Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP4395331B2 - Nucleic acid detection method - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP4395331B2 - Nucleic acid detection method - Google Patents

Nucleic acid detection method Download PDF

Info

Publication number
JP4395331B2
JP4395331B2 JP2003167668A JP2003167668A JP4395331B2 JP 4395331 B2 JP4395331 B2 JP 4395331B2 JP 2003167668 A JP2003167668 A JP 2003167668A JP 2003167668 A JP2003167668 A JP 2003167668A JP 4395331 B2 JP4395331 B2 JP 4395331B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dna
complex
protein
stranded
probe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003167668A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005000088A (en
Inventor
康司 重森
道夫 大石
收 小原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kazusa DNA Research Institute Foundation
Original Assignee
Kazusa DNA Research Institute Foundation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kazusa DNA Research Institute Foundation filed Critical Kazusa DNA Research Institute Foundation
Priority to JP2003167668A priority Critical patent/JP4395331B2/en
Publication of JP2005000088A publication Critical patent/JP2005000088A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4395331B2 publication Critical patent/JP4395331B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二本鎖DNAと一本鎖DNAが結合してなるDNA複合体を検出する核酸検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、二本鎖DNAと一本鎖DNAとを含む複合体の形成方法が知られている。即ち、ターゲットDNA(二本鎖DNA)を用意すると共に、このターゲットDNAのいずれか一方のDNA鎖の一部の塩基配列に相補的な塩基配列を有するプローブDNA(一本鎖DNA)を用意する。次に、緩衝剤等を含む反応液に、これらのDNAと大腸菌(Escherichia coli)のRecAタンパク質を混ぜて、十分な時間保温する。そうすると、ターゲットDNAとプローブDNAとRecAタンパク質とからなるDNA−タンパク質複合体が形成される。具体的には、まず、プローブDNAにRecAタンパク質が結合してプローブDNA−RecAタンパク質複合体が形成される。続いて、このプローブDNA−RecAタンパク質複合体が、ターゲットDNAに結合し、三本鎖形成領域を有するDNA-タンパク質複合体が形成される。その際、プローブDNAは、RecAタンパク質が関与した状態で、ターゲットDNAのうち、プローブDNAと相補的な塩基配列からなる領域に結合すると考えられている。この状態のDNA−タンパク質複合体は、比較的安定なものである。
【0003】
ところが、このDNA−タンパク質複合体に、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)やタンパク質分解酵素(例えば、プロティナーゼK)などを加えて十分な時間保温し、RecAタンパク質を失活させると、DNA−タンパク質複合体からRecAタンパク質が除去されるだけでなく、ターゲットDNAとプローブDNAとの結合も解消される。つまり、DNA−タンパク質複合体は、RecAタンパク質の存在下においてのみ、その構造が安定に維持され、RecAタンパク質がない状態では、安定なDNA複合体を形成することができなかった。遺伝子工学等の分野において、DNA複合体を利用しようとした場合、RecAタンパク質が結合した状態の複合体では、RecAタンパク質の存在により多くの制限を受け、その利用範囲が狭くなる。そこで、このようなタンパク質が存在しなくても安定な構造を維持できるDNA複合体の形成方法の開発が待たれていた。
【0004】
このような問題に対し、本出願人は、複合体中にタンパク質を含有しないにも拘わらず、安定な状態を維持できるDNA複合体の形成方法を見出した(特許文献1参照。)。即ち、直鎖状の二本鎖DNAと、この二本鎖DNAのうち一方のDNA鎖の5'末端近傍の塩基から始まる塩基配列に実質的に相補的な塩基配列を含む直鎖状の一本鎖DNAを用意する。次に、緩衝剤等を含む反応液に、これらのDNAと大腸菌(Escherichia coli)のRecAタンパク質を混ぜ、さらに、大腸菌(Escherichia coli)のエキソヌクレアーゼIを混ぜて、十分な時間保温する。そうすると、少なくとも二本鎖DNAと一本鎖DNAとRecAタンパク質を含む比較的安定なDNA−タンパク質複合体が形成される。このようにして形成したDNA−タンパク質複合体は、その後、組換えタンパク質及びヌクレアーゼを失活させても、安定なDNA複合体を形成できる。つまり、複合体中にタンパク質を含有しないにも拘わらず、安定な状態を維持できるDNA複合体を形成できる。
【発明が解決しようとする課題】
このようなDNA複合体は、例えば、予め一本鎖DNAを標識しておけば、DNA複合体が標識されるため、サザンハイブリダイゼーションを応用した手法により、その存在を確認できる。
しかしながら、従来は、DNA複合体を可視化して確認することはできなかったため、DNA複合体の構造や形態などを調べることができなかった。また、サザンハイブリダイゼーションを応用した手法では、DNA複合体の集団(バルク)を検出するため、試料が微量の場合には、DNA複合体を確実に検出することができない。また、検出に時間を要するなどの問題点があった。
【0005】
本発明はかかる現状に鑑みてなされたものであって、二本鎖DNAと一本鎖DNAが結合したDNA複合体を可視化して検出できる核酸検出方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
その解決手段は、直鎖状の二本鎖DNA、この二本鎖DNAのうち一方のDNA鎖の5'末端近傍の塩基から始まる塩基配列に、相補的な塩基配列を含む直鎖状の一本鎖DNA、大腸菌(Escherichia coli)のRecAタンパク質である組換えタンパク質、並びに、大腸菌(Escherichia coli)のエキソヌクレアーゼIであるヌクレアーゼ、を反応させて、上記二本鎖DNAのうち、上記一方のDNA鎖の5'末端近傍を含む末端近傍包含領域に、上記一本鎖DNAのうち、上記相補的な塩基配列を有する相補的領域が、少なくとも上記組換えタンパク質が関与した状態で結合してなるDNA−タンパク質複合体を形成するDNA−タンパク質複合体形成工程と、上記組換えタンパク質及びヌクレアーゼを失活させて、上記二本鎖DNAの末端近傍包含領域に上記一本鎖DNAの相補的領域が結合してなるDNA複合体を形成するタンパク質失活工程と、原子間力顕微鏡により、上記DNA複合体を検出するAFM検出工程と、を備え、上記DNA−タンパク質複合体形成工程において、ATP-γSを加え、上記タンパク質失活工程後、上記AFM検出工程前に、上記DNA複合体と上記ヌクレアーゼとを反応させるヌクレアーゼ処理工程を備えることを特徴とする核酸検出方法である。
【0007】
本発明によれば、DNA−タンパク質複合体形成工程において、二本鎖DNAと一本鎖DNAと組換えタンパク質とヌクレアーゼから、DNA−タンパク質複合体を形成する。そしてその後、タンパク質失活工程において、組換えタンパク質及びヌクレアーゼを失活させると、二本鎖DNAの末端近傍包含領域に一本鎖DNAの相補的領域が結合したDNA複合体を形成できる。このようなDNA複合体は、その構造を安定化させるための特別なタンパク質等(例えば、前述したRecAタンパク質)が存在しなくても、多少の熱を加えるなどしても解離することなく、安定な状態を維持できる。その後は、AFM検出工程において、原子間力顕微鏡(AFM)により、このDNA複合体を検出する。
【0008】
このような方法によりDNA複合体を検出すれば、DNA複合体を可視化して確認できるので、DNA複合体の構造や形態なども調べることができる。また、DNA複合体の一つ一つを可視化するので、試料が微量であっても、DNA複合体を確実に検出できる。さらに、サザンハイブリダイゼーションを応用した手法に比して、DNAの一部を標識するなどの手間もなく、また、DNA複合体を電気泳動したり、そのゲルを乾燥させる必要もないため、検出に要する時間も短くて済む。
なお、二本鎖DNAと一本鎖DNAの結合領域は、二本鎖DNAの一方の末端近傍包含領域に形成するだけでなく、二本鎖DNAの両方の末端近傍包含領域に形成することも可能である。
また、組換えタンパク質は、入手容易性、安全性、機能性を考えると、大腸菌に由来するRecAタンパク質を用いるのが好ましい。
また、DNA−タンパク質複合体形成工程において、ATP-γSを加えて反応させれば、より効率よく、DNAタンパク質複合体を形成できる。その結果、より効率よくDNA複合体を形成できる。
また、DNA−タンパク質複合体形成工程でATP-γSを加えてDNAタンパク質複合体を形成する場合、二本鎖DNAの一方のDNA鎖の一部がひげ状に遊離したDNA複合体が形成されることがある。これに対し、本発明では、タンパク質失活工程後、AFM検出工程前に、DNA複合体とヌクレアーゼとを反応させるので、ひげ状に遊離したDNAはヌクレアーゼにより分解される。従って、ひげ状に遊離した部分のないDNA複合体をAFMにより観察できる。
【0009】
ここで、DNA結合体は、二本鎖DNAの少なくとも一方の末端近傍包含領域に、一本鎖DNAの相補的領域が結合したものであれば、その結合形態は問われない。つまり、二本鎖DNAと一本鎖DNAとの間で、必ずしも、ワトソン・クリック型塩基対やフーグスティーン型塩基対のような特定の構造をとっている必要はなく、二本鎖DNAの末端近傍包含領域と一本鎖DNAの相補的領域との間で、何らかの特異的な相互作用によって結合されていればよい。
【0010】
二本鎖DNAは、直鎖状であれば、いかなるものを用いてもよい。即ち、いかなる塩基配列からなるものであってもよく、また、理論上それらの鎖長に上限は存在しない。従って、例えば、3000Mbpといわれるヒトゲノムの全長を持つような巨大なDNAであっても構わない。勿論、二本鎖DNAの由来は問われない。従って、ウィルスや微生物、動植物のゲノム由来のDNAやそれらを改変したDNAであっても、微生物等のもつプラスミドDNA等やプラスミドDNA等に異種のDNA断片を挿入したキメラDNA等であっても、あるいは、人工的に合成したオリゴヌクレオチドなどであっても構わない。
【0011】
一本鎖DNAは、二本鎖DNAのうち一方のDNA鎖の5'末端近傍の塩基から始まる塩基配列と、実質的に相補的な塩基配列を含む直鎖状のものであれば、いかなるもの用いてもよい。即ち、この条件を満たす限り、いかなる塩基配列からなるものであってもよく、また、理論上それらの鎖長に上限は存在しない。また、その由来も問われない。これらの点は、二本鎖DNAと同様である。
【0012】
相補的な程度は、一般的には、およそ70〜80%以上の相補性を有することが必要とされ、より好ましくは、ほぼ100%の相補性を有することである。相補性が高いほど、より安定なDNA複合体を形成できるからである。但し、必要とされる相補性の程度は、相補的領域の長さによって若干変動する。また、相補的領域全体の相補性は同じ(例えば70%)であっても、相補的領域内全体でほぼ等しい相補性(70%)を有する場合と、相補的領域内に相補性が高い領域(例えば90%)と低い領域(例えば50%)が偏在する場合とによっても、若干変動する。
【0013】
また、一本鎖DNAは、相補的領域を含むものであればよいから、一本鎖DNA全体が相補的領域からなるものであっても、あるいは、相補的領域にさらに他の塩基配列が付加されたものであっても構わない。但し、一本鎖DNA全体が相補的領域からなるものの方が、より安定なDNA複合体を形成しやすいので好ましい。
なお、一本鎖DNAが、二本鎖DNAのうち一方のDNA鎖の「末端近傍の塩基から始まる塩基配列」と、実質的に相補的な塩基配列を含む必要があるのは、次のような理由による。即ち、一本鎖DNAが、二本鎖DNAの一方のDNA鎖の末端近傍以外の塩基配列(例えば、中央付近の塩基配列)にだけ相補的である場合には、DNA−タンパク質複合体形成工程において安定なDNA−タンパク質複合体を形成できるが、タンパク質失活工程でタンパク質を失活させると、二本鎖DNAと一本鎖DNAが解離してしまい、安定なDNA複合体が得られないからである。
【0014】
また、一本鎖DNAが、二本鎖DNAのうち一方のDNA鎖の「5'末端近傍」の塩基から始まる塩基配列と、実質的に相補的な塩基配列を含む必要があるのも、同様な理由による。即ち、一本鎖DNAが、二本鎖DNAのうち一方のDNA鎖の「3'末端近傍」の塩基配列にだけ相補的である場合には、DNA−タンパク質複合体形成工程において安定なDNA−タンパク質複合体を形成することはできるが、タンパク質を失活させると、二本鎖DNAと一本鎖DNAが解離してしまい、安定なDNA複合体が得られないからである。
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
DNA−タンパク質複合体形成工程は、ヌクレオシド三リン酸またはその類似体の存在下において、緩衝液中で行うのが好ましい。効率よく、安定なDNA−タンパク質複合体を形成できるからである。
緩衝液は、使用する組換えタンパク質及びヌクレアーゼにより、反応の最適条件を得るため適宜変更することできる。例えば、トリス(トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン)と酢酸や塩酸等の適当な酸とにより、pHを約4.0〜9.0、より好ましくは、約7.0〜8.0に調節したトリス系の緩衝液を使用すればよい。緩衝剤は、一般に約10〜100mM、好ましくは、約30mMで使用する。
【0019】
ヌクレオシド三リン酸またはその類似体としては、例えば、アデノシン5'−三リン酸(ATP)、グアノシン5'−三リン酸(GTP)、UTP、CTPや、アデノシン(γ−チオ)−三リン酸(ATP-γS)、グアノシン(γ−チオ)−三リン酸(GTP-γS)、dATP、dUTP、dCTPなどを挙げることができる。これらは、さらにヌクレオシド二リン酸(例えば、ADP)と組み合わせて使用することもできる。なお、これらヌクレオシド三リン酸等は、0.1〜10mM、好ましくは、約5mMで使用する。
【0020】
反応液中の核酸(二本鎖DNA及び一本鎖DNA)の濃度は、核酸が十分に溶解できる濃度であればよく、適宜変更できる。二本鎖DNAに対する一本鎖DNAの割合は、モル比で約1〜100倍とするのが好ましい。また、組換えタンパク質は、一本鎖DNAの3塩基当たり1分子に相当するように加えるのが好ましい。但し、使用する組換えタンパク質によってその最適量は若干変動する。また、ヌクレアーゼは、二本鎖DNAの1μg当たり約1unit加えるのが好ましい。但し、これも使用するヌクレアーゼによってその最適量は若干変動する。
このように調製した反応液は、4〜60℃、好ましくは約37℃のおいて、5分間以上、一般には約30〜60分間保温することにより、DNA−タンパク質複合体を形成できる。
【0021】
なお、この工程では、上記のように反応液中にすべてのもの加えて一定時間保温する方法の他、次のような方法を採ることもできる。即ち、まず、ヌクレオシド三リン酸等を含む緩衝液に、二本鎖DNAと一本鎖DNAと組換えタンパク質とを加えて、4〜60℃、好ましくは約37℃のおいて、数分間以上、好ましくは約10分間保温する。そしてその後、この反応液にヌクレアーゼを加えて、さらに、4〜60℃、好ましくは約37℃のおいて、5分間以上、一般には約30分間保温する。
【0022】
このような方法で反応させると、特に安定なDNA−タンパク質複合体を形成できる。その理由としては、エキソヌクレアーゼI等は、本来、一本鎖DNAを末端から切断していく酵素であるから、最初から反応液に加えると、一本鎖DNAが削られてしまうことがある。しかし、このようにエキソヌクレアーゼI等を後から加えると、一本鎖DNAには先に組換えタンパク質が結合して、エキソヌクレアーゼIから保護されるため、一本鎖DNAが切断されにくくなり、安定なDNA−タンパク質複合体を形成できると考えられるからである。
【0023】
タンパク質失活工程で、タンパク質を失活させるには、反応液にキレート剤(例えば、エチレンジアミン四酢酸)を加えるか、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を加えるか、または、タンパク質分解酵素(例えば、プロティナーゼK)を加え、あるいは、これらの処理を組み合わせて行った後、例えば、約37℃で10分間以上保温すればよい。こうして得られる反応液からDNA複合体だけを回収するには、フェノール、クロロホルム等の溶媒抽出により除タンパク質処理を行った後、適当なカラムクロマトグラフィーで回収する方法を利用したり、あるいは、エタノール沈殿で一旦DNAを析出させる方法を利用すればよい。
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
さらに、上記のいずれかに記載の酸検出方法であって、上記DNA−タンパク質複合体形成工程において、ヌクレオシド三リン酸を加えることを特徴とする核酸検出方法とすると良い。
【0029】
このように、DNA−タンパク質複合体形成工程において、ATP等のヌクレオシド三リン酸を加えて反応させれば、より効率よく、DNAタンパク質複合体を形成できる。その結果、より効率よくDNA複合体を形成できる。
【0030】
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
さらに、上記のいずれかに記載の核酸検出方法であって、上記一本鎖DNAは、60mer以上の塩基配列からなることを特徴とする核酸検出方法とすると良い。
【0035】
一本鎖DNAは、その鎖長が短くても、二本鎖DNAに結合してDNA複合体を形成できる。しかし、一本鎖DNAが短いと、具体的には、60merよりも短いと、原子間力顕微鏡で観察を行ったときに、二本鎖DNAとDNA複合体との区別がつきにくい。即ち、DNA複合体の検出がより難しくなる。
これに対し、本発明では、60mer以上の塩基配列からなる一本鎖DNAを使用する。従って、原子力顕微鏡で観察した場合に、DNA複合体をより確実に検出できる。
【0036】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
まず、ターゲットDNA(二本鎖DNA)を用意する(図1参照)。図1はDNA複合体の形成について模式的に示したものである。本実施形態では、pSP64poly(A)DNA(Promega)(3030bp)を制限酵素RsaIで3つのDNA断片(1892bpと676bpと462bpのDNA断片)に切断し、このうちの最も大きいDNA断片(約1.9kbp)をターゲットDNAとした。具体的には、pSP64poly(A)DNAを制限酵素RsaIで切断した後、ゲル濾過を用いて目的のDNA断片を分離精製した。ゲル濾過は、S-1000セファクリル(アマシャム・マルマシア株式会社)を用い、溶出緩衝液にTE Buffer(10mM Tris-HCl,pH7.0,1mM EDTA,1.5M NaCl)を用いて、100cmのオープンカラムで行った。溶出されてきたDNAサンプル液を1mL/minの速度で2mlずつ回収した。そして、回収したそれぞれのサンプルの一部を電気泳動して確認した。その結果を図2に示す。
【0037】
図2から明らかなように、レーン1〜レーン2あたりでは、シグナルがほとんど検出されなかった。また、レーン3〜レーン20あたりでは、最も大きい約1.9kbpのDNA断片に由来するシグナルが主として確認された。また、レーン21〜レーン27あたりでは、最も大きい約1.9kbpの断片に由来するシグナルと共に、2番目に大きい約0.7kbpのDNA断片に由来するシグナルが主として確認された。また、レーン28〜レーン29あたりでは、2番目に大きい約0.7kbpのDNA断片に由来するシグナルが主として確認された。また、レーン30〜レーン37では、2番目に大きい約0.7kbpのDNA断片に由来するシグナルと、最も小さい約0.5kbpのDNA断片に由来するシグナルが主として確認された。このような結果に基づいて、ターゲットDNAには、レーン3〜レーン20に使用したサンプルを利用した。
【0038】
次に、プローブDNA(一本鎖DNA)を用意する(図1参照)。本実施形態では、長さの異なる5種類のプローブDNA、即ち、150merの第1プローブDNA、300merの第2プローブDNA、600merの第3プローブDNA、900merの第4プローブDNA、及び、1200merの第5プローブDNAを用意した。具体的には、最も短い第1プローブDNAは、DNA合成によりオリゴヌクレオチド1として調製した。一方、第2プローブDNA〜第5プローブDNAは、PCR反応を利用して調製した。PCR反応は、600ngのpSP64poly(A)DNA(Promega)を鋳型として、50μlのPCR反応液に、0.5mM(最終濃度)のフォワード側のプライマーDNAと0.5mM(最終濃度)のリバース側のプライマーDNA、0.25unitのTaKaRa Taq(タカラバイオ株式会社)、0.2mM dGTP、0.2mM dATP、0.2mM dTTP、0.2mM dCTPを、10mM Tris-HCl buffer(pH8.3)、50mM KCl、1.5mM MgCl2 に混合した。PCR反応は、1サイクル(94℃,2min)、30サイクル(94℃,30sec−60℃,30sec−74℃,60sec)、1サイクル(74℃,7min−4℃,1min)の条件で行った。その後、PCR反応液に色素液を加え、1%アガロースゲルで電気泳動を行った。電気泳動後にアガロースゲルをエチジウムブロミド染色し、泳動ゲルの写真を記録した。その結果を図3のレーン1〜レーン4に示す。
【0039】
なお、第2プローブDNAは、フォワード側のプライマーDNAにオリゴヌクレオチド2を、リバース側のプライマーDNAにオリゴヌクレオチド3を使用した。また、第3プローブDNAは、フォワード側のプライマーDNAにオリゴヌクレオチド4を、リバース側のプライマーDNAにオリゴヌクレオチド3を使用した。また、第4プローブDNAは、フォワード側のプライマーDNAにオリゴヌクレオチド5を、リバース側のプライマーDNAにオリゴヌクレオチド3を使用した。また、第5プローブDNAは、フォワード側のプライマーDNAにオリゴヌクレオチド6を、リバース側のプライマーDNAにオリゴヌクレオチド3を使用した。オリゴヌクレオチド1〜オリゴヌクレオチド6は、いずれもpSP64poly(A)DNAに100%相補的な配列からなるものである。なお、オリゴヌクレオチド3の5'末端には、後に一本鎖のプローブDNAを調製するために、ビオチンを付加させておいた。
【0040】
オリゴヌクレオチド1:
5'-tgttgtgcaaaaaagcggttagctccttcggtcctccgatcgttgtcagaagtaagttggccgcagtgttatcactcatggttatggcagcactgcataattctcttactgtcatgccatccgtaagatgcttttctgtgactggtgagt-3’
オリゴヌクレオチド2:
5'-gccgggaagctagagtaagtagtt-3’
オリゴヌクレオチド3:
5'-actcaccagtcacagaaaagcatc-3’
オリゴヌクレオチド4:
5'-gttttaaatcaatctaaagtatat-3’
オリゴヌクレオチド5:
5'-ggtggcctaactacggctacacta-3’
オリゴヌクレオチド6:
5'-tcgtgcgctctcctgttccgaccc-3’
【0041】
図3から明らかなように、レーン1には、300bpの目的のDNA断片に由来するシグナルが強く検出された。また、レーン2には、600bpの目的のDNA断片に由来するシグナルが強く検出された。レーン3には、900bpの目的のDNA断片に由来するシグナルが強く検出された。レーン4には、1200bpの目的のDNA断片に由来するシグナルが強く検出された。
【0042】
次に、レーン1に用いたPCR反応液から、ゲル濾過を用いて目的のPCR産物を分離精製した。ゲル濾過は、S-400セファクリル(アマシャム・マルマシア株式会社)を用い、溶出液にTE Buffer (10mM Tris-HCl, pH7.0, 1mM EDTA, 1.5M NaCl)を用いて、20cmのオープンカラムで行った。その後、精製したDNA液に色素液を加え、1%アガロースゲルで電気泳動を行った。泳動後にアガロースゲルをエチジウムブロミド染色し、泳動ゲルの写真を記録した。同様に、レーン2〜レーン4に用いたPCR反応液からも、ゲル濾過を用いてそれぞれ目的のPCR産物を分離精製し、電気泳動を行った。その結果を図3のレーン5〜レーン8に示す。
【0043】
図3から明らかなように、レーン5には、300bpの目的のDNA断片に由来するシグナルが強く検出され、その他のシグナルがレーン1よりも減少した。また、レーン6には、600bpの目的のDNA断片に由来するシグナルが強く検出され、その他のシグナルがレーン2よりも減少した。また、レーン7には、900bpの目的のDNA断片に由来するシグナルが強く検出され、その他のシグナルがレーン3よりも減少した。また、レーン8には、1200bpの目的のDNA断片に由来するシグナルが強く検出され、その他のシグナルがレーン4よりも減少した。従って、PCR反応液をゲル濾過したことにより、目的のPCR産物をより高純度で分離精製することができた。
【0044】
次に、二本鎖である各PCR産物から一本鎖のプローブDNA(第2プローブDNA〜第5プローブDNA)をそれぞれ調製した。具体的には、125ul(10ug/ul)のDynabeads Streptavidin(DYNAL社)をMagnet standを用いて、500ulの6XSSC bufferで1回洗浄し、125ulの6XSSC bufferに懸濁した。上澄液を除き、そこに125ulの6XSSC bufferに希釈したゲルろ過精製を行った50ulのPCR増幅産物を混ぜ合わせた。PCR産物とDynabeads Streptavidinとの結合反応は、室温で60分間行った。Magnet standを用いて上澄を除いた後、500ulの6XSSC bufferで3回洗浄、250ulの1XSSC bufferで1回洗浄して、未反応のPCR productを除いた。一本鎖DNAの変性は、100ulのNaOH(0.15M)を加え室温で10分間反応を行い、Magnet standを用いて上澄を新しいチューブに移した。そこに11ulの10XTE buffer(pH7.5), 6.5ul Acetic scid (1.25M)を加え、エタノール沈殿を行い一本鎖DNAを濃縮回収した。
【0045】
なお、第1プローブDNAは、ターゲットDNAの一方のDNA鎖の5'末端の塩基から始まる150merの塩基配列と100%相補的な150merの塩基配列からなる。また、第2プローブDNAは、ターゲットDNAの一方のDNA鎖の5'末端の塩基から始まる300merの塩基配列と100%相補的な300merの塩基配列からなる。また、第3プローブDNAは、ターゲットDNAの一方のDNA鎖の5'末端の塩基から始まる600merの塩基配列と100%相補的な600merの塩基配列からなる。また、第4プローブDNAは、ターゲットDNAの一方のDNA鎖の5'末端の塩基から始まる900merの塩基配列と100%相補的な900merの塩基配列からなる。また、第5プローブDNAは、ターゲットDNAの一方のDNA鎖の5'末端の塩基から始まる1200merの塩基配列と、100%相補的な1200merの塩基配列からなる。
【0046】
ここで、準備した二本鎖ターゲットDNAと一本鎖プローブDNAを原子間力顕微鏡(AFM)により観察した。AFM標本作製の手順は次の通り行った。まず、二本鎖ターゲットDNAと一本鎖の第3プローブDNAを含むDNA液に最終濃度10mMとなるように塩化マグネシウムを加え、10ミリ角の雲母基板のへき開直後の新鮮な表面に50μl滴下し、室温で5分間静置した。次に、これを滅菌水5mlで洗浄し、窒素ガスで水分を吹き飛ばし、さらに真空下で40℃、15分乾燥して作製した。そして、この標本について、原子間力顕微鏡で観察した。DNAの可視化条件は、上記で作製した標本を走査型プローブ顕微鏡(ナノスコープIIIa)(Degital Instruments 社)にセットし、シリコン単結晶カンチレバー(D-NCH-10V)を用いて、タッピングモードにて測定した。スキャン範囲はX−Y方向に0.5-2μm、高さ(Z軸)方向に2nmで行った。DNAの長さはフリーウエアであるNIHimageを使用して計測した。その結果を図4に示す。また、図4の写真を模式的に示したものを図5に示す。
【0047】
図4から明らかなように、原子間力顕微鏡によれば、約1.9kbpの二本鎖DNAが線状に存在する様子を各々の分子について確実に観察できた(図中左側)。また、600merの一本鎖の第3プローブDNAについてもその存在を各々の分子について確実に観察できた(図中右上)。一本鎖DNAでは、太くなっている部分や粒状になっている部分が所々見られるが、これは、一本鎖DNAは、同一分子内で相補的な配列が結合して高次構造をとるためであると考えられる。なお、この原子間力顕微鏡による観察では、少なくとも100mer程度の長さを有するものであれば、十分にその存在を確認できることが判った。
【0048】
次に、組換えタンパク質として大腸菌(Escherichia coli)のRecAタンパク質を、また、ヌクレアーゼとして大腸菌(Escherichia coli)のエキソヌクレアーゼI(ExonucleaseI)を用意した。さらに、ヌクレオシド三リン酸またはその類似体として、ATP-γSを、また、緩衝液として、酢酸マグネシウム及び酢酸トリスからなるものを用意した。
【0049】
次に、DNA−タンパク質複合体形成工程において、ターゲットDNAと、プローブDNAと、大腸菌(Escherichia coli)のRecAタンパク質と、大腸菌(Escherichia
coli)のエキソヌクレアーゼI(ExonucleaseI)とを反応させて、ターゲットDNAのうち、一方のDNA鎖の5'末端を含む末端包含領域に、プローブDNA、少なくとも大腸菌(Escherichia coli)のRecAタンパク質が関与した状態で結合してなるDNA−タンパク質複合体を形成する(図1参照)。具体的には、1pmolのプローブDNA、3.0 μgのRecAタンパク、4 unitのExonucleaseI、4.8mM ATP-γS、600 ngのターゲットDNAを、20 mM 酢酸マグネシウム、30 mM 酢酸トリス(pH7.2)中で、37℃で30分間保温した。この反応では、まず、プローブDNAにRecAタンパク質が結合してプローブDNA−RecAタンパク質複合体が形成される。続いて、このプローブDNA−RecAタンパク質複合体が、ターゲットDNAに結合し、DNA-タンパク質複合体が形成される。その際、このDNA−タンパク質複合体は、少なくともRecAタンパク質が関与した状態で、プローブDNAが、ターゲットDNAのうち、プローブDNAと相補的な塩基配列からなる領域(末端領域)に結合すると考えられる。なお、エキソヌクレアーゼIは、このDNA−タンパク質複合体の安定化に作用するものと考えられる。このようなDNA−タンパク質複合体は、比較的安定なものである。
【0050】
次に、タンパク質失活工程において、組換えタンパク質及びヌクレアーゼを失活させて、ターゲットDNAの末端近傍包含領域にプローブDNAが結合してなるDNA複合体を形成する(図1参照)。具体的には、上記の反応液に、0.5%(W/Vol)SDSと0.7mg/mlプロティナーゼKを加え、37℃において60分間保温し、RecAタンパク質とエキソヌクレアーゼIを失活させた(除タンパクを行った)。これにより、ターゲットDNAの末端近傍包含領域にプローブDNAが結合してなるDNA複合体が形成される。このようなDNA複合体は、その構造を維持するために特別なタンパク質等を必要とせず、多少の熱を加えても、安定な状態を維持できる。
【0051】
ここで、DNA複合体の形成を確認するための実験を行った。即ち、タンパク質失活工程を行った後の反応液に色素液を加え、1%アガロースゲルで電気泳動を行った。泳動後にゲルをエチジウムブロミド染色し、泳動ゲルの写真を記録した。その結果を図6のレーン5に示す。なお、このレーン5は、プローブDNAとして600merの第3プローブDNAを使用して上述の各反応を行ったものである。
【0052】
図6のレーン5を見ると、図中に矢印A、矢印B、矢印Cで示したように、3本のシグナルが検出された。このうち矢印Aで示す位置のシグナルが、その大きさからしてDNA複合体に由来するものと考えられる。一方、矢印Bで示す位置のシグナルは、その大きさからしてDNA複合体を形成していないターゲットDNAに由来するものと考えられる。また、矢印Cで示す位置のシグナルは、その大きさからしてDNA複合体を形成していないプローブDNAに由来するものと考えられる。
【0053】
次に、図6に結果を示した比較実験について説明する。
レーン1は、上述のDNA−タンパク質複合体形成工程において、RecAタンパク質を加えずに、それ以外はレーン5と同じ反応を行った結果を示す。
レーン2は、上述のDNA−タンパク質複合体形成工程において、ATP-γSを加えずに、それ以外はレーン5と同じ反応を行った結果を示す。
レーン3は、上述のDNA−タンパク質複合体形成工程において、RecAタンパク質とATP-γSを加えずに、それ以外はレーン5と同じ反応を行った結果を示す。
レーン4は、上述のDNA−タンパク質複合体形成工程の反応時間(レーン5では30分間)を0分間とし、それ以外はレーン5と同じ反応を行った結果を示す。
レーン6は、上述のDNA−タンパク質複合体形成工程の反応時間(レーン5では30分間)を60分間とし、それ以外はレーン5と同じ反応を行った結果を示す。
【0054】
これから明らかなように、レーン1及びレーン3では、矢印Aで示す位置にシグナルが検出されなかった。つまり、レーン1及びレーン3では、DNA複合体が形成されていない。この結果から、安定なDNA複合体の形成には、DNA−タンパク質複合体形成工程において、RecAタンパク質が必要であることが判る。また、レーン2では矢印Aで示す位置にごく弱いシグナルしか検出されなかった。この結果から、安定なDNA複合体の形成には、DNA−タンパク質複合体形成工程において、ATP-γSを加えるのが好適であることが判る。また、レーン4でも矢印Aで示す位置にはごく弱いシグナルしか検出されなかった。この結果から、安定なDNA複合体の形成には、DNA−タンパク質複合体形成工程において、ある程度の反応時間を要することが判る。一方、レーン6では、DNA−タンパク質複合体形成工程を十分に長い反応時間で行っているため、レーン5と同様に、矢印Aで示す位置に強いシグナルが検出されている。即ち、安定なDNA複合体が形成されている。
【0055】
また、その他のプローブDNAについても、上述した各反応を行い、図6のレーン5と同様に、DNA複合体の形成を確認するための電気泳動を行った。その結果を図7に示す。
レーン1は、第1プローブDNA(150mer)を用いて、図6のレーン5と同じ反応(DNA−タンパク質複合体形成工程の反応時間が30分間)を行った結果を示す。
レーン2は、第2プローブDNA(300mer)を用いて、図6のレーン5と同じ反応(DNA−タンパク質複合体形成工程の反応時間が30分間)を行った結果を示す。
レーン3は、第4プローブDNA(900mer)を用いて、図6のレーン5と同じ反応(DNA−タンパク質複合体形成工程の反応時間が30分間)を行った結果を示す。
レーン4は、第5プローブDNA(1200mer)を用いて、図6のレーン5と同じ反応(DNA−タンパク質複合体形成工程の反応時間が30分間)を行った結果を示す。
レーン5は、第1プローブDNA(150mer)を用いて、図6のレーン6と同じ反応(DNA−タンパク質複合体形成工程の反応時間が60分間)を行った結果を示す。
レーン6は、第2プローブDNA(300mer)を用いて、図6のレーン6と同じ反応(DNA−タンパク質複合体形成工程の反応時間が60分間)を行った結果を示す。
レーン7は、第4プローブDNA(900mer)を用いて、図6のレーン6と同じ反応(DNA−タンパク質複合体形成工程の反応時間が60分間)を行った結果を示す。
レーン8は、第5プローブDNA(1200mer)を用いて、図6のレーン6と同じ反応(DNA−タンパク質複合体形成工程の反応時間が60分間)を行った結果を示す。
【0056】
図7のいずれもレーンにおいても、図中に矢印で示したシグナルと共に、それよりも大きい位置(図中上方)と小さい位置(図中下方)にそれぞれシグナルが観察された。大きい位置のシグナルは、その大きさからしてそれぞれのDNA複合体に由来するものと考えられる。一方、矢印で示す位置のシグナルは、その大きさからしてDNA複合体を形成していないターゲットDNAに由来するものと考えられる。また、小さい位置のシグナルは、その大きさからしてDNA複合体を形成していないそれぞれのプローブDNAに由来するものと考えられる。このように、いずれのプローブDNAを用いても、DNA複合体が形成されているのが判る。
【0057】
次に、図6及び図7のゲル写真で観察されているDNA複合体を、ゲルから切り出し精製した。精製は、Gel extraction kit(アマシャム・ファルマシア)を用いて、そのプロトコルに従って行った。その後、精製した各DNA液に色素液を加え、1%アガロースゲルで電気泳動を行った。泳動後にアガロースゲルをエチジウムブロミド染色し、泳動ゲルの写真を記録した。その結果を図8に示す。
レーン1は、図7のレーン1のDNA複合体を切り出し精製した結果、即ち、第1プローブDNAを用いて形成されたDNA複合体を電気泳動した結果を示す。
レーン2は、図7のレーン2のDNA複合体を切り出し精製した結果、即ち、第2プローブDNAを用いて形成されたDNA複合体を電気泳動した結果を示す。
レーン3は、図6のレーン5のDNA複合体を切り出し精製した結果、即ち、第3プローブDNAを用いて形成されたDNA複合体を電気泳動した結果を示す。
レーン4は、図7のレーン3のDNA複合体を切り出し精製した結果、即ち、第4プローブDNAを用いて形成されたDNA複合体を電気泳動した結果を示す。
レーン5は、図7のレーン4のDNA複合体を切り出し精製した結果、即ち、第5プローブDNAを用いて形成されたDNA複合体を電気泳動した結果を示す。
【0058】
図8のいずれのレーンにおいても、各々のDNA複合体に由来するシグナルが観察され、それ以外のジグナルは僅かしか観察されなかった。この結果より、いずれのサンプルも、高純度にDNA複合体が分離精製されていることが判る。
【0059】
次に、AFM検出工程において、原子間力顕微鏡により、精製したDNA複合体を観察した。AFM標本作製の手順は次の通りに行った。DNA液に最終濃度10mMとなるように塩化マグネシウムを加え、10ミリ角の雲母基板のへき開直後の新鮮な表面に50μl滴下し、室温にて5分間静置した。次に、これを滅菌水5mlで洗浄し、窒素ガスで水分を吹き飛ばし、さらに真空下で40℃15分乾燥して作製した。遺伝子の可視化条件は、上記で作製した標本を走査型プローブ顕微鏡(ナノスコープIIIa)(Degital Instruments 社)にセットし、シリコン単結晶カンチレバー(D-NCH-10V)を用いて、タッピングモードにて測定した。スキャン範囲はX−Y方向に0.5-2μm、高さ(Z軸)方向に2nmで行った。DNAの長さはフリーウエアであるNIHimageを使用して計測した。
【0060】
なお、プローブDNAとして第1プローブDNA(150mer)を使用した結果を図9に示し、図9の写真を模式的に示したものを図10に示す。また、プローブDNAとして第2プローブDNA(300mer)を使用した結果を図11に示し、図11の写真を模式的に示したものを図12に示す。また、プローブDNAとして第3プローブDNA(600mer)を使用した結果を図13に示し、図13の写真を模式的に示したものを図14に示す。また、プローブDNAとして第4プローブDNA(900mer)を使用した結果を図15に示し、図15の写真を模式的に示したものを図16に示す。また、プローブDNAとして第5プローブDNA(1200mer)を使用した結果を図17に示し、図17の写真を模式的に示したものを図18に示す。
【0061】
図9及び図10に示したように、原子間力顕微鏡により、ターゲットDNAと第1プローブDNAのDNA複合体を観察することができた。このDNA複合体は、ターゲットDNAのうちプローブDNAと相補的な領域に、プローブDNAが結合している。そして、ターゲットDNAの一部(プローブDNAが結合した部分)は、二本鎖DNAがほどけて一本鎖の状態となっている。
また、図11及び図12に示したように、原子間力顕微鏡により、ターゲットDNAと第2プローブDNAのDNA複合体を観察することができた。このDNA複合体も、ターゲットDNAのうちプローブDNAと相補的な領域に、プローブDNAが結合している。そして、ターゲットDNAの一部(プローブDNAが結合した部分)は、二本鎖DNAがほどけて一本鎖の状態となっている。
また、図13及び図14に示したように、原子間力顕微鏡により、ターゲットDNAと第3プローブDNAのDNA複合体を観察することができた。このDNA複合体も、ターゲットDNAのうちプローブDNAと相補的な領域に、プローブDNAが結合している。そして、ターゲットDNAの一部(プローブDNAが結合した部分)は、二本鎖DNAがほどけて一本鎖の状態となっている。
また、図15及び図16に示したように、原子間力顕微鏡により、ターゲットDNAと第4プローブDNAのDNA複合体を観察することができた。このDNA複合体も、ターゲットDNAのうちプローブDNAと相補的な領域に、プローブDNAが結合している。そして、ターゲットDNAの一部(プローブDNAが結合した部分)は、二本鎖DNAがほどけて一本鎖の状態となっている。
また、図17及び図18に示したように、原子間力顕微鏡により、ターゲットDNAと第5プローブDNAのDNA複合体を観察することができた。このDNA複合体も、ターゲットDNAのうちプローブDNAと相補的な領域に、プローブDNAが結合している。そして、ターゲットDNAの一部(プローブDNAが結合した部分)は、二本鎖DNAがほどけて一本鎖の状態となっている。
【0062】
以上で説明したようにしてDNA複合体を検出すれば、DNA複合体を可視化して確認できるので、DNA複合体の構造や形態なども調べることができる。また、DNA複合体の一つ一つを可視化するので、試料が微量であっても、DNA複合体を確実に検出できる。さらに、サザンハイブリダイゼーションを応用した手法に比して、DNAの一部を標識するなどの手間もなく、また、DNA複合体を電気泳動したり、ゲルを乾燥させる必要もないため、検出に要する時間も短くて済む。
【0063】
また、DNA−タンパク質複合体形成工程で用いる組換えタンパク質には、様々なものを適宜選択できるが、入手容易性、安全性、機能性を考えると、本実施形態のように、大腸菌に由来するRecAタンパク質を用いるのが好ましい。
また、DNA−タンパク質複合体形成工程において、ATP-γSを加えて反応させることにより、より効率よく、DNAタンパク質複合体を形成でき、その結果、より効率よく、DNA複合体を形成できる。
また、一本鎖DNAは、その鎖長が短くても、二本鎖DNAに結合してDNA複合体を形成できる。しかし、一本鎖DNAが短いと、具体的には、60merよりも短いと、原子間力顕微鏡で観察を行ったときに、二本鎖DNAとDNA複合体との区別がつきにくい。即ち、DNA複合体の検出がより難しくなる。そこで、本実施形態のように、60mer以上の塩基配列からなる一本鎖DNAを使用すると、原子力顕微鏡で観察した場合に、DNA複合体をより確実に検出できる。
【0064】
(実施形態2)
次いで、第2の実施の形態について説明する。なお、上記実施形態1と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
本実施形態では、タンパク質失活工程後、AFM検出工程前に、DNA複合体とヌクレアーゼとを反応させるヌクレアーゼ処理工程を行う。それ以外は、基本的に上記実施形態1と同じである。
【0065】
具体的に説明すると、ターゲットDNA(二本鎖DNA)として、上記実施形態1と同様に、pSP64poly(A)DNAを制限酵素RsaIで3つのDNA断片に切断し、このうちの最も大きいDNA断片(約1.9kbp)を精製した。また、プローブDNA(一本鎖DNA)として、上記実施形態1でも利用した150merの第1プローブDNAを用意した。また、上記実施形態1と同様に、組換えタンパク質として、大腸菌(Escherichia coli)のRecAタンパク質を、ヌクレアーゼとして、大腸菌(Escherichia coli)のエキソヌクレアーゼI(ExonucleaseI)を用意した。さらに、ヌクレオシド三リン酸またはその類似体として、ATP-γSを、また、緩衝液として、酢酸マグネシウム及び酢酸トリスからなるものを用意した。
【0066】
そして次に、DNA−タンパク質複合体形成工程において、上記実施形態1と同様にして、ターゲットDNAと、プローブDNAと、大腸菌(Escherichia coli)のRecAタンパク質と、大腸菌(Escherichia coli)のエキソヌクレアーゼI(ExonucleaseI)とを反応させて、ターゲットDNAのうち、一方のDNA鎖の5'末端を含む末端包含領域に、プローブDNA、少なくとも大腸菌(Escherichia coli)のRecAタンパク質が関与した状態で結合してなるDNA−タンパク質複合体を形成した。
次に、タンパク質失活工程において、上記実施形態1と同様にして、組換えタンパク質及びヌクレアーゼを失活させて、ターゲットDNAの末端近傍包含領域にプローブDNAが結合してなるDNA複合体を形成した。
その後、上記実施形態1と同様に、反応液を電気泳動した後、DNA結合体をゲルから切り出して精製した。
【0067】
次に、本実施形態では、DNA複合体とヌクレアーゼとを反応させるヌクレアーゼ処理工程を行った。詳細には、精製した上記のDNA溶液について、10 unitsの大腸菌(Escherichia coli)のエキソヌクレアーゼI(ExonucleaseI)(Epicentre社製)、33mM Tris-Acetate(pH7.8)、66mM potassium acetate、10mM magnesium acetate、0.5mM DTT中で、37℃において20分間反応させた。
【0068】
次に、AFM検出工程において、上記実施形態1と同様にして、原子間力顕微鏡により、DNA複合体を観察した。その結果を図19に示す。また、図19の写真を模式的に示したものを図20に示す。
図19及び図20に示したように、原子間力顕微鏡により、ターゲットDNAと第1プローブDNAのDNA複合体を観察することができた。なお、図中では、2つのDNA複合体が観察されている。このDNA複合体は、上記実施形態1と同様に、ターゲットDNAのうちプローブDNAと相補的な領域に、プローブDNAが結合している。上記実施形態1では、図9及び図10に示したように、ターゲットDNAの一部(プローブDNAが結合した部分)は、二本鎖DNAがほどけて一本鎖の状態となっている(ひげ状に遊離している)。これに対し、本実施形態では、およそ100個のDNA複合体を観察したが、図19及び図20に示すように、ひげ状の部分を持つDNA複合体は観察されなかった。なお、観察されたDNA複合体の長さは、ターゲットDNAの長さと同じであった。このことから、ひげ状に遊離したターゲットDNAの一部は、ヌクレアーゼ処理工程において、一本鎖DNAに特異的なヌクレアーゼにより分解されてなくなったものと考えられる。
【0069】
以上で説明したように、本実施形態においても、DNA複合体を可視化して確認できるので、DNA複合体の構造や形態なども調べることができるなど、上記実施形態1と同様な効果を得ることができる。また、本実施形態では、タンパク質失活工程後、AFM検出工程前に、ヌクレアーゼ処理工程を行っているので、ひげ状に遊離したDNA鎖のないDNA複合体をAFMにより観察できる。
【0070】
(実施形態3)
次いで、第3の実施の形態について説明する。なお、上記実施形態1または実施形態2と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
本実施形態では、DNA−タンパク質複合体形成工程において、ATP-γSの代わりにATPを用いて反応させる点が、上記実施形態1と異なる。それ以外は、基本的に上記実施形態1と同様である。
【0071】
具体的に説明すると、ターゲットDNA(二本鎖DNA)として、上記実施形態1と同様に、pSP64poly(A)DNAを制限酵素RsaIで3つのDNA断片に切断し、このうちの最も大きいDNA断片(約1.9kbp)を精製した。また、プローブDNA(一本鎖DNA)として、上記実施形態1でも利用した900merの第4プローブDNAを用意した。また、上記実施形態1と同様に、組換えタンパク質として、大腸菌(Escherichia coli)のRecAタンパク質を、ヌクレアーゼとして、大腸菌(Escherichia coli)のエキソヌクレアーゼI(ExonucleaseI)を用意した。また、緩衝液として、酢酸マグネシウム及び酢酸トリスからなるものを用意した。なお、上記のように、本実施形態では、ヌクレオシド三リン酸またはその類似体として、ATPを用意した。
【0072】
そして次に、DNA−タンパク質複合体形成工程において、上記実施形態1と同様にして、ターゲットDNAと、プローブDNAと、大腸菌(Escherichia coli)のRecAタンパク質と、大腸菌(Escherichia coli)のエキソヌクレアーゼI(ExonucleaseI)とを反応させて、ターゲットDNAのうち、一方のDNA鎖の5'末端を含む末端包含領域に、プローブDNA、少なくとも大腸菌(Escherichia coli)のRecAタンパク質が関与した状態で結合してなるDNA−タンパク質複合体を形成した。即ち、ATP-γSの代わりにATPを用いた以外は、上記実施形態1と同様な反応を行って、DNA−タンパク質複合体を形成した。
【0073】
次に、AFM検出工程において、上記実施形態1と同様にして、原子間力顕微鏡により、DNA複合体を観察した。その結果を図21に示す。また、図21の写真を模式的に示したものを図22に示す。
図21及び図22に示したように、原子間力顕微鏡により、ターゲットDNAと第4プローブDNAのDNA複合体を観察することができた。なお、図中では、2つのDNA複合体が観察されている。このDNA複合体は、上記実施形態1と同様に、ターゲットDNAのうちプローブDNAと相補的な領域に、プローブDNAが結合している。上記実施形態1では、図15及び図16に示したように、ターゲットDNAの一部(プローブDNAが結合した部分)は、二本鎖DNAがほどけて一本鎖の状態となっている(ひげ状に遊離している)。これに対し、本実施形態では、およそ100個のDNA複合体を観察したが、図21及び図22に示すように、ひげ状の部分を持つDNA複合体は観察されなかった。なお、観察されたDNA複合体の長さは、ターゲットDNAの長さと同じであった。即ち、上記実施形態2と同様な結果が得られた。この理由としては、DNA−タンパク質複合体形成工程中に、ATPが生化学的に分解され、RecAタンパク質がひげ状に遊離した一本鎖DNAから外れて、一本鎖DNAがヌクレアーゼにより分解されてなくなったものと考えられる。
【0074】
以上で説明したように、本実施形態においても、DNA複合体を可視化して確認できるので、DNA複合体の構造や形態なども調べることができるなど、上記実施形態1または2と同様な効果を得ることができる。また、本実施形態では、DNA−タンパク質複合体形成工程において、ATP-γSの代わりにATPを用いているため、ひげ状に遊離したDNA鎖のないDNA複合体をAFMにより観察できる。
【0075】
(実施形態4)
次いで、第4の実施の形態について説明する。なお、上記実施形態1〜実施形態3のいずれかと同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
本実施形態では、DNA−タンパク質複合体形成工程において、ATP-γSの代わりにGTPを用いて反応させる点が、上記実施形態1と異なる。それ以外は、基本的に上記実施形態1と同様である。
【0076】
具体的に説明すると、ターゲットDNA(二本鎖DNA)として、上記実施形態1と同様に、pSP64poly(A)DNAを制限酵素RsaIで3つのDNA断片に切断し、このうちの最も大きいDNA断片(約1.9kbp)を精製した。また、プローブDNA(一本鎖DNA)として、上記実施形態1でも利用した900merの第4プローブDNAを用意した。また、上記実施形態1と同様に、組換えタンパク質として、大腸菌(Escherichia coli)のRecAタンパク質を、ヌクレアーゼとして、大腸菌(Escherichia coli)のエキソヌクレアーゼI(ExonucleaseI)を用意した。また、緩衝液として、酢酸マグネシウム及び酢酸トリスからなるものを用意した。なお、上記のように、本実施形態では、ヌクレオシド三リン酸またはその類似体として、GTPを用意した。
【0077】
そして次に、DNA−タンパク質複合体形成工程において、上記実施形態1と同様にして、ターゲットDNAと、プローブDNAと、大腸菌(Escherichia coli)のRecAタンパク質と、大腸菌(Escherichia coli)のエキソヌクレアーゼI(ExonucleaseI)とを反応させて、ターゲットDNAのうち、一方のDNA鎖の5'末端を含む末端包含領域に、プローブDNA、少なくとも大腸菌(Escherichia coli)のRecAタンパク質が関与した状態で結合してなるDNA−タンパク質複合体を形成した。即ち、ATP-γSの代わりにGTPを用いた以外は、上記実施形態1と同様な反応を行って、DNA−タンパク質複合体を形成した。
【0078】
次に、AFM検出工程において、上記実施形態1と同様にして、原子間力顕微鏡により、DNA複合体を観察した。その結果を図23に示す。また、図23の写真を模式的に示したものを図24に示す。
図23及び図24に示したように、原子間力顕微鏡により、ターゲットDNAと第4プローブDNAのDNA複合体を観察することができた。なお、図中では、2つのDNA複合体が観察されている。このDNA複合体は、上記実施形態1と同様に、ターゲットDNAのうちプローブDNAと相補的な領域に、プローブDNAが結合している。上記実施形態1では、図15及び図16に示したように、ターゲットDNAの一部(プローブDNAが結合した部分)は、二本鎖DNAがほどけて一本鎖の状態となっている(ひげ状に遊離している)。これに対し、本実施形態では、およそ100個のDNA複合体を観察したが、図23及び図24に示すように、ひげ状の部分を持つDNA複合体は観察されなかった。なお、観察されたDNA複合体の長さは、ターゲットDNAの長さと同じであった。即ち、上記実施形態2及び実施形態3と同様な結果が得られた。この理由としては、上記実施形態3の場合と同様に、DNA−タンパク質複合体形成工程中に、GTPが生化学的に分解され、RecAタンパク質がひげ状に遊離した一本鎖DNAから外れて、一本鎖DNAがヌクレアーゼにより分解されてなくなったものと考えられる。
【0079】
以上で説明したように、本実施形態においても、DNA複合体を可視化して確認できるので、DNA複合体の構造や形態なども調べることができるなど、上記実施形態1〜3と同様な効果を得ることができる。また、本実施形態では、DNA−タンパク質複合体形成工程において、ATP-γSの代わりにGTPを用いているため、ひげ状に遊離したDNA鎖のないDNA複合体をAFMにより観察できる。
【0080】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【0081】
【発明の効果】
本発明によれば、二本鎖DNAと一本鎖DNAが結合したDNA複合体を可視化して検出できる。
【0082】
【配列表】
<110> 株式会社アイシン・コスモス研究所
AISIN COSMOS R&D CO.,LTD
財団法人かずさディー・エヌ・エー研究所
Kazusa DNA Research Institute
<120> 核酸検出方法
<130> 2002AICO01
<160> 6
<210> 1
<211> 150
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> pSP64poly(A)+ DNAの塩基配列を参考にして合成
<400> 1
tgttgtgcaa aaaagcggtt agctccttcg gtcctccgat cgttgtcaga agtaagttgg ccgcagtgtt atcactcatg gttatggcag cactgcataa ttctcttact gtcatgccat ccgtaagatg cttttctgtg actggtgagt 150
<210> 2
<211> 24
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> pSP64poly(A)+ DNAの塩基配列を参考にして合成
<400> 2
gccgggaagc tagagtaagt agtt 24
<210> 3
<211> 24
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> pSP64poly(A)+ DNAの塩基配列を参考にして合成
<400> 3
actcaccagt cacagaaaag catc 24
<210> 4
<211> 24
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> pSP64poly(A)+ DNAの塩基配列を参考にして合成
<400> 4
gttttaaatc aatctaaagt atat 24
<210> 5
<211> 24
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> pSP64poly(A)+ DNAの塩基配列を参考にして合成
<400> 5
ggtggcctaa ctacggctac acta
<210> 6
<211> 24
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> pSP64poly(A)+ DNAの塩基配列を参考にして合成
<400> 6
tcgtgcgctc tcctgttccg accc 24
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態1に関し、DNA複合体の形成について示す説明図である。
【図2】 実施形態1に関し、ゲル濾過したターゲットDNAを電気泳動した結果を示す図面に代わる写真である。
【図3】 実施形態1に関し、第2〜第5プローブDNAを調製するためのPCR産物をそれぞれ電気泳動した結果を示す図面に代わる写真である。
【図4】 実施形態1に関し、ターゲットDNAと第3プローブDNAを原子間力顕微鏡で観察した様子を示す図面に代わる写真である。
【図5】 実施形態1に関し、図4の写真を模式的に示した説明図である。
【図6】 実施形態1に関し、様々な反応条件でDNA複合体を形成したものについて電気泳動した結果を示す図面に代わる写真である。
【図7】 実施形態1に関し、様々なプローブDNAでDNA複合体を形成したものについて電気泳動した結果を示す図面に代わる写真である。
【図8】 実施形態1に関し、精製した様々なDNA複合体を電気泳動した結果を示す図面に代わる写真である。
【図9】 実施形態1に関し、第1プローブDNAを用いて形成されたDNA複合体を原子間力顕微鏡で観察した様子を示す図面に代わる写真である。
【図10】 実施形態1に関し、図9の写真を模式的に示した説明図である。
【図11】 実施形態1に関し、第2プローブDNAを用いて形成されたDNA複合体を原子間力顕微鏡で観察した様子を示す図面に代わる写真である。
【図12】 実施形態1に関し、図11の写真を模式的に示した説明図である。
【図13】 実施形態1に関し、第3プローブDNAを用いて形成されたDNA複合体を原子間力顕微鏡で観察した様子を示す図面に代わる写真である。
【図14】 実施形態1に関し、図13の写真を模式的に示した説明図である。
【図15】 実施形態1に関し、第4プローブDNAを用いて形成されたDNA複合体を原子間力顕微鏡で観察した様子を示す図面に代わる写真である。
【図16】 実施形態1に関し、図15の写真を模式的に示した説明図である。
【図17】 実施形態1に関し、第5プローブDNAを用いて形成されたDNA複合体を原子間力顕微鏡で観察した様子を示す図面に代わる写真である。
【図18】 実施形態1に関し、図17の写真を模式的に示した説明図である。
【図19】 実施形態2に関し、DNA複合体を原子間力顕微鏡で観察した様子を示す図面に代わる写真である。
【図20】 実施形態2に関し、図19の写真を模式的に示した説明図である。
【図21】 実施形態3に関し、DNA複合体を原子間力顕微鏡で観察した様子を示す図面に代わる写真である。
【図22】 実施形態3に関し、図21の写真を模式的に示した説明図である。
【図23】 実施形態4に関し、DNA複合体を原子間力顕微鏡で観察した様子を示す図面に代わる写真である。
【図24】 実施形態3に関し、図23の写真を模式的に示した説明図である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a nucleic acid detection method for detecting a DNA complex formed by binding double-stranded DNA and single-stranded DNA.
[0002]
[Prior art]
  Conventionally, a method for forming a complex containing double-stranded DNA and single-stranded DNA is known. Specifically, a target DNA (double-stranded DNA) is prepared, and a probe DNA (single-stranded DNA) having a base sequence complementary to a partial base sequence of one of the DNA strands of the target DNA is prepared. . Next, these DNA and Escherichia coli (Escherichia coli) RecA protein is mixed and kept warm for a sufficient time. As a result, a DNA-protein complex composed of the target DNA, the probe DNA, and the RecA protein is formed. Specifically, first, the RecA protein binds to the probe DNA to form a probe DNA-RecA protein complex. Subsequently, the probe DNA-RecA protein complex binds to the target DNA, and a DNA-protein complex having a triplex forming region is formed. At this time, the probe DNA is considered to bind to a region consisting of a base sequence complementary to the probe DNA in the target DNA with the RecA protein involved. The DNA-protein complex in this state is relatively stable.
[0003]
  However, when this DNA-protein complex is added with sodium dodecyl sulfate (SDS) or a proteolytic enzyme (for example, proteinase K) and incubated for a sufficient period of time to inactivate the RecA protein, the DNA-protein complex Not only is the RecA protein removed, but the binding between the target DNA and the probe DNA is also eliminated. That is, the structure of the DNA-protein complex was stably maintained only in the presence of the RecA protein, and a stable DNA complex could not be formed without the RecA protein. In a field such as genetic engineering, when a DNA complex is to be used, a complex in a state where the RecA protein is bound receives many limitations due to the presence of the RecA protein, and the range of use becomes narrow. Thus, development of a method for forming a DNA complex capable of maintaining a stable structure even in the absence of such a protein has been awaited.
[0004]
  In order to solve such a problem, the present applicant has found a method for forming a DNA complex that can maintain a stable state despite the fact that the complex does not contain a protein (see Patent Document 1). That is, a linear single-stranded DNA comprising a linear double-stranded DNA and a base sequence substantially complementary to the base sequence starting from the base near the 5 ′ end of one of the double-stranded DNAs. Prepare double-stranded DNA. Next, these DNA and Escherichia coli (Escherichia coli) RecA protein, and then E. coli (Escherichia coli) Exonuclease I) and incubate for sufficient time. As a result, a relatively stable DNA-protein complex including at least double-stranded DNA, single-stranded DNA, and RecA protein is formed. The DNA-protein complex thus formed can form a stable DNA complex even if the recombinant protein and nuclease are subsequently inactivated. That is, it is possible to form a DNA complex that can maintain a stable state despite the fact that no protein is contained in the complex.
[Problems to be solved by the invention]
  For example, if a single-stranded DNA is labeled in advance, such a DNA complex is labeled. Therefore, the presence of the DNA complex can be confirmed by a technique applying Southern hybridization.
  However, since the DNA complex could not be visualized and confirmed conventionally, the structure and form of the DNA complex could not be examined. In addition, since a technique using Southern hybridization detects a population (bulk) of DNA complexes, the DNA complex cannot be reliably detected when the amount of the sample is small. Moreover, there existed problems, such as requiring time for a detection.
[0005]
  The present invention has been made in view of the present situation, and an object thereof is to provide a nucleic acid detection method capable of visualizing and detecting a DNA complex in which double-stranded DNA and single-stranded DNA are bound.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  The solution is a linear double-stranded DNA, a base sequence starting from the base near the 5 'end of one of the double-stranded DNAs.,phaseLinear single-stranded DNA containing a complementary base sequence,It is RecA protein of Escherichia coliRecombinant protein and E. coli (Escherichia coli) ExonucleaseIA certain nuclease is reacted, and the above-mentioned double-stranded DNA has the complementary base sequence of the single-stranded DNA in the near-terminal inclusion region including the vicinity of the 5 ′ end of the one DNA strand. A DNA-protein complex forming step in which a complementary region forms a DNA-protein complex formed by binding in a state where at least the recombinant protein is involved; and the recombinant protein and the nuclease are inactivated, A protein deactivation step for forming a DNA complex formed by binding the complementary region of the single-stranded DNA to a region near the end of the single-stranded DNA, and AFM detection for detecting the DNA complex by an atomic force microscope And a processIn the DNA-protein complex forming step, ATP-γS is added, and after the protein deactivation step and before the AFM detection step, a nuclease treatment step for reacting the DNA complex with the nuclease is provided.This is a method for detecting a nucleic acid.
[0007]
  According to the present invention, in the DNA-protein complex formation step, a DNA-protein complex is formed from double-stranded DNA, single-stranded DNA, recombinant protein, and nuclease. Then, in the protein inactivation step, when the recombinant protein and nuclease are inactivated, a DNA complex in which the complementary region of the single-stranded DNA is bound to the region near the end of the double-stranded DNA can be formed. Such a DNA complex is stable without being dissociated even if a certain amount of heat is applied even if there is no special protein or the like (for example, the RecA protein described above) for stabilizing the structure. Can be maintained. Thereafter, in the AFM detection step, this DNA complex is detected by an atomic force microscope (AFM).
[0008]
  If the DNA complex is detected by such a method, the DNA complex can be visualized and confirmed, so that the structure and form of the DNA complex can also be examined. Moreover, since each DNA complex is visualized, the DNA complex can be reliably detected even if the amount of the sample is small. Furthermore, as compared with the technique applying Southern hybridization, it is not necessary to label a part of DNA, and it is not necessary to perform electrophoresis of the DNA complex or to dry the gel. It takes less time.
  In addition, the binding region of double-stranded DNA and single-stranded DNA may be formed not only in the inclusion region near one end of double-stranded DNA, but also in the inclusion region near both ends of double-stranded DNA. Is possible.
  In view of availability, safety, and functionality, it is preferable to use a RecA protein derived from E. coli.
  In addition, in the DNA-protein complex formation step, if ATP-γS is added and reacted, a DNA protein complex can be formed more efficiently. As a result, a DNA complex can be formed more efficiently.
  In addition, when ATP-γS is added in the DNA-protein complex formation step to form a DNA protein complex, a DNA complex is formed in which part of one of the double-stranded DNA strands is released in a whisker-like manner. Sometimes. In contrast, in the present invention, since the DNA complex and nuclease are reacted after the protein deactivation step and before the AFM detection step, the DNA released in a whisker-like manner is degraded by the nuclease. Accordingly, a DNA complex having no free beard-like portion can be observed by AFM.
[0009]
  Here, the binding form of the DNA conjugate is not limited as long as the complementary region of the single-stranded DNA is bound to the inclusion region near at least one end of the double-stranded DNA. That is, the double-stranded DNA and the single-stranded DNA do not necessarily have to have a specific structure such as a Watson-Crick base pair or a Hoogsteen-type base pair. What is necessary is just to be couple | bonded by some specific interaction between the region near the end and the complementary region of the single-stranded DNA.
[0010]
  Any double-stranded DNA may be used as long as it is linear. That is, it may consist of any base sequence, and theoretically there is no upper limit to their chain length. Therefore, for example, it may be a huge DNA having the full length of the human genome called 3000 Mbp. Of course, the origin of double-stranded DNA is not questioned. Therefore, even if it is DNA derived from the genome of viruses, microorganisms, animals and plants or modified DNA thereof, even plasmid DNA etc. possessed by microorganisms, chimeric DNA obtained by inserting a heterologous DNA fragment into plasmid DNA, etc. Alternatively, it may be an artificially synthesized oligonucleotide or the like.
[0011]
  Single-stranded DNA is any linear DNA that includes a base sequence starting from the base near the 5 'end of one of the double-stranded DNA and a substantially complementary base sequence. It may be used. That is, any base sequence may be used as long as this condition is satisfied, and there is theoretically no upper limit to their chain length. Moreover, the origin is also not asked. These points are the same as the double-stranded DNA.
[0012]
ComplementaryThe degree is generally required to have approximately 70-80% or more complementarity, and more preferably approximately 100% complementarity. This is because the higher the complementarity, the more stable DNA complex can be formed. However, the required degree of complementarity varies slightly depending on the length of the complementary region. In addition, even if the complementarity of the entire complementary region is the same (for example, 70%), the complementary region has almost the same complementarity (70%). (For example, 90%) and a low region (for example, 50%) are unevenly distributed.
[0013]
  In addition, since single-stranded DNA only needs to contain a complementary region, even if the entire single-stranded DNA consists of a complementary region, or another base sequence is added to the complementary region. It may be the one that was made. However, it is preferable that the entire single-stranded DNA consists of complementary regions because a more stable DNA complex can be easily formed.
  The single-stranded DNA must contain a base sequence that is substantially complementary to the “base sequence starting from the base near the end” of one of the double-stranded DNAs as follows. For a reason. That is, when the single-stranded DNA is complementary only to the base sequence other than the vicinity of the end of one DNA strand of the double-stranded DNA (for example, the base sequence near the center), a DNA-protein complex formation step Can form a stable DNA-protein complex, but if the protein is deactivated in the protein deactivation process, the double-stranded DNA and the single-stranded DNA are dissociated, and a stable DNA complex cannot be obtained. It is.
[0014]
  Similarly, the single-stranded DNA must contain a base sequence that is substantially complementary to the base sequence starting from the base “near the 5 ′ end” of one of the double-stranded DNAs. For a reason. That is, when the single-stranded DNA is complementary only to the base sequence “near the 3 ′ end” of one of the double-stranded DNAs, a stable DNA- This is because a protein complex can be formed, but when the protein is inactivated, the double-stranded DNA and the single-stranded DNA are dissociated, and a stable DNA complex cannot be obtained.
[0015]
[0016]
[0017]
[0018]
  The DNA-protein complex formation step is preferably performed in a buffer in the presence of nucleoside triphosphate or an analog thereof. This is because a stable DNA-protein complex can be formed efficiently.
  The buffer solution can be appropriately changed depending on the recombinant protein and nuclease to be used in order to obtain optimum reaction conditions. For example, use a Tris buffer with a pH adjusted to about 4.0 to 9.0, more preferably about 7.0 to 8.0 with tris (tris (hydroxymethyl) aminomethane) and a suitable acid such as acetic acid or hydrochloric acid. That's fine. The buffer is generally used at about 10-100 mM, preferably about 30 mM.
[0019]
  Examples of nucleoside triphosphates or analogs thereof include adenosine 5′-triphosphate (ATP), guanosine 5′-triphosphate (GTP), UTP, CTP, and adenosine (γ-thio) -triphosphate. (ATP-γS), guanosine (γ-thio) -triphosphate (GTP-γS), dATP, dUTP, dCTP, and the like. They can also be used in combination with nucleoside diphosphates (eg ADP). These nucleoside triphosphates and the like are used at 0.1 to 10 mM, preferably about 5 mM.
[0020]
  The concentration of the nucleic acid (double-stranded DNA and single-stranded DNA) in the reaction solution may be any concentration that can sufficiently dissolve the nucleic acid, and can be changed as appropriate. The ratio of single-stranded DNA to double-stranded DNA is preferably about 1 to 100 times in molar ratio. In addition, the recombinant protein is preferably added so as to correspond to one molecule per three bases of single-stranded DNA. However, the optimal amount varies slightly depending on the recombinant protein used. The nuclease is preferably added in an amount of about 1 unit per 1 μg of double-stranded DNA. However, the optimum amount also varies slightly depending on the nuclease used.
  The reaction solution prepared as described above can form a DNA-protein complex by incubating at 4 to 60 ° C., preferably about 37 ° C., for 5 minutes or longer, generally about 30 to 60 minutes.
[0021]
  In this step, in addition to the method of adding all the components to the reaction solution as described above and keeping the temperature constant for a certain period of time, the following method may be employed. That is, first, double-stranded DNA, single-stranded DNA and recombinant protein are added to a buffer containing nucleoside triphosphate and the like, and kept at 4 to 60 ° C., preferably about 37 ° C. for several minutes or more. Incubate for about 10 minutes. Thereafter, a nuclease is added to the reaction solution, and the mixture is further kept at 4 to 60 ° C., preferably about 37 ° C., for 5 minutes or longer, generally about 30 minutes.
[0022]
  When reacted by such a method, a particularly stable DNA-protein complex can be formed. The reason for this is that exonuclease I and the like are originally enzymes that cleave single-stranded DNA from the end, so that when added to the reaction solution from the beginning, the single-stranded DNA may be scraped. However, when exonuclease I or the like is added later in this way, the single-stranded DNA is less likely to be cleaved because the recombinant protein is first bound to the single-stranded DNA and protected from exonuclease I. This is because it is considered that a stable DNA-protein complex can be formed.
[0023]
  In order to inactivate the protein in the protein deactivation step, a chelating agent (for example, ethylenediaminetetraacetic acid), sodium dodecyl sulfate (SDS), or a proteolytic enzyme (for example, proteinase K) is added to the reaction solution. ) Or after a combination of these treatments, for example, it may be kept at about 37 ° C. for 10 minutes or more. In order to recover only the DNA complex from the reaction solution thus obtained, a method of recovering by appropriate column chromatography after deproteinization treatment by solvent extraction with phenol, chloroform or the like, or ethanol precipitation The method of precipitating DNA may be used once.
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]
[0028]
  Furthermore, the acid detection method according to any one of the above, wherein the nucleic acid detection method is characterized in that nucleoside triphosphate is added in the DNA-protein complex formation step.
[0029]
  Thus, in the DNA-protein complex formation step, if a nucleoside triphosphate such as ATP is added and reacted, a DNA protein complex can be formed more efficiently. As a result, a DNA complex can be formed more efficiently.
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
  Furthermore, the nucleic acid detection method according to any one of the above, wherein the single-stranded DNA has a nucleotide sequence of 60 mer or more.
[0035]
  Single-stranded DNA can bind to double-stranded DNA to form a DNA complex even if its chain length is short. However, if the single-stranded DNA is short, specifically, shorter than 60 mer, it is difficult to distinguish the double-stranded DNA from the DNA complex when observed with an atomic force microscope. That is, it becomes more difficult to detect the DNA complex.
  In contrast, in the present invention, single-stranded DNA having a base sequence of 60 mer or more is used. Therefore, the DNA complex can be detected more reliably when observed with an atomic force microscope.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  First, target DNA (double-stranded DNA) is prepared (see FIG. 1). FIG. 1 schematically shows the formation of a DNA complex. In this embodiment, pSP64poly (A) DNA (Promega) (3030 bp) is cleaved into three DNA fragments (1892 bp, 676 bp and 462 bp DNA fragments) with the restriction enzyme RsaI, and the largest DNA fragment (about 1.9 kbp). ) As the target DNA. Specifically, pSP64poly (A) DNA was cleaved with the restriction enzyme RsaI, and the target DNA fragment was separated and purified using gel filtration. For gel filtration, S-1000 Sephacryl (Amersham Marmacia Co., Ltd.) was used, and TE Buffer (10 mM Tris-HCl, pH 7.0, 1 mM EDTA, 1.5 M NaCl) was used as an elution buffer on a 100 cm open column. went. 2 ml of the eluted DNA sample solution was collected at a rate of 1 mL / min. Then, a part of each collected sample was confirmed by electrophoresis. The result is shown in FIG.
[0037]
  As is clear from FIG. 2, almost no signal was detected around lanes 1 and 2. In addition, in lanes 3 to 20, a signal derived from the largest DNA fragment of about 1.9 kbp was mainly confirmed. In addition, in lanes 21 to 27, the signal derived from the second largest DNA fragment of about 0.7 kbp was mainly confirmed, together with the signal derived from the largest fragment of about 1.9 kbp. In addition, in lanes 28 to 29, signals derived from the second largest DNA fragment of about 0.7 kbp were mainly confirmed. In Lanes 30 to 37, a signal derived from the second largest DNA fragment of about 0.7 kbp and a signal derived from the smallest DNA fragment of about 0.5 kbp were mainly confirmed. Based on these results, the samples used in lanes 3 to 20 were used as the target DNA.
[0038]
  Next, probe DNA (single-stranded DNA) is prepared (see FIG. 1). In this embodiment, five types of probe DNAs having different lengths, that is, a first probe DNA of 150mer, a second probe DNA of 300mer, a third probe DNA of 600mer, a fourth probe DNA of 900mer, and a first probe DNA of 1200mer. Five probe DNAs were prepared. Specifically, the shortest first probe DNA was prepared as oligonucleotide 1 by DNA synthesis. On the other hand, the 2nd probe DNA-the 5th probe DNA were prepared using PCR reaction. The PCR reaction was carried out using 600 ng of pSP64poly (A) DNA (Promega) as a template in 50 μl of PCR reaction solution, 0.5 mM (final concentration) forward primer DNA and 0.5 mM (final concentration) reverse primer DNA. , 0.25 unit TaKaRa Taq (Takara Bio Inc.), 0.2 mM dGTP, 0.2 mM dATP, 0.2 mM dTTP, 0.2 mM dCTP were mixed with 10 mM Tris-HCl buffer (pH 8.3), 50 mM KCl, 1.5 mM MgCl2. . The PCR reaction was performed under the conditions of 1 cycle (94 ° C., 2 min), 30 cycles (94 ° C., 30 sec-60 ° C., 30 sec-74 ° C., 60 sec), 1 cycle (74 ° C., 7 min-4 ° C., 1 min). . Thereafter, a dye solution was added to the PCR reaction solution, and electrophoresis was performed on a 1% agarose gel. After electrophoresis, the agarose gel was stained with ethidium bromide and a photograph of the electrophoresis gel was recorded. The results are shown in lanes 1 to 4 in FIG.
[0039]
  For the second probe DNA, oligonucleotide 2 was used as the forward primer DNA and oligonucleotide 3 was used as the reverse primer DNA. In the third probe DNA, oligonucleotide 4 was used as the forward primer DNA, and oligonucleotide 3 was used as the reverse primer DNA. In the fourth probe DNA, oligonucleotide 5 was used for the forward primer DNA and oligonucleotide 3 was used for the reverse primer DNA. In the fifth probe DNA, oligonucleotide 6 was used as the forward primer DNA and oligonucleotide 3 was used as the reverse primer DNA. Oligonucleotide 1 to oligonucleotide 6 are all composed of a sequence that is 100% complementary to pSP64poly (A) DNA. In addition, biotin was added to the 5 ′ end of the oligonucleotide 3 in order to prepare a single-stranded probe DNA later.
[0040]
Oligonucleotide 1:
5'-tgttgtgcaaaaaagcggttagctccttcggtcctccgatcgttgtcagaagtaagttggccgcagtgttatcactcatggttatggcagcactgcataattctcttactgtcatgccatccgtaagatgcttttctgtgactggtgagt-3 '
Oligonucleotide 2:
5'-gccgggaagctagagtaagtagtt-3 ’
Oligonucleotide 3:
5'-actcaccagtcacagaaaagcatc-3 ’
Oligonucleotide 4:
5'-gttttaaatcaatctaaagtatat-3 ’
Oligonucleotide 5:
5'-ggtggcctaactacggctacacta-3 ’
Oligonucleotide 6:
5'-tcgtgcgctctcctgttccgaccc-3 '
[0041]
  As is clear from FIG. 3, in lane 1, a signal derived from a 300 bp target DNA fragment was strongly detected. In lane 2, a signal derived from a 600 bp target DNA fragment was strongly detected. In lane 3, a signal derived from the 900 bp target DNA fragment was strongly detected. In lane 4, a signal derived from a 1200 bp target DNA fragment was strongly detected.
[0042]
  Next, the target PCR product was separated and purified from the PCR reaction solution used in Lane 1 by gel filtration. Gel filtration was performed on a 20 cm open column using S-400 Sephacryl (Amersham Marmacia Co., Ltd.) and TE Buffer (10 mM Tris-HCl, pH 7.0, 1 mM EDTA, 1.5 M NaCl) as the eluent. It was. Thereafter, a dye solution was added to the purified DNA solution, and electrophoresis was performed on a 1% agarose gel. After the electrophoresis, the agarose gel was stained with ethidium bromide, and a photograph of the electrophoresis gel was recorded. Similarly, the target PCR products were separated and purified from the PCR reaction solutions used in lanes 2 to 4 by gel filtration, and electrophoresis was performed. The results are shown in lanes 5 to 8 in FIG.
[0043]
  As is clear from FIG. 3, in lane 5, a signal derived from the target DNA fragment of 300 bp was strongly detected, and other signals were decreased as compared with lane 1. Further, in lane 6, a signal derived from the 600 bp target DNA fragment was strongly detected, and other signals were decreased as compared with lane 2. In lane 7, a signal derived from the 900 bp target DNA fragment was strongly detected, and other signals were decreased from those in lane 3. Further, in lane 8, a signal derived from a 1200 bp target DNA fragment was strongly detected, and other signals were decreased from those in lane 4. Therefore, by subjecting the PCR reaction solution to gel filtration, the target PCR product could be separated and purified with higher purity.
[0044]
  Next, single-stranded probe DNA (second probe DNA to fifth probe DNA) was prepared from each PCR product that was double-stranded. Specifically, 125 ul (10 ug / ul) of Dynabeads Streptavidin (DYNAL) was washed once with 500 ul of 6XSSC buffer using a magnetic stand and suspended in 125 ul of 6XSSC buffer. The supernatant was removed, and 50 ul of PCR amplification product that had been purified by gel filtration diluted in 125 ul of 6XSSC buffer was mixed therewith. The binding reaction between the PCR product and Dynabeads Streptavidin was performed at room temperature for 60 minutes. After removing the supernatant using a magnet stand, it was washed 3 times with 500 ul of 6XSSC buffer and once with 250 ul of 1XSSC buffer to remove unreacted PCR product. For denaturation of single-stranded DNA, 100ul of NaOH (0.15M) was added and reacted at room temperature for 10 minutes, and the supernatant was transferred to a new tube using a Magnet stand. 11ul 10XTE buffer (pH7.5), 6.5ul Acetic scid (1.25M) was added thereto, and ethanol precipitation was performed to concentrate and recover single-stranded DNA.
[0045]
  The first probe DNA consists of a 150-mer base sequence that is 100% complementary to a 150-mer base sequence starting from the 5′-end base of one DNA strand of the target DNA. The second probe DNA consists of a 300-mer base sequence that is 100% complementary to a 300-mer base sequence starting from the 5′-end base of one DNA strand of the target DNA. The third probe DNA is composed of a 600mer base sequence that is 100% complementary to a 600mer base sequence starting from the 5 ′ end base of one DNA strand of the target DNA. The fourth probe DNA consists of a 900-mer base sequence that is 100% complementary to a 900-mer base sequence starting from the 5′-end base of one DNA strand of the target DNA. The fifth probe DNA is composed of a 1200mer base sequence starting from the 5 ′ end base of one DNA strand of the target DNA and a 1200mer base sequence which is 100% complementary.
[0046]
  Here, the prepared double-stranded target DNA and single-stranded probe DNA were observed with an atomic force microscope (AFM). The procedure for preparing the AFM specimen was as follows. First, magnesium chloride is added to a DNA solution containing double-stranded target DNA and single-stranded third probe DNA to a final concentration of 10 mM, and 50 μl is dropped onto a fresh surface immediately after cleavage of a 10 mm square mica substrate. And allowed to stand at room temperature for 5 minutes. Next, this was washed with 5 ml of sterilized water, water was blown off with nitrogen gas, and further dried under vacuum at 40 ° C. for 15 minutes. This specimen was observed with an atomic force microscope. DNA visualization conditions were measured in the tapping mode using a silicon single crystal cantilever (D-NCH-10V) with the sample prepared above set on a scanning probe microscope (Nanoscope IIIa) (Degital Instruments). did. The scan range was 0.5-2 μm in the XY direction and 2 nm in the height (Z-axis) direction. DNA length was measured using NIHimage, a freeware. The result is shown in FIG. Moreover, what showed the photograph of FIG. 4 typically is shown in FIG.
[0047]
  As apparent from FIG. 4, according to the atomic force microscope, it was possible to reliably observe the state in which each double-stranded DNA of about 1.9 kbp was linearly present (left side in the figure). In addition, the presence of the 600-mer single-stranded third probe DNA was reliably observed for each molecule (upper right in the figure). In single-stranded DNA, thickened and granular parts can be seen in some places. This is because single-stranded DNA has a higher order structure by binding complementary sequences within the same molecule. This is probably because of this. In addition, in this observation with an atomic force microscope, it was found that the presence of at least about 100 mer can be sufficiently confirmed.
[0048]
  Next, E. coli (Escherichia coli) RecA protein, and also E. coli (as nuclease)Escherichia coliExonuclease I) was prepared. Further, ATP-γS was prepared as a nucleoside triphosphate or an analog thereof, and a buffer consisting of magnesium acetate and tris acetate was prepared.
[0049]
  Next, in the DNA-protein complex formation step, target DNA, probe DNA, E. coli (Escherichia coli) RecA protein and E. coli (Escherichia
coli) Exonuclease I (Exonuclease I) in the target DNA, the probe DNA, at least E. coli (at least one of the target DNAs) is included in the terminal inclusion region including the 5 ′ end of one of the DNA strands.Escherichia coliTo form a DNA-protein complex (see FIG. 1). Specifically, 1 pmol of probe DNA, 3.0 μg of RecA protein, 4 units of Exonuclease I, 4.8 mM ATP-γS, 600 ng of target DNA in 20 mM magnesium acetate, 30 mM Tris acetate (pH 7.2) And kept at 37 ° C. for 30 minutes. In this reaction, first, the RecA protein binds to the probe DNA to form a probe DNA-RecA protein complex. Subsequently, this probe DNA-RecA protein complex binds to the target DNA to form a DNA-protein complex. In this case, in this DNA-protein complex, it is considered that the probe DNA binds to a region (terminal region) consisting of a base sequence complementary to the probe DNA in the target DNA with at least the RecA protein involved. Exonuclease I is considered to act on the stabilization of this DNA-protein complex. Such a DNA-protein complex is relatively stable.
[0050]
  Next, in the protein deactivation step, the recombinant protein and the nuclease are deactivated to form a DNA complex in which the probe DNA is bound to the inclusion region near the end of the target DNA (see FIG. 1). Specifically, 0.5% (W / Vol) SDS and 0.7 mg / ml proteinase K were added to the above reaction solution and incubated at 37 ° C. for 60 minutes to inactivate RecA protein and exonuclease I (removal). Did protein). As a result, a DNA complex is formed by binding the probe DNA to the inclusion region near the end of the target DNA. Such a DNA complex does not require a special protein or the like in order to maintain its structure, and can maintain a stable state even when a little heat is applied.
[0051]
  Here, an experiment for confirming the formation of the DNA complex was performed. That is, the dye solution was added to the reaction solution after the protein deactivation step, and electrophoresis was performed on a 1% agarose gel. After electrophoresis, the gel was stained with ethidium bromide and a photograph of the electrophoresis gel was recorded. The result is shown in lane 5 of FIG. In this lane 5, each of the above reactions was performed using a 600-mer third probe DNA as the probe DNA.
[0052]
  Looking at lane 5 in FIG. 6, three signals were detected as indicated by arrows A, B, and C in the figure. Of these, the signal at the position indicated by arrow A is considered to be derived from the DNA complex due to its size. On the other hand, the signal at the position indicated by arrow B is considered to be derived from the target DNA that does not form a DNA complex because of its size. Further, the signal at the position indicated by the arrow C is considered to be derived from the probe DNA that does not form a DNA complex because of its size.
[0053]
  Next, a comparative experiment whose result is shown in FIG. 6 will be described.
  Lane 1 shows the result of performing the same reaction as Lane 5 except that RecA protein was not added in the above-described DNA-protein complex formation step.
  Lane 2 shows the result of performing the same reaction as Lane 5 except that ATP-γS was not added in the DNA-protein complex formation step described above.
  Lane 3 shows the result of performing the same reaction as Lane 5 except that RecA protein and ATP-γS were not added in the above-described DNA-protein complex formation step.
  Lane 4 shows the result of performing the same reaction as in Lane 5 except that the reaction time (30 minutes in Lane 5) of the above-described DNA-protein complex formation step is 0 minute.
  Lane 6 shows the result of performing the same reaction as Lane 5 except that the reaction time (30 minutes in Lane 5) of the above-described DNA-protein complex formation step is 60 minutes.
[0054]
  As is clear from this, in lanes 1 and 3, no signal was detected at the position indicated by arrow A. That is, in Lane 1 and Lane 3, no DNA complex is formed. From this result, it can be seen that RecA protein is required in the DNA-protein complex formation step for the formation of a stable DNA complex. In lane 2, only a very weak signal was detected at the position indicated by arrow A. From this result, it can be seen that for the formation of a stable DNA complex, it is preferable to add ATP-γS in the DNA-protein complex formation step. In lane 4, only a very weak signal was detected at the position indicated by arrow A. From this result, it can be seen that formation of a stable DNA complex requires a certain amount of reaction time in the DNA-protein complex formation step. On the other hand, in Lane 6, since the DNA-protein complex formation step is performed with a sufficiently long reaction time, a strong signal is detected at the position indicated by arrow A as in Lane 5. That is, a stable DNA complex is formed.
[0055]
  For the other probe DNAs, the above-described reactions were performed, and electrophoresis for confirming the formation of a DNA complex was performed in the same manner as in lane 5 of FIG. The result is shown in FIG.
  Lane 1 shows the result of performing the same reaction as in Lane 5 of FIG. 6 (reaction time of the DNA-protein complex formation step is 30 minutes) using the first probe DNA (150 mer).
  Lane 2 shows the result of performing the same reaction as in Lane 5 of FIG. 6 (reaction time of the DNA-protein complex formation step is 30 minutes) using the second probe DNA (300 mer).
  Lane 3 shows the result of performing the same reaction as in Lane 5 of FIG. 6 (reaction time of the DNA-protein complex formation step is 30 minutes) using the fourth probe DNA (900 mer).
  Lane 4 shows the result of performing the same reaction as in Lane 5 of FIG. 6 (reaction time of the DNA-protein complex formation step is 30 minutes) using the fifth probe DNA (1200 mer).
  Lane 5 shows the result of performing the same reaction as in Lane 6 of FIG. 6 (the reaction time of the DNA-protein complex formation step is 60 minutes) using the first probe DNA (150 mer).
  Lane 6 shows the result of performing the same reaction as in Lane 6 of FIG. 6 (the reaction time of the DNA-protein complex formation step is 60 minutes) using the second probe DNA (300 mer).
  Lane 7 shows the result of performing the same reaction as in Lane 6 of FIG. 6 (the reaction time of the DNA-protein complex formation step is 60 minutes) using the fourth probe DNA (900 mer).
  Lane 8 shows the result of performing the same reaction as in Lane 6 of FIG. 6 (the reaction time of the DNA-protein complex formation step is 60 minutes) using the fifth probe DNA (1200 mer).
[0056]
  In any of the lanes in FIG. 7, signals were observed at positions larger (upper in the figure) and smaller (lower in the figure) than the signals indicated by arrows in the figure. The signal at a large position is considered to be derived from each DNA complex because of its size. On the other hand, the signal at the position indicated by the arrow is considered to be derived from the target DNA not forming a DNA complex due to its size. Further, the signal at a small position is considered to be derived from each probe DNA that does not form a DNA complex because of its size. Thus, it can be seen that a DNA complex is formed using any probe DNA.
[0057]
  Next, the DNA complex observed in the gel photographs of FIGS. 6 and 7 was cut out from the gel and purified. Purification was performed using a Gel extraction kit (Amersham Pharmacia) according to the protocol. Thereafter, a dye solution was added to each purified DNA solution, and electrophoresis was performed on a 1% agarose gel. After the electrophoresis, the agarose gel was stained with ethidium bromide, and a photograph of the electrophoresis gel was recorded. The result is shown in FIG.
  Lane 1 shows the result of cutting out and purifying the DNA complex of Lane 1 in FIG. 7, that is, the result of electrophoresis of the DNA complex formed using the first probe DNA.
  Lane 2 shows the result of cutting out and purifying the DNA complex of Lane 2 in FIG. 7, that is, the result of electrophoresis of the DNA complex formed using the second probe DNA.
  Lane 3 shows the result of cutting out and purifying the DNA complex of Lane 5 in FIG. 6, that is, the result of electrophoresis of the DNA complex formed using the third probe DNA.
  Lane 4 shows the result of cutting out and purifying the DNA complex of Lane 3 in FIG. 7, that is, the result of electrophoresis of the DNA complex formed using the fourth probe DNA.
  Lane 5 shows the result of cutting out and purifying the DNA complex of Lane 4 in FIG. 7, that is, the result of electrophoresis of the DNA complex formed using the fifth probe DNA.
[0058]
  In any lane in FIG. 8, signals derived from the respective DNA complexes were observed, and few other signals were observed. From this result, it can be seen that the DNA complex was separated and purified with high purity in any sample.
[0059]
  Next, in the AFM detection step, the purified DNA complex was observed with an atomic force microscope. The procedure for AFM specimen preparation was as follows. Magnesium chloride was added to the DNA solution to a final concentration of 10 mM, and 50 μl was dropped on a fresh surface immediately after cleaving of a 10 mm square mica substrate and allowed to stand at room temperature for 5 minutes. Next, this was washed with 5 ml of sterilized water, blown away with nitrogen gas, and further dried under vacuum at 40 ° C. for 15 minutes. Gene visualization conditions were measured in the tapping mode using a silicon single crystal cantilever (D-NCH-10V) with the sample prepared above set on a scanning probe microscope (Nanoscope IIIa) (Degital Instruments). did. The scan range was 0.5-2 μm in the XY direction and 2 nm in the height (Z-axis) direction. DNA length was measured using NIHimage, a freeware.
[0060]
  The result of using the first probe DNA (150mer) as the probe DNA is shown in FIG. 9, and the photograph schematically shown in FIG. 9 is shown in FIG. FIG. 11 shows the result of using the second probe DNA (300 mer) as the probe DNA, and FIG. 12 schematically shows the photograph of FIG. FIG. 13 shows the result of using the third probe DNA (600mer) as the probe DNA, and FIG. 14 schematically shows the photograph of FIG. Moreover, the result of using the fourth probe DNA (900 mer) as the probe DNA is shown in FIG. 15, and the photograph schematically shown in FIG. 15 is shown in FIG. Moreover, the result of using the fifth probe DNA (1200 mer) as the probe DNA is shown in FIG. 17, and the photograph schematically shown in FIG. 17 is shown in FIG.
[0061]
  As shown in FIGS. 9 and 10, the DNA complex of the target DNA and the first probe DNA could be observed with an atomic force microscope. In this DNA complex, the probe DNA is bound to a region complementary to the probe DNA in the target DNA. A part of the target DNA (part to which the probe DNA is bound) is in a single-stranded state as the double-stranded DNA is unwound.
  Moreover, as shown in FIGS. 11 and 12, the DNA complex of the target DNA and the second probe DNA could be observed with an atomic force microscope. Also in this DNA complex, the probe DNA is bound to a region complementary to the probe DNA in the target DNA. A part of the target DNA (part to which the probe DNA is bound) is in a single-stranded state as the double-stranded DNA is unwound.
  Moreover, as shown in FIGS. 13 and 14, the DNA complex of the target DNA and the third probe DNA could be observed with an atomic force microscope. Also in this DNA complex, the probe DNA is bound to a region complementary to the probe DNA in the target DNA. A part of the target DNA (part to which the probe DNA is bound) is in a single-stranded state as the double-stranded DNA is unwound.
  Further, as shown in FIGS. 15 and 16, the DNA complex of the target DNA and the fourth probe DNA could be observed with an atomic force microscope. Also in this DNA complex, the probe DNA is bound to a region complementary to the probe DNA in the target DNA. A part of the target DNA (part to which the probe DNA is bound) is in a single-stranded state as the double-stranded DNA is unwound.
  Moreover, as shown in FIGS. 17 and 18, the DNA complex of the target DNA and the fifth probe DNA could be observed with an atomic force microscope. Also in this DNA complex, the probe DNA is bound to a region complementary to the probe DNA in the target DNA. A part of the target DNA (part to which the probe DNA is bound) is in a single-stranded state as the double-stranded DNA is unwound.
[0062]
  If the DNA complex is detected as described above, the DNA complex can be visualized and confirmed, so that the structure and form of the DNA complex can also be examined. Moreover, since each DNA complex is visualized, the DNA complex can be reliably detected even if the amount of the sample is small. Furthermore, the time required for detection is reduced compared to the methods using Southern hybridization, since there is no need to label a part of the DNA, and it is not necessary to perform electrophoresis of the DNA complex or to dry the gel. Can be shorter.
[0063]
  Various recombinant proteins can be appropriately selected as the recombinant protein used in the DNA-protein complex formation step. However, considering the availability, safety, and functionality, they are derived from E. coli as in this embodiment. It is preferred to use RecA protein.
  In addition, in the DNA-protein complex formation step, by adding ATP-γS and reacting, a DNA protein complex can be formed more efficiently, and as a result, a DNA complex can be formed more efficiently.
  In addition, single-stranded DNA can bind to double-stranded DNA to form a DNA complex even if its chain length is short. However, if the single-stranded DNA is short, specifically, shorter than 60 mer, it is difficult to distinguish the double-stranded DNA from the DNA complex when observed with an atomic force microscope. That is, it becomes more difficult to detect the DNA complex. Therefore, when a single-stranded DNA having a base sequence of 60 mer or more is used as in this embodiment, the DNA complex can be detected more reliably when observed with an atomic force microscope.
[0064]
(Embodiment 2)
  Next, a second embodiment will be described. Note that the description of the same parts as those in the first embodiment is omitted or simplified.
  In the present embodiment, a nuclease treatment step for reacting the DNA complex with a nuclease is performed after the protein deactivation step and before the AFM detection step. The rest is basically the same as the first embodiment.
[0065]
  More specifically, as in the first embodiment, pSP64poly (A) DNA is cleaved into three DNA fragments with the restriction enzyme RsaI as the target DNA (double-stranded DNA), and the largest DNA fragment ( About 1.9 kbp) was purified. In addition, as a probe DNA (single-stranded DNA), a 150-mer first probe DNA used in the first embodiment was prepared. In addition, as in Embodiment 1, the recombinant protein is Escherichia coli (Escherichia coli) RecA protein as a nuclease, E. coli (Escherichia coliExonuclease I) was prepared. Further, ATP-γS was prepared as a nucleoside triphosphate or an analog thereof, and a buffer consisting of magnesium acetate and tris acetate was prepared.
[0066]
  Then, in the DNA-protein complex formation step, the target DNA, probe DNA, E. coli (Escherichia coli) RecA protein and E. coli (Escherichia coli) Exonuclease I (Exonuclease I) in the target DNA, the probe DNA, at least E. coli (at least one of the target DNAs) is included in the terminal inclusion region including the 5 ′ end of one of the DNA strands.Escherichia coli) To form a DNA-protein complex formed by binding in a state involving the RecA protein.
  Next, in the protein deactivation step, the recombinant protein and the nuclease were deactivated in the same manner as in the first embodiment to form a DNA complex in which the probe DNA was bound to the inclusion region near the end of the target DNA. .
  Thereafter, in the same manner as in Embodiment 1, the reaction solution was electrophoresed, and then the DNA conjugate was cut out from the gel and purified.
[0067]
  Next, in this embodiment, a nuclease treatment step for reacting the DNA complex with a nuclease was performed. Specifically, for the purified DNA solution, 10 units of E. coli (Escherichia coli) Exonuclease I (manufactured by Epicentre), 33 mM Tris-Acetate (pH 7.8), 66 mM potassium acetate, 10 mM magnesium acetate, 0.5 mM DTT at 37 ° C. for 20 minutes.
[0068]
  Next, in the AFM detection step, the DNA complex was observed with an atomic force microscope in the same manner as in the first embodiment. The result is shown in FIG. Moreover, what showed the photograph of FIG. 19 typically is shown in FIG.
  As shown in FIGS. 19 and 20, the DNA complex of the target DNA and the first probe DNA could be observed with an atomic force microscope. In the figure, two DNA complexes are observed. In this DNA complex, the probe DNA is bound to a region complementary to the probe DNA in the target DNA, as in the first embodiment. In the first embodiment, as shown in FIG. 9 and FIG. 10, a part of the target DNA (part to which the probe DNA is bound) is in a single-stranded state as the double-stranded DNA is unwound (beard). Free). In contrast, in this embodiment, about 100 DNA complexes were observed, but no DNA complex having a whisker-like portion was observed as shown in FIGS. The observed length of the DNA complex was the same as the length of the target DNA. From this, it is considered that a part of the target DNA liberated in a whisker shape is not degraded by a nuclease specific to single-stranded DNA in the nuclease treatment step.
[0069]
  As described above, also in this embodiment, since the DNA complex can be visualized and confirmed, the structure and form of the DNA complex can be examined, and the same effects as in the first embodiment can be obtained. Can do. In the present embodiment, since the nuclease treatment step is performed after the protein deactivation step and before the AFM detection step, a DNA complex having no DNA strands that are beard-like can be observed by AFM.
[0070]
(Embodiment 3)
  Next, a third embodiment will be described. Note that description of the same parts as those in the first embodiment or the second embodiment is omitted or simplified.
  In this embodiment, the point which makes it react using ATP instead of ATP-gammaS in a DNA-protein complex formation process differs from the said Embodiment 1. FIG. The rest is basically the same as in the first embodiment.
[0071]
  More specifically, as in the first embodiment, pSP64poly (A) DNA is cleaved into three DNA fragments with the restriction enzyme RsaI as the target DNA (double-stranded DNA), and the largest DNA fragment ( About 1.9 kbp) was purified. In addition, as a probe DNA (single-stranded DNA), a 900-mer fourth probe DNA also used in the first embodiment was prepared. In addition, as in Embodiment 1, the recombinant protein is Escherichia coli (Escherichia coli) RecA protein as a nuclease, E. coli (Escherichia coliExonuclease I) was prepared. Moreover, what consists of magnesium acetate and tris acetate was prepared as a buffer solution. As described above, in this embodiment, ATP is prepared as nucleoside triphosphate or an analog thereof.
[0072]
  Then, in the DNA-protein complex formation step, the target DNA, probe DNA, E. coli (Escherichia coli) RecA protein and E. coli (Escherichia coli) Exonuclease I (Exonuclease I) in the target DNA, the probe DNA, at least E. coli (at least one of the target DNAs) is included in the terminal inclusion region including the 5 ′ end of one of the DNA strands.Escherichia coli) To form a DNA-protein complex formed by binding in a state involving the RecA protein. That is, except that ATP was used instead of ATP-γS, the same reaction as in Embodiment 1 was performed to form a DNA-protein complex.
[0073]
  Next, in the AFM detection step, the DNA complex was observed with an atomic force microscope in the same manner as in the first embodiment. The result is shown in FIG. FIG. 22 schematically shows the photograph of FIG.
  As shown in FIGS. 21 and 22, the DNA complex of the target DNA and the fourth probe DNA could be observed with an atomic force microscope. In the figure, two DNA complexes are observed. In this DNA complex, the probe DNA is bound to a region complementary to the probe DNA in the target DNA, as in the first embodiment. In the first embodiment, as shown in FIGS. 15 and 16, a part of the target DNA (portion where the probe DNA is bound) is in a single-stranded state by unwinding the double-stranded DNA (beard). Free). In contrast, in this embodiment, about 100 DNA complexes were observed, but as shown in FIGS. 21 and 22, no DNA complex having a whisker-like portion was observed. The observed length of the DNA complex was the same as the length of the target DNA. That is, the same result as in the second embodiment was obtained. The reason for this is that during the DNA-protein complex formation process, ATP was biochemically degraded, the RecA protein was removed from the single-stranded DNA that was released in a whisker-like manner, and the single-stranded DNA was degraded by a nuclease. It is thought that it was gone.
[0074]
  As described above, also in this embodiment, since the DNA complex can be visualized and confirmed, the structure and form of the DNA complex can be examined, and the same effects as in the first or second embodiment can be obtained. Obtainable. In the present embodiment, since ATP is used instead of ATP-γS in the DNA-protein complex formation step, a DNA complex having no DNA strands that are beard-like can be observed by AFM.
[0075]
(Embodiment 4)
  Next, a fourth embodiment will be described. In addition, description of the part similar to either of the said Embodiment 1-Embodiment 3 is abbreviate | omitted or simplified.
  In this embodiment, the point which makes it react using GTP instead of ATP-gammaS in a DNA-protein complex formation process differs from the said Embodiment 1. FIG. The rest is basically the same as in the first embodiment.
[0076]
  More specifically, as in the first embodiment, pSP64poly (A) DNA is cleaved into three DNA fragments with the restriction enzyme RsaI as the target DNA (double-stranded DNA), and the largest DNA fragment ( About 1.9 kbp) was purified. In addition, as a probe DNA (single-stranded DNA), a 900-mer fourth probe DNA also used in the first embodiment was prepared. In addition, as in Embodiment 1, the recombinant protein is Escherichia coli (Escherichia coli) RecA protein as a nuclease, E. coli (Escherichia coliExonuclease I) was prepared. Moreover, what consists of magnesium acetate and tris acetate was prepared as a buffer solution. As described above, in this embodiment, GTP is prepared as nucleoside triphosphate or an analog thereof.
[0077]
  Then, in the DNA-protein complex formation step, the target DNA, probe DNA, E. coli (Escherichia coli) RecA protein and E. coli (Escherichia coli) Exonuclease I (Exonuclease I) in the target DNA, the probe DNA, at least E. coli (at least one of the target DNAs) is included in the terminal inclusion region including the 5 ′ end of one of the DNA strands.Escherichia coli) To form a DNA-protein complex formed by binding in a state involving the RecA protein. That is, except that GTP was used in place of ATP-γS, a reaction similar to that in Embodiment 1 was performed to form a DNA-protein complex.
[0078]
  Next, in the AFM detection step, the DNA complex was observed with an atomic force microscope in the same manner as in the first embodiment. The result is shown in FIG. FIG. 24 schematically shows the photograph of FIG.
  As shown in FIGS. 23 and 24, the DNA complex of the target DNA and the fourth probe DNA could be observed with an atomic force microscope. In the figure, two DNA complexes are observed. In this DNA complex, the probe DNA is bound to a region complementary to the probe DNA in the target DNA, as in the first embodiment. In the first embodiment, as shown in FIGS. 15 and 16, a part of the target DNA (portion where the probe DNA is bound) is in a single-stranded state by unwinding the double-stranded DNA (beard). Free). In contrast, in the present embodiment, about 100 DNA complexes were observed, but as shown in FIGS. 23 and 24, no DNA complex having a whisker-like portion was observed. The observed length of the DNA complex was the same as the length of the target DNA. That is, the same results as those in Embodiments 2 and 3 were obtained. The reason for this is that, as in the case of Embodiment 3 above, during the DNA-protein complex formation step, GTP is biochemically degraded, and RecA protein is released from the single-stranded DNA released in a whisker-like manner, It is thought that the single-stranded DNA is no longer degraded by nuclease.
[0079]
  As described above, also in this embodiment, since the DNA complex can be visualized and confirmed, the structure and form of the DNA complex can be examined, and the same effects as in the first to third embodiments are obtained. Obtainable. Moreover, in this embodiment, since GTP is used instead of ATP-γS in the DNA-protein complex formation step, a DNA complex without a DNA strand that is released in a beard shape can be observed by AFM.
[0080]
  In the above, the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof.
[0081]
【The invention's effect】
  According to the present invention, a DNA complex in which double-stranded DNA and single-stranded DNA are bound can be visualized and detected.
[0082]
[Sequence Listing]
<110> Aisin Cosmos Research Institute
         AISIN COSMOS R & D CO., LTD
         Kazusa DNA Research Institute
         Kazusa DNA Research Institute
<120> Nucleic acid detection method
<130> 2002 AICO01
<160> 6
<210> 1
<211> 150
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> Synthesis with reference to the base sequence of pSP64poly (A) + DNA
<400> 1
tgttgtgcaa aaaagcggtt agctccttcg gtcctccgat cgttgtcaga agtaagttgg ccgcagtgtt atcactcatg gttatggcag cactgcataa ttctcttact gtcatgccat ccgtaagatg cttttctgtg actggtgagt 150
<210> 2
<211> 24
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> Synthesis with reference to the base sequence of pSP64poly (A) + DNA
<400> 2
gccgggaagc tagagtaagt agtt 24
<210> 3
<211> 24
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> Synthesis with reference to the base sequence of pSP64poly (A) + DNA
<400> 3
actcaccagt cacagaaaag catc 24
<210> 4
<211> 24
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> Synthesis with reference to the base sequence of pSP64poly (A) + DNA
<400> 4
gttttaaatc aatctaaagt atat 24
<210> 5
<211> 24
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> Synthesis with reference to the base sequence of pSP64poly (A) + DNA
<400> 5
ggtggcctaa ctacggctac acta
<210> 6
<211> 24
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> Synthesis with reference to the base sequence of pSP64poly (A) + DNA
<400> 6
tcgtgcgctc tcctgttccg accc 24
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory diagram showing the formation of a DNA complex with respect to Embodiment 1.
FIG. 2 is a photograph replacing a drawing showing the result of electrophoresis of a gel-filtered target DNA in the first embodiment.
FIG. 3 is a photograph instead of a drawing showing the results of electrophoresis of PCR products for preparing the second to fifth probe DNAs in the first embodiment.
FIG. 4 is a photograph replacing a drawing showing a state where the target DNA and the third probe DNA are observed with an atomic force microscope in the first embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing the photograph of FIG. 4 regarding the first embodiment.
FIG. 6 is a photograph replacing a drawing, showing the results of electrophoresis of DNA complexes formed under various reaction conditions in the first embodiment.
FIG. 7 is a photograph, instead of a drawing, showing the results of electrophoresis of DNA complexes formed with various probe DNAs in the first embodiment.
FIG. 8 is a photograph replacing a drawing, showing the results of electrophoresis of various purified DNA complexes in the first embodiment.
FIG. 9 is a photograph replacing a drawing, showing a state where a DNA complex formed using the first probe DNA is observed with an atomic force microscope in the first embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram schematically showing the photograph of FIG. 9 regarding the first embodiment.
FIG. 11 is a photograph replacing a drawing showing a state where a DNA complex formed using the second probe DNA is observed with an atomic force microscope in the first embodiment.
FIG. 12 is an explanatory diagram schematically showing the photograph of FIG. 11 regarding the first embodiment.
FIG. 13 is a photograph replacing a drawing, showing a state where a DNA complex formed using the third probe DNA is observed with an atomic force microscope in the first embodiment.
FIG. 14 is an explanatory diagram schematically showing the photograph of FIG. 13 regarding the first embodiment.
FIG. 15 is a photograph replacing a drawing, showing a state where a DNA complex formed using the fourth probe DNA is observed with an atomic force microscope in the first embodiment.
FIG. 16 is an explanatory diagram schematically showing the photograph of FIG. 15 regarding the first embodiment.
FIG. 17 is a photograph replacing a drawing, showing a state where a DNA complex formed using the fifth probe DNA is observed with an atomic force microscope in the first embodiment.
FIG. 18 is an explanatory diagram schematically showing the photograph of FIG. 17 regarding the first embodiment.
FIG. 19 is a photograph replacing a drawing, showing a state where a DNA complex is observed with an atomic force microscope in the second embodiment.
FIG. 20 is an explanatory diagram schematically showing the photograph of FIG. 19 regarding the second embodiment.
FIG. 21 is a photograph replacing a drawing, showing a state where a DNA complex is observed with an atomic force microscope in the third embodiment.
FIG. 22 is an explanatory diagram schematically showing the photograph of FIG. 21 with respect to the third embodiment.
FIG. 23 is a photograph replacing a drawing, showing a state where a DNA complex is observed with an atomic force microscope in the fourth embodiment.
FIG. 24 is an explanatory diagram schematically showing the photograph of FIG. 23 with respect to the third embodiment.

Claims (3)

直鎖状の二本鎖DNA、
この二本鎖DNAのうち一方のDNA鎖の5'末端近傍の塩基から始まる塩基配列に、相補的な塩基配列を含む直鎖状の一本鎖DNA、
大腸菌(Escherichia coli)のRecAタンパク質である組換えタンパク質、
並びに、
大腸菌(Escherichia coli)のエキソヌクレアーゼIであるヌクレアーゼ、
を反応させて、上記二本鎖DNAのうち、上記一方のDNA鎖の5'末端近傍を含む末端近傍包含領域に、上記一本鎖DNAのうち、上記相補的な塩基配列を有する相補的領域が、少なくとも上記組換えタンパク質が関与した状態で結合してなるDNA−タンパク質複合体を形成するDNA−タンパク質複合体形成工程と、
上記組換えタンパク質及びヌクレアーゼを失活させて、上記二本鎖DNAの末端近傍包含領域に上記一本鎖DNAの相補的領域が結合してなるDNA複合体を形成するタンパク質失活工程と、
原子間力顕微鏡により、上記DNA複合体を検出するAFM検出工程と、を備え
上記DNA−タンパク質複合体形成工程において、ATP-γSを加え、
上記タンパク質失活工程後、上記AFM検出工程前に、上記DNA複合体と上記ヌクレアーゼとを反応させるヌクレアーゼ処理工程を備える
ことを特徴とする核酸検出方法。
Linear double-stranded DNA,
A nucleotide sequence starting from the 5 'end near the base of one of the DNA strands of the double stranded DNA, linear single-stranded DNA including a phase complementary to the nucleotide sequence,
A recombinant protein that is a RecA protein of Escherichia coli ,
And
Escherichia coli exonuclease I nuclease,
In the double-stranded DNA, a complementary region having the complementary base sequence in the single-stranded DNA in a region near the end including the vicinity of the 5 ′ end of the one DNA strand. A DNA-protein complex forming step of forming a DNA-protein complex formed by binding in a state where at least the recombinant protein is involved,
A protein inactivation step of inactivating the recombinant protein and the nuclease to form a DNA complex in which the complementary region of the single-stranded DNA is bound to the inclusion region near the end of the double-stranded DNA;
An AFM detection step of detecting the DNA complex by an atomic force microscope ,
In the DNA-protein complex formation step, ATP-γS is added,
A nucleic acid detection method comprising a nuclease treatment step of reacting the DNA complex with the nuclease after the protein deactivation step and before the AFM detection step .
請求項1に記載の核酸検出方法であって、
上記DNA−タンパク質複合体形成工程において、ヌクレオシド三リン酸を加える
ことを特徴とする核酸検出方法。
The nucleic acid detection method according to claim 1 ,
A nucleic acid detection method comprising adding a nucleoside triphosphate in the DNA-protein complex formation step.
請求項1または請求項2に記載の核酸検出方法であって、
上記一本鎖DNAは、60mer以上の塩基配列からなる
ことを特徴とする核酸検出方法。
The nucleic acid detection method according to claim 1 or 2 ,
The nucleic acid detection method, wherein the single-stranded DNA comprises a base sequence of 60 mer or more.
JP2003167668A 2003-06-12 2003-06-12 Nucleic acid detection method Expired - Fee Related JP4395331B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003167668A JP4395331B2 (en) 2003-06-12 2003-06-12 Nucleic acid detection method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003167668A JP4395331B2 (en) 2003-06-12 2003-06-12 Nucleic acid detection method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005000088A JP2005000088A (en) 2005-01-06
JP4395331B2 true JP4395331B2 (en) 2010-01-06

Family

ID=34093418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003167668A Expired - Fee Related JP4395331B2 (en) 2003-06-12 2003-06-12 Nucleic acid detection method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4395331B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4581076B2 (en) * 2003-09-30 2010-11-17 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 Genome physical map creation method and creation device
US8057989B2 (en) 2006-02-10 2011-11-15 The University Of Hong Kong Label-free optical sensing and characterization of biomolecules by d8 or d10 metal complexes

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005000088A (en) 2005-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101911969B1 (en) Use of template switching for dna synthesis
JP3143475B2 (en) Induced transcription of double-stranded DNA by nucleic acid analogs
AU2019274939B2 (en) Polynucleotide synthesis method, system and kit
US5714320A (en) Rolling circle synthesis of oligonucleotides and amplification of select randomized circular oligonucleotides
AU2016308283B2 (en) Capture of nucleic acids using a nucleic acid-guided nuclease-based system
JP3061064B2 (en) Use of nucleic acid analogs in inhibiting nucleic acid amplification
EP3570972B1 (en) Methods and reagents for synthesising polynucleotide molecules
EP0962526B1 (en) Method for reversible modification of thermostable enzymes
CN117487801A (en) Method for DNA synthesis
JP2002519038A (en) How to make a diverse library
JPH10513058A (en) Isothermal amplification method for nucleic acid molecules
CA3104746A1 (en) Polynucleotide synthesis method, kit and system
WO1992017484A1 (en) Single-stranded circular oligonucleotides
JP2002507128A (en) Additives for use in cycling probe reactions
WO2019134791A1 (en) Controlled circularization of rna
HU225426B1 (en) Method for purification of double stranded plasmid dna
AU782555B2 (en) Compositions and methods for enhanced sensitivity and specificity of nucleic acid synthesis
JP4395331B2 (en) Nucleic acid detection method
JP2661959B2 (en) Method for producing double-stranded DNA
WO2019048882A1 (en) Oligonucleotides and analogues thereof
JP4465741B2 (en) Ligation at the end of a double-stranded DNA fragment
CN114144525B (en) Chimeric molecule, pharmaceutical composition, target nucleic acid cleavage method, and target nucleic acid cleavage or diagnosis kit
JP2011000058A (en) Method for amplifying target dna
JP4696382B2 (en) Method for forming triple-stranded DNA
JPWO1999009213A1 (en) DNA amplification method and kit

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060607

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090630

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090828

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090929

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091019

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121023

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121023

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151023

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees