WO2021049601A1 - リアルタイムpcrによる核酸検出方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for detecting nucleic acid by real-time PCR. More specifically, the present invention relates to a method for optically detecting a target nucleic acid in filter paper blood that has been dried after soaking the filter paper with blood, a nucleic acid quantification method by the detection method, and a nucleic acid quantification kit.
- filter paper blood that has been dried after soaking the filter paper with blood is useful from the viewpoint of storage and transportation because the sample is highly stable and there is no possibility of scattering. is there.
- it is used in newborn mass screening as a method for collecting a sample from a newborn baby whose blood is normally difficult to collect.
- PCR reactions are widely used for determining the presence or absence of mutations in related genes and quantifying genes for the purpose of disease screening and diagnosis.
- TREC T-cell receptor excision circles
- KREC Kappa-deleting recombination excision circles
- SMN1 Survival Motor Neuron 1
- the dried filter paper blood used for the test contains a large amount of substances that inhibit the PCR reaction (hemoglobin, etc.), a method of extracting nucleic acid from the filter paper blood and purifying it to use it as a reaction sample is generally used. ..
- reagents that reduce the effects of PCR reaction inhibitors due to impurities in the sample are also commercially available (manufactured by Shimadzu Corporation; Ampdirect (registered trademark)). Using this reagent, it is possible to carry out a PCR reaction directly from a filter paper blood section, and it has been confirmed by detecting the amplified product by electrophoresis (Patent Document 1).
- Patent Document 2 a method for defining the addition ratio of the whole blood sample to the reaction solution during the PCR reaction is disclosed (Patent Document 2).
- the filter paper section itself derived from the dried filter paper blood present in the PCR reaction solution may obstruct the optical path for optical detection, and the influence may not be sufficiently reduced.
- a simple pretreatment step such as washing the filter paper blood section, immersing it in the pretreatment solution, or immersing it in the pretreatment solution and heating it is performed to obtain the reaction inhibitor.
- a method has been carried out in which removal and diffusion of the same substance in the reaction solution are suppressed, a PCR reaction reagent is added after the pretreatment step is completed, and the PCR reaction is carried out with the filter paper blood section contained (Non-Patent Document 1). ).
- the possibility of contamination increases due to the need for multi-step operations, and when performing multi-specimen analysis in newborn screening, etc., the cost of analysis increases due to the time and effort required. Not the best way.
- the present invention is a method and quantification method for optically detecting a product obtained by impregnating filter paper with blood and then amplifying a target nucleic acid contained in a section of dried filter paper blood by utilizing a nucleic acid amplification reaction by real-time PCR. It is an object of the present invention to provide methods, as well as kits used in these methods.
- the dried filter paper blood is dried after soaking the filter paper with blood, and is taken out as a punched hole-shaped piece of paper (sometimes referred to simply as a punched piece in the present specification) by a punching tool.
- the present inventors have investigated the size of such punch pieces, the amount of whole blood contained in the punch pieces, the amount of PCR reaction reagents, the attachment of a cap to the PCR reaction tube during the PCR reaction, and the like.
- the target nucleic acid can be optically detected and quantified by real-time PCR directly from dried filter paper blood without performing complicated pretreatment as in the past, and have completed the present invention. That is, the present invention has the following configuration.
- a method for detecting a target nucleic acid contained in dried filter paper blood by real-time PCR which comprises the following steps (A) to (D).
- the filter paper is a circular punch piece having a diameter of 1.2 mm to 2.0 mm or whole blood of 0.95 v with respect to the total reaction solution amount.
- C A tube to which PCR reagent and dried filter paper blood are added.
- a step of carrying out a PCR reaction in a state of being sealed with a cap (D) a step of optically detecting a target nucleic acid amplified by the PCR reaction over time ⁇ 2>
- the step of (B) After the step of (A), the step of (B).
- ⁇ 3> The method for detecting a target nucleic acid according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the tube for PCR reaction is a 96-well tube or 8-series tube for PCR reaction.
- ⁇ 4> The method for detecting a target nucleic acid according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the PCR reagent contains at least a primer, a polymerase, dNTP, and an intercalator or a fluorescently labeled probe.
- ⁇ 5> The method for detecting a target nucleic acid according to ⁇ 4>, wherein the amplified target nucleic acid is detected by detecting fluorescence generated by irradiating the intercalator with excitation light.
- the fluorescence-labeled probe has a fluorescent substance and a quencher and contains a partial sequence complementary to a template for a nucleic acid amplification reaction, and the fluorescence generated by irradiation of the fluorescent substance with excitation light is detected.
- the method for detecting a target nucleic acid according to ⁇ 4> which detects the amplified target nucleic acid.
- ⁇ 7> The method for detecting the target nucleic acid according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, wherein the target nucleic acid is one or more gene fragments and / or genes selected from the group consisting of TREC, KREC and SMN1. ..
- a method for quantifying the target nucleic acid using the following standard products (1) The standard product containing an artificial nucleic acid containing a sequence of a target nucleic acid and not contained in dried filter paper blood, and the standard product is used by being directly dissolved in a reaction vessel. ..
- a quantification kit used for a method of quantifying a target nucleic acid by a method of detecting the target nucleic acid according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7> by real-time PCR the quantification kit including at least the following; (1) The standard product containing an artificial nucleic acid containing a sequence of a target nucleic acid and not contained in dried filter paper blood, and the standard product is used by being directly dissolved in a reaction vessel. ..
- the present invention it is possible to specifically and rapidly detect and quantify a small amount of target nucleic acid contained in dried filter paper blood by direct real-time PCR. For example, in a screening test for a newborn baby such as TREC, KREC, SMN1 and SMN2, a part of the dried filter paper blood is taken out as a punch piece and used as a sample, which leads to a saving of a valuable sample. Further, since the pretreatment step is not required, it is possible to improve the analysis efficiency as a screening test and reduce the cost.
- the tube used in the present invention is a tube for PCR reaction, and may have a structure in which a punch piece of filter paper blood can be smoothly inserted and can be sealed by a cap. Further, it is preferable that the opening at the upper part of the tube is circular (for example, about 2.5 mm to 10 mm in inner diameter) and the bottom is narrower than the opening at the upper part, and an inverted conical shape or the like is preferable.
- the volume of the tube may be as long as it can sufficiently accommodate the reaction solution even when the PCR reaction reagent is added and the temperature changes due to the PCR reaction, preferably 0.1 mL to 0.3 mL, and more preferably 0.15 mL.
- the PCR reaction tube used in the present invention is preferably a 96-hole tube for PCR reaction in which 96 tubes are continuous or an 8-series tube in which 8 tubes are continuous, and commercially available products include a 96-well PCR plate and a PCR 8-series tube. Those sold under such names can be used. Commercially available products include LightCycler480 Multiwell Plate 96 (Roche), 96-Well PCR Plate, Flat Top, Low Profile, Natural, Polypropylene, UltraFlux (Scientific Specialties, Inc.), Eppendorf PCR Plate 96, Skirtless, 150 ⁇ L.
- reaction tubes has less contamination of the reaction solution and has a rigidity that does not change the shape even if the internal pressure changes due to the temperature change of the PCR reaction, and examples thereof include polypropylene.
- the cap used in the present invention may have a structure that can be fitted into the opening of the PCR reaction tube and sealed.
- the material is preferably a material that is not deformed by internal pressure fluctuations caused by the PCR reaction, and is preferably a material with high light transmission, and is made of polypropylene.
- LightCycler® 8-Tube Strips Roche
- Optical Flat 8 Cap Strips Biorad
- MicroAmp TM Optical 8-Cap Strips Thermo Fisher Scientific
- Strips of 8 Flat Optical Caps Nippon Genetics Co., Ltd.
- Cap Strip 8 Strip, Flat (Eppendorf Co., Ltd.), etc.
- the generation of bubbles due to the thermal cycle can be suppressed. Therefore, the vibration of the punch piece in the reaction solution and the lifting of the punch piece are suppressed. Therefore, it is considered that the elution of the interfering substances contained in the punch piece into the reaction solution more than necessary can be suppressed. Further, since the floating of the punch piece due to the generation of air bubbles can be suppressed, the optical detection by real-time PCR can be performed with good reproducibility without blocking the optical path by the punch piece.
- the blood sample used in the present invention is blood (whole blood) in a filter paper that has been dried after impregnating blood (whole blood) in a filter paper (filter paper), and may be simply referred to as dried filter paper blood.
- the dried filter paper blood is taken out as a punched hole-shaped piece of paper (punched piece) by a punching tool.
- the size of the punch piece is preferably 1.2 to 2.0 mm in diameter, and even more preferably 1.5 mm to 1.8 mm, because the amount of blood contained in the punch piece needs to be in an appropriate range.
- the total blood volume contained in the punch piece is preferably 0.95 v / v% to 6.6 v / v% with respect to the total amount of the PCR reaction solution, and is 1.4 v / v% to 5.2 v / v. % Is even more desirable.
- the total blood volume contained in the punch piece is preferably 0.95 v / v% to 6.6 v / v% with respect to the total amount of the PCR reaction solution, and is 1.4 v / v% to 5.2 v / v%. Is even more desirable.
- the total blood volume is the case where a circular punch piece having a diameter of 1.2 to 2.0 mm and a punch piece having a diameter of 1.5 mm to 1.8 mm are added to a PCR reaction solution of 20 to 50 ⁇ L to dissolve blood. Is shown as a value calculated based on an actually measured value (the diameter of the circular blood portion formed when 30 uL of whole blood was added to the filter paper before cutting the punch piece and dried was 9.5 mm). ing.
- the dried filter paper blood used in the present invention includes, for example, filter paper blood collected from the heel of a newborn baby such as newborn mass screening, and filter paper blood collected at the same time as optional screening, but is not limited thereto.
- the PCR reagents used in the present invention include at least a set of primers, a polymerase, various dNTPs (deoxynucleoside triphosphates), an intercalator or a fluorescently labeled probe.
- the reagent also typically also contains a buffer.
- As a buffer it acts to suppress the action of substances that inhibit the DNA amplification reaction, such as positively charged substances (certain proteins, etc.) and negatively charged substances (certain sugars, pigments, etc.) that exist in the body fluids of living organisms. It is not particularly limited as long as it has a buffer. Examples of commercially available products include Ampdirect and Ampdirect plus (both manufactured by Shimadzu Corporation).
- the amount of the PCR reagent used in the present invention added to the reaction tube is 20 to 50 ⁇ L.
- the real-time PCR method generally means a method of monitoring the production process of an amplification product over time in PCR.
- detection by real-time PCR means that the target nucleic acid amplified after the PCR reaction (hereinafter, also simply referred to as an amplification product) is detected by optical means.
- the amplification product may be detected, for example, at the end of the PCR reaction or after the completion, or in parallel with the PCR reaction step. When performed in parallel, the detection of amplification products can be performed, for example, over time. Detection over time (monitoring) may be, for example, continuous or discontinuous (intermittent).
- the temperature change of each step in the PCR reaction may be automatically controlled by using, for example, a thermal cycler or the like.
- a thermal cycler or the like.
- the punch piece cannot be forcibly placed in the bottom part by centrifugation or the like in the middle, so that the punch piece is lifted is fatal for optical detection. Since the present invention can prevent the punch piece from floating, continuous optical detection is possible in real-time PCR without the optical path being blocked by the punch piece.
- the amplification product produced by the PCR reaction can be detected, for example, by detecting the fluorescence intensity generated from the amplification product.
- the fluorescence detection is not particularly limited, and includes a conventionally known intercalator method, a TaqMan (registered trademark) probe method, a hybridization method, a cycling probe method, and the like.
- Fluorescence intensity can be detected by, for example, a fluorometer.
- devices generally include both a PCR reaction unit (eg, a thermal cycler) and an optical system unit (eg, a fluorometer) are used.
- a PCR reaction unit eg, a thermal cycler
- an optical system unit eg, a fluorometer
- Specific examples include commercially available SmartCycler (trade name, manufactured by Takara Bio Inc.), light cycler (trade name, manufactured by Roche Diagnostics), ABI PRISM7000 (trade name, manufactured by Applied Biosystems), and the like. ..
- the method for quantifying a target nucleic acid of the present invention is a method for producing an amplification product complementary to the target nucleic acid in dried filter paper blood, detecting the amplification product by optical means, and quantifying the amplification product. By counting the number of PCR cycles in which the amplification product reaches a predetermined amount, a method for quantifying the target nucleic acid contained in the dried filter paper blood can be used. Further, as in the examples described later, the copy number of 1 ⁇ L of whole blood in the dried filter paper blood can be converted and quantified from the calibration curve of the Cq value calculated from the standard product.
- the present invention is a method for detecting a target nucleic acid of dried filter paper blood by real-time PCR, and is a detection method including the following steps (A) to (D).
- the filter paper is a circular punch piece having a diameter of 1.2 mm to 2.0 mm or whole blood of 0.95 v with respect to the total reaction solution amount.
- the step of punch pieces containing / v% to 6.6 v / v% (B) Step of adding 20 to 50 ⁇ L of PCR reagent to a tube for PCR reaction (C) Capping a tube to which PCR reagent and filter paper are added Step of carrying out the PCR reaction in a state of being hermetically sealed (D) Step of optically detecting the target nucleic acid amplified by the PCR reaction over time
- which of the steps (A) and (B) comes first It may or may not be carried out at the same time, but it is desirable to carry out the step (B) after the step (A).
- the present invention is characterized in that the filter paper blood is directly subjected to real-time PCR without pretreatment such as separation and purification from the dried filter paper blood. Samples that do not undergo such pretreatment usually contain substances that inhibit the DNA amplification reaction.
- the substance that inhibits the DNA amplification reaction includes hemoglobin contained in blood and a precipitate of blood components generated by heat denaturation during the PCR reaction.
- the size of the punch piece, the total blood volume contained in the punch piece, and the amount of PCR reaction reagent are set within a predetermined range, the punch piece is placed in the bottom of the tube, and the tube is further provided.
- the target nucleic acid detected by the real-time PCR of the present invention is not particularly limited, and includes DNA and RNA derived from whole blood, as well as foreign nucleic acids introduced into whole blood by a virus or the like.
- a nucleic acid derived from whole blood of a newborn is preferable, and a gene fragment of TREC (T-cell receptor excision circles) and KREC (kappa-deleting recombination excision circles), SMN1 (Survival Motor).
- Nucleic acids contained in genes such as Neuron 1) and SMN2 (Survival Motor Neuron 2) can be mentioned.
- the standard product (also referred to as a calibrator) of the present invention refers to a standard substance used in the method for quantifying a target nucleic acid by the above-mentioned method for detecting a target nucleic acid.
- the standard product of the present invention is characterized in that it contains an artificial nucleic acid containing a sequence of a target nucleic acid and is not contained in dried filter paper blood.
- a method of including it in the dried filter paper blood and using it for quantification can be considered. There is a risk that accuracy and reproducibility will deteriorate due to variations in the elution of standard products from blood.
- the standard product of the present invention is a standard product that is intentionally not contained in the dried filter paper blood and exists in a form such as a solution state or a freeze-dried product.
- a form such as a solution state or a freeze-dried product.
- the standard product of the present invention can be directly dissolved in a reaction solution and used, and accurate quantification can be realized.
- the present invention can also provide a quantification kit of a target nucleic acid containing such a standard product.
- punch pieces are taken out from dried filter paper blood, a direct PCR reaction is carried out, and an amplification product is optically detected by real-time PCR.
- TREC / KREC gene quantification system (a) Test material (a-1) Primers for TREC, KREC, RNaseP amplification As primers for TREC, KREC, internal standard gene (RNaseP) amplification, the following primers are used as sigma. -The one requested to be synthesized by Aldrich was used.
- A-3) plasmid In order to quantify the PCR amplification product, a plasmid in which the gene partial sequences of TREC, KREC, and RNase P shown below were incorporated into a vector was requested to be synthesized by Eurofin, and a standard product for a calibration curve was used. Using.
- RNase P partial sequence ATAGGGCGGAGGGAAGCTCATCAGTGGGGCCACGAGCTGAGTGCGTCCTGTCACTCCACTCCCATGTCCCTTGGGAAGGTCTGAGACTAGGGCCAGAGGCGGCCCTAACAGGGCTCCCTGAGCTTCGGGGAGGTGAGTTCCCAGAGAACGGGGCTCCGCGCGAGGTCAGACTGGGCAGGAGATGCCGTGGACCCCTTCGGGGAGGGGCCCGGCGGATGCCTCCTTTGCCGGAGCTTGGAACAGACTCACGGCCAGCGAAGTGAGTTCAATGGCTGAGGTGAGGTACCCCGCAGGGGACCTCATAACCCAATTCAGACTACTCTCCTCCGCCCATT
- PCR buffer (Ampdirect Plus; Shimadzu Corporation) 0.25 ⁇ M (final concentration) TREC forward primer 0.25 ⁇ M (final concentration) Reverse primer for TREC 0.125 ⁇ M (final concentration) Forward primer for KREC 0.125 ⁇ M (final concentration) Reverse primer for KREC 0.125 ⁇ M (final concentration) Forward primer for RNase P 0.125 ⁇ M (final concentration) Reverse primer for RNase P 0.135 ⁇ M (final concentration) ) TREC detection probe 0.135 ⁇ M (final concentration) KREC detection probe 0.135 ⁇ M (final concentration) RNaseP detection probe 0.03 U / ⁇ L BIOTAQ HSDNA polymerase
- STD1 (TREC 10,000 copies / reaction, KREC 10,000 copies / reaction, RNase P 100,000 copies / reaction)
- STD2 TREC 1,000 copies / reaction, KREC 1,000 copies / reaction, RNase P 10,000 copies / reaction
- STD3 (TREC 100copy / reaction, KREC 100copy / reaction, RNaseP 1,000copy / reaction)
- STD4 TREC 10copy / reaction, KREC 10copy / reaction, RNaseP 100copy / reaction
- Control dried filter paper blood TREC plasmid and KREC plasmid were added to whole pig blood so as to be 12.5 copy / ⁇ L, respectively, and a K562 cell line (derived from chronic myelogenous leukemia cells; National Research and Development Corporation Pharmaceutical Base) was added.
- a K562 cell line derived from chronic myelogenous leukemia cells; National Research and Development Corporation Pharmaceutical Base
- the genomic DNA extracted from the Cell Bank of the Institute of Health and Nutrition was added to 13.5 ng / ⁇ L, soaked in 40 ⁇ L of blood collection filter paper (Advantech), and dried as it was.
- the punch piece was put into a tube for PCR reaction (manufactured by Roche: LightCycler (registered trademark) 8-Tube Strips, made of polypropylene).
- (Iii) After adding 20 ⁇ L, 30 ⁇ L, 40 ⁇ L, and 50 ⁇ L of PCR reagents to the tube, the tube was sealed with a cap (a set with the tube).
- the PCR reagent containing the standard product for the calibration curve was also prepared by dispensing it into a tube according to the amount added.
- V Using a thermal cycler device (LightCycler96; Roche), three-item simultaneous real-time PCR measurement of TREC, KREC and RNase P was performed.
- Vi Each combination is measured 4 times, converted from the calibration curve of the Cq value calculated from the standard product as the copy number per 1 ⁇ L of whole blood in the punch piece, and the average value of the 4 copy numbers is calculated. did.
- the recovery rate was defined as the average value ordered by the set value.
- the present invention it is possible to specifically and rapidly detect and quantify a small amount of target nucleic acid contained in dried filter paper blood by real-time PCR.
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Abstract
本発明は、ろ紙に血液を含ませた後乾燥させたろ紙血の紙片中に含まれる標的核酸を、核酸増幅反応を利用して増幅した産物をリアルタイムPCRにより光学的に検出する方法及び定量する方法、さらにはこれらの方法に用いられるキットを提供することを目的とする。 本発明によれば、乾燥ろ紙血パンチ片の大きさ又はパンチ片に含まれる全血 量、PCR反応試薬の量、PCR反応チューブにキャップをした状態でPCR反応を行うこと等により、煩雑な前処理をすることなく乾燥ろ紙血より標的核酸をリアルタイムPCRにより光学的に検出及び定量できる方法及びキットを提供する。
Description
本発明は、リアルタイムPCRによる核酸の検出方法に関する。詳しくは、ろ紙に血液を含ませた後に乾燥させたろ紙血中の標的核酸を光学的に検出する方法、当該検出方法による核酸定量方法及び核酸定量キットに関する。
疾患のスクリーニング及び診断を行うための検体として、ろ紙に血液を含ませた後に乾燥させたろ紙血は、試料の安定性が高く、飛散の可能性がないため、保管および輸送の観点から有用である。また、通常の採血が困難である新生児からの検体採取方法として、新生児マススクリーニングで用いられている。また、疾患のスクリーニング及び診断を目的として、関連遺伝子の変異有無の判定や遺伝子の定量にPCR反応が広く用いられている。具体的には、スクリーニング検査として、重症複合免疫不全症の指標として環状DNAのTREC(T-cell receptor excision circles )及びX連鎖無ガンマグロブリン血漿の指標として環状DNAのKREC(kappa-deleting recombination excision circles)定量が、米国を中心に普及している。さらに、脊髄性筋委縮症に対する治療薬が開発されてきたこともあり、その原因遺伝子であるSMN1(Survival Motor Neuron 1)のホモ欠失によるスクリーニングの要望が高まってきている。
その検査に用いられる乾燥ろ紙血には、PCR反応を阻害する物質(ヘモグロビンなど)が多く含まれるため、一般にはろ紙血から核酸を抽出し精製して、反応試料とする方法が用いられている。一方、検体中の夾雑物によるPCR反応阻害物質の影響を低減している試薬も商業利用されている(株式会社島津製作所製; Ampdirect(登録商標))。この試薬を使用すると、ろ紙血切片から直接PCR反応を行うことが可能であり、その増幅産物を電気泳動で検出することで確認されている(特許文献1)。しかしながら、このような試薬においても、光学的手段を用いて検出する場合には、血中に含まれるヘモグロビンやPCR反応時の熱変性により発生する血液成分の沈殿が光学的経路を阻害することにより、正確な結果を得ることができない。その為、PCR反応の際に、反応液に対して全血試料の添加割合を規定する方法が開示されている(特許文献2)。しかしながら、全血成分由来の影響に加えて、PCR反応液中に存在する乾燥ろ紙血由来のろ紙切片自体が光学検出の光路を妨害することもあり、影響を十分に軽減できない恐れもある。
このような問題を解決するために、ろ紙血切片を洗浄する、前処理液に浸す、又は前処理液に浸して加温する、などの簡易前処理工程を行うことで、上記反応阻害物質の除去、同物質の反応液内拡散の抑制を行い、前処理工程終了後に、PCR反応試薬を添加し、ろ紙血切片が入ったままPCR反応を行うという方法が実施されている(非特許文献1)。
しかしながら、多段階の操作が必要になることでコンタミネーションの可能性が増加するうえに、新生児スクリーニングなどで多検体解析を行う場合には、時間及び手間がかかることで解析のコストが増加し、最善の方法であるとは言えない。
また、定量する場合に、ろ紙血の影響を相殺させる為、ろ紙血ベースのキャリブレーター(標準品)を設定する方法も考えられるが、ろ紙血から抽出される成分の変動による影響度合いのバラツキ等により、正確性及び再現性の悪化を招く恐れがある。
しかしながら、多段階の操作が必要になることでコンタミネーションの可能性が増加するうえに、新生児スクリーニングなどで多検体解析を行う場合には、時間及び手間がかかることで解析のコストが増加し、最善の方法であるとは言えない。
また、定量する場合に、ろ紙血の影響を相殺させる為、ろ紙血ベースのキャリブレーター(標準品)を設定する方法も考えられるが、ろ紙血から抽出される成分の変動による影響度合いのバラツキ等により、正確性及び再現性の悪化を招く恐れがある。
Clinical Chemistry、61:2、412-419、2015
本発明は、ろ紙に血液を含ませた後、乾燥させたろ紙血の切片中に含まれる標的核酸をリアルタイムPCRによる核酸増幅反応を利用して増幅した産物を光学的に検出する方法及び定量する方法、さらにはこれらの方法に用いられるキットを提供することを目的とする。
乾燥ろ紙血は、ろ紙に血液を含ませた後に乾燥させ、穴あけパンチ工具によりパンチ穴形状の紙片(本明細書中、単にパンチ片ということがある)として取り出される。本発明者らは、このようなパンチ片の大きさ又はパンチ片に含まれる全血量、PCR反応試薬の量、PCR反応時にPCR反応チューブにキャップを装着すること等について種種の検討を行ったところ、従来のような煩雑な前処理をすることなく、乾燥ろ紙血から直接標的核酸をリアルタイムPCRにより光学的に検出及び定量できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は以下の構成を有する。
<1>乾燥ろ紙血に含まれる標的核酸をリアルタイムPCRにより検出する方法であって、下記(A)~(D)の工程を含む、前記検出方法。
(A)PCR反応用のチューブに乾燥ろ紙血を添加する工程であって、ろ紙は、直径1.2mm~2.0mmの円形のパンチ片又は全血を全反応溶液量に対して0.95v/v%~6.6v/v%を含むパンチ片である前記工程
(B)PCR反応用のチューブに20~50μLのPCR試薬を添加する工程
(C)PCR試薬と乾燥ろ紙血を添加したチューブをキャップにより密閉した状態で、PCR反応を行う工程
(D)PCR反応により増幅された標的核酸を経時的に光学的に検出する工程
<2>(A)の工程の後、(B)の工程を行う<1>に記載の標的核酸を検出する方法。
<3>PCR反応用のチューブは、PCR反応用96穴チューブ若しくは8連チューブである<1>又は<2>に記載の標的核酸を検出する方法。
<4>PCR試薬は少なくともプライマー、ポリメラーゼ、dNTP、及びインターカレーター若しくは蛍光標識プローブを含む<1>~<3>のいずれかに記載の標的核酸を検出する方法。
<5>前記インターカレーターへの励起光照射によって発生する蛍光の検出により、前記増幅された標的核酸を検出する、<4>に記載の標的核酸を検出する方法。
<6>前記蛍光標識プローブが、蛍光物質とクエンチャーとを有し且つ核酸増幅反応の鋳型に相補的な部分配列を含み、前記蛍光物質への励起光照射によって発生する蛍光の検出により、前記増幅された標的核酸を検出する、<4>に記載の標的核酸を検出する方法。
<7>標的核酸が、TREC、KREC及びSMN1からなる群から選ばれる1つ以上の遺伝子断片及び/又は遺伝子である、<1>~<6>のいずれかに記載の標的核酸を検出する方法。
<8><1>~<7>のいずれかに記載の標的核酸をリアルタイムPCRで検出する方法により標的核酸を定量する方法において、以下の標準品を用いて標的核酸を定量する方法;
(1)標的核酸の配列を含む人工核酸を含み、乾燥ろ紙血に含まれたものではない標準品であって、当該標準品は直接反応容器に溶解させて使用されるものである前記標準品。
<9><1>~<7>のいずれかに記載の標的核酸をリアルタイムPCRで検出する方法により標的核酸を定量する方法に用いられる定量キットであって、少なくとも以下を含む前記定量キット;
(1)標的核酸の配列を含む人工核酸を含み、乾燥ろ紙血に含まれたものではない標準品であって、当該標準品は直接反応容器に溶解させて使用されるものである前記標準品。
すなわち、本発明は以下の構成を有する。
<1>乾燥ろ紙血に含まれる標的核酸をリアルタイムPCRにより検出する方法であって、下記(A)~(D)の工程を含む、前記検出方法。
(A)PCR反応用のチューブに乾燥ろ紙血を添加する工程であって、ろ紙は、直径1.2mm~2.0mmの円形のパンチ片又は全血を全反応溶液量に対して0.95v/v%~6.6v/v%を含むパンチ片である前記工程
(B)PCR反応用のチューブに20~50μLのPCR試薬を添加する工程
(C)PCR試薬と乾燥ろ紙血を添加したチューブをキャップにより密閉した状態で、PCR反応を行う工程
(D)PCR反応により増幅された標的核酸を経時的に光学的に検出する工程
<2>(A)の工程の後、(B)の工程を行う<1>に記載の標的核酸を検出する方法。
<3>PCR反応用のチューブは、PCR反応用96穴チューブ若しくは8連チューブである<1>又は<2>に記載の標的核酸を検出する方法。
<4>PCR試薬は少なくともプライマー、ポリメラーゼ、dNTP、及びインターカレーター若しくは蛍光標識プローブを含む<1>~<3>のいずれかに記載の標的核酸を検出する方法。
<5>前記インターカレーターへの励起光照射によって発生する蛍光の検出により、前記増幅された標的核酸を検出する、<4>に記載の標的核酸を検出する方法。
<6>前記蛍光標識プローブが、蛍光物質とクエンチャーとを有し且つ核酸増幅反応の鋳型に相補的な部分配列を含み、前記蛍光物質への励起光照射によって発生する蛍光の検出により、前記増幅された標的核酸を検出する、<4>に記載の標的核酸を検出する方法。
<7>標的核酸が、TREC、KREC及びSMN1からなる群から選ばれる1つ以上の遺伝子断片及び/又は遺伝子である、<1>~<6>のいずれかに記載の標的核酸を検出する方法。
<8><1>~<7>のいずれかに記載の標的核酸をリアルタイムPCRで検出する方法により標的核酸を定量する方法において、以下の標準品を用いて標的核酸を定量する方法;
(1)標的核酸の配列を含む人工核酸を含み、乾燥ろ紙血に含まれたものではない標準品であって、当該標準品は直接反応容器に溶解させて使用されるものである前記標準品。
<9><1>~<7>のいずれかに記載の標的核酸をリアルタイムPCRで検出する方法により標的核酸を定量する方法に用いられる定量キットであって、少なくとも以下を含む前記定量キット;
(1)標的核酸の配列を含む人工核酸を含み、乾燥ろ紙血に含まれたものではない標準品であって、当該標準品は直接反応容器に溶解させて使用されるものである前記標準品。
本発明によれば、乾燥ろ紙血に含まれる僅かな標的核酸を直接リアルタイムPCRにより特異的に、かつ迅速に検出及び定量することが可能になる。例えば、TREC、KRECやSMN1、SMN2のように、新生児に対するスクリーニング検査では、乾燥ろ紙血から一部をパンチ片として取り出して検体とするので、貴重な検体の節約につながる。さらに、前処理工程も不要となることから、スクリーニング検査としての解析効率の向上及びコストの削減が可能となる。
(PCR反応用チューブ)
本発明に用いられるチューブは、PCR反応用のチューブであり、ろ紙血のパンチ片がスムーズに挿入でき、キャップにより密閉できる構造であればよい。また、チューブ上部の開口部が円形(例えば、内径2.5mm~10mm程度)で底部が上部の開口部よりも狭くなっている形状が良く、逆円錐形などが好ましい。
上記チューブの容量は、PCR反応試薬を添加し、PCR反応による温度変化によっても反応溶液を十分に収容できる容量であればよく、0.1mL~0.3mL容量が好ましく、さらに好ましくは0.15mL~0.25mL容量、最も好ましくは0.2mL容量である。
本発明に用いるPCR反応用チューブは、チューブが96個連続しているPCR反応用96穴チューブ又は8個連続している8連チューブが好ましく、市販品としては、96ウェルPCRプレート、PCR8連チューブなどの名称で販売されているものを用いることができる。市販品としては、LightCycler480 Multiwell Plate 96(ロッシュ社)、96-Well PCR Plate, Flat Top, Low Profile, Natural, Polypropylene, UltraFlux(Scientific Specialties, Inc.社)、エッペンドルフ PCR プレート 96、スカートレス, 150 μL, カラーレス(エッペンドルフ社)、PCRプレート 96well シンプレート0.1ml ナチュラル(BM機器社)、LightCycler(登録商標)8-Tube Strips(ロッシュ社)などが挙げられる。
これらの反応用チューブの材質は、反応溶液のコンタミが少なく、また、PCR反応の温度変化による内部圧力変動によっても形状が変化しない剛性を有することが望ましく、例えばポリプロピレン製が挙げられる。
本発明に用いられるチューブは、PCR反応用のチューブであり、ろ紙血のパンチ片がスムーズに挿入でき、キャップにより密閉できる構造であればよい。また、チューブ上部の開口部が円形(例えば、内径2.5mm~10mm程度)で底部が上部の開口部よりも狭くなっている形状が良く、逆円錐形などが好ましい。
上記チューブの容量は、PCR反応試薬を添加し、PCR反応による温度変化によっても反応溶液を十分に収容できる容量であればよく、0.1mL~0.3mL容量が好ましく、さらに好ましくは0.15mL~0.25mL容量、最も好ましくは0.2mL容量である。
本発明に用いるPCR反応用チューブは、チューブが96個連続しているPCR反応用96穴チューブ又は8個連続している8連チューブが好ましく、市販品としては、96ウェルPCRプレート、PCR8連チューブなどの名称で販売されているものを用いることができる。市販品としては、LightCycler480 Multiwell Plate 96(ロッシュ社)、96-Well PCR Plate, Flat Top, Low Profile, Natural, Polypropylene, UltraFlux(Scientific Specialties, Inc.社)、エッペンドルフ PCR プレート 96、スカートレス, 150 μL, カラーレス(エッペンドルフ社)、PCRプレート 96well シンプレート0.1ml ナチュラル(BM機器社)、LightCycler(登録商標)8-Tube Strips(ロッシュ社)などが挙げられる。
これらの反応用チューブの材質は、反応溶液のコンタミが少なく、また、PCR反応の温度変化による内部圧力変動によっても形状が変化しない剛性を有することが望ましく、例えばポリプロピレン製が挙げられる。
(キャップ)
本発明に用いられるキャップは、PCR反応チューブの開口部に勘合し、密閉できる構造であればよい。また、材質は、PCR反応チューブと同様に、PCR反応により生じる内部圧力変動によって変形しない材質であることが望ましく、また、光透過性の高い材質であることが望ましく、ポリプロピレン製が挙げられる。具体的には、LightCycler(登録商標)8-Tube Strips(ロッシュ社)、オプティカルフラット 8 キャップストリップ(バイオラッド社)、MicroAmpTM Optical 8-Cap Strips(Thermo Fisher Scientific社)、Strips of 8 Flat Optical Caps(日本ジェネティクス社)、キャップストリップ、8ストリップ、フラット(エッペンドルフ社)などが挙げられる。
本発明において、PCR反応チューブをキャップにより密閉した状態でPCR反応を行うことにより、サーマルサイクルによる気泡の発生を抑制することができる。このため、反応溶液中のパンチ片の振動やパンチ片の浮き上がりが抑制されることになる。したがって、パンチ片中に含まれる妨害物質の必要以上の反応液への溶出を抑制することができると考えられる。また、気泡の発生によるパンチ片の浮き上がりが抑制できるため、リアルタイムPCRによる光学的検出が、パンチ片によって光路を遮られることがなく、再現性よく行うことができる。
本発明に用いられるキャップは、PCR反応チューブの開口部に勘合し、密閉できる構造であればよい。また、材質は、PCR反応チューブと同様に、PCR反応により生じる内部圧力変動によって変形しない材質であることが望ましく、また、光透過性の高い材質であることが望ましく、ポリプロピレン製が挙げられる。具体的には、LightCycler(登録商標)8-Tube Strips(ロッシュ社)、オプティカルフラット 8 キャップストリップ(バイオラッド社)、MicroAmpTM Optical 8-Cap Strips(Thermo Fisher Scientific社)、Strips of 8 Flat Optical Caps(日本ジェネティクス社)、キャップストリップ、8ストリップ、フラット(エッペンドルフ社)などが挙げられる。
本発明において、PCR反応チューブをキャップにより密閉した状態でPCR反応を行うことにより、サーマルサイクルによる気泡の発生を抑制することができる。このため、反応溶液中のパンチ片の振動やパンチ片の浮き上がりが抑制されることになる。したがって、パンチ片中に含まれる妨害物質の必要以上の反応液への溶出を抑制することができると考えられる。また、気泡の発生によるパンチ片の浮き上がりが抑制できるため、リアルタイムPCRによる光学的検出が、パンチ片によって光路を遮られることがなく、再現性よく行うことができる。
(血液試料/乾燥ろ紙血)
本発明に用いられる血液試料は、ろ紙(フィルターペーパー)に血液(全血)を含ませた後に乾燥させたろ紙中の血液(全血)であり、単に乾燥ろ紙血ということがある。乾燥ろ紙血は、穴あけパンチ工具によりパンチ穴形状の紙片(パンチ片)として取り出される。前記パンチ片の大きさは、含まれる血液の量を適切な範囲とする必要があることから、直径1.2~2.0mmが望ましく、1.5mm~1.8mmがよりいっそう望ましい。また、前記パンチ片に含まれる全血量としては、PCR全反応溶液量に対して0.95v/v%~6.6v/v%が望ましく、1.4v/v%~5.2v/v%がよりいっそう望ましい。また、パンチ片に含まれる全血量としては、PCR全反応溶液量に対して0.95v/v%~6.6v/v%が望ましく、1.4v/v%~5.2v/v%がよりいっそう望ましい。なお、前記全血量は、直径1.2~2.0mmの円形のパンチ片、直径1.5mm~1.8mmのパンチ片を20~50μLのPCR反応溶液に添加して血液を溶解した場合の割合を、実測値(全血30uLをパンチ片を切り取る前の濾紙に添加して乾燥させた時にできた円形血液部分の直径は9.5mmであった)をもとに算出した値として示している。
本発明に用いられる乾燥ろ紙血としては、例えば、新生児マス・スクリーニングなど新生児のかかとから採血したろ紙血、同時にオプショナルスクリーニングとして採血されたろ紙血などが用いられるがこれらに限定されない。
本発明に用いられる血液試料は、ろ紙(フィルターペーパー)に血液(全血)を含ませた後に乾燥させたろ紙中の血液(全血)であり、単に乾燥ろ紙血ということがある。乾燥ろ紙血は、穴あけパンチ工具によりパンチ穴形状の紙片(パンチ片)として取り出される。前記パンチ片の大きさは、含まれる血液の量を適切な範囲とする必要があることから、直径1.2~2.0mmが望ましく、1.5mm~1.8mmがよりいっそう望ましい。また、前記パンチ片に含まれる全血量としては、PCR全反応溶液量に対して0.95v/v%~6.6v/v%が望ましく、1.4v/v%~5.2v/v%がよりいっそう望ましい。また、パンチ片に含まれる全血量としては、PCR全反応溶液量に対して0.95v/v%~6.6v/v%が望ましく、1.4v/v%~5.2v/v%がよりいっそう望ましい。なお、前記全血量は、直径1.2~2.0mmの円形のパンチ片、直径1.5mm~1.8mmのパンチ片を20~50μLのPCR反応溶液に添加して血液を溶解した場合の割合を、実測値(全血30uLをパンチ片を切り取る前の濾紙に添加して乾燥させた時にできた円形血液部分の直径は9.5mmであった)をもとに算出した値として示している。
本発明に用いられる乾燥ろ紙血としては、例えば、新生児マス・スクリーニングなど新生児のかかとから採血したろ紙血、同時にオプショナルスクリーニングとして採血されたろ紙血などが用いられるがこれらに限定されない。
(PCR試薬)
本発明に用いられるPCR試薬は、少なくとも、プライマーのセット、ポリメラーゼ、dNTP(デオキシヌクレオシド三リン酸)各種、インターカレーター若しくは蛍光標識プローブを含む。また、典型的には当該試薬にはバッファーも含まれている。バッファーとしては、生物の体液中に存在する正電荷物質(ある種のタンパク質など)や負電荷物質(ある種の糖、色素など)などのDNA増幅反応を阻害する物質の作用を抑制する働きを持つバッファーであれば特に限定されない。市販されているものとして、例えば、Ampdirect、Ampdirect plus(ともに(株)島津製作所製)等が挙げられる。
本発明に用いられるPCR試薬の反応用チューブへの添加量は、20~50μLである。
本発明に用いられるPCR試薬は、少なくとも、プライマーのセット、ポリメラーゼ、dNTP(デオキシヌクレオシド三リン酸)各種、インターカレーター若しくは蛍光標識プローブを含む。また、典型的には当該試薬にはバッファーも含まれている。バッファーとしては、生物の体液中に存在する正電荷物質(ある種のタンパク質など)や負電荷物質(ある種の糖、色素など)などのDNA増幅反応を阻害する物質の作用を抑制する働きを持つバッファーであれば特に限定されない。市販されているものとして、例えば、Ampdirect、Ampdirect plus(ともに(株)島津製作所製)等が挙げられる。
本発明に用いられるPCR試薬の反応用チューブへの添加量は、20~50μLである。
(リアルタイムPCR)
リアルタイムPCR法は、一般的に、PCRにおいて増幅産物の生成過程を経時的にモニタリングする方法を意味する。本発明において、リアルタイムPCRにより検出するとは、PCR反応の後に増幅された標的核酸(以下、単に増幅産物ともいう)を光学的手段により検出することを意味する。なお、増幅産物の検出は、例えば、PCR反応終了時または終了後に行ってもよいし、PCR反応工程と並行して行ってもよい。並行して行う場合、増幅産物の検出は、例えば、経時的に行うことができる。経時的な検出(モニタリング)は、例えば、連続的であっても非連続的(断続的)であってもよい。
リアルタイムPCR法は、一般的に、PCRにおいて増幅産物の生成過程を経時的にモニタリングする方法を意味する。本発明において、リアルタイムPCRにより検出するとは、PCR反応の後に増幅された標的核酸(以下、単に増幅産物ともいう)を光学的手段により検出することを意味する。なお、増幅産物の検出は、例えば、PCR反応終了時または終了後に行ってもよいし、PCR反応工程と並行して行ってもよい。並行して行う場合、増幅産物の検出は、例えば、経時的に行うことができる。経時的な検出(モニタリング)は、例えば、連続的であっても非連続的(断続的)であってもよい。
PCR反応における各ステップの温度変化は、例えば、サーマルサイクラー等を用いて自動的に制御すればよい。本発明は、PCR反応においてチューブをキャップで密閉してからPCR反応を開始することで、上記温度変化による気泡の発生を抑え、パンチ片を浮き上がらせることなく、振動を抑えることができる。このため、パンチ片からの余分な妨害物質の抽出を抑え、パンチ片中に含まれる標的核酸を、煩雑な前処理をすることなく光学的に検出及び定量することが可能となった。また、リアルタイムPCRという継続的なPCR反応のモニタリングにおいては、途中でパンチ片を遠心分離等により強制的に底部に納めることが出来ないため、パンチ片の浮き上がりは光学的検出にとって致命的である。本発明によりパンチ片の浮き上がりを防止することができるため、リアルタイムPCRにおいてパンチ片に光路を遮られることなく、連続的な光学的検出が可能となった。
PCR反応により生成した増幅産物は、例えば、前記増幅産物から発生する蛍光強度を検出することにより検出できる。蛍光検出としては、特に制限されないが、従来公知のインターカレーター法、TaqMan(登録商標)プローブ法、ハイブリダイゼーション法、サイクリングプローブ法などがある。
蛍光強度の検出は、例えば、蛍光光度計で行うことができる。また、一般に、PCR反応ユニット(例えば、サーマルサイクラー)と光学系ユニット(例えば、蛍光光度計)との両方を備える装置が使用される。具体例としては、市販のSmartCycler(商品名、タカラバイオ社製)、ライトサイクラー(商品名、ロシュ・ダイアグノスティック社製)、ABI PRISM7000(商品名、アプライド・バイオシステム社製)等があげられる。
(標的核酸の定量方法)
本発明の標的核酸の定量方法は、乾燥ろ紙血中の標的核酸に相補的な増幅産物を生成させ、前記増幅産物を光学的手段により検出して、前記増幅産物を定量する方法である。前記増幅産物が所定量となったPCRサイクル数をカウントすることによって、前記乾燥ろ紙血中に含まれる標的核酸を定量する方法ことができる。また、後述する実施例のように、標準品から算出されたCq値の検量線から乾燥ろ紙血中の全血1μLのコピー数を換算して定量することもできる。
本発明の標的核酸の定量方法は、乾燥ろ紙血中の標的核酸に相補的な増幅産物を生成させ、前記増幅産物を光学的手段により検出して、前記増幅産物を定量する方法である。前記増幅産物が所定量となったPCRサイクル数をカウントすることによって、前記乾燥ろ紙血中に含まれる標的核酸を定量する方法ことができる。また、後述する実施例のように、標準品から算出されたCq値の検量線から乾燥ろ紙血中の全血1μLのコピー数を換算して定量することもできる。
本発明は、乾燥ろ紙血の標的核酸をリアルタイムPCRにより検出する方法であって、下記(A)~(D)の工程を含む検出方法である。
(A)PCR反応用のチューブに乾燥ろ紙血を添加する工程であって、ろ紙は、直径1.2mm~2.0mmの円形のパンチ片又は全血を全反応溶液量に対して0.95v/v%~6.6v/v%を含むパンチ片である前記工程
(B)PCR反応用のチューブに20~50μLのPCR試薬を添加する工程
(C)PCR試薬とろ紙を添加したチューブをキャップにより密閉した状態で、PCR反応を行う工程
(D)PCR反応により増幅された標的核酸を経時的に光学的に検出する工程
ここで、(A)工程と(B)工程は、いずれを先に行っても、また同時に行ってもよいが、(A)の工程の後、(B)の工程を行うことが望ましい。(A)を先に行うことで、ろ紙が仮にチューブ壁面などに付着した場合でも、試薬溶液によりチューブ底部に収容することがより確実になるからである。また、PCR反応開始前にパンチ片を確実にチューブの底に収めるために、遠心分離などを行うことも望ましい。
このように、本発明は乾燥ろ紙血から分離・精製などの前処理を行わずに、ろ紙血を直接リアルタイムPCRに供することを特徴としている。このような前処理を行わない試料には、通常、DNA増幅反応を阻害する物質が含まれている。DNA増幅反応を阻害する物質とは、血中に含まれるヘモグロビンやPCR反応時の熱変性により発生する血液成分の沈殿物などである。
以上より、前処理を行わずにPCR反応を行おうとすると妨害物質の影響を受けることが予想される。しかし、本発明によれば、上述のとおりパンチ片の大きさ、あるいはパンチ片に含まれる全血量、PCR反応試薬量を所定の範囲内として、パンチ片をチューブの底に収め、さらにチューブをキャップで密閉してからPCR反応を行うことで、温度変化による気泡の発生を抑え、紙片を浮き上がらせることなく、振動を抑えることが可能になる。このため、パンチ片からの余分な妨害物質の抽出を抑えることが出来、パンチ片中に含まれる標的核酸を、煩雑な前処理をすることなく直接リアルタイムPCRにより光学的に検出及び定量することが可能となった。
(A)PCR反応用のチューブに乾燥ろ紙血を添加する工程であって、ろ紙は、直径1.2mm~2.0mmの円形のパンチ片又は全血を全反応溶液量に対して0.95v/v%~6.6v/v%を含むパンチ片である前記工程
(B)PCR反応用のチューブに20~50μLのPCR試薬を添加する工程
(C)PCR試薬とろ紙を添加したチューブをキャップにより密閉した状態で、PCR反応を行う工程
(D)PCR反応により増幅された標的核酸を経時的に光学的に検出する工程
ここで、(A)工程と(B)工程は、いずれを先に行っても、また同時に行ってもよいが、(A)の工程の後、(B)の工程を行うことが望ましい。(A)を先に行うことで、ろ紙が仮にチューブ壁面などに付着した場合でも、試薬溶液によりチューブ底部に収容することがより確実になるからである。また、PCR反応開始前にパンチ片を確実にチューブの底に収めるために、遠心分離などを行うことも望ましい。
このように、本発明は乾燥ろ紙血から分離・精製などの前処理を行わずに、ろ紙血を直接リアルタイムPCRに供することを特徴としている。このような前処理を行わない試料には、通常、DNA増幅反応を阻害する物質が含まれている。DNA増幅反応を阻害する物質とは、血中に含まれるヘモグロビンやPCR反応時の熱変性により発生する血液成分の沈殿物などである。
以上より、前処理を行わずにPCR反応を行おうとすると妨害物質の影響を受けることが予想される。しかし、本発明によれば、上述のとおりパンチ片の大きさ、あるいはパンチ片に含まれる全血量、PCR反応試薬量を所定の範囲内として、パンチ片をチューブの底に収め、さらにチューブをキャップで密閉してからPCR反応を行うことで、温度変化による気泡の発生を抑え、紙片を浮き上がらせることなく、振動を抑えることが可能になる。このため、パンチ片からの余分な妨害物質の抽出を抑えることが出来、パンチ片中に含まれる標的核酸を、煩雑な前処理をすることなく直接リアルタイムPCRにより光学的に検出及び定量することが可能となった。
(標的核酸)
本発明のリアルタイムPCRにより検出される標的となる核酸は、特に制限はなく、全血由来のDNA、RNAのほか、ウイルス等によって全血に導入された外来核酸等いずれも含まれる。
本発明の標的核酸としては、このうちでも、例えば新生児の全血由来の核酸が好ましく、TREC(T-cell receptor excision circles )、KREC(kappa-deleting recombination excision circles)の遺伝子断片、SMN1(Survival Motor Neuron 1)、SMN2(Survival Motor Neuron 2)などの遺伝子に含まれる核酸が挙げられる。
本発明のリアルタイムPCRにより検出される標的となる核酸は、特に制限はなく、全血由来のDNA、RNAのほか、ウイルス等によって全血に導入された外来核酸等いずれも含まれる。
本発明の標的核酸としては、このうちでも、例えば新生児の全血由来の核酸が好ましく、TREC(T-cell receptor excision circles )、KREC(kappa-deleting recombination excision circles)の遺伝子断片、SMN1(Survival Motor Neuron 1)、SMN2(Survival Motor Neuron 2)などの遺伝子に含まれる核酸が挙げられる。
(標準品/キット)
本発明の標準品(キャリブレーターともいう)は、前記の標的核酸を検出する方法により標的核酸を定量する方法に用いられる標準物質をいう。本発明の標準品は、標的核酸の配列を含む人工核酸を含み、乾燥ろ紙血に含まれたものではないことを特徴としている。
標準品の形態については、乾燥ろ紙血の影響を相殺させる為、乾燥ろ紙血に含ませて定量に用いる方法も考えられるが、乾燥ろ紙血から抽出される成分の変動による影響度合いや、乾燥ろ紙血からの標準品の溶出のバラツキ等により、正確性及び再現性の悪化を招く恐れがある。
これに対して、本願発明の標準品は、あえて乾燥ろ紙血に含まれない形態とし、例えば、溶液状態あるいは凍結乾燥品などの形態で存在する標準品である。本発明の標準品はこのような形態を採ることにより、直接反応溶液に溶解させて使用することが可能となり正確な定量が実現できる。
本発明は、このような標準品を含む標的核酸の定量キットを提供することもできる。
本発明の標準品(キャリブレーターともいう)は、前記の標的核酸を検出する方法により標的核酸を定量する方法に用いられる標準物質をいう。本発明の標準品は、標的核酸の配列を含む人工核酸を含み、乾燥ろ紙血に含まれたものではないことを特徴としている。
標準品の形態については、乾燥ろ紙血の影響を相殺させる為、乾燥ろ紙血に含ませて定量に用いる方法も考えられるが、乾燥ろ紙血から抽出される成分の変動による影響度合いや、乾燥ろ紙血からの標準品の溶出のバラツキ等により、正確性及び再現性の悪化を招く恐れがある。
これに対して、本願発明の標準品は、あえて乾燥ろ紙血に含まれない形態とし、例えば、溶液状態あるいは凍結乾燥品などの形態で存在する標準品である。本発明の標準品はこのような形態を採ることにより、直接反応溶液に溶解させて使用することが可能となり正確な定量が実現できる。
本発明は、このような標準品を含む標的核酸の定量キットを提供することもできる。
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
本実施例は、乾燥ろ紙血からパンチ片を取り出し、直接PCR反応を実施し、増幅産物をリアルタイムPCRにより光学的に検出した例である。
本実施例は、乾燥ろ紙血からパンチ片を取り出し、直接PCR反応を実施し、増幅産物をリアルタイムPCRにより光学的に検出した例である。
〔実施例1〕TREC/KREC遺伝子定量系
(a)試験材料
(a-1)TREC、KREC、RNaseP増幅用プライマー
TREC、KREC、内部標準遺伝子(RNaseP)増幅用のプライマーとして、下記のプライマーをシグマ-アルドリッチ社に合成依頼したものを用いた。
TREC用フォワードプライマー
5’-CCCTTTCAACCATGCTGACA-3’(配列番号1)
TREC用リバースプライマー
5’-GTGCCAGCTGCAGGGTTTAG-3’(配列番号2)
KREC用フォワードプライマー
5’-CAGCTCAGCGCCCATTACG-3’(配列番号3)
KREC用リバースプライマー
5’-TGGGACTCCAGGAGCCAG-3’(配列番号4)
RNaseP用フォワードプライマー
5’-GCGGAGGGAAGCTCATCA-3’(配列番号5)
RNaseP用リバースプライマー
5’-GTCTGACCTCGCGCGGA-3’(配列番号6)
(a)試験材料
(a-1)TREC、KREC、RNaseP増幅用プライマー
TREC、KREC、内部標準遺伝子(RNaseP)増幅用のプライマーとして、下記のプライマーをシグマ-アルドリッチ社に合成依頼したものを用いた。
TREC用フォワードプライマー
5’-CCCTTTCAACCATGCTGACA-3’(配列番号1)
TREC用リバースプライマー
5’-GTGCCAGCTGCAGGGTTTAG-3’(配列番号2)
KREC用フォワードプライマー
5’-CAGCTCAGCGCCCATTACG-3’(配列番号3)
KREC用リバースプライマー
5’-TGGGACTCCAGGAGCCAG-3’(配列番号4)
RNaseP用フォワードプライマー
5’-GCGGAGGGAAGCTCATCA-3’(配列番号5)
RNaseP用リバースプライマー
5’-GTCTGACCTCGCGCGGA-3’(配列番号6)
(a-2)TREC、KREC、RNaseP検出プローブ
TREC、KREC、RNasePのPCR増幅を確認するためのプローブとして、蛍光標識を施した下記の検出プローブを、プライムテック社に合成依頼して作成したものを用いた。
TREC、KREC、RNasePのPCR増幅を確認するためのプローブとして、蛍光標識を施した下記の検出プローブを、プライムテック社に合成依頼して作成したものを用いた。
TREC用検出プローブ
5’-(Quasar670)-CCTCTGGTTTTTGTAAAGGTGCCCACT-(BHQ3)-3’(塩基配列部分は配列番号7)
KREC用検出プローブ
5’-(ROX)-TCTGCACGGGCAGCAGGTTGG-(BHQ2)-3’(塩基配列部分は配列番号8)
RNaseP用検出プローブ
5’-(FAM)-CCACGAGCTGAGTGCGTCCTG-(BHQ1)-3’(塩基配列部分は配列番号9)
5’-(Quasar670)-CCTCTGGTTTTTGTAAAGGTGCCCACT-(BHQ3)-3’(塩基配列部分は配列番号7)
KREC用検出プローブ
5’-(ROX)-TCTGCACGGGCAGCAGGTTGG-(BHQ2)-3’(塩基配列部分は配列番号8)
RNaseP用検出プローブ
5’-(FAM)-CCACGAGCTGAGTGCGTCCTG-(BHQ1)-3’(塩基配列部分は配列番号9)
(a-3)プラスミド
PCR増幅産物を定量する為、下記に示すTREC、KREC、RNasePの遺伝子部分配列をベクターに組み込んだプラスミドを、ユーロフィン社に合成依頼したものを検量線用の標準品として用いた。
PCR増幅産物を定量する為、下記に示すTREC、KREC、RNasePの遺伝子部分配列をベクターに組み込んだプラスミドを、ユーロフィン社に合成依頼したものを検量線用の標準品として用いた。
TREC部分配列(配列番号10)
GACTGAATTCGGCTCTGTCTAGTGTGATAACATTTTGTTATCTTATTCATTGTCTTCATCCCTGAAATACACTCTGCTCTCTCCTATCTCTGCTCTGAAAGGCAGAAAGAGGGCAGCCCTCTCCAAGGCAAAATGGGGCTCCTGTGGGGAACAGAGGGGTGCCTCTGTCAACAAAGGTGATGCCACATCCCTTTCAACCATGCTGACACCTCTGGTTTTTGTAAAGGTGCCCACTCCTGTGCACGGTGATGCATAGGCACCTGCACCCCGTGCCTAAACCCTGCAGCTGGCACGGGCCCTGTCTGCTCTTCATTCACCGTTCTCACGAGTTGCAATAAGTTCAGCCCTCCATGTCACACTGTGTTTTCCATCCTGGGGAGTGTTTCACAGCTATCCCAAGCCCCACGCTGACGAATCACGGCCGAAAACACACTCTGATGCCAGCACAGACCACGGAGCAAATGTCAGACAAGATCAGCCTCGGAAAAGTGAGGAATTCAGTC
GACTGAATTCGGCTCTGTCTAGTGTGATAACATTTTGTTATCTTATTCATTGTCTTCATCCCTGAAATACACTCTGCTCTCTCCTATCTCTGCTCTGAAAGGCAGAAAGAGGGCAGCCCTCTCCAAGGCAAAATGGGGCTCCTGTGGGGAACAGAGGGGTGCCTCTGTCAACAAAGGTGATGCCACATCCCTTTCAACCATGCTGACACCTCTGGTTTTTGTAAAGGTGCCCACTCCTGTGCACGGTGATGCATAGGCACCTGCACCCCGTGCCTAAACCCTGCAGCTGGCACGGGCCCTGTCTGCTCTTCATTCACCGTTCTCACGAGTTGCAATAAGTTCAGCCCTCCATGTCACACTGTGTTTTCCATCCTGGGGAGTGTTTCACAGCTATCCCAAGCCCCACGCTGACGAATCACGGCCGAAAACACACTCTGATGCCAGCACAGACCACGGAGCAAATGTCAGACAAGATCAGCCTCGGAAAAGTGAGGAATTCAGTC
KREC部分配列(配列番号11)
GCTTTAAATTATTTACAATCCCCTAATGGAAATTTTCACTAATGAGATATCATAATGAATGTGAATTTTATTTCTGAAATCTCTAATAAATCAGTCTTCTCCCTGGTTTTCCCAGCTCAGCGCCCATTACGTTTCTGTTCTCTTTCCCTTAGTGGCATTATTTGTATCACTGTGCATCAGCACAGTGTGCGCTGCCAACCTGCTGCCCGTGCAGAAACTCTAGGGTAAGAGCTGGCTCCTGGAGTCCCACCCAGGCTGCGTGTCCCTCACAGTCTGCTCTGTGTCTATGTGTGTGTGTTGGGGGGATATTATTGGACAATTCAAGGGAGGCTCAGTGAGGAGGAAGGAAAATTTCATGTAATTCTTTCTGGTTTGTCTTTCTCAACCCCCTCCTCCTGCCTACTCCTTAACTGAGAGAGTG
GCTTTAAATTATTTACAATCCCCTAATGGAAATTTTCACTAATGAGATATCATAATGAATGTGAATTTTATTTCTGAAATCTCTAATAAATCAGTCTTCTCCCTGGTTTTCCCAGCTCAGCGCCCATTACGTTTCTGTTCTCTTTCCCTTAGTGGCATTATTTGTATCACTGTGCATCAGCACAGTGTGCGCTGCCAACCTGCTGCCCGTGCAGAAACTCTAGGGTAAGAGCTGGCTCCTGGAGTCCCACCCAGGCTGCGTGTCCCTCACAGTCTGCTCTGTGTCTATGTGTGTGTGTTGGGGGGATATTATTGGACAATTCAAGGGAGGCTCAGTGAGGAGGAAGGAAAATTTCATGTAATTCTTTCTGGTTTGTCTTTCTCAACCCCCTCCTCCTGCCTACTCCTTAACTGAGAGAGTG
RNaseP部分配列(配列番号12)
ATAGGGCGGAGGGAAGCTCATCAGTGGGGCCACGAGCTGAGTGCGTCCTGTCACTCCACTCCCATGTCCCTTGGGAAGGTCTGAGACTAGGGCCAGAGGCGGCCCTAACAGGGCTCTCCCTGAGCTTCGGGGAGGTGAGTTCCCAGAGAACGGGGCTCCGCGCGAGGTCAGACTGGGCAGGAGATGCCGTGGACCCCGCCCTTCGGGGAGGGGCCCGGCGGATGCCTCCTTTGCCGGAGCTTGGAACAGACTCACGGCCAGCGAAGTGAGTTCAATGGCTGAGGTGAGGTACCCCGCAGGGGACCTCATAACCCAATTCAGACTACTCTCCTCCGCCCATT
ATAGGGCGGAGGGAAGCTCATCAGTGGGGCCACGAGCTGAGTGCGTCCTGTCACTCCACTCCCATGTCCCTTGGGAAGGTCTGAGACTAGGGCCAGAGGCGGCCCTAACAGGGCTCTCCCTGAGCTTCGGGGAGGTGAGTTCCCAGAGAACGGGGCTCCGCGCGAGGTCAGACTGGGCAGGAGATGCCGTGGACCCCGCCCTTCGGGGAGGGGCCCGGCGGATGCCTCCTTTGCCGGAGCTTGGAACAGACTCACGGCCAGCGAAGTGAGTTCAATGGCTGAGGTGAGGTACCCCGCAGGGGACCTCATAACCCAATTCAGACTACTCTCCTCCGCCCATT
(b)PCR試薬
PCR試薬の組成を以下に示す。
PCRバッファー(Ampdirect Plus;島津製作所社)
0.25μM (終濃度)TREC用フォワードプライマー
0.25μM (終濃度)TREC用リバースプライマー
0.125μM (終濃度)KREC用フォワードプライマー
0.125μM (終濃度)KREC用リバースプライマー
0.125μM (終濃度)RNaseP用フォワードプライマー
0.125μM (終濃度)RNaseP用リバースプライマー
0.135μM (終濃度)TREC用検出プローブ
0.135μM (終濃度)KREC用検出プローブ
0.135μM (終濃度)RNaseP用検出プローブ
0.03U/μL BIOTAQ HSDNAポリメラーゼ
PCR試薬の組成を以下に示す。
PCRバッファー(Ampdirect Plus;島津製作所社)
0.25μM (終濃度)TREC用フォワードプライマー
0.25μM (終濃度)TREC用リバースプライマー
0.125μM (終濃度)KREC用フォワードプライマー
0.125μM (終濃度)KREC用リバースプライマー
0.125μM (終濃度)RNaseP用フォワードプライマー
0.125μM (終濃度)RNaseP用リバースプライマー
0.135μM (終濃度)TREC用検出プローブ
0.135μM (終濃度)KREC用検出プローブ
0.135μM (終濃度)RNaseP用検出プローブ
0.03U/μL BIOTAQ HSDNAポリメラーゼ
(c)検量線用標準品含有PCR試薬
上記PCR試薬に各プラスミドを添加して、以下の標準品(希釈系列;STD1~4)含有PCR試薬を調製した。かっこ内は、それぞれの遺伝子のPCR1反応あたりのコピー数を示す。本試薬は、乾燥ろ紙血に含ませることなく、溶液状態で用いられた。
STD1(TREC 10,000copy/反応、KREC 10,000copy/反応、RNaseP 100,000copy/反応)
STD2(TREC 1,000copy/反応、KREC 1,000copy/反応、RNaseP 10,000copy/反応)
STD3(TREC 100copy/反応、KREC 100copy/反応、RNaseP 1,000copy/反応)
STD4(TREC 10copy/反応、KREC 10copy/反応、RNaseP 100copy/反応)
上記PCR試薬に各プラスミドを添加して、以下の標準品(希釈系列;STD1~4)含有PCR試薬を調製した。かっこ内は、それぞれの遺伝子のPCR1反応あたりのコピー数を示す。本試薬は、乾燥ろ紙血に含ませることなく、溶液状態で用いられた。
STD1(TREC 10,000copy/反応、KREC 10,000copy/反応、RNaseP 100,000copy/反応)
STD2(TREC 1,000copy/反応、KREC 1,000copy/反応、RNaseP 10,000copy/反応)
STD3(TREC 100copy/反応、KREC 100copy/反応、RNaseP 1,000copy/反応)
STD4(TREC 10copy/反応、KREC 10copy/反応、RNaseP 100copy/反応)
(d)コントロール乾燥ろ紙血
ブタ全血に、TRECプラスミド及びKRECプラスミドを、それぞれ12.5copy/μLとなるように添加し、さらにK562細胞株(慢性骨髄性白血病細胞由来;国立研究開発法人医薬基盤・健康・栄養研究所細胞バンクより分譲)より抽出したゲノムDNAを13.5ng/μLとなるように添加した後、採血用ろ紙(アドバンテック社)に40μL染み込ませ、そのまま乾燥させた。
ブタ全血に、TRECプラスミド及びKRECプラスミドを、それぞれ12.5copy/μLとなるように添加し、さらにK562細胞株(慢性骨髄性白血病細胞由来;国立研究開発法人医薬基盤・健康・栄養研究所細胞バンクより分譲)より抽出したゲノムDNAを13.5ng/μLとなるように添加した後、採血用ろ紙(アドバンテック社)に40μL染み込ませ、そのまま乾燥させた。
(e)PCR反応の条件
(i)95℃:15分
(ii)95℃:15秒、63℃:80秒(45サイクル)
(iii)37℃:5分
(i)95℃:15分
(ii)95℃:15秒、63℃:80秒(45サイクル)
(iii)37℃:5分
(f)リアルタイムPCR測定
(f-1)測定方法
以下の手順で測定した。
(i)コントロール乾燥ろ紙血から、パンチャーを用いて直径1.2mm、1.5mm、1.8mm、2.0mm、3.0mmの円形のパンチ片を採取した。
(ii)PCR反応用のチューブ(ロッシュ社製:LightCycler(登録商標)8-Tube Strips、ポリプロピレン製)に上記パンチ片を投入した。
(iii)そのチューブに20μL、30μL、40μL、50μLのPCR試薬をそれぞれ加えた後、キャップ(前記チューブとセットになっているもの)をして密閉した。
(iv)検量線用標準品含有PCR試薬も添加量に合わせてチューブに分注したものを用意した。
(v)サーマルサイクラー装置(LightCycler96;ロッシュ社)を用いて、TREC、KREC及びRNasePの3項目同時リアルタイムPCR測定を行った。
(vi)各組み合わせをそれぞれ4回測定し、標準品から算出されたCq値の検量線から、パンチ片中の全血1μLあたりのコピー数として換算し、4回のコピー数の平均値を算出した。また、平均値を設定値で序したものを回収率とした。
(f-1)測定方法
以下の手順で測定した。
(i)コントロール乾燥ろ紙血から、パンチャーを用いて直径1.2mm、1.5mm、1.8mm、2.0mm、3.0mmの円形のパンチ片を採取した。
(ii)PCR反応用のチューブ(ロッシュ社製:LightCycler(登録商標)8-Tube Strips、ポリプロピレン製)に上記パンチ片を投入した。
(iii)そのチューブに20μL、30μL、40μL、50μLのPCR試薬をそれぞれ加えた後、キャップ(前記チューブとセットになっているもの)をして密閉した。
(iv)検量線用標準品含有PCR試薬も添加量に合わせてチューブに分注したものを用意した。
(v)サーマルサイクラー装置(LightCycler96;ロッシュ社)を用いて、TREC、KREC及びRNasePの3項目同時リアルタイムPCR測定を行った。
(vi)各組み合わせをそれぞれ4回測定し、標準品から算出されたCq値の検量線から、パンチ片中の全血1μLあたりのコピー数として換算し、4回のコピー数の平均値を算出した。また、平均値を設定値で序したものを回収率とした。
(f-2)測定結果
結果を表1~3に示す。パンチ片のサイズの違いでは、直径1.5mm~2.0mmの場合は、増幅の再現性及び回収率も良好となった。直径1.2mmでは、増幅が起きない場合があったが、回収率は良好であった。一方、直径3.0mmの場合では増幅曲線を描くことが出来なかったため、測定が出来ないものがあった(表中のグレーの網掛け部)。その要因としては、パンチ片のサイズが大きくチューブの底に届いておらず、このため、紙片が光路を遮ることで光が反応溶液に届かず、蛍光検出に影響しているものと考えられた。
結果を表1~3に示す。パンチ片のサイズの違いでは、直径1.5mm~2.0mmの場合は、増幅の再現性及び回収率も良好となった。直径1.2mmでは、増幅が起きない場合があったが、回収率は良好であった。一方、直径3.0mmの場合では増幅曲線を描くことが出来なかったため、測定が出来ないものがあった(表中のグレーの網掛け部)。その要因としては、パンチ片のサイズが大きくチューブの底に届いておらず、このため、紙片が光路を遮ることで光が反応溶液に届かず、蛍光検出に影響しているものと考えられた。
本発明によれば、乾燥ろ紙血に含まれる僅かな標的核酸を特異的に、かつ迅速にリアルタイムPCRにより検出及び定量することが可能になる。
Claims (9)
- 乾燥ろ紙血に含まれる標的核酸をリアルタイムPCRにより検出する方法であって、下記(A)~(D)の工程を含む、前記検出方法。
(A)PCR反応用のチューブに乾燥ろ紙血を添加する工程であって、ろ紙は、直径1.2mm~2.0mmの円形のパンチ片又は全血を全反応溶液量に対して0.95v/v%~6.6v/v%を含むパンチ片である前記工程
(B)PCR反応用のチューブに20~50μLのPCR試薬を添加する工程
(C)PCR試薬と乾燥ろ紙血を添加したチューブをキャップにより密閉した状態で、PCR反応を行う工程
(D)PCR反応により増幅された標的核酸を経時的に光学的に検出する工程 - (A)の工程の後、(B)の工程を行う請求項1に記載の標的核酸を検出する方法。
- PCR反応用のチューブは、PCR反応用96穴チューブ若しくは8連チューブである請求項1又は2に記載の標的核酸を検出する方法。
- PCR試薬は少なくともプライマー、ポリメラーゼ、dNTP、及びインターカレーター若しくは蛍光標識プローブを含む請求項1~3のいずれかに記載の標的核酸を検出する方法。
- 前記インターカレーターへの励起光照射によって発生する蛍光の検出により、前記増幅された標的核酸を検出する、請求項4に記載の標的核酸を検出する方法。
- 前記蛍光標識プローブが、蛍光物質とクエンチャーとを有し且つ核酸増幅反応の鋳型に相補的な部分配列を含み、前記蛍光物質への励起光照射によって発生する蛍光の検出により、前記増幅された標的核酸を検出する、請求項4に記載の標的核酸を検出する方法。
- 標的核酸が、TREC、KREC及びSMN1からなる群から選ばれる1つ以上の遺伝子断片及び/又は遺伝子である、請求項1~6のいずれかに記載の標的核酸を検出する方法。
- 請求項1~7のいずれかに記載の標的核酸をリアルタイムPCRで検出する方法により標的核酸を定量する方法において、以下の標準品を用いて標的核酸を定量する方法;
(1)標的核酸の配列を含む人工核酸を含み、乾燥ろ紙血に含まれたものではない標準品であって、当該標準品は直接反応容器に溶解させて使用されるものである前記標準品。 - 請求項1~7のいずれかに記載の標的核酸をリアルタイムPCRで検出する方法により標的核酸を定量する方法に用いられる定量キットであって、少なくとも以下を含む前記定量キット;
(1)標的核酸の配列を含む人工核酸を含み、乾燥ろ紙血に含まれたものではない標準品であって、当該標準品は直接反応容器に溶解させて使用されるものである前記標準品。
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