. nach einer Multiplex- Amplifikation die Produkte der verschiedenen amplifizierten Genioki nicht eindeutig voneinander zu unterscheiden bzw. nicht eindeutig zuzuordnen sind, z. B. wenn die Produkte eine gleiche Fragmentlänge aufweisen.The terms "SNP" or "single nucleotide polymorphism" as used herein refer to DNA variations based on single base exchanges in the DNA sequence (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP/). As used herein, the term "detection range" refers to the analytically useful range of a physicochemical process in which the products of DNA amplification or genotyping can be uniquely detected, which range is overlapping if, for example, after multiplex amplification, the products of the different amplified genioki can not be clearly distinguished from one another or can not be unambiguously assigned, for example if the products have the same fragment length.
Der hier verwendete Ausdruck „Primer" bezeichnet einzelsträngige DNS-Oligonukleotide, die mit einer einzelsträngigen DNS- oder RNS-Matrize eine spezifische Hybridisierung unter Ausbildung einer DNS-Doppelhelix oder DNS-RNS-Doppelhelix eingehen und ein freies 3'-OH-Ende besitzen. Diese molekulare Primer-Matrizen-Struktur ist als Startmolekül einer DNS- oder RNS-abhängigen DNS-Polymerase geeignet. Die in der PCR verwendeten Primer besitzen eine Länge von 6-50 Basen, wobei sequenzspezifische PCR in der Regel Primer ab ca. 15 Basen erfordern. Bevorzugte Primerlängen sind 10-50, 12-50, 15-50, 15-40, 20-40, 15-35, 15-30 Basen. Zur PCR-Amplifikation der erwünschten DNS-Zielsequenz werden zwei Primer, d. h. ein so genanntes Primerpaar, so entworfen, dass der eine Primer dieses Primerpaars die zu amplifizierende DNS-Zielsequenz in 5'- Richtung in einem Abstand von 1 bis 550, bevorzugt 1 bis 350 Basenpaaren flankiert und dort an den kodierenden DNS-Strang hybridisiert, und der zweite Primer des Primerpaars die zu amplifizierende DNS-Zielsequenz in 3 '-Richtung in einem Abstand von 1 bis 550, bevorzugt 1 bis 350 Basenpaaren flankiert und dort an den nicht-kodierenden DNS-Strang hybridisiert.As used herein, the term "primer" refers to single-stranded DNA oligonucleotides that undergo specific hybridization with a single stranded DNA or RNA template to form a DNA double helix or DNA RNA double helix and have a free 3'-OH end. This molecular primer-template structure is suitable as a starting molecule of a DNA or RNA-dependent DNA polymerase.The primers used in the PCR have a length of 6-50 bases, with sequence-specific PCR usually require primers from about 15 bases Preferred primer lengths are 10-50, 12-50, 15-50, 15-40, 20-40, 15-35, 15-30 bases For PCR amplification of the desired DNA target sequence, two primers, a so-called Primer pair, designed such that one primer of this primer pair flanks the DNA target sequence to be amplified in the 5 'direction at a distance of 1 to 550, preferably 1 to 350 base pairs and hybridizes there to the coding DNA strand, and the second Pr imer of the primer pair to be amplified DNA target sequence in the 3 'direction at a distance of 1 to 550, preferably 1 to 350 base pairs flanked and there hybridized to the non-coding DNA strand.
Der hier verwendete Ausdruck „Multiplex" in Kombination mit PCR, LCR, RCA, NASBA, SDA, EXPAR und LAMP bezeichnet Methoden der Nukleinsäureamplifikation, bei denen unter Verwendung von mehr als einem, z. B. zwei, drei oder vier unterschiedlichen Primerpaar(en) in einem Reaktionsansatz mehr als eine, z. B. zwei, drei oder vier, zu amplifizierende Zielsequenz(en) amplifiziert werden.The term "multiplex" as used herein in combination with PCR, LCR, RCA, NASBA, SDA, EXPAR and LAMP refers to methods of nucleic acid amplification in which using more than one, eg two, three or four different primer pair (s) ) in a reaction batch more than one, eg, two, three or four, to be amplified target sequence (s) are amplified.
Der hier verwendete Ausdruck „Fluorophor" bezeichnet eine chemische Verbindung, welche in einem angeregten Zustand Energie durch Fluoreszenz emittieren kann. In der molekulargenetischen Diagnostik genutzte Fluorophore sind beispielsweise: 6-Carboxyfiuorescein (6FAM), 6-Carboxy- 4',5'-dichloro-2',7'-dimethoxy-fluorescein (JOE), 4,7,2',4',5',7'-Hexachloro-6-carboxy-fluorescein (HEX), 5- und 6-Carboxy-X-rhodamin (ROX), 6-Carboxytetramethyl-rhodamin (TAMRA), 6- Caiboxy-4,7,2',7'-tetrachloio-flιιorescein (TET), 2'-Chloro-5'-fluoro-7',8l-benzo-l,4-dichloro-6- carboxyfluorescein (NED) (US 6,316,610), N,N'-(Dipropyl)-Tetramethylindocarbocyanin (Cy3) oder N,N-(Dipropyl)-Tetramethylindodicarbocyanin (Cy5).The term "fluorophore" as used herein refers to a chemical compound capable of emitting energy by fluorescence in an excited state. Fluorophores used in molecular genetic diagnosis include, for example: 6-carboxyfluorescein (6FAM), 6-carboxy-4 ', 5'-dichloro -2 ', 7'-dimethoxy-fluorescein (JOE), 4,7,2', 4 ', 5', 7'-hexachloro-6-carboxy-fluorescein (HEX), 5- and 6-carboxy-X-rhodamine (ROX), 6-carboxytetramethyl-rhodamine (TAMRA), 6-caiboxy-4,7,2 ', 7'-tetrachloro-flιιorescein (TET), 2'-Chloro-5'-fluoro-7', 8 l -benzo-l, 4-dichloro-6-carboxyfluorescein (NED) (US 6,316,610), N, N' - (dipropyl) -tetramethylindocarbocyanine (Cy3) or N, N - (dipropyl) tetramethylindodicarbocyanine (Cy5).
Die hier verwendeten Ausdrücke „LOH" oder ,JLoss of Heterozygosity" bezeichnen die Differenzialdiagnostik bestimmter Tumoren, deren Zellen sich von gesunden Zellen durch den Verlust bestimmter DIP-, SNP- oder STR- Allele unterscheiden.The terms "LOH" or "JLoss of Heterozygosity" used herein refer to the differential diagnosis of certain tumors whose cells differ from healthy cells by the loss of particular DIP, SNP or STR alleles.
Der hier verwendete Ausdruck „FRET" oder „Fluoreszenz-Energie-Resonanz-Transfer" oder ,JFörster-Energie-Resonanz-Transfer" bezeichnet die strahlungsfreie Übertragung von Photonenenergie von einem angeregten Fluorophor (dem Donor) auf ein anderes Fluorophor (den Akzeptor), wenn der Abstand zwischen beiden nicht mehr als 1-10 im beträgt.The term "FRET" or "Fluorescence Energy Resonance Transfer" or "J Forster Energy Resonance Transfer" as used herein refers to the radiation-free transfer of photon energy from one excited fluorophore (the donor) to another fluorophore (the acceptor), when the distance between both is not more than 1-10 in.
Die hier verwendeten Ausdrücke „kovalent verbunden", „kovalent gekoppelt" und „gekoppelt" bezeichnet kovalente organisch-chemische Bindungen.The terms "covalently linked", "covalently coupled" and "coupled" as used herein refer to covalent organic-chemical bonds.
Der hier verwendete Ausdruck "Derivate", „Variationen" oder „Polymorphismen" bezeichnet Nukleinsäuresequenzen, die eine oder mehrere Deletionen, Substitutionen, Additionen, Insertionen und/oder Inversionen aufweisen. Bei einer Deletion handelt es sich um einen terminalen oder intramolekularen Verlust eines oder mehrer Nukleotide aus einer Nukleotidsequenz. Bevorzugt sind Deletionen von 1 bis 10.000 Nukleotiden, 1 bis 5.000 Nukleotiden, 1 bis 1.000 Nukleotiden, 1 bis 300 Nukleotiden und 1 bis 50 Nukleotiden. Bei einer Substitutionen handelt es sich um den Austausch eines Nukleotids gegen ein anderes, beispielsweise den Austausch eines A gegen ein T, C oder G, eines T gegen ein A, C oder G, eines C gegen ein A, T oder G, eines G gegen ein A, T oder C in einer Nukleotidsequenz, wobei A Adenosin, T Thymidin, C Cytosin und G Guanosin bedeutet. Bei einer Addition handelt es sich um einen terminalen (am 5'- und/oder am 3 '-Ende der Nukleinsäure) und bei einer Insertion um einen intramolekularen Zugewinn eines oder mehrer Nukleotide in einer Nukleotidsequenz. Bevorzugt sind Additionen und Insertionen von 1 bis 10.000 Nukleotiden, 1 bis 5.000 Nukleotiden, 1 bis 1.000 Nukleotiden, 1 bis 300 Nukleotiden und 1 bis 50 Nukleotiden. Bei einer Inversion handelt es sich um die Sequenzumkehr eines Fragments einer Nukleinsäure innerhalb der Nukleinsäure, wobei die Länge des invertierten Fragments 1 bis 10.000 Nukleotide, 1 bis 5.000 Nukleotide, 1 bis 1000 Nukleotide, 1 bis 300 Nukleotiden und 1 bis 50 Nukleotiden beträgt.The term "derivatives", "variations" or "polymorphisms" as used herein refers to nucleic acid sequences having one or more deletions, substitutions, additions, insertions and / or inversions. A deletion is a terminal or intramolecular loss of one or more nucleotides from a nucleotide sequence. Preferred are deletions of 1 to 10,000 nucleotides, 1 to 5,000 nucleotides, 1 to 1,000 nucleotides, 1 to 300 nucleotides and 1 to 50 nucleotides. A substitution is the replacement of one nucleotide for another, for example the replacement of an A for a T, C or G, a T for an A, C or G, a C for an A, T or G, a G against an A, T or C in a nucleotide sequence, wherein A is adenosine, T is thymidine, C is cytosine and G is guanosine. An addition is a terminal (at the 5 'and / or 3' end of the nucleic acid) and an insertion by an intramolecular gain of one or more nucleotides in a nucleotide sequence. Preferred are additions and insertions of 1 to 10,000 nucleotides, 1 to 5,000 nucleotides, 1 to 1,000 nucleotides, 1 to 300 nucleotides and 1 to 50 nucleotides. An inversion is the sequence inversion of a fragment of a nucleic acid within the nucleic acid, wherein the length of the inverted fragment is 1 to 10,000 Nucleotides, 1 to 5,000 nucleotides, 1 to 1000 nucleotides, 1 to 300 nucleotides and 1 to 50 nucleotides.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf Multiplex-Nukleinsäure-Amplifikations- und Detektionstechniken, mit denen mehr als eine Zielsequenz oder Nukleinsäurevariation in Form von speziesspezifischer DNS, SNPs, DIPs oder STRs gleichzeitig genotypisiert werden. Dabei werden zwei oder mehrere variable, sich in einem Detelctionsbereich überlappende Loki für speziesspezifische DNS, beispielsweise STRs, DIPs und SNPs, in einem einzigen Reaktionsansatz zunächst allel- oder lokusspezifisch amplifiziert. In einem nachfolgenden enzymatischen, chemischen oder physikalischen Reaktionsschritt wird daraufhin die Anzahl der längenmäßig überlappenden Amplifikationsprodukte der zu genotypisierenden Loki solcherart selektiv reduziert, dass die verbleibenden Amplifikationsprodukte anschließend mit geeigneten D etektions verfahren eindeutig allel- oder lokuspezifisch analysiert werden können.The method of the invention is based on multiplex nucleic acid amplification and detection techniques that simultaneously genotype more than one target sequence or nucleic acid variation in the form of species-specific DNA, SNPs, DIPs, or STRs. Two or more variable, overlapping in a Detelctionsbereich Loki for species-specific DNA, such as STRs, DIPs and SNPs, amplified in a single reaction initially allele or locus specific. In a subsequent enzymatic, chemical or physical reaction step, the number of lengthwise overlapping amplification products of the loci to be genotyped is then selectively reduced in such a way that the remaining amplification products can then be analyzed unambiguously allelically or locus-specifically using suitable detection methods.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Genotypisierung von Nukleinsäuren, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:The present invention relates in a first aspect to a method for genotyping nucleic acids, the method comprising the following steps:
a) Mischen einer isolierten Probe, deren Nukleinsäuren genotypisiert werden soll, mit zwei oder mehr Primerpaaren, wobei jeweils ein Primer eines der zwei oder mehr Primerpaare oder die jeweils zwischen den Primem der zwei oder mehr Primerpaare liegende Nukleinsäuresequenz mindestens eine Nukleinsäuresequenzmodifikation umfasst, b) Amplifizieren der zu genotypisierenden Nukleinsäuren unter gleichzeitiger Erzeugung von zwei oder mehr verschiedenen Amplifikaten im Reaktionsgemisch mittels der zwei oder mehr Primerpaare, wobei die Amplifikate die mindestens eine Nukleinsäuremodifikation umfassen, c) Verteilen des Reaktionsgemischs aus Schritt b) auf zwei oder mehrere Reaktionsgefäße, d) Inkubieren der in den zwei oder mehr Reaktionsgefäßen vorliegenden Reaktionsgemische mit verschiedenen Nukleinsäure-spaltenden Enzymen, Enzymgemischen und/oder Chemikalien und/oder physikalische Behandlung der in den zwei oder mehr Reaktionsgefäßen vorliegenden Reaktionsgemische, wobei die Nukleinsäure-spaltenden Enzyme, Enzymgemische und/oder Chemikalien und/oder die physikalische Behandlung in Abhängigkeit von den Nukleinsäuresequenzmodifikationen der Amplifikate ausgewählt werden, so dass in den zwei oder mehr Reaktionsgefäßen vorliegenden Reaktionsgemischen jeweils nur ein definiertes Amplifikat aus einem Gemisch von Amplifϊkaten mit überlappenden Längenbereichen durch die enzymatische, chemische und/oder physikalische Behandlung nicht gespalten wird und die anderen Amplifikate durch die enzymatische, chemische und/oder physikalische Behandlung an der Nukleinsäuremodifikation gespalten werden, und e) Nachweisen der aus Schritt d) erhaltenen nicht gespaltenen Amplifikate.a) mixing an isolated sample whose nucleic acids are to be genotyped with two or more primer pairs, wherein in each case one primer of one of the two or more primer pairs or the nucleic acid sequence lying in each case between the primers of the two or more primer pairs comprises at least one nucleic acid sequence modification, b) amplifying the nucleic acids to be genotyped with simultaneous generation of two or more different amplicons in the reaction mixture by means of the two or more primer pairs, the amplicons comprising the at least one nucleic acid modification, c) distributing the reaction mixture from step b) to two or more reaction vessels, d) incubating the in the two or more reaction vessels present reaction mixtures with different nucleic acid-cleaving enzymes, enzyme mixtures and / or chemicals and / or physical treatment of the present in the two or more reaction vessels reaction mixtures, the Nukl acid-cleaving enzymes, enzyme mixtures and / or chemicals and / or the physical treatment depending on the nucleic acid sequence modifications of the amplicons are selected so that present in the two or more reaction vessels Reaction mixtures only one defined amplificate from a mixture of Amplifϊkaten with overlapping length ranges by the enzymatic, chemical and / or physical treatment is not cleaved and the other amplificates are cleaved by the enzymatic, chemical and / or physical treatment at the nucleic acid modification, and e) Detecting the uncleaved amplicons obtained from step d).
Durch die Auswertung des Nachweisergebnisses der nicht gespaltenen Amplifϊkate, erfolgt anschließend die genotypische Zuordnung der Amplifikate zu ihren Ursprungsloki. Die genotypische Zuordnung der Amplifikate zu ihren Ursprungsloki kann auch erfolgen, indem vor dem Nachweisen in Schritt e) des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Auftrennen der aus Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen nicht gespaltenen Amplifikate erfolgt.By evaluating the detection result of the non-cleaved Amplifϊkate, then the genotypic assignment of the amplificates to their original loci. The genotypic assignment of the amplificates to their original loci can also be carried out by separating the non-cleaved amplificates obtained from step d) of the method according to the invention before the detection in step e) of the method according to the invention.
Bei der isolierten Probe kann es sich um eine biologische oder nicht-biologische Probe handeln. Wenn es sich um eine nicht-biologische Probe handelt, umfasst sie Nukleinsäure-haltiges Material, das zuvor mit der nicht-biologischen Probe in Kontakt gekommen ist. Beispielsweise handelt es sich bei der biologischen Probe um Gewebeproben wie Haut, oder Körperflüssigkeiten wie Blut, Speichel, Serum, Samenflüssigkeit, Vaginalflüssigkeiten und dergleichen. Die Proben können mikrobiellen, pflanzlichen, tierischen oder humanen Ursprungs sein. Die Probe kann auch zuvor aus biologischem Material gewonnene Desoxyribonukleinsäure (DNS) oder Ribonukleinsäure (RNS) sein.The isolated sample may be a biological or non-biological sample. If it is a non-biological sample, it includes nucleic acid-containing material that has previously come into contact with the non-biological sample. For example, the biological sample is tissue samples such as skin, or body fluids such as blood, saliva, serum, seminal fluid, vaginal fluids, and the like. The samples may be of microbial, plant, animal or human origin. The sample may also be previously deoxyribonucleic acid (DNA) or ribonucleic acid (RNA) derived from biological material.
Bei den zu genotypisierenden Nukleinsäuren kann es sich um Desoxyribonukleinsäure (DNS) oder Ribonukleinsäure (RNS) handeln, wobei DNS bevorzugt ist. Wenn es sich bei der Nukleinsäure um RNS handelt, erfolgt vor der Nukleinsäureamplifikation eine reverse Trankription der RNS in cDNS. Wenn es sich bei der Nukleinsäure um RNS handelt, erfolgt die reverse Transkription und Nukleinsäureamplifikation vorzugsweise mittels einer RT-PCR.The nucleic acids to be genotyped may be deoxyribonucleic acid (DNA) or ribonucleic acid (RNA), with DNA being preferred. If the nucleic acid is RNA, reverse transcription of the RNA into cDNA occurs prior to nucleic acid amplification. When the nucleic acid is RNA, reverse transcription and nucleic acid amplification are preferably carried out by RT-PCR.
Bei dem erfmdungsgemäß eingesetzten Verfahren zur Amplifikation von Nukleinsäuren kann es sich beispielsweise um eine PCR, RT-PCR, LCR, RT-LCR, NASBA, SDA, EXPAR, ARMS, Helicase-dependend Isothermal Amplification oder Tetraprimer-ARMS, wie sie oben definiert sind, handeln. Weitere Verfahren zur Amplifikation von Nukleinsäuren, die für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren nützlich sind, sind dem Fachmann bekannt. Die Durchführung dieser Verfahren ist dem Fachmann bekannt und richtet sich nach den entsprechenden Standardprotokollen.The method according to the invention for the amplification of nucleic acids can be, for example, a PCR, RT-PCR, LCR, RT-LCR, NASBA, SDA, EXPAR, ARMS, helicase-dependent isothermal amplification or tetraprimer ARMS as defined above , act. Other methods of amplifying nucleic acids useful in the method of the invention are known to those skilled in the art. The implementation of this Method is known to the skilled person and depends on the corresponding standard protocols.
In einer Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung wird eine isolierte Probe mit zwei oder mehr verschiedenen Primerpaaren für eine lokusspezische Multiplex-PCR zur Genotypisierung von zwei oder mehreren STRs, und/oder DIPs sowie geeigneten Reagenzien versetzt und ein Verfahren zur Amplifikation von Nukleinsäuren ausgeführt. Im Falle von STRs ist eine lokusspezifische PCR das bevorzugte Amplifikationsverfahren. Nach Durchführung des Verfahrens zur Nuldeinsäureamplifϊkation liegen die erzeugten Amplifikate im Reaktionsgemisch vor.In one embodiment of the present invention, an isolated sample with two or more different primer pairs for a locus-specific multiplex PCR for the genotyping of two or more STRs, and / or DIPs and suitable reagents is added and carried out a process for the amplification of nucleic acids. In the case of STRs, locus-specific PCR is the preferred amplification method. After carrying out the process for Nuldeinsäureamplifϊkation the generated amplicons are present in the reaction mixture.
Die Zuordnung der Amplifikate zu den einzelnen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu genotypisierenden Genioki erfolgt anschließend vorzugsweise durch die Auftrennung und Detektion der Amplifikate in einer denaturierenden Kapillargelelektrophorese, wobei die Detektion der Amplifikate durch eine nachweisbare Markierung, mit der sie vorzugsweise versehen sind, erfolgt. Die Markierung der Amplifikate erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass je ein Primer eines jeden Primerpaars an seinem 5 '-Ende oder innerhalb der Primersequenz, sofern dies die Aktivitäten der beteiligten Enzyme DNS Polymerasen und Restriktionsendonukleasen nicht hemmt,. mit einem Fluoreszenzfarbstoff kovalent gekoppelt und damit markiert wird. Der Fluoreszenzfarbstoff kann beispielsweise 6-FAM, TET, HEX, JOE oder NED sein. Durch diese Primermarkierung enthält auch das entsprechend amplifizierte Produkt die Farbstoffmarkierung und kann somit mittels geeigneter Detektoreinheiten nachgewiesen werden. Neben den genannten Markierungen der Primer bzw. Amplifikate sind dem Fachmann weitere Nukleinsäuremarkierungsmöglichkeiten wie Biotin, Haptene, Adressierungssequenzen und dergleichen sowie weitere physikalische Detektionsverfahren für Nukleinsäureaniplifikate wie Fluoreszenz, Fluoreszenzpolarisation, Chemolumineszenz, Absorptionsspektroskopie, Colorimetrie, Massenspektroskopie, Surface Plasmon Resonance bekannt.The assignment of the amplificates to the individual genotypes to be genotyped by the method according to the invention is then preferably carried out by the separation and detection of the amplificates in a denaturing capillary gel electrophoresis, the amplificates being detected by a detectable label with which they are preferably provided. According to the invention, the amplification is marked by one primer of each primer pair at its 5 'end or within the primer sequence, provided this does not inhibit the activities of the enzymes involved, DNA polymerases and restriction endonucleases. Covalently coupled with a fluorescent dye and labeled. The fluorescent dye may be, for example, 6-FAM, TET, HEX, JOE or NED. This primer also contains the appropriately amplified product, the dye label and can thus be detected by means of suitable detector units. In addition to the above-mentioned markings of the primers or amplificates, further nucleic acid labeling possibilities such as biotin, haptens, addressing sequences and the like as well as further physical detection methods for nucleic acid amplificates such as fluorescence, fluorescence polarization, chemiluminescence, absorption spectroscopy, colorimetry, mass spectroscopy, surface plasmon resonance are known to the person skilled in the art.
Aufgrund der Auswahl der Primersequenzen, der Auswahl der Farbmarkierungen und der zu erwartenden Amplifikatgrößen enthält das Reaktionsgemisch der Multiplex-PCR mindestens zwei bis „n" verschiedene lokusspezifische Produkte, die sich in ihren Detektionsbereichen überlappen, wobei „n" der in der Reaktion amplifizierten zu genoptypisierenden Loki entspricht, die zu Produkten mit überlappendem Detektionsbereich führen (d. h. „n" entspricht maximal genau der Anzahl der in der Reaktion amplifizierten Genioki). Tragen Amplifikate, die gleich lang sind und/oder gleiche oder überlappende Detektionsbereiche beanspruchen, die selbe Farbstoffmarkierung, können diese Amplifikate in der Fluoreszenzdetektoranalyse nicht getrennt nachgewiesen werden. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden daher zur Unterscheidung der letztgenannten überlappenden Amplifikationsprodukte, die aus den zwei oder mehr zu genotypisierenden Loki stammen, jeweils die Sequenzen der lokusspezifischen Primer, die an ihren 5 '-Enden die nachweisbare Markierung, z.B. die Farbstoffmarkierung, tragen, mit einer spezifischen Nukleinsäuresequenzmodifikation versehen. Durch diese im Primer vorhandene Nuklemsäuresequenzrnodifϊkation enthält auch das entsprechend amplifizierte Produkt die Nukleinsäuresequenzmodifikation.Because of the selection of primer sequences, the selection of color labels, and the expected amplicon sizes, the multiplex PCR reaction mixture will contain at least two to "n" different locus-specific products that overlap in their detection regions, with "n" of the gene to be genotyped in the reaction amplified Loki that results in products with overlapping detection range (ie, "n" corresponds at most exactly to the number of genioki amplified in the reaction.) Carry amplificates that are the same length and / or claim identical or overlapping detection regions, the same dye marking, these amplificates can not be detected separately in the fluorescence detector analysis. In accordance with the method according to the invention, therefore, to distinguish the latter overlapping amplification products which originate from the two or more loci to be genotyped, in each case the sequences of the locus-specific primers which carry the detectable label, eg the dye marking, at their 5 'ends specific nucleic acid sequence modification provided. By virtue of the nucleic acid sequence modification present in the primer, the correspondingly amplified product also contains the nucleic acid sequence modification.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Nukleinsäuresequenzmodifikation durch Einführen von Basenaustauschen oder Verlängerungen ihrer 5 '-Enden mit den Erkennungssequenzen (Spaltstellen) für verschiedene Restriktionsendonukleasen (Williams, 2003). Besonders geeignet sind hierbei Restriktionsendonukleasen des Typs II, da deren Erkennungs- und Spaltstelle jeweils identisch sind. Die Restriktionsendonukleasen können beispielsweise üeoRV (Erkennungs-/Spaltsequenz: 5'-GATATC-3') oder EcoRI (Εrkennungs-/Spaltsequenz: 5'- GAATTC-3') sein. Weitere Restriktionsendonukleasen und entsprechende spezifische Nukleinsäuresequenzmodifikationen zur Einführung von Restriktionsendonuklease-Spaltstellen, die gemäß der vorliegenden Erfindung nützlich sind, sind dem Fachmann bekannt. Falls die Spaltstellen im 5 '-Ende des markierten Primers integriert sind, ist ferner wichtig, dass die Restriktionsendonukleasen ihre Aktivität auch am Ende einer doppelsträngigen DNS entfalten können.In a preferred embodiment, the nucleic acid sequence modification is performed by introducing base exchanges or extensions of their 5 'ends with the recognition sequences (cleavage sites) for various restriction endonucleases (Williams, 2003). Particularly suitable here are restriction endonucleases of type II, since their recognition and cleavage sites are identical in each case. The restriction endonucleases may be, for example, üeoRV (recognition / cleavage sequence: 5'-GATATC-3 ') or EcoRI (recognition / cleavage sequence: 5'-GAATTC-3'). Additional restriction endonucleases and corresponding specific nucleic acid sequence modifications for introduction of restriction endonuclease cleavage sites useful in accordance with the present invention are known to those skilled in the art. Furthermore, if the cleavage sites are integrated at the 5 'end of the labeled primer, it is important that the restriction endonucleases can also exert their activity at the end of a double-stranded DNA.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die spezifische Nukleinsäuresequenzmodifikation eine Erkennungsstelle für ,Jsficking" Endonukleasen sein. Bei der Verwendung von „Nicking" Endonukleasen, welche einen Einzelstrangbruch katalysieren (Williams, 2003), ist die Erkennungssequenz so zu orientieren, dass der DNS-Strang gespalten wird, an den die nachweisbare Markierung, z.B. die Farbstoffrnarkierung, gekoppelt ist.In another preferred embodiment, the specific nucleic acid sequence modification may be a recognition site for jsficking endonucleases When using nicking endonucleases that catalyze a single strand break (Williams, 2003), the recognition sequence should be oriented so that the DNA strand is cleaved to which the detectable mark, eg the dye marking is coupled.
Gegebenenfalls können natürlicherweise in der Sequenz der Fluoreszenz-markierten Primer bzw. innerhalb geeigneter Bereiche der Amplifikate vorkommende Schnittstellen für Restriktions- oder „Mcfo'«g-"-Endonukleasen beim Design der Primerpaare für die erfindungsgemäße Multiplex-PCR genutzt werden. Generell ist hierbei jedoch entscheidend, dass einerseits jedem einzelnen lokusspezifischen PCR-Produkt mit überlappenden Detektionsbereich eine eindeutig definierte Schnittstelle zugewiesen wird (d. h. zwei bis „n" verschiedene), welche andererseits das Detektionsverhalten der anderen Produkte innerhalb des Multiplex-Nuldeinsäureamplifikation- Gemisches nicht nachteilig beeinflusst. Beispielsweise darf die einem lokusspezifischen Amplifikat zugewiesene Restriktionsschnittstelle nicht auch, z. B. natürlicherweise, im überlappenden Amplifikat eines anderen Lokus vorkommen."Mcfo '" g - "- where appropriate primer labeled fluorescent or occurring within appropriate ranges of the amplified interfaces for restriction or may occur naturally in the sequence of. Endonucleases in the design of the primer pairs for the novel multiplex PCR are used generally here, however crucial, on the one hand, each one On the other hand, the locus-specific PCR product with overlapping detection region is assigned a clearly defined interface (ie two to "n" different) which, on the other hand, does not adversely affect the detection behavior of the other products within the multiplex nucleic acid amplification mixture also occur, for example, naturally, in the overlapping amplificate of another locus.
Im Anschluss an die Multiplex-Nukleinsäureamplifikation wird das Amplifikationsgemisch gemäß der Anzahl an Produkten mit überlappenden Detektionsbereichen in 2 bis „n" verschiedene Reaktionsgefäße aufgeteilt. Falls die spezifische Nukleinsäuremarkierung der Amplifikate in der Einführung von Restriktionsendonuklease-Spaltstellen besteht, wird jedes Reaktionsgefäß mit einer spezifischen Restriktionsendonuklease oder einem Gemisch von „n-1" spezifischen Restriktionsendonukleasen inkubiert, so dass in jedem Gefäß nur ein spezifisches Fluoreszenzmarkiertes Amplifikationsprodukt aus dem Produktgemisch mit überlappenden Detektionsbereich verbleibt, während die Farbmarkierungen der anderen Produkte endonukleolytisch abgespaltet werden. Bei der Verwendung von Gemischen von Restriktionsendonukleasen kann auch eine sequenzielle Inkubation mit den Restriktionsendonukleasen erfolgen, wenn die Restriktionsendonukleasen unterschiedliche Reaktionspufferbedingungen benötigen oder verschiedene Temperaturoptima besitzen. Es sind jedoch auch Endonukleasen bekannt, welche direkt im Puffer der PCR schneiden (z. B. EcoKL, EcoKV, KpnT). Im Anschluss an die endonukleolytischen Spaltungen werden die unverändert an ihren 5 '-Enden kovalent farbmarkierten Reaktionsprodukte der einzelnen Reaktionsansätze in denaturierenden Kapillargelelektrophoresen aufgetrennt und mittels an der Kapillargelelektrophoreseeinheit vorhandenen Detektionseinheiten, welche die Farbmarkierung nachweisen können, eindeutig genotypisiert.Following the multiplex nucleic acid amplification, the amplification mixture is divided into 2 to "n" different reaction vessels according to the number of products with overlapping detection regions If the specific nucleic acid tag of the amplicons consists in the introduction of restriction endonuclease cleavage sites, each reaction vessel is exposed to a specific restriction endonuclease or a mixture of "n-1" specific restriction endonucleases, so that only one specific fluorescence-labeled amplification product from the product mixture with overlapping detection region remains in each vessel, while the color markings of the other products are endonucleolytically cleaved off. When using mixtures of restriction endonucleases, a sequential incubation with the restriction endonucleases can also take place if the restriction endonucleases require different reaction buffer conditions or have different temperature optima. However, endonucleases are also known which cut PCR directly in the buffer (eg EcoKL, EcoKV, KpnT). Following the endonucleolytic cleavages, the covalently color-coded reaction products of the individual reaction batches, which are covalently color-coded at their 5 'ends, are separated in denaturing capillary gel electrophoreses and clearly genotyped by means of detection units present on the capillary gel electrophoresis unit which can detect the color coding.
Die Auswahl des Verfahrensschritts zur selektiven Reduktion der Anzahl der im Detektionsbereich überlappenden Amplifikate mit gleicher nachweisbarer Markierung (z. B. Fluoreszenz) der zu genotypisierenden Loki erfolgt in Abhängigkeit von den in die modifizierten Primer der zwei oder mehr Primerpaare eingeführten spezifischen Nukleinsäuresequenzmodifikationen, z. B. die eingeführten Restriktionsendonukleaseschnittstellen. In diesem Fall wird ein Gemisch von „n-1" spezifischen Restriktionsendonukleasen verwendet. Wenn in der Multiplex-Amplifikation beispielsweise drei zu genotypisierende Loki (z. B. STR A, STR B, STR C) amplifiziert werden, die überlappende Detektionsbereiche aufweisen, kann in den 5'-Bereich des nachweisbar markierten, z. B. Fluoreszenz-markierten, Primers des ersten Primerpaars (zur Amplifikation von STR A) als Modifikation z. B. eine EcoRV Restriktionsschnittstelle, wie oben beschrieben, eingefügt werden. In den 5 '-Bereich des nachweisbar markierten, z. B. Fluoreszenz-markierten, Primers des zweiten Primerpaars (zur Amplifikation von STR B) kann als Modifikation z. B. eine EcO-BJ Restriktionsschnittstelle eingefügt werden. In den 5 '-Bereich des nachweisbar markierten, z. B. Fluoreszenz-markierten, Primers des dritten Primerpaars (zur Amplifikation von STR C) kann als Modifikation z. B. eine HmdlII Restriktionsschnittstelle eingefügt werden. Dabei ist zu beachten, dass die eingefügten Restriktionsschnittstellen in 3 '-Richtung von der Fluoreszenzmarkierung gelegen sind. Nach der Amplifikationsreaktion wird das Amplifikatgemisch auf drei Reaktionsgefäße verteilt. Im ersten Reaktionsgefäß erfolgt anschließend eine Restriktionsverdauung mit den Restriktionsenzymen EcόSCV und EcoRI. Es erfolgt dabei die Abspaltung der Fluoreszenzfarbstoffeinheiten der Amplifikate von STR A und STR B. Lediglich die Amplifikate von STR C bleiben intakt und können fluorimetrisch nachgewiesen werden. Im zweiten Reaktionsgefäß erfolgt entsprechend eine Restriktionsverdauung mit den Restriktionsenzymen EcoRV und Hindill. Es erfolgt dabei die Abspaltung der Fluoreszenzfarbstoffeinheiten der Amplifikate von STR A und STR C. Lediglich die Amplifikate von STR B bleiben intakt und können fluorimetrisch nachgewiesen werden. Im dritten Reaktionsgefäß erfolgt eine Restriktionsverdauung mit den Restriktionsenzymen EcoRI und Hindϊll. Es erfolgt dabei die Abspaltung der Fluoreszenzfarbstoffeinheiten der Amplifikate von STR B und STR C. Lediglich die Amplifikate von STR A bleiben intakt und können fluorimetrisch nachgewiesen werden.The selection of the method step for the selective reduction of the number of amplificates overlapping in the detection region with the same detectable label (eg fluorescence) of the loci to be genotyped is done as a function of the specific nucleic acid sequence modifications introduced into the modified primers of the two or more primer pairs, e.g. The introduced restriction endonuclease cleavage sites. In this case, a mixture of "n-1" specific restriction endonucleases is used, for example, in the multiplex amplification, if three loci to be genotyped (e.g., STR A, STR B, STR C) having overlapping detection regions are amplified in the 5'-range of the detectable marked, z. B. fluorescence-labeled, primer of the first primer pair (for the amplification of STR A) as a modification z. For example, an EcoRV restriction site as described above may be included. In the 5 'region of the detectably marked, z. B. fluorescence-labeled, primer of the second primer pair (for the amplification of STR B) can be used as a modification z. B. an EcO BJ restriction site are inserted. In the 5 'region of the detectably marked, z. B. fluorescence-labeled, primer of the third primer pair (for the amplification of STR C) can be used as a modification z. B. a HmdlII restriction site are inserted. It should be noted that the inserted restriction sites are located in the 3 'direction of the fluorescent label. After the amplification reaction, the amplificate mixture is distributed to three reaction vessels. The first reaction vessel is then subjected to restriction digestion with the restriction enzymes EcόSCV and EcoRI. In this case, the cleavage of the fluorescent dye units of the amplificates of STR A and STR B takes place. Only the amplificates of STR C remain intact and can be detected fluorimetrically. In the second reaction vessel, a restriction digestion with the restriction enzymes EcoRV and HindIII takes place correspondingly. In this case, the cleavage of the fluorescent dye units of the amplificates of STR A and STR C takes place. Only the amplificates of STR B remain intact and can be detected fluorimetrically. In the third reaction vessel is a restriction digestion with the restriction enzymes EcoRI and HindIII. The cleavage of the fluorescent dye units of the amplificates of STR B and STR C is carried out. Only the amplificates of STR A remain intact and can be detected fluorimetrically.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden zur selektiven Behandlung von Multiplex PCR-Amplifikaten mit überlappenden Detektionsbereichen, d. h. zur spezifischen Abspaltung der Farbstoffmarkierung der überlappenden und somit bei Nachweisschritt störenden Amplifikate, statt Restriktionsendonukleasen für (eine) bestimmte DNS-Modifϊkation(en) spezifische Endonukleasen, DNS N-Glycosylasen und/oder AP-DNS-Lyasen verwendet, die vielfach als DNS-Reparaturenzyme beschrieben sind. Dafür werden erfindungsgemäß die Primer, die mit der nachweisbaren Markierung versehen sind, mit spezifischen Nukleinsäuresequenzmodifikationen versehen, die Erkennungssequenzen und/oder Spaltstellen für (eine) bestimmte DNS-Modifikation(en) spezifische Endonukleasen, DNS N-Glycosylasen und/oder AP-DNS-Lyasen sind.In a further embodiment of the present invention, for the selective treatment of multiplex PCR amplificates with overlapping detection regions, i. H. for the specific cleavage of the dye label of the overlapping and thus in detection step interfering amplicons, instead of restriction endonucleases for (a) specific DNA Modifϊkation (s) specific endonucleases, DNA N-glycosylases and / or AP-DNA lyases used, often as DNA repair enzymes are described. For this purpose, according to the invention, the primers which are provided with the detectable label are provided with specific nucleic acid sequence modifications, the recognition sequences and / or cleavage sites for (a) specific DNA modification (s) are specific endonucleases, DNA N-glycosylases and / or AP-DNA. Lyases are.
Spezifische Nukleinsäuresequenzmodifikationen, die gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens nützlich sind und eine enzymatische Abspaltung der nachweisbaren Markierung von den Amplifikaten erlauben, sind zum Beispiel die DNS-Basenmodifikationen Harnstoff, 5,6- Dihydroxythymin, Thyminglycol, 5-Hydroxy-5-Methylhydanton, Uracilglycol, 6-Hydroxy-5,6- dihydrothimin und Methyltartronylharnstoff. Diese DNS-Basenmodifikationen werden von der Endonuklease III aus Escherichia coli selektiv gespalten. Endonuklease III besitzt bezüglich dieser Substrate sowohl DNS-N-Glykosylase als auch AP-DNS-Lyaseaktivität (Chaudhry und Weinfeld, 1995). Eine weitere spezifische Nukleinsäuresequenzmodifikation besteht in der Einführung eines Inositolrestes in die Primersequenz, der mittels der ,,Mcfang"-Endonuklease V aus dem Organismus Uiermotoga maritima spezifisch zwei Basen in 3 '-Richtung des Inositolrestes zur enzymatischen Spaltung der DNS führt (Huang et al., 2002).Specific nucleic acid sequence modifications according to the method of the invention For example, the DNA base modifications include urea, 5,6-dihydroxythymine, thymine glycol, 5-hydroxy-5-methylhydantone, uracil glycol, 6-hydroxy-5,6-dihydrothimine, and allow enzymatic cleavage of the detectable label from the amplicons and methyltartronylurea. These DNA base modifications are selectively cleaved by endonuclease III from Escherichia coli. Endonuclease III has both DNA-N-glycosylase and AP-DNA lyase activity with respect to these substrates (Chaudhry and Weinfeld, 1995). Another specific nucleic acid sequence modification consists in the introduction of an inositol residue into the primer sequence which specifically leads to enzymatic cleavage of the DNA by means of the ,, Mcfang "endonuclease V from the organism Uiermotoga maritima two bases in the 3 'direction of the inositol residue (Huang et al. , 2002).
Weitere Alternativen zu Restriktionsendonukleasen sind dem Fachmann wohlbekannt (siehe z. B. Williams (2003)). Beispiele für spezifische Nukleinsäuresequenzmodifikationen, die gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens nützlich sind, sind Erkennungs- und/oder Spaltstellen für rekombinante Endonukleasen, die durch ortsspezifische Mutagenese oder Zufallsmutagenese in ihrer Aktivität modifiziert und angepasst werden können bzw. so genannte „Artifizielle Endonukleasen" bestehend aus gentechnischen Fusionen zwischen einer Proteindomäne, die eine spezifische DNS-Erkennung vermittelt und einer Proteindomäne, welche endonukleolytische Aktivität besitzt. Für die spezifische DNS-Sequenzerkennung können z. B. sequenzspezifische DNS-Bindedomänen für Restriktionsendonukleasen, regulatorische Sequenzen aus Bakterien (z. B: Cro, CAP, Helix-Turn-Helix-Motif) oder außergewöhnliche DNS-Konformationen wie Tripelhelices verwendet werden (z. B. Komplexe aus RecA und Oligonukleotiden). Zur DNS- Spaltung sind z. B. Proteindomänen aus Restriktionsendonukleasen, Topoisomerasen und Rekombinasen beschrieben und dem Fachmann bekannt.Other alternatives to restriction endonucleases are well known to those skilled in the art (see, for example, Williams (2003)). Examples of specific nucleic acid sequence modifications which are useful according to the method of the invention are recognition and / or cleavage sites for recombinant endonucleases which can be modified and adapted in their activity by site-directed mutagenesis or random mutagenesis or so-called "artificial endonucleases" consisting of genetic engineering fusions between a protein domain that mediates specific DNA recognition and a protein domain that has endonucleolytic activity For specific DNA sequence recognition, for example, sequence-specific DNA binding domains for restriction endonucleases, bacterial regulatory sequences (e.g., Cro, CAP , Helix-Turn-Helix-Motif) or unusual DNA conformations such as triple helices are used (eg complexes of RecA and oligonucleotides) For DNA cleavage, for example, protein domains of restriction endonucleases, topoisomerases and recombinases beschri just and known to the skilled person.
Li einer weiteren Ausführungsform können spezifische Nukleinsäuresequenzmodifikationen, die gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens nützlich sind, eine enzymatische oder chemische Abspaltung der nachweisbaren Markierung von den Amplifikaten erlauben. Dafür können beispielsweise Uracylreste in die Primersequenz eingeführt werden. DNS Uracyl-N-Glycosylasen spalten in doppelsträngiger DNS spezifisch Uracylreste unter Ausbildung von apyrimidinischen (AP-) Stellen (Vaughan und McCarthy, 1998). Die Phosphordiesterbindungen der AP-Stellen können zum einen thermisch (WO99039001) oder chemisch selektiv mittels Alkalibehandlung gespalten werden (McHugh und Knowland, 1995; Sambrook et al., 1989), so dass eine Abspaltung des Farbstoffs vom Amplifikat erfolgt. Zum anderen erlaubt die Derivatisierung der Primersequenz mit AP-Stellen auch eine enzymatische Abspaltung des Farbstoffs vom Amplifikat mittels geeigneter AP-DNS-Lyasen.In another embodiment, specific nucleic acid sequence modifications useful in accordance with the method of the present invention may permit enzymatic or chemical cleavage of the detectable label from the amplicons. For example, uracyl residues can be introduced into the primer sequence. DNA uracyl N-glycosylases specifically cleave uracyl residues in double-stranded DNA to form apyrimidinic (AP) sites (Vaughan and McCarthy, 1998). The phosphodiester bonds of the AP sites can be cleaved thermally (WO99039001) or chemically selectively by means of alkali treatment (McHugh and Knowland, 1995, Sambrook et al., 1989), so that a cleavage of the dye from the amplificate. On the other hand, the derivatization of the primer sequence with AP sites also allows an enzymatic cleavage of the dye from the amplificate by means of suitable AP-DNA lyases.
Dem Fachmann sind weitere spezifische Nukleinsäuresequenzmodifikationen bekannt, die gemäß dem erfmdungsgemäßen Verfahren nützlich sind, eine chemische Abspaltung der nachweisbaren Markierung von den Amplifikaten hervorzurufen (siehe auch EP 0828855B1). Beispielsweise können 5'-Amino-3'-desoxynukleosid Phorsporamidite zur Synthese von Oligonukleotiden mit säurelabilen 5 '-P-N-3' -Bindungen eingesetzt werden. (Shchepinov et al., 2001). Ein weiteres Verfahren zur ortsspezifischen endonukleolytischen Spaltung von DNS besteht in einer durch Metallionen katalysierten DNS-Spaltung (Williams, 2003). Hierbei vermitteln Oligonukleotide, die mit der Zielsequenz spezifische Doppel- oder Trippelhelices ausbilden, oder DNS-Bindeproteine bzw. entsprechende Proteindomänen die Sequenzspezifität. Gemäß der vorliegenden Erfindung können somit Oligonukleotide verwendet werden, die mit dem Primer, der die nachweisbare Markierung trägt, spezifische Doppel- oder Trippelhelices ausbilden. Weiter können die spezifischen Nukleinsäuresequenzmodifikationen DNS-Sequenzen sein, die für DNS-Bindeproteine bzw. entsprechende Proteindomänen Sequenz- bzw. Bindungsspezifϊtät vermitteln. Die DNS Spaltung und damit die Abspaltung des Farbstoffs vom Amplifikat erfolgt hierbei chemisch durch Metallionenkomplexe, beispielsweise Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA)-Eisen oder o-Phenanthrolin-Kupfer, die kovalent an die Oligonukleotide oder DNS-Bindeproteine gekoppelt sind.The skilled worker is aware of further specific nucleic acid sequence modifications which are useful according to the inventive method to cause a chemical cleavage of the detectable label of the amplificates (see also EP 0828855B1). For example, 5'-amino-3'-deoxynucleoside phosphorporamidites can be used for the synthesis of oligonucleotides having acid-labile 5'-P-N-3 'bonds. (Shchepinov et al., 2001). Another method for site-specific endonucleolytic cleavage of DNA is by metal ion-catalyzed DNA cleavage (Williams, 2003). In this case, oligonucleotides which form specific double or triple helices with the target sequence or DNA binding proteins or corresponding protein domains mediate the sequence specificity. Thus, according to the present invention oligonucleotides can be used which form specific double or triple helices with the primer carrying the detectable label. Further, the specific nucleic acid sequence modifications may be DNA sequences that confer sequence specificity or binding specificity to DNA binding proteins or protein domains, respectively. The DNA cleavage and thus the cleavage of the dye from the amplificate takes place here chemically by metal ion complexes, for example ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) iron or o-phenanthroline copper, which are covalently coupled to the oligonucleotides or DNA binding proteins.
hi einer weiteren Ausführungsform können spezifische Nukleinsäuresequenzmodifikationen der Primer erfolgen, die eine physikalische Abspaltung des Farbstoffs vom Amplifikat erlauben. Dazu können PCR-Primer mittels photochemisch instabiler Basenanaloga oder Oligonukleotid- Synthesebausteine, zum Beispiel Biotin (Li et al., 1999) oder o-Nitrobenzyl-CE-phosphoramidit (Wenzel et al., 2003; DE 10108453B4) derivatisiert, d. h. versehen, werden, die unter Einwirkung von UV-Licht benachbarte Phosphordiesterbindungen selektiv spalten. Weitere photochemisch instabile Konjugate zwischen Oligonukleotiden und Peptiden beschreibt Olejnik et al. (1999), wobei der Peptidanteil beispielsweise als Hapten zum Nachweis mittels Antikörpern dienen oder eine Farbstoffmarkierung tragen kann.In another embodiment, specific nucleic acid sequence modifications of the primers may be made that allow for physical cleavage of the dye from the amplicon. For this purpose, PCR primers can be derivatized by means of photochemically unstable base analogues or oligonucleotide synthetic building blocks, for example biotin (Li et al., 1999) or o-nitrobenzyl-CE-phosphoramidite (Wenzel et al., 2003, DE 10108453B4), i. H. which selectively split adjacent phosphorodiester bonds under the action of UV light. Further photochemically unstable conjugates between oligonucleotides and peptides are described by Olejnik et al. (1999), whereby the peptide portion can serve for example as hapten for the detection by means of antibodies or can carry a coloring material marking.
Zur erfindungsgemäßen Genotypisierung von Amplifikationsprodukten aus Multiplex PCR- Gemischen mit überlappenden Detektionsbereichen können die oben genannten spezifischen Nuldeinsäuresequenzmodifikationen (Derivatisierungen) von PCR-Primern auch solchermaßen kombiniert werden, dass eine Kombination der postamplifikatorischen enzymatischen, chemischen und/oder photochemischen (physikalischen) Verfahren ausgeführt werden muss.For genotyping according to the invention of amplification products from multiplex PCR For mixtures with overlapping detection regions, the above-mentioned specific nucleic acid sequence modifications (derivatizations) of PCR primers can also be combined in such a way that a combination of the postamplificatory enzymatic, chemical and / or photochemical (physical) processes has to be carried out.
Syvänen (2001) beschreibt explizit den mehrstufigen und modularen Charakter verschiedener Verfahren zur Genotypisierung von SNPs, wobei für bestimmte Analyseschritte alternative Ausführungsformen bestehen. Die Multiplex-Fähigkeit der genannten Verfahren ist vielfach durch die Anzahl von nicht überlappenden Detektionsbereichen begrenzt, d. h. nur Multiplex- Amplifikate, deren Längen sich nicht überlappen, können eindeutig nachgewiesen werden. Kovalente Modifikationen von lokus- oder allelspezifischen Primern werden sowohl zur Detektion (z. B. Fluoreszenzfarbstoffe) als auch für lokus- oder allelspezifϊsche Trennschritte (z. B. Biotin oder Adressierungssequenzen) verwendet.Syvänen (2001) explicitly describes the multi-level and modular nature of various methods for genotyping SNPs, with alternative embodiments for certain analysis steps. The multiplexing capability of said methods is often limited by the number of non-overlapping detection ranges, i. H. only multiplex amplificates whose lengths do not overlap can be clearly detected. Covalent modifications of locus- or allele-specific primers are used both for detection (eg fluorescent dyes) and for locus- or allele-specific separation steps (eg biotin or addressing sequences).
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Erhöhung der Multiplex-Fähigkeit ergeben sich durch Einbezug alternativer Amplifikat-Markierungen, die erfindungsgemäß selektiv entfernt werden sollen, sowie hinsichtlich alternativer Amplifikations- und Detektionsverfahren. Entscheidend dabei ist, dass während der Analyse eine DNS-Zwischenstufe, also ein lokusspezifisches Amplifikat, vorliegt, die eine kovalente angebrachte Markierung zur Fraktionierung und/oder Detektion enthält und als selektives Substrat einer enzymatischen, chemischen und/oder physikalischen Spaltung dienen kann. Die spezifischen Nukleinsäuresequenzmodifikationen (d. h. Erkennungs- bzw. Spaltsequenzen für Enzyme bzw. Basenanaloga) für die enzymatische, chemische und/oder physikalische Spaltung werden selektiv während der Primersynthese eingeführt und dienen hierbei als Markierung für den enzymatischen, chemischen und/oder physikalischen Verfahrensschritt zur selektiven Reduktion der Anzahl der längenmäßig überlappenden Amplifikate der zu genotypisierenden Loki. Für die oben beschriebenen Restriktionsendonukleasen und Reparaturendonukleasen muss dabei doppelsträngige DNS (dsDNS) bzw. für bestimmte Rekombinasen DNS-Trippelhelices vorliegen.Other embodiments of the present invention for enhancing multiplexing capability are provided by incorporation of alternative amplificate labels to be selectively removed in accordance with the present invention, as well as alternative amplification and detection techniques. Crucial here is that during the analysis, a DNA intermediate, ie a locus-specific amplicon, is present, which contains a covalent attached label for fractionation and / or detection and can serve as a selective substrate of an enzymatic, chemical and / or physical cleavage. The specific nucleic acid sequence modifications (ie, enzymatic, chemical, and / or physical cleavage sequences) are selectively introduced during primer synthesis, thereby serving as a label for the enzymatic, chemical, and / or physical selective reduction step the number of lengthwise overlapping amplificates of the loci to be genotyped. For the above-described restriction endonucleases and repair endonucleases, double-stranded DNA (dsDNA) must be present or, for certain recombinases, DNA triple helices.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Erhöhung der Multiplex-Fähigkeit ergeben sich aus dem Ansatz, eine Teilmenge unmarkierter Amplifikationsprodukte nach einer Multiplex-Vervielfältigung in getrennten Reaktionsansätzen selektiv zu markieren. So können die Spaltprodukte von Restriktionsendonukleasen, bevorzugt vom Typ II, welche einzelsträngige 5 '-Überlänge liefern, durch Verlängerung des DNS-Halbstangs, der das freie 3'-Hydroxylende nach innen versetzt enthält, enzymatisch markiert werden. Dies kann nach der Restriktionsspaltung in einer „Single Base Extensions" (SBEs) mittels einer DNS-abhängigen DNS Polymerase (EC2.7.7.7) und markierter Nukleotidtriphosphate oder markierter Kettenabbruch-Reagenzien, bevorzugt 2',3'-Didesoxyribonukleosidtriphosphate (ddNTPs), erfolgen (Bruland und Knappskog , 2004; Che und Chen, 2004; US 2005/02148401 IAl). Weitere Kettenabbruch-Reagenzien sind dem Fachmann bekannt. Als Markierungen können beispielsweise Derivate von dNTPs und ddNTPs mit Fluorophoren (z. B. Fluoreszein-d(d)NTP, TAMRA-d(d)NTP, Cy3-d(d)NTP, Cy5-d(d)NTP), Biotin oder Radioaktivität (alρha32P-dNTP oder alpha32P-ddNTP, alpha33P-dNTP oder alpha33P-ddNTP) verwendet werden.Other embodiments of the present invention for enhancing multiplexing capability result from the approach of selectively labeling a subset of unlabeled amplification products after multiplexing in separate reaction mixtures. Thus, the cleavage products of restriction endonucleases, preferably of type II, which single-stranded 5 'excess length, are enzymatically labeled by extending the DNA half-strand, which contains the 3'-hydroxyl end offset inside. This can be done after restriction digestion in a single base extension (SBEs) using a DNA-dependent DNA polymerase (EC2.7.7.7) and labeled nucleotide triphosphates or labeled chain-termination reagents, preferably 2 ', 3'-dideoxyribonucleoside triphosphates (ddNTPs), Che & Chen, 2004, US 2005/02148401, IAl) Other chain termination reagents are known to the person skilled in the art Examples of suitable labels are derivatives of dNTPs and ddNTPs with fluorophores (eg fluorescein-d (eg. d) NTP, TAMRA-d (d) NTP, Cy3-d (d) NTP, Cy5-d (d) NTP), biotin or radioactivity (alpha 32 P-dNTP or alpha 32 P-ddNTP, alpha 33 P-dNTP or alpha 33 P-ddNTP).
Zur Multiplex-PCR und anschließenden exakten Genotypsierung von mehreren STRs, welche Arnplifϊkationsprodukte mit überlappenden Detektionsbereichen ergeben, wird je ein PCR-Primer pro Genlokus an seinem 5'-Ende mit der Schnittstelle für eine bestimmte Restriktionsendonuklease verlängert, welche in dem zu amplifizierenden Genlokus natürlicherweise nicht vorhanden ist bzw. nicht mit dem zu untersuchenden Polymorphismus einhergeht oder mit dessen Nachweis wechselwirkt. Steht für die Detektion beispielsweise nur ein Messgerät zum Nachweis von Fluoreszein und ausschließlich Fluoreszein-ddGTP für eine SBE zur Verfügung, können mit dem Einbau z. B. der Restriktionsendonukleasen-Schnittestellen von BamΗI (Schnittstelle 5'- G/GATCC-3', der Schrägstrich symbolisiert die Spaltstelle im Halbstrang), BgIIl (Schnittstelle 5'- A/GATCT-3', der Schrägstrich symbolisiert die Spaltstelle im Halbstrang), Bell (Schnittstelle 5'- T/GATCA-3', der Schrägstrich symbolisiert die Spaltstelle im Halbstrang), Eagl (Schnittstelle 5'- C/GGCCG-3', der Schrägstrich symbolisiert die Spaltstelle im Halbstrang), PspOMl (Schnittstelle 5'-GZGGCCC-S', der Schrägstrich symbolisiert die Spaltstelle im Halbstrang) und Kasl (Schnittstelle S'-G/GCGCC-S', der Schrägstrich symbolisiert die Spaltstelle im Halbstrang), BstEll (Schnittstelle 5'-G/GTNACC-3', der Schrägstrich symbolisiert die Spaltstelle im Halbstrang) und Bsp 14071 (Schnittstelle 5'-T/GTACA-3', der Schrägstrich symbolisiert die Spaltstelle im Halbstrang) 8 Genioki mit überlappenden Detektionsbereichen in einer Eintopfreaktion amplifiziert werden. Anschließend werden nicht eingebaute dNTPs und überschüssige Primer der Multiplex- PCR mittels säulenchromatographischer Aufreinigung entfernt. Alternativ kann auch eine Inaktivierung durch Behandlung mit DNS-einzelstrangspezifischer 3'-»5' Exonuklease I aus E. coli (EC3.1.11.1) und Alkalischer Phosphatase (EC3.1.3.1) erfolgen (US 2005/02148401 IAl). Nach dieser enzymatischen Behandlung werden die genannten Enzyme inaktiviert (z. B. 15 min bei 80 0C). Das Amplifϊkatgemisch wird anschließend in 8 getrennten Reaktionsansätzen mit den 8 verschiedenen Restriktionsendonukleasen behandelt, wobei gleichzeitig oder im Anschluss an die Spaltung der Schnittstellen die Markierung der selektiv gespaltenen Amplitlkate mittels SBE und Fluoreszein-ddGTP erfolgen kann. Zur Genotypisierung der selektiv markierten DNS-Fragmente werden die Ansätze anschließend in 8 getrennten elektrophoretischen Läufen getrennt und über das kovalent gebundene Fluoreszein detektiert. Angesichts einer großen Anzahl verfügbarer Restriktionsendonukleasen unterschiedlicher Erkennungs- und Spaltspezifität (Williams, 2003) sowie weiterer Markierungsmöglichkeiten für dNTPs, ddNTPs und anderer Kettenabbruch- Reagenzien erschließt sich dem Fachmann eine Vielzahl an Kombinationen zur fraktionierten post- amplifikatorischen Markierung von Multiplex-Amplifikationsgemische mit überlappenden Detektionsbereichen.For multiplex PCR and subsequent exact genotyping of multiple STRs yielding amplification products with overlapping detection regions, one PCR primer per gene locus is extended at its 5 'end with the site for a particular restriction endonuclease, which naturally does not exist in the gene locus to be amplified is present or not associated with the polymorphism to be examined or interacts with its detection. If, for example, only one measuring device for the detection of fluorescein and only fluorescein-ddGTP for an SBE is available for the detection, it is possible with the incorporation of e.g. B. the restriction endonuclease sites of BamΗI (5'-G / GATCC-3 'interface, the slash symbolizes the cleavage site in the half-strand), BgIIl (5'-A / GATCT-3' interface, the slash symbolizes the cleavage site in the half-strand) , Bell (5'-T / GATCA-3 'intersection, the slash symbolizes the cleavage site in the half-strand), Eagl (5'-C / GGCCG-3' intersection, the slash symbolizes the cleavage site in the half-strand), PspOMl (5 'interface). -GZGGCCC-S ', the slash symbolizes the cleavage site in the half-strand) and Kasl (S'-G / GCGCC-S' interface, the slash symbolizes the cleavage site in the half-strand), BstEll (5'-G / GTNACC-3 'interface, the slash symbolizes the cleavage site in the half-strand) and Example 14071 (5'-T / GTACA-3 'interface, the slash symbolizes the cleavage site in the half-strand) 8 Genioki be amplified with overlapping detection areas in a one-pot reaction. Subsequently, unincorporated dNTPs and excess primers of the multiplex PCR are removed by means of column chromatographic purification. Alternatively, an inactivation by treatment with DNA single strand-specific 3 '- »5' exonuclease I from E. coli (EC3.1.11.1) and alkaline phosphatase (EC3.1.3.1) take place (US 2005/02148401 IAl). After this enzymatic treatment, the said enzymes are inactivated (for example 15 min 80 ° C). The Amplifϊkatgemisch is then treated in 8 separate reaction mixtures with the 8 different restriction endonucleases, wherein at the same time or following the cleavage of the interfaces, the labeling of the selectively cleaved Amplitlkate can be done using SBE and fluorescein-ddGTP. For the genotyping of the selectively labeled DNA fragments, the mixtures are then separated in 8 separate electrophoretic runs and detected via the covalently bound fluorescein. In view of a large number of available restriction endonucleases of different recognition and cleavage specificity (Williams, 2003) and further labeling possibilities for dNTPs, ddNTPs and other chain termination reagents, a variety of combinations for the fractionated post-amplification labeling of multiplex amplification mixtures with overlapping detection regions will be apparent to those skilled in the art.
Zu beachten ist, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren in seinem Analyseansatz grundsätzlich von anderen Verfahren zur Detektion von SNPs und DIPs unterscheiden, bei denen ebenfalls das DNS-Amplifikationsverfahren mit einer nachfolgenden Behandlung der Amplifikationsprodukte mit entsprechenden Enzymen zur Anwendung kommt (z. B. ,JR.estriction Fragment Length Polymorphism", RFLP; Reilly und Thomas, 1980; Ye et al., 2003; Till et al., 2004). Über die Analyse der z. B. mittels Restriktionsendonukleasen (RFLP) oder anderen Enzymen verdauten Reaktionsprodukten wird bei diesen Verfahren das Vorhandensein oder die Abwesenheit der natürlicherweise in den amplifϊzierten Sequenzen vorkommenden Erkennungssequenz(en) für das eingesetzte Enzym geprüft und dadurch auf den Genotyp der Sequenz, die z. B. einen SNP enthält, geschlossen. D. h. die zu detektierende DNS-Variation geht in diesen Fall einher mit einer veränderten Erkennungssequenz für eine Restriktionsendonuklease. Saffroy et al. (2002) beschreiben ferner eine Methode für die Etablierung von RFLPs falls eine entsprechende allelspezifϊsche Erkennungssequenz natürlicherweise nur partiell vorhanden ist. In diesem Fall kann ein Primer in 5 '-Richtung in unmittelbarer Nähe des zu analysierenden DNS- Sequenzpolymorphismus entworfen werden, wobei seine Sequenz am 3 '-Ende durch Basenaustausch(e) der natürlichen Sequenz derart verändert wird, dass (1) eine enzymatische Primerverlängerung möglich ist und (2) gleichzeitig eine in 3 '-Richtung des Primers partiell vorhandene Schnittstelle für eine Restriktionsendonuklease im Bereich des zu analysierenden DNS- Sequenzpolymorphismus vervollständigt wird. Desgleichen beschreibt US2005/0214840 HAl ein Verfahren zur Multiplex-Genotypisierung von SNPs unter Verwendung von Restriktionsendonukleasen, deren Schnittstelle im 5 '-Bereich eines Amplifikationsprimers intergriert wurde. Dieser Primer befindet sich ebenfalls in 5'-Richtung versetzt in der Nähe des SNPs und die der Amplifikation nachgeschaltete Spaltung, insbesondere unter Verwendung von Enzymen des Typs IIS, dient einer allelspezifische Nachweisreaktion für den SNP. Bruland und Knappskog (2004) beschreiben die post-amplifikatorische Fluoreszenzmarkierung von Restriktionsfragmenten mittels SBE an natürlicherweise vorhandenen Restriktionsschnittstellen um anschließend Sequenzunterschiede durch „Single-Strand Conformation Polymorphism" nachzuweisen. Alle diese Verfahren sind in der genannten Literatur, falls sie für Multiplex- Anwendungen genutzt werden, als Eintopf-Reaktionen ausgeführt, d. h. es werden post- amplifikatorisch nicht zwei oder mehr Reaktionsansätze gebildet. Darüber hinaus werden diese Verfahren nicht zur Trennung von Amplifϊkationsgemischen mit überlappenden Detektionsbereichen verwendet.It should be noted that the method according to the invention in its analytical approach fundamentally differs from other methods for the detection of SNPs and DIPs, in which the DNA amplification method with subsequent treatment of the amplification products with corresponding enzymes is also used (eg, JR Tetr et al., 2004). Analysis of the reaction products digested by, for example, restriction endonucleases (RFLP) or other enzymes is taught in US Pat In this method, the presence or absence of the recognition sequence (s) naturally occurring in the amplified sequences is checked for the enzyme used, thereby deducing the genotype of the sequence containing, for example, an SNP, that is, the DNA to be detected Variation in this case is accompanied by an altered recognition sequence for a restriction endonuclease Saffroy et al. (2002) further describe a method for the establishment of RFLPs if a corresponding allele-specific recognition sequence is naturally only partially present. In this case, a primer in the 5 'direction can be designed in close proximity to the DNA sequence polymorphism to be analyzed, with its sequence being altered at the 3' end by base exchange (s) of the natural sequence such that (1) enzymatic primer extension is possible and (2) at the same time a partially present in 3 'direction of the primer interface for a restriction endonuclease in the range of DNA sequence polymorphism to be analyzed is completed. Similarly US2005 / 0214840 HAI describes a method for multiplex genotyping of SNPs using restriction endonucleases, their 5 'region interface of an amplification primer was integrated. This primer is also located in the 5'-direction in the vicinity of the SNP and the amplification downstream cleavage, in particular using enzymes of the type IIS, serves an allele-specific detection reaction for the SNP. Bruland and Knappskog (2004) describe the post-amplification fluorescence labeling of restriction fragments by means of SBE at naturally occurring restriction sites in order to subsequently detect sequence differences by "single strand conformation polymorphism." All of these methods are mentioned in the cited literature if they are used for multiplex applications , are carried out as one-pot reactions, ie, two or more reaction batches are not formed post-amplification and, moreover, these methods are not used for the separation of amplification mixtures with overlapping detection ranges.
Demgegenüber sind erfindungsgemäß die spezifisch modifizierten DNS-Amplifikationsprodukte, die ihrer Modifikation entsprechend enzymatisch, chemisch und/oder physikalisch behandelt wurden, für das ausgewählte Detektionsverfahren zur Genotypisierung gerade nicht mehr verfügbar, also nicht detektierbar, da sie aus dem Multiplex-Ansatz erfindungsgemäß eliminiert werden, so dass lediglich die verbliebenen Amplifikationsprodukte, die durch die enzymatische, chemische und/oder physikalische Behandlung nicht beeinflusst werden, analysiert und damit genotypisiert werden.In contrast, according to the invention, the specifically modified DNA amplification products which have been enzymatically, chemically and / or physically treated according to their modification are no longer available for the selected genotyping detection method, ie are not detectable, since they are eliminated from the multiplexing approach according to the invention, so that only the remaining amplification products, which are not affected by the enzymatic, chemical and / or physical treatment, are analyzed and thus genotyped.
In einer weiteren Ausführungsform lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch auf einzelsträngige DNS-Produkte z. B. einer Multiplex-SBE zum Nachweis von SNPs anwenden. Hierbei werden beispielsweise „n" verschiedene Loki, die beispielsweise SNPs enthalten, in einer lokusspezifischen Nukleinsäureamplifikationsreaktion amplifiziert. Anschließend werden die gereinigten Amplifikatgemische der Multiplex- Amplifikation in einer Multiplex-SBE mit „n" spezifische SBE-Primern, die für einen Trennschritt an ihren 5 '-Enden mit Biotin markiert sind, an ihren 3 '-Enden mit allelspezifischen, unterschiedlich fluoreszenzmarkierten Didesoxyribunukleotidphosphaten verlängert. In einem weiteren Schritt wird das Reaktionsgemisch von „n" verschiedenen, allelspezifϊsch verlängerten einzelsträngigen SBE-Primern mit Steptavidin gereinigt und auf „n" verschiedene Reaktionsgefäße verteilt. Zu jedem Reaktionsgefäß werden nun zwei Primer pipettiert, die komplementär zu den beiden allelspezifisch verlängerten SBE-Primern nur eines bestimmten SNP-Lokus sind. Nach erfolgter DNS-Hybridisierung sind nur die doppelsträngigen Hybridisierungsprodukte vor einer Verdauung mit einer einzelstrangspezifischen DNS-Endonuklease selektiv geschützt (Till et al, 2004). Alle anderen allelspezifisch verlängerten SBE-Primer des Multiplex-Ansatzen werden degradiert und somit die Doppelmarkierung der SBE- Primer mit Fluorophoren und Biotin aufgehoben. Die Genotypisierung der einzelnen SNPs erfolgt nach einem zweiten Reinigungsschritt mittels Streptavidin über Zweifarben-Fluoreszenzdetektion der einzelnen Reaktionsansätze.In a further embodiment, the inventive method can also be applied to single-stranded DNA products z. B. a multiplex SBE for the detection of SNPs apply. Here, for example, "n" are amplified in a locus-specific nucleic acid amplification reaction using different loci containing, for example, SNPs 'Ends are labeled with biotin, extended at their 3' ends with allelepezifischen, differently fluorescently labeled dideoxyribonucleotide. In a further step, the reaction mixture is purified from "n" different, allelspezifϊsch extended single-stranded SBE primers with streptavidin and distributed to "n" different reaction vessels. For each reaction vessel, two primers are now pipetted, which are complementary to the two allele-specifically extended SBE primers only a specific SNP locus. After DNA hybridization, only the double stranded hybridization products are preceded by digestion with a single strand specific DNA endonuclease selectively protected (Till et al, 2004). All other allele-specific extended SBE primers of the multiplex approach are degraded and thus the double labeling of the SBE primer with fluorophores and biotin is abolished. The genotyping of the individual SNPs is carried out after a second purification step using streptavidin via two-color fluorescence detection of the individual reaction mixtures.
In einer Abwandlung dieser Ausführungsform kann die Genotypierung aller SNPs des Multiplex- Ansatzes unter Verwendung einer einzigen Farbmarkierung erfolgen. Hierfür wird das Reaktionsgemisch dieser Multiplex-SBE für den Nachweis von „n" SNPs auf die doppelte Anzahl „2n" von Reaktionsgefäßen verteilt. Alle weiteren Schritte erfolgen analog mit dem Unterschied, dass jeweils nur ein Primer, welcher komplementär zu einem allelspezifisch verlängerten SBE- Primer eines bestimmten SNP-Lokus ist, verwendet wird. Somit ist pro Ansatz nur ein allelspezifisches Extensionsprodukt vor der Verdauung durch eine einzelstrangspezifϊsche DNS- Endonuklease geschützt. Diese Anordnung erlaubt die Genotypisierung von SNPs aus komplexen Multiplex-Arnplifϊkationen unter Verwendung optisch einfacher und somit besonders kostengünstiger Fluorometer. Die selektive Spaltung einzelsträngiger SBE-Produkte kann auch durch so genannte chemische Endonukleasen erfolgen. Es handelt sich hierbei um spezifische Oligonukleotide, die mit einer bestimmten Zielsequenz eine DNS-Doppelhelix durch DNS-DNS- Hybridisierung ausbilden können. Die Spaltung erfolgt chemisch durch Metallionenkomplexe, meist Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA)-Eisen oder o-Phenanthrolin-Kupfer, die kovalent an die Oligonukleotide gekoppelt sind (Williams, 2003).In a variation of this embodiment, the genotyping of all SNPs of the multiplexed approach can be done using a single color mark. For this purpose, the reaction mixture of this multiplex SBE for the detection of "n" SNPs is distributed to twice the number "2n" of reaction vessels. All further steps are analogous with the difference that only one primer, which is complementary to an allele-specifically extended SBE primer of a particular SNP locus, is used. Thus, only one allele-specific extension product is protected from digestion by a single strand-specific DNA endonuclease per approach. This arrangement allows the genotyping of SNPs from complex multiplex amplifications using optically simpler and thus particularly low-cost fluorometers. The selective cleavage of single-stranded SBE products can also be done by so-called chemical endonucleases. These are specific oligonucleotides that can form a DNA double helix by DNA-DNA hybridization with a specific target sequence. The cleavage takes place chemically by metal ion complexes, usually ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) iron or o-phenanthroline copper, which are covalently coupled to the oligonucleotides (Williams, 2003).
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das Kit zwei oder mehr Primerpaare zur Durchführung der Multiplex-Amplifikation gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst. Dabei umfassen die Primer der entsprechenden Primerpaare jeweils DNS-Sequenzen, die es erlauben, die erwünschte Zielsequenz (Loki) zu amplifizieren, indem die Primer an die die Zielsequenz flankierende DNS in einem Abstand von etwa 50 bis 350 Basenpaaren hybridisieren. Einer der beiden Primer des Primerpaars ist gemäß Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens markiert, beispielsweise mit einem Fluoreszenzfarbstoff, wie oben beschrieben. Dieser markierte Primer enthält zusätzlich eine spezifische Nukleinsäuresequenzmodifikation, wie oben beschrieben, wobei für jeden Lokus eine unterschiedliche spezifische NuMeinsäuresequenzmodifikation vorliegen muss und somit mit Hilfe von zwei oder mehr unterschiedlichen enzymatischen, chemischen und/oder physikalischen Behandlungsschritten in zwei oder mehr getrennten Reaktionsansätzen jeweils einer der Loki über die enzymatische, chemische und/oder physikalische Behandlung aus dem Multiplex-Gemisch eliminiert wird und ein verbliebenes unverändertes Amplifikationsprodukt im nachfolgenden Analyseverfahren, wie oben beschrieben, eindeutig charakterisiert, d. h. genotypisiert, wird. Weiter kann das erfindungsgemäße Kit Reaktionsgefäße umfassen, in die das Reaktionsgemisch aus Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens verteilt werden kann. Ferner kann das erfindungsgemäße Kit entsprechend des auszuführenden Multiplex-Verfahrens zur Nukleinsäureamplifikation geeignete Reagenzien wie Puffer, Nukleotide und Enzyme, z. B. DNS-Polymerasen, sowie (eine) geeignete Referenznukleinsäure(n) in geeigneten Behältern umfassen.A further aspect of the present invention is a kit for carrying out the method according to the invention, wherein the kit comprises two or more primer pairs for carrying out the multiplex amplification according to the method according to the invention. The primers of the respective primer pairs each comprise DNA sequences which allow the desired target sequence (loci) to be amplified by hybridizing the primers to the DNA flanking the target sequence at a distance of about 50 to 350 base pairs. One of the two primers of the primer pair is labeled according to step a) of the method according to the invention, for example with a fluorescent dye, as described above. This labeled primer additionally contains a specific nucleic acid sequence modification as described above, with one for each locus different specific NuMeinsäuresequenzmodifikation must be present and thus with the help of two or more different enzymatic, chemical and / or physical treatment steps in two or more separate reaction mixtures each of the Loki on the enzymatic, chemical and / or physical treatment of the multiplex mixture is eliminated, and a remaining unmodified amplification product in the subsequent analysis method, as described above, clearly characterized, ie genotyped, is. Furthermore, the kit according to the invention may comprise reaction vessels into which the reaction mixture from step c) of the method according to the invention can be distributed. Furthermore, the kit according to the invention according to the multiplex method to be carried out for nucleic acid amplification suitable reagents such as buffers, nucleotides and enzymes, for. DNA polymerases, as well as suitable reference nucleic acid (s) in suitable containers.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Analyse von komplexen Multiplex-Gemischen für Nukleinsäure- Amplifikationsprodukte mit überlappenden Detektionsbereichen zur Genotypisierung ist für alle bekannten Anwendungsgebiete der STR-, SNP- und DIP-Analytik einsetzbar. Besondere Bedeutung haben Multiplex-Anwendungen, wenn die Ausgangsmenge an Nukleinsäure limitierend ist. Insbesondere sind Genotypisierungen zur Unterscheidung von Individuen einer Art in folgenden Bereichen zu nennen:The method according to the invention for the analysis of complex multiplex mixtures for nucleic acid amplification products with overlapping detection regions for genotyping can be used for all known fields of application of STR, SNP and DIP analysis. Of particular importance are multiplex applications when the starting amount of nucleic acid is limiting. In particular, genotyping to distinguish individuals of a species in the following areas should be mentioned:
- Identifizierung oder Ausschluss von Tätern in der Gerichtsmedizin und forensischen Spurenanalytik.- Identification or exclusion of forensics practitioners and forensic trace analysis.
- Nachweis der genealogischen Abstammung bei Mensch und Tier (Vaterschaften, Stammbaumanalysen) .- Proof of genealogical descent in humans and animals (paternity, pedigree analyzes).
- Geografischer Herkunftsnachweis von Tieren und Pflanzen sowie die Genotypisierung zur Unterscheidung von Pflanzensorten.- Geographical evidence of origin of animals and plants and genotyping to distinguish plant varieties.
- Überwachung der Biodiversität oder Inzucht in Zuchttierbeständen.- Monitoring of biodiversity or inbreeding in breeding stock.
- Archäologie und Evolutionsstudien bei Menschen und anderen Spezies. Hierfür werden u.a. archäologische und fossile Artefakte biologischen Ursprungs genotypisiert.- Archeology and evolutionary studies in humans and other species. For this purpose, i.a. genotyped archaeological and fossil artifacts of biological origin.
- Chimärismusanalyse nach Knochenmarkstransplantationen.- Chimerism analysis after bone marrow transplantations.
- Pränatale Diagnostik unter Verwendung fötaler DNS aus dem Blutplasma oder dem Fruchtwasser der werdenden Mutter.- Prenatal diagnosis using fetal DNA from the blood plasma or the amniotic fluid of the expectant mother.
- Differenzialdiagnostik von Hefe- und Bakterienstämmen, welche sich in variablen STRs unterscheiden. Die Anwendungsgebiete umfassen die Fermentationsindustrie, die Lebensmittelanalytik sowie den Nachweis von human-, tier- und pflanzenpathogenen Stämmen. - Genotypisierung biallelischer SNPs und DIPs durch elektrophoretische Verfahren.- Differential diagnosis of yeast and bacterial strains, which differ in variable STRs. The areas of application include the fermentation industry, food analysis and the detection of human, animal and phytopathogenic strains. - Genotyping of biallelic SNPs and DIPs by electrophoretic methods.
- Differenzialdiagnostik bestimmter Tumoren, welche sich von gesunden Zellen im Verlust bestimmter DIP- oder STR-AUeIe unterscheiden (,JLoss ofHeterocygosity", LOH).- Differential diagnosis of certain tumors which differ from healthy cells in the loss of certain DIP or STR AEs ("JLoss of Heterozygosity", LOH).
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden am Beispiel einer kombinierten STR- und DIP- Analyse mittels lokusspezifischer Multiplex-PCR und Genotypisierung durch denaturierende Kapillargelelektrophorese und Fluoreszenzdetektion näher erläutert. Die analytische Auflösung des komplexen Multiplex PCR-Gemischs gelingt dabei durch postamplifikatorische Fraktionierung, wobei ein zu analysierendes Amplifikationsprodukt von allen weiteren bei der Detektion störenden Amplifikationsprodukten, die im Detektionsbereich überlappen, befreit wird, indem bei den störenden Amplifikationsprodukten die für den Detektionsnachweis notwendigen Fluoreszenzmarkierungen durch eine Restriktionsendonuklease abgespalten werden.The present invention is explained in more detail below using the example of combined STR and DIP analysis by means of locus-specific multiplex PCR and genotyping by denaturing capillary gel electrophoresis and fluorescence detection. The analytical resolution of the complex multiplex PCR mixture succeeds by postamplificatory fractionation, whereby an amplification product to be analyzed is freed from all other amplification products which interfere in the detection, which overlap in the detection region, as the fluorescent labels necessary for the detection detection are replaced by an amplification product Cleaved restriction endonuclease.
BEISPIELEXAMPLE
Multiplex-PCR und Genotypisierung von fünf polymorphen STR-Loci und einen DIP-Locus mit überlappenden Detektionsbereichen. Zur Geschlechtsbestimmung beim Menschen ist ein DIP von 6 bp im Bereich des Amelogenin-Gens geeignet, welches in je einer Kopie auf beiden Geschlechtschromosomen in meiotisch nicht rekombinierenden Bereichen lokalisiert ist (AM2; Nakahori et al., 1991). Es handelt sich bei diesem DIP um die Sequenz 5'-AAAGTG-3', welche die Basenpaare 332 bis 337 der Y-spezifϊschen Genkopie mit der Zugangsnummer GenBank:M55419 bildet und zwischen den Basen 331 und 332 der X-spezifischen Genkopie mit der Zugangsnummer GenBank:M55418 fehlt. Zur Erstellung eines genetischen Fingerabdrucks beim Menschen wurden als Beipsiel die autosomalen STR-Marker des C0Z>i5'-Gendatenbank-Standards THOl (Zugangsnummern: UniSTS:156170; GenBank:NT_009237), TPOX (Zugangsnummern: UniSTS:240638; GenBank:NT_O33OOO), CSFlPO (Zugangsnummern: UniSTS: 156169; GenBank:NT_029289), D3S1358 (Zugangsnummern: UniSTS: 148226; GenBank NT_022517) und D5S818 (Zugangsnummern: UniSTS:54700; GenBank:NT_034772) verwendet.Multiplex PCR and genotyping of five polymorphic STR loci and a DIP locus with overlapping detection regions. For sex determination in humans, a DIP of 6 bp in the region of the amelogenin gene is suitable, which is located in one copy on both sex chromosomes in meiotic non-recombining areas (AM2, Nakahori et al., 1991). This DIP is the sequence 5'-AAAGTG-3 'which forms the base pairs 332 to 337 of the Y-specific gene copy with the accession number GenBank: M55419 and between the bases 331 and 332 of the X-specific gene copy with the accession number GenBank: M55418 is missing. To prepare a genetic fingerprint in humans, the autosomal STR markers of the C0Z> i5 'gene database standard THO1 (accession numbers: UniSTS: 156170, GenBank: NT_009237), TPOX (accession numbers: UniSTS: 240638, GenBank: NT_O3300O) were used as examples. CSFlPO (accession numbers: UniSTS: 156169; GenBank: NT_029289), D3S1358 (accession numbers: UniSTS: 148226; GenBank NT_022517) and D5S818 (accession numbers: UniSTS: 54700; GenBank: NT_034772).
Unter Verwendung der genannten Sequenzinformationen, der Literaturstellen Butler et al. (2003) und Krenke et al. (2002) sowie der Software VectorNTI (Invitrogen, Karlsruhe, Deutschland) wurden folgende PCR-Primer entworfen: AMFT3-H (SEQ ID NO: 1) - (S'- HEX-TTTGAATTCCCTGGGCTCTGTAAAGAA-S': artifizieller Sequenzanhang in fetter Schrift, Schnittstelle für EcoRI unterstrichen), AMR3 (SEQ ID N0:2) (5'-Using the cited sequence information, the references Butler et al. (2003) and Krenke et al. (2002) and the software VectorNTI (Invitrogen, Karlsruhe, Germany), the following PCR primers were designed: AMFT3-H (SEQ ID NO: 1) - (S'-HEX-TTTGAATTCCCTGGGCTCTGTAAAGAA-S ': artificial sequence appendix in bold text, Underlined for EcoRI), AMR3 (SEQ ID NO: 2) (5 '
ATCAGAGCTTAAACTGGGAAGCTG-S1), D3RT1-F (SEQ ID N0:3) (5'-6FAM- TTGATATCATGAAATCAACAGAGGCTTGC-3': artifizieller Sequenzanhang in fetter Schrift, Schnittstelle für EcoRV unterstrichen), D3F1 (SEQ ID N0:4) (5'-ACTGCAGTCCAATCTGGGT- 3'), D5RT3-F (SEQ ID N0:5) (5'-6FAM-ATCAGAGCTTAAACTGGGAAGCTG-S 1 ), D3RT1-F (SEQ ID NO: 3) (5'-6FAM-TTGATATCATGAAATCAACAGAGGCTTGC-3 ': capitalized artificial sequence appendix, site underlined for EcoRV), D3F1 (SEQ ID NO: 4) (5' -ACTGCAGTCCAATCTGGGT-3 '), D5RT3-F (SEQ ID NO: 5) (5'-6FAM-
TTTGAATTCAGCCACAGTTTACAACATTTGTATCT-3': artifizieller Sequenzanhang in fetter Schrift, Schnittstelle für EcoKi unterstrichen), D5FT3 (SEQ ID N0:6) (5'- GGTGATTTTCCTCTTTGGTATCC-3'), THOFT3-F (SEQ ID N0:7) (5'-6FAM-TTTGAATTCAGCCACAGTTTACAACATTTGTATCT-3 ': boldface artificial suffix, site for EcoKi underlined), D5FT3 (SEQ ID NO: 6) (5'-GGTGATTTTCCTCTTTGGTATCC-3'), THOFT3-F (SEQ ID NO: 7) (5'-6FAM -
TTTGAATTCCTGTTCCTCCCTTATTTCCC-3': artifizieller Sequenzanhang in fetter Schrift, Schnittstelle für EcoRI unterstrichen), THOR3 (SEQ ID NO:8) (5'- GGGAACACAGACTCCATGGTG-3'), TPFT3-H (SEQ ID NO:9) (5'-HEX-TTTGAATTCCTGTTCCTCCCTTATTTCCC-3 ': boldface artificial sequence attachment, site underlined for EcoRI), THOR3 (SEQ ID NO: 8) (5'-GGGAACACAGACTCCATGGTG-3'), TPFT3-H (SEQ ID NO: 9) (5'-HEX -
TTTGAATTCTTAGGGAACCCTCACTGAATG-3': artifizieller Sequenzanhang in fetter Schrift, Schnittstelle für EcoRI unterstrichen), TPR3 (SEQ ID NO: 10) (5'-TTTGAATTCTTAGGGAACCCTCACTGAATG-3 ': capitalized sequence appendix in bold, site underlined for EcoRI), TPR3 (SEQ ID NO: 10) (5'-
GTCCTTGTCAGCGTTTATTTGC-3'), CSFTl-H (SEQ ID NO: 11) (5'-HEX-GTCCTTGTCAGCGTTTATTTGC-3 '), CSFT1-H (SEQ ID NO: 11) (5'-HEX)
TTGATATCACAGTAACTGCCTTCATAGATAG-3'; artifizieller Sequenzanhang in fetter Schrift, Schnittstelle für EcoRV unterstrichen) und CSRl (SΕQ ID N0:12) (5'- GTGTCAGACCCTGTTCTAAGTA-3'). Die Synthese der Oligonukleotide erfolgte durch ein externes Dienstleistungslabor. Molekulargenetische Standardverfahren wurden gemäß Sambrook et al. (1989) durchgeführt. Alle Chemikalien und Verbrauchsmaterialien wurden in p.a.-Qualität bzw. PCR-Qualität (frei an DNS, Proteasen und Nukleasen) verwendet. Genomische DNS (gDNS) aus freiwilligen Spendern wurde aus Wangenabstrichen (mit sterilen Wattetupfern) und Blutproben unter Verwendung der Kits NucleoSpin® Tissue (Macherey&Nagel, Düren) und NucleoSpin® Blood (Macherey&Nagel, Düren) gemäß Herstellerangaben präpariert. Als Referenzmethoden zur DNS-Quantifizierung dienten Absorptionsmessungen bei 260 nm mittels UV/VIS-Spektroskopie (BioPhotometer, Eppendorf, Hamburg, Deutschland) und Real-Time-PCR-Messungen mit dem „Quantifiler™ Human DNA Quantification Kit" (Applied Biosystems, Darmstadt, Deutschland) gemäß Herstellerangaben. Die dem Kit beigelegte genomische DNS wurde als Referenz-DNS verwendet. Der Ansatz für die Multiplex-PCR mit einem Volumen von 25 μL bestand aus 1,5 mmol/1 MgCl2, 200 nmol/1 dNTPs, 1-fach konzentriertem JumpStart-Reaktionspuffer (Sigma & Aldrich, Freiburg), 1,25 Unit JumpStart® Taq DNA Polymerase (Sigma & Aldrich, Freiburg), 5,0 ng genomischer DNS und den folgenden Oligonukleotiden mit ihren Endkonzemtrationen in Klammern: AMFT3-H (0,4 μmol/1), AMRT3 (0,4 μmol/1), D3RT1-F (0,2 μmol/l); D3F1 (0,2 μmol/l), D5RT1-F (0,6 μmol/1), D5FT1 (0,6 μmol/1), THOFT3-F (0,6 μmol/1), THOR3 (0,6 μmol/1), TPFT3-H (0,2 μmol/1), TPR3 (0,2 μmol/1), CSFTl-H (0,2 μmol/1) und CSRl (0,2 μmol/1). Das PCR-Programm bestand aus einer initialen Denaturierung von 2 min bei 94 °C, gefolgt von 30 Zyklen mit 20 s bei 94 °C, 1 min bei 55 0C und 30 s bei 72 0C sowie weiteren 60 min bei 60 0C. Es wurde ein TC-512 Thermocycler (Techne AG, Burkhardtsdorf) verwendet. Nach der PCR wurden je 9,6 μL des Ansatzes in getrennten Reaktionsgefäßen mit je 5 Unit der Restriktionsendonukleasen EcoRI (New England Biolabs, Frankfurt a.M.) bzw. EcoRV (New England Biolabs, Frankfurt a. M., Deutschland) für 1,0 h bei 37 0C inkubiert. Es folgte eine Hitzeinaktivierung von 20 min bei 82 °C. Anschließend wurde die Genotypisierung der Genioki durchgeführt. Hierfür wurde der Sequenzierautomat ABI Prism® 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems, Darmstadt, Deutschland) verwendet. Je 1 μL der PCR-Reaktion bzw. der entsprechenden Restriktionsansätze wurde mit 12,5 μL Injektionspuffer bestehend aus 12 μL HiDi- Formamid (Applied Biosystems, Darmstadt, Deutschland) und internem Längenstandard HD- 400ROX (Applied Biosystems, Darmstadt, Deutschland) vermischt, 5 min bei 95 0C denaturiert und rasch auf 10 0C abgekühlt. Die Probeniηjektion erfolgte 5 s bei 15.000 V. Die Kapillargelektrophorese erfolgte mit dem Polymergemisch POP-4 (Applied Biosystmens, Darmstadt, Deutschland) bei 60 0C, 15.000 V und 20 min unter denaturiertenden Bedingungen gemäß Vorgaben des Herstellers. Ausgewertet wurde mit der Software GenScan Analysis (Applied Biosystems, Darmstadt, Deutschland) mit Hilfe einer gesondert erstellten Farbmatrix für die Farbstoffe 6-FAM, HEX und ROX gemäß Angaben des Herstellers. Die Elektropherogramme für die DNS einer Frau sind in Fig. 2 dargestellt.TTGATATCACAGTAACTGCCTTCATAGATAG-3 '; capitalized sequence suffix in bold, underlining interface for EcoRV) and CSRI (SΕQ ID N0: 12) (5'-GTGTCAGACCCTGTTCTAAGTA-3 '). The synthesis of the oligonucleotides was carried out by an external service laboratory. Standard molecular genetic techniques were performed according to Sambrook et al. (1989). All chemicals and consumables were used in pa quality or PCR quality (free of DNA, proteases and nucleases). Genomic DNA (GDNS) from volunteer donors was prepared from cheek swabs (with sterile cotton swabs) and blood samples using the kit NucleoSpin ® Tissue kit (Macherey & Nagel, Düren) and NucleoSpin ® Blood (Macherey & Nagel, Düren) according to manufacturer's instructions. Absorbance measurements at 260 nm were used as reference methods for DNA quantification by means of UV / VIS spectroscopy (BioPhotometer, Eppendorf, Hamburg, Germany) and real-time PCR measurements with the "Quantifiler ™ Human DNA Quantification Kit" (Applied Biosystems, Darmstadt, Germany). The genomic DNA supplied with the kit was used as the reference DNA, and the 25 μL volume PCR procedure consisted of 1.5 mmol / l MgCl 2 , 200 nmol / l dNTPs. fold concentrated JumpStart reaction buffer (Sigma & Aldrich, Freiburg), 1.25 Unit Jump Start ® Taq DNA polymerase (Sigma & Aldrich, Freiburg), 5.0 ng of genomic DNA and the following oligonucleotides with their Endkonzemtrationen in parentheses: AMFT3-H ( 0.4 μmol / l), AMRT3 (0.4 μmol / l), D3RT1-F (0.2 μmol / l) , D3F1 (0.2 μmol / l), D5RT1-F (0.6 μmol / l) ), D5FT1 (0.6 μmol / l), THOFT3-F (0.6 μmol / l), THOR3 (0.6 μmol / l), TPFT3-H (0.2 μmol / l), TPR3 (0.2 μmol / l), CSFTl-H (0.2 μmol / l) and CSRl (0.2 μmol / l). 1). The PCR program consisted of an initial denaturation of 2 min at 94 ° C, followed by 30 cycles of 20 s at 94 ° C, 1 min at 55 0 C and 30 s at 72 0 C and another 60 min at 60 0 C. A TC-512 thermal cycler (Techne AG, Burkhardtsdorf) was used. After the PCR, 9.6 μL each of the batch were incubated in separate reaction vessels containing 5 units each of the restriction endonucleases EcoRI (New England Biolabs, Frankfurt aM) and EcoRV (New England Biolabs, Frankfurt aM, Germany) for 1.0 h incubated at 37 0 C. This was followed by heat inactivation for 20 min at 82 ° C. Subsequently genioki genotyping was performed. For this purpose, the sequencer ABI Prism® 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems, Darmstadt, Germany) was used. 1 μL each of the PCR reaction or the corresponding restriction mixtures was mixed with 12.5 μL injection buffer consisting of 12 μL HiDi formamide (Applied Biosystems, Darmstadt, Germany) and internal length standard HD-400ROX (Applied Biosystems, Darmstadt, Germany), Denatured at 95 0 C for 5 min and rapidly cooled to 10 0 C. The Probeniηjektion was 5 s at 15,000 V. The capillary gel electrophoresis was carried out with the polymer mixture POP-4 (Applied Biosystmens, Darmstadt, Germany) at 60 0 C, 15,000 V and 20 min under denaturing conditions according to the manufacturer. Evaluated with the software GenScan Analysis (Applied Biosystems, Darmstadt, Germany) using a specially prepared color matrix for the dyes 6-FAM, HEX and ROX according to the manufacturer. The electropherograms for a woman's DNA are shown in FIG.
Literaturliterature
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Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Genotypisierung von Nukleinsäuren, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Mischen einer isolierten Probe, deren Nukleinsäuren genotypisiert werden soll, mit zwei oder mehr Primerpaaren, wobei jeweils ein Primer eines der zwei oder mehr Primerpaare oder die jeweils zwischen den Primern der zwei oder mehr Primerpaare liegende Nukleinsäuresequenz mindestens eine Nukleinsäuresequenzmodifikation umfasst, b) Amplifizieren der zu genotypisierenden Nukleinsäuren unter gleichzeitiger Erzeugung von zwei oder mehr verschiedenen Amplifikaten im Reaktionsgemisch mittels der zwei oder mehr Primerpaare, wobei die Amplifikate die mindestens eine Nukleinsäuremodifikation umfassen, c) Verteilen des Reaktionsgemischs aus Schritt b) auf zwei oder mehrere Reaktionsgefäße, d) Inkubieren der in den zwei oder mehr Reaktionsgefäßen vorliegenden Reaktionsgemische mit verschiedenen Nukleinsäure-spaltenden Enzymen, Enzymgemischen und/oder Chemikalien und/oder physikalische Behandlung der in den zwei oder mehr Reaktionsgefäßen vorliegenden Reaktionsgemische, wobei die Nukleinsäure-spaltenden Enzyme, Enzymgemische und/oder Chemikalien und/oder die physikalische Behandlung in Abhängigkeit von den Nukleinsäuresequenzmodifϊkationen der Amplifikate ausgewählt werden, so dass in den zwei oder mehr Reaktionsgefäßen vorliegenden Reaktionsgemischen jeweils nur ein definiertes Amplifikat aus einem Gemisch von Amplifikaten mit überlappenden Längenbereichen durch die enzymatische, chemische und /oder physikalische Behandlung nicht gespalten wird und die anderen Amplifikate durch die enzymatische, chemische und/oder physikalische Behandlung an der Nukleinsäuremodifikation gespalten werden, und e) Nachweisen der aus Schritt d) erhaltenen nicht gespaltenen Amplifikate.A method for genotyping nucleic acids, the method comprising the steps of: a) mixing an isolated sample whose nucleic acids are to be genotyped with two or more primer pairs, one primer of each of the two or more primer pairs or each between the two B) amplifying the nucleic acids to be genotyped while simultaneously producing two or more different amplicons in the reaction mixture by means of the two or more primer pairs, the amplicons comprising the at least one nucleic acid modification, c) distributing d) incubating the reaction mixtures present in the two or more reaction vessels with various nucleic acid-cleaving enzymes, enzyme mixtures and / or chemicals and / or physis Treatment of the present in two or more reaction vessels reaction mixtures, wherein the nucleic acid-cleaving enzymes, enzyme mixtures and / or chemicals and / or the physical treatment depending on the nucleic acid sequence Modifϊkationen the amplificates are selected so that in the two or more reaction vessels present reaction mixtures in each case only one defined amplificate from a mixture of amplificates with overlapping length ranges is not cleaved by the enzymatic, chemical and / or physical treatment and the other amplificates are cleaved by the enzymatic, chemical and / or physical treatment at the nucleic acid modification, and e) detecting the uncleaved amplicons obtained from step d).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Probe eine biologische Probe ist, insbesondere eine Gewebeprobe wie Haut, oder eine Körperflüssigkeit wie Blut, Speichel, Serum, Samenflüssigkeit oder Vaginalfiüssigkeit, oder isolierte DNS, RNS oder cDNS ist.2. The method of claim 1, wherein the sample is a biological sample, in particular a tissue sample such as skin, or a body fluid such as blood, saliva, serum, seminal fluid or vaginal fluid, or isolated DNA, RNA or cDNA.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Probe mikrobiellen, pflanzlichen, tierischen oder humanen Ursprungs ist. The method of claim 2, wherein the sample is of microbial, plant, animal or human origin.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Amplifizieren der Nukleinsäuren durch enzymchemische Verfahren wie Polymerasenkettenreaktion (PCR), Reverse-Transkriptions-Polymerasenkettenreaktion (RT-PCR), Ligase Chain Reaction (LCR), Reverse-Transkriptions-iigαse Chain Reaction RT-(LCR), Nucleic Acid Sequence Based Amplification (NASBA), Strand Displacement Amplification (SDA), Exponential Amplification Reaction (EXPAR), Amplification Refractory Mutation System (ARMS) oder ΥetrεφήmβT-AmpHfication Refractory Mutation System (Tetraprimer-ARMS) erfolgt.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein amplifying the nucleic acids by enzyme chemical methods such as polymerase chain reaction (PCR), reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR), ligase chain reaction (LCR), reverse transcription iigαse Chain Reaction RT (LCR), Nucleic Acid Sequence Based Amplification (NASBA), Strand Displacement Amplification (SDA), Exponential Amplification Reaction (EXPAR), Amplification Refractory Mutation System (ARMS) or ΥetrεφήmβT-AmpHfication Refractory Mutation System (Tetraprimer-ARMS).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Primer eines der zwei oder mehr Primerpaare und die mittels der zwei oder mehr Primerpaare erzeugten Amplifϊkate eine nachweisbare Markierung, beispielsweise eine Fluoreszenzmarkierung, eine colorimetrisch nachweisbare Markierung und/oder eine immunologisch nachweisbare Markierung umfasst/umfassen.5. The method according to any one of the preceding claims, wherein a primer of one of the two or more primer pairs and the Amplifϊkate generated by the two or more primer pairs comprises / include a detectable label, for example a fluorescent label, a colorimetrically detectable label and / or an immunologically detectable label ,
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Fluoreszenzmarkierung 6-Carboxyfluorescein (6- FAM), 4,7,2',4',5',7'-Hexachloro-6-carboxy-fluorescein (HEX), 6-Carboxy-4,7,2',7'- tetrachloro-fluorescein (TET), 6-Carboxy-4'-, 5'-dichloro-2'-, 7'-dimethoxy-fluorescein (JOE), 6-Carboxy-X-rhodamin (ROX), 6-Carboxytetramethyl-rhodamin (TAMRA) oder 2 -Chloro- 5'-fluoro-7',8'-benzo-l,4-dichloro-6-carboxyfluorescein (NED), die colorimetrisch nachweisbare Markierung ein Biotin/Strepavidin-alkalische Phosphatase-Konjugat und die immunologisch nachweisbare Markierung ein Hapten ist.6. The method of claim 5, wherein the fluorescent label 6-carboxyfluorescein (6-FAM), 4,7,2 ', 4', 5 ', 7'-hexachloro-6-carboxy-fluorescein (HEX), 6-carboxy 4,7,2 ', 7'-tetrachloro-fluorescein (TET), 6-carboxy-4'-, 5'-dichloro-2'-, 7'-dimethoxy-fluorescein (JOE), 6-carboxy-X- rhodamine (ROX), 6-carboxytetramethyl-rhodamine (TAMRA) or 2-chloro-5'-fluoro-7 ', 8'-benzo-l, 4-dichloro-6-carboxyfluorescein (NED), the colorimetrically detectable label a biotin / Strepavidin-alkaline phosphatase conjugate and the immunologically detectable label is a hapten.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die nachweisbare Markierung kovalent mit dem 5 '-Ende des Primers verbunden ist.7. The method according to any one of claims 5 or 6, wherein the detectable label is covalently linked to the 5 'end of the primer.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei gleichzeitig mit oder im Anschluss an Schritt d) an den gespaltenen Nukleinsäuremodifikationen eine enzymatische Markierung eingefügt wird und der Nachweis an Stelle von Schritt e) anhand der aus Schritt d) erhaltenen markierten Amplifikate erfolgt.8. The method of claim 1, wherein simultaneously with or following step d) an enzymatic label is added to the cleaved nucleic acid modifications and the detection is performed in place of step e) on the basis of the labeled amplificates obtained from step d).
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die enzymatische Markierung in einer „Single-Base Extensions" (SBEs) mittels einer DNS-abhängigen DNS Polymerase und markierter Nuldeotidtriphosphate oder markierter Kettenabbruch-Reagenzien erfolgt.9. The method according to claim 8, wherein the enzymatic label in a single-base extensions (SBEs) by means of a DNA-dependent DNA polymerase and labeled Nuldeotide triphosphates or labeled chain termination reagents are made.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die markierten Kettenabbruch-Reagenzien 2',3'- Didesoxyribonuldeosidtriphophate (ddNTPs) sind.The method of claim 9, wherein the labeled chain-terminating reagents are 2 ', 3'-dideoxyribonucleoside triphosphates (ddNTPs).
11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Markierung ein Derivat von dNTPs und ddNTPs mit Fluorophoren, Biotin oder Radioaktivität ist.The method of claim 9, wherein the label is a derivative of dNTPs and ddNTPs with fluorophores, biotin or radioactivity.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Fluorophor Fluoreszein-d(d)NTP, TAMRA- d(d)NTP, Cy3-d(d)NTP oder Cy5-d(d)NTP ist.12. The method of claim 11, wherein the fluorophore is fluorescein-d (d) NTP, TAMRA-d (d) NTP, Cy3-d (d) NTP or Cy5-d (d) NTP.
13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Radioaktivität alρha32P-dNTP, alpha32P-ddNTP, alpha33P-dNTP oder alpha33P-ddNTP ist.The method of claim 11, wherein the radioactivity is αρha 32 P-dNTP, α 32 P-ddNTP, α 33 P-dNTP or α 33 P-ddNTP.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nukleinsäuresequenzmodifikation eine enzymatische, chemische und/oder physikalische Spaltung der Amplifikate und/oder Abspaltung der nachweisbaren Markierung erlaubt.14. The method according to any one of the preceding claims, wherein the nucleic acid sequence modification allows enzymatic, chemical and / or physical cleavage of the amplificates and / or cleavage of the detectable label.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Nukleinsäuresequenzmodifikation eine Erkennungsund Spaltstelle für Endonukleasen ist.The method of claim 14, wherein the nucleic acid sequence modification is an endonuclease recognition and cleavage site.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Endonuklease eine Restriktionsendonuklease, eine Endonuklease III, eine Nicking-Endonuklease, eine DNS N-Glycosylase und/oder eine apyridinische Stellen-(AP-) DNS-Lyase ist.The method of claim 15, wherein the endonuclease is a restriction endonuclease, an endonuclease III, a nicking endonuclease, a DNA N-glycosylase, and / or an apyridinic site (AP) DNA lyase.
17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Nukleinsäuresequenzmodifikation die enzymatische Generierung von apyrimidmischen (AP-) Stellen erlaubt.17. The method of claim 14, wherein the nucleic acid sequence modification allows enzymatic generation of apyrimidine (AP) sites.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Nukleinsäuresequenzmodifikation ein Uracylrest ist, der durch DNS Uracyl-N-Glycosylasen in eine apyrimidinische (AP-) Stelle überführt wird.The method of claim 17, wherein the nucleic acid sequence modification is a uracyl residue which is converted by DNA uracyl N-glycosylases into an apyrimidinic (AP) site.
19. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Nukleinsäuresequenzmodifikation eine DNS- Spaltung unter Einwirkung von UV-Licht erlaubt. 19. The method of claim 14, wherein the nucleic acid sequence modification allows DNA cleavage under the action of UV light.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Nuldeinsäuresequenzmodifikation ein photochemisch instabiles Basenanalogon wie Biotin, ein o-Nitrophenyl- und/oder ein o-Nitrobenzylderivat ist.20. The method of claim 19, wherein the nucleic acid sequence modification is a photochemically unstable base analogue such as biotin, an o-nitrophenyl and / or an o-nitrobenzyl derivative.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich bei jedem der erzeugten Amplifikate mindestens eine Nukleinsäuresequenzmodifikation in dem Sequenzbereich der zu genotypisierenden Matrizennukleinsäure befindet, an den der Primer, der mindestens eine Nukleinsäuresequenzmodifikation umfasst, hybridisiert, oder wobei sich im zu amplifizierenden Bereich zwischen den beiden Primern eines Primerpaars eine Erkennungsund Spaltstelle für Endonukleasen befindet, so dass eine enzymatische Spaltung der Amplifikate und/oder die Abspaltung der nachweisbaren Markierung ermöglicht wird.21. The method according to claim 1, wherein at least one nucleic acid sequence modification is in the sequence region of the template nucleic acid to be genotyped, to which the primer comprising at least one nucleic acid sequence modification hybridizes, or wherein in the region to be amplified between the nucleic acid sequence modification both primers of a primer pair is an endonuclease recognition and cleavage site, allowing for enzymatic cleavage of the amplicons and / or cleavage of the detectable label.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zwei oder mehr verschiedenen Amplifikate, die einen überlappenden Längenbereich aufweisen, zwei oder mehr unterschiedliche Nukleinsäuresequenzmodifikationen aufweisen, die eine selektive Spaltung der Amplifikate und/oder Abspaltung der nachweisbaren Markierung der Amplifikate erlauben.22. The method according to any one of the preceding claims, wherein the two or more different amplificates having an overlapping length range, two or more different nucleic acid sequence modifications which allow a selective cleavage of the amplificates and / or cleavage of the detectable label of the amplificates.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zu genotypisierende Nukleinsäuren mindestens einen Einzelbasenaustausch, beispielsweise einen Single nucleotide polymorphism (SNP), einen Mikrosatelliten, beispielsweise einen short tandem repeat (STR) und/oder einen Deletions- und Insertionspolymorphismus (DIP) umfassen.23. The method according to any one of the preceding claims, wherein the nucleic acids to be genotyped comprise at least a single base exchange, for example a single nucleotide polymorphism (SNP), a microsatellite, for example a short tandem repeat (STR) and / or a deletion and insertion polymorphism (DIP) ,
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zwei oder mehr erzeugten Amplifikate unterschiedliche Nukleinsäuresequenzmodifikationen umfassen, welche die enzymatische, chemische und/oder physikalische Spaltung der Amplifikate und/oder Abspaltung der nachweisbaren Markierung erlauben und die enzymatische, chemische und/oder physikalische Spaltung der Amplifikate und/oder Abspaltung der nachweisbaren Markierung in Schritt d) von Anspruch 1 gleichzeitig oder sequenziell erfolgt.24. The method according to any one of the preceding claims, wherein the two or more amplificates generated comprise different nucleic acid sequence modifications which allow the enzymatic, chemical and / or physical cleavage of the amplificates and / or cleavage of the detectable label and the enzymatic, chemical and / or physical cleavage the amplificates and / or cleavage of the detectable label in step d) of claim 1 occur simultaneously or sequentially.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Nachweisen der nicht gespaltenen Amplifikate in Schritt e) ein Auftrennen der Amplifikate mittels Elektrophorese, insbesondere mittels denaturierender Kapillargelelektrophorese erfolgt.25. The method according to any one of the preceding claims, wherein prior to detecting the non-cleaved amplicon in step e) separating the amplificates by means of electrophoresis, in particular by means of denaturing capillary gel electrophoresis.
26. Verwendung eines Primers umfassend eine nachweisbare Markierung und in 3 '-Orientierung davon mindestens eine Nuldeinsäuresequenzmodifikation zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1-7 und 14-25.26. Use of a primer comprising a detectable label and in 3 'orientation thereof at least one nucleic acid sequence modification for carrying out a method according to any one of claims 1-7 and 14-25.
27. Verwendung nach Anspruch 26, wobei die nachweisbare Markierung eine Fluoreszenzmarkierung, eine colorimetrisch nachweisbare Markierung oder eine immunologisch nachweisbare Markierung umfasst.27. Use according to claim 26, wherein the detectable label comprises a fluorescent label, a colorimetrically detectable label or an immunologically detectable label.
28. Verwendung nach Anspruch 27, wobei die Fluoreszenzmarkierung 6-Carboxyfluorescein (6- FAM), 4,7,2',4',5',7'-Hexachloro-6-carboxy-fluorescein (HEX), 6-Carboxy-4,7,2',7'- tetrachloro-fluorescein (TET), 6-Carboxy-4'-, 5'-dichloro-2'-, 7'-dimethoxy-fluorescem (JOE), 6-Carboxy-X-rhodamin (ROX), 6-Carboxytetramethyl-rhodamin (TAMRA) oder 2'-Chloro- 5'-fluoro-7',8'-benzo-l,4-dichloro-6-carboxyfluorescein (NED), die colorimetrisch nachweisbare Markierung ein Biotin/Strepavidin-alkalische Phosphatase-Konjugat und die immunologisch nachweisbare Markierung ein Hapten ist.28. Use according to claim 27, wherein the fluorescent label 6-carboxyfluorescein (6-FAM), 4,7,2 ', 4', 5 ', 7'-hexachloro-6-carboxy-fluorescein (HEX), 6-carboxy 4,7,2 ', 7'-tetrachloro-fluorescein (TET), 6-carboxy-4'-, 5'-dichloro-2'-, 7'-dimethoxy-fluorescem (JOE), 6-carboxy-X- rhodamine (ROX), 6-carboxytetramethyl-rhodamine (TAMRA) or 2'-chloro-5'-fluoro-7 ', 8'-benzo-1,4-dichloro-6-carboxyfluorescein (NED), the colorimetrically detectable label Biotin / streptavidin-alkaline phosphatase conjugate and the immunologically detectable label is a hapten.
29. Verwendung nach Anspruch 26, wobei die Nukleinsäuresequenzmodifikation eine enzymatische, chemische und/oder physikalische Abspaltung der nachweisbaren Markierung erlaubt.29. Use according to claim 26, wherein the nucleic acid sequence modification allows enzymatic, chemical and / or physical cleavage of the detectable label.
30. Verwendung nach Anspruch 29, wobei der Primer eine Erkennungs- und Spaltstelle für Endonukleasen umfasst.Use according to claim 29, wherein the primer comprises an endonuclease recognition and cleavage site.
31. Verwendung nach Anspruch 30, wobei die Endonuklease eine Restriktionsendonuklease, eine Endonuklease III, eine Nicking-Endonuklease, eine DNS N-Glycosylase und/oder eine apyrimidinische Stellen-(AP-) DNS-Lyase ist.Use according to claim 30, wherein the endonuclease is a restriction endonuclease, an endonuclease III, a nicking endonuclease, a DNA N-glycosylase and / or an apyrimidinic site (AP) DNA lyase.
32. Verwendung nach Anspruch 29, wobei die Nukleinsäuresequenzmodifikation die enzymatische Generierung von apyrimidinischen (AP-) Stellen erlaubt.32. Use according to claim 29, wherein the nucleic acid sequence modification allows the enzymatic generation of apyrimidinic (AP) sites.
33. Verwendung nach Anspruch 32, wobei die Nukleinsäuresequenzmodifikation ein Uracylrest ist, der durch DNS Uracyl-N-Glycosylasen in eine apyrimidinische (AP-) Stelle überfuhrt wird.33. Use according to claim 32, wherein the nucleic acid sequence modification is a uracyl residue which is converted by DNA uracyl N-glycosylases into an apyrimidinic (AP) site.
34. Verwendung nach Anspruch 29, wobei die Nukleinsäuresequenzmodifikation eine DNS- Spaltung unter Einwirkung von UV-Licht erlaubt.34. Use according to claim 29, wherein the nucleic acid sequence modification allows DNA cleavage under the action of UV light.
35. Verwendung nach Anspruch 34, wobei die Nukleinsäuresequenzmodifikation ein photochemisch instabiles Basenanalogon wie Biotin, ein o-Nitrophenyl- oder ein o- Nitrobenzylderivat ist.35. Use according to claim 34, wherein the nucleic acid sequence modification is a photochemically unstable base analogue such as biotin, an o-nitrophenyl or an o-nitrobenzyl derivative.
36. Kit zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-25 umfassend in einem geeigneten Behälter zwei oder mehr Primerpaare, wobei jeweils ein Primer eines Primerpaares eine nachweisbare Markierung und in 3 '-Orientierung davon mindestens eine Nukleinsäuresequenzmodifϊkation aufweist.36. Kit for carrying out the method according to one of claims 1-25 comprising in a suitable container two or more primer pairs, wherein in each case one primer of a primer pair has a detectable label and in 3 'orientation thereof at least one nucleic acid sequence modification.
37. Kit nach Anspruch 36, wobei die nachweisbare Markierung eine Fluoreszenzmarkierung, eine colorimetrisch nachweisbare Markierung oder eine immunologisch nachweisbare Markierung umfasst.37. The kit of claim 36, wherein the detectable label comprises a fluorescent label, a colorimetrically detectable label or an immunologically detectable label.
38. Kit nach Anspruch 37, wobei die Fluoreszenzmarkierung 6-Carboxyfluorescein (6-FAM), 4,7,2',4',5',7'-Hexachloro-6-carboxy-fluorescein (HEX), 6-Carboxy-4,7,2',7'-tetrachloro- fluorescein (TET), 6-Carboxy-4'-, 5'-dichloro-2'-, 7'-dimethoxy-fluorescein (JOE), 6- Carboxy-X-rhodamin (ROX), 6-Carboxytetramethyl-rhodamin (TAMRA) oder 2'-Chloro-5'- fluoro-7',8'-benzo-l,4-dichloro-6-carboxyfluorescein (NED), die colorimetrisch nachweisbare Markierung ein Biotin/Strepavidin-alkalische Phosphatase-Konjugat und die immunologisch nachweisbare Markierung ein Hapten ist.38. Kit according to claim 37, wherein the fluorescent label comprises 6-carboxyfluorescein (6-FAM), 4,7,2 ', 4', 5 ', 7'-hexachloro-6-carboxy-fluorescein (HEX), 6-carboxy- 4,7,2 ', 7'-tetrachloro-fluorescein (TET), 6-carboxy-4'-, 5'-dichloro-2'-, 7'-dimethoxy-fluorescein (JOE), 6-carboxy-X- rhodamine (ROX), 6-carboxytetramethyl-rhodamine (TAMRA) or 2'-chloro-5'-fluoro-7 ', 8'-benzo-l, 4-dichloro-6-carboxyfluorescein (NED), the colorimetrically detectable label Biotin / streptavidin-alkaline phosphatase conjugate and the immunologically detectable label is a hapten.
39. Kit nach Anspruch 36, wobei die Nukleinsäuresequenzmodifikation eine enzymatische, chemische und/oder physikalische Abspaltung der nachweisbaren Markierung erlaubt.39. The kit of claim 36, wherein the nucleic acid sequence modification allows enzymatic, chemical and / or physical cleavage of the detectable label.
40. Kit nach Anspruch 39, wobei der Primer eine Erkermungs- und Spaltstelle für Endonukleasen umfasst. 40. The kit of claim 39, wherein the primer comprises an exploratory and cleavage site for endonucleases.
41. Kit nach Anspruch 40, wobei die Endonuklease eine Restriktionsendonuklease, eine Endonuklease III, eine Nicking-Endonuklease, eine DNS N-Glycosylase und/oder eine apyrimidinische Stellen-(AP-) DNS-Lyase ist.The kit of claim 40, wherein the endonuclease is a restriction endonuclease, an endonuclease III, a nicking endonuclease, a DNA N-glycosylase, and / or an apyrimidinic site (AP) DNA lyase.
42. Kit nach Anspruch 39, wobei die Nuldeinsäuresequenzmodifikation die enzymatische Generierung von apyrimidinischen (AP-) Stellen erlaubt.42. The kit of claim 39, wherein said nucleic acid sequence modification allows enzymatic generation of apyrimidinic (AP) sites.
43. Kit nach Anspruch 42, wobei die Nukleinsäuresequenzmodifikation ein Uracylrest ist, der durch DNS Uracyl-N-Glycosylasen in eine apyrimidinische (AP-) Stelle überführt wird.43. The kit of claim 42, wherein the nucleic acid sequence modification is a uracyl residue which is converted by DNA uracyl N-glycosylases into an apyrimidinic (AP) site.
44. Kit nach Anspruch 39, wobei die Nukleinsäuresequenzmodifikation eine DNS-Spaltung unter Einwirkung von UV-Licht erlaubt.The kit of claim 39, wherein the nucleic acid sequence modification allows DNA cleavage under the action of UV light.
45. Kit nach Anspruch 44, wobei die Nukleinsäuresequenzmodifikation ein photochemisch instabiles Basenanalogon wie Biotin, ein o-Nitrophenyl- oder ein o-Nitrobenzylderivat ist. 45. The kit according to claim 44, wherein the nucleic acid sequence modification is a photochemically unstable base analogue such as biotin, an o-nitrophenyl or an o-nitrobenzyl derivative.
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