JP4505014B2 - Oligonucleotide composition for analyzing HLA genotype and test method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、オリゴヌクレオチドチップ(oligonucleotide chip)
組成物およびその製造方法に関する発明であり、詳しくは組織移植の際に必要な組織適合性検査を施すためにHLA遺伝子型を分析するためのオリゴヌクレオチドチップ組成物およびその製造方法と結果の検出方法に関する。
The present invention relates to an oligonucleotide chip.
The present invention relates to a composition and a method for producing the same, and more particularly, an oligonucleotide chip composition for analyzing an HLA genotype for conducting a histocompatibility test necessary for tissue transplantation, a method for producing the same and a method for detecting the result About.
主要組織適合性複合体(Major Histocompatibility Complex:MHC)とは、遺伝子レベルで制御されている複雑な抗原系であって、臓器組織を移植する際に拒絶反応(免疫反応)に関係する一連の遺伝子群を称し、すべての哺乳動
物に存在する。ヒトのMHCは、白血球表面の抗原を認識する抗白血球因子で初めて発見され、ヒト白血球抗原(human leukocyte antigen:HLA)と称し、第6番染色体の短腕に位置する。このHLA遺伝子座は、免疫学的特性および分子構造、遺伝子の位置と分布する細胞のタイプによって3群(HLA‐class I,II,III)に分類され、この中で第1群の抗原部位のHLA‐A、‐B、‐Cw遺伝子座と第2群の抗原部位のHLA‐DRが組織拒絶反応と密接な関係があるとされる。
Major Histocompatibility Complex (MHC) is a complex antigen system controlled at the gene level, and a series of genes related to rejection (immune reaction) when transplanting organ tissue Refers to a group and is present in all mammals. Human MHC was first discovered as an anti-leukocyte factor that recognizes antigens on the surface of leukocytes, called human leukocyte antigen (HLA), and is located on the short arm of chromosome 6. This HLA locus is classified into three groups (HLA-class I, II, III) according to immunological characteristics and molecular structure, gene location and cell type to be distributed. The HLA-A, -B, and -Cw loci and HLA-DR at the second group of antigen sites are considered to be closely related to tissue rejection.
HLA遺伝子の代表的な特徴は以下のようである。第一に、HLA遺伝子は数十個を超える対立遺伝子を有するため、人体の数多い遺伝標識子(genetic marker
)中でも、最も高い遺伝的多型性(genetic polymorphism)を現わす。第二に、半数体型(haplotype)レベルにおける遺伝象である。HLA遺伝子群に属する多くの遺伝子は第6染色体上で極めて接近して位置するため、親から子に遺伝される際に一つの単位に纏められて遺伝され、このような対立遺伝子における特定の組み合わせをHLA半数体型と称する。第三に、人種間のHLA遺伝的多型性を挙げることができる。HLA対立遺伝子の分布は、他の遺伝子に比べ各人種間で著しく大きい差異を示している。このような様相はHLA半数体型において一層の人種間差異を示している。種族によってあるHLA遺伝子は強い連鎖不均衡(linkage disequilib
rium)を示すため、特定種のHLA半数体型はある人種に特徴的に存在するようにな
る。このようなHLAの遺伝的多型性現象により、種族間でHLA遺伝子の遺伝子型頻度(gene frequency)と半数体型頻度(haplotype frequen
cy)とが異なるため、人種間の遺伝的背景の相違を研究する強力なマーカーとして用い
られる。第四にHLA遺伝子のさらに他の重要な機能は、免疫反応に関係することである。免疫反応は、HLA‐class I分子とclass II分子が細胞内で抗原と結合し
た後に細胞表面に提示され、Tリンパ球の表面にあるT細胞抗原受容体がHLA分子に結合された抗原を認識することによって発現される。
Typical characteristics of the HLA gene are as follows. First, since the HLA gene has more than several tens of alleles, it has a large number of genetic markers in the human body.
In particular, it represents the highest genetic polymorphism. Second, genetic inheritance at the haplotype level. Many genes belonging to the HLA gene group are located very close together on chromosome 6, so when inherited from parent to child, they are inherited as a single unit, and specific combinations of such alleles Is referred to as the HLA haploid type. Third, HLA genetic polymorphism between races can be mentioned. The distribution of HLA alleles shows significantly greater differences between races than other genes. Such an aspect shows further racial differences in the HLA haploid form. Some HLA genes have strong linkage disequilibrium (linkage disequilib)
specific species of HLA haploid forms are characteristically present in certain races. Due to the genetic polymorphism of HLA, the genotype frequency and the haploid frequency of HLA genes between races.
cy), it is used as a powerful marker to study genetic background differences between races. Fourth, yet another important function of the HLA gene is related to immune responses. The immune response is presented on the cell surface after the HLA-class I and class II molecules bind to the antigen in the cell, and the T cell antigen receptor on the surface of the T lymphocyte recognizes the antigen bound to the HLA molecule. To be expressed.
このようにHLA遺伝子の高い遺伝的多型性と免疫反応に深く関与する特性のために、臓器移植、疾病との関連性、輸血、親子鑑定といった法医学的応用および人類学的研究に至るまで広く応用されている。現在、腎臓および骨髄の移植プログラムにおいてはHLA検査が必須である。提供者と受与者についてABO血液型検査、HLA‐A、‐B、‐Cw、およびDR型検査を実施し、移植する前に交差適合試験を施す。もし、骨髄、腎臓などを移植する際に提供者と受与者間のHLA型が互いに異なる場合、移植された臓器に対する拒絶反応が生じるであろう。通常、骨髄移植は免疫細胞の移植であるために、患者と提供者間に完璧な遺伝的一致が要求され、移植する際には、受与者と同一タイプのHLAを有する提供者を予め選別しなければならないということが重要である。特に、急性もしくは慢性の白血病や免疫不全、または再生不良性貧血などにおいて試みられる骨髄移植に
おいては、HLA遺伝子型が完全に一致しなければならない。このため骨髄提供者としては同一のHLAタイプを遺伝的に受け継ぐ兄弟または姉妹が最も適合する。しかし家族がいない場合には、血縁関係のない人々の中で提供する人を探さなければならない。このとき多くの人について検査し、HLA遺伝子型を同定することが必須的に要求される。
Because of the high genetic polymorphism of the HLA gene and the characteristics that are deeply involved in the immune response, it has been widely applied to forensic applications such as organ transplantation, disease relevance, blood transfusion, parentage testing, and anthropological research. Applied. Currently, HLA testing is essential in kidney and bone marrow transplant programs. ABO blood group tests, HLA-A, -B, -Cw, and DR tests are performed on donors and recipients, and cross-match tests are performed before transplantation. If the HLA types between donor and recipient are different from each other when transplanting bone marrow, kidney, etc., rejection of the transplanted organ will occur. Since bone marrow transplantation is usually an immune cell transplantation, perfect genetic matching is required between the patient and the donor, and a donor having the same type of HLA as the recipient is selected in advance. It is important that you have to do. In particular, in bone marrow transplants attempted in acute or chronic leukemia, immunodeficiency, or aplastic anemia, the HLA genotype must be perfectly matched. For this reason, siblings or sisters who inherit the same HLA type genetically are best suited as bone marrow donors. But if you don't have a family, you have to find someone to offer you among unrelated people. At this time, it is essential to examine many people and identify the HLA genotype.
分子生物学の進歩によりHLA抗原を支配する対立遺伝子の塩基配列が詳しく明らかになるにつれて、塩基配列の相違を通じてHLAの多様性を見出すことができるHLA遺伝子解析が可能となった。特に、PCR法の導入によりHLAのDNAタイピング分野は急速に発展し、HLA抗原の多型性がDNAレベルでほとんど明らかになっている。PCR法を用いるHLA対立遺伝子の類別には、HLA分子の細胞表面での発現量に関係なくすべての有核細胞をサンプルとすることができるために、Tリンパ球とBリンパ球の分離が必要なく、リンパ球が含まれていない体液、組織などにおいても遺伝子型の解析が可能であるという利点がある。また、DNAは比較的安定した分子であるために、冷蔵保管すれば数ヶ月、冷凍保管すればほとんど永久的に保管することができる。DNAタイピング方法が有している多くの有利な点の中で最も重要な利点は、多数のHLA対立遺伝子の類別が可能であるということである。 As the base sequence of the allele that controls the HLA antigen becomes clear in detail as a result of progress in molecular biology, it has become possible to perform HLA gene analysis that can find the diversity of HLA through the difference in base sequence. In particular, with the introduction of the PCR method, the DNA typing field of HLA has developed rapidly, and polymorphisms of HLA antigens have become almost clear at the DNA level. Classification of HLA alleles using the PCR method requires separation of T lymphocytes and B lymphocytes because all nucleated cells can be used as samples regardless of the expression level of HLA molecules on the cell surface. In addition, there is an advantage that the genotype can be analyzed even in a body fluid or tissue that does not contain lymphocytes. Further, since DNA is a relatively stable molecule, it can be stored for several months if stored refrigerated and almost permanently if stored frozen. Among the many advantages that DNA typing methods have, the most important advantage is that a large number of HLA alleles can be categorized.
現在、一般に用いられているHLA DNAタイピング手法を見てみると、まずPCR
‐SSP法がある。この手法は、各対立遺伝子の塩基配列に特異なプライマーを合成してPCRを実施することから、数十個の対立遺伝子を判別するためには数十対のプライマーが必要となる。この方法は分析時間が短く簡便な方法であるが、そうしたプライマーを合成する際には細心な注意と知識および時間が要求されるため、大量の検体分析には限界がある。加えて対立遺伝子が多いほどPCR‐SSPの数も多くなるため、多数の検体を一度に扱うのは難しいという欠点がある。第二のPCR‐RFLP法を用いたHLA遺伝子型の類別は、対立遺伝子の制限酵素に対する反応形態を調べる比較的単純な方法であり、様々な制限酵素によって切断されたDNA断片の大きさで対立遺伝子型を類別する。この方法は結果の判定が易しく方法も簡単ではあるが、制限酵素が認識できる部位が限定された場合に判別が困難となり、ポリアクリルアミドゲルを使用しなければならないため、大量の検体や数十個の対立遺伝子を同時に類別することは難しい。このため対立遺伝子の数が少ない遺伝子型の類別に適した方法である。第三の方法としてPCR‐SSCP法は、PCR産物をホルムアミド(formamide)などの変性剤を添加して一本鎖DNA(ssDNA)に変性させた後に、非変性ポリアクリルアミドゲルで電気泳動する方法である。電気泳動においてssDNAは、その塩基配列に基づく特有の構造を有し、電気泳動中に固有の移動速度を示してそれぞれ異なるタイプのバンドを形成する。このような性質を利用してHLA遺伝子型を類別する方法であって、複雑かつ難易度の高い技術が必要であり、その結果の解析にも経験と知識が必要とされる。第四として配列依拠のタイピング法は、HLA遺伝子についてそれぞれPCRした後にDNAの塩基配列を決定して調べることである。この方法を利用したキットとしては、ABI社(米国)のHLA Sequence Based Typing(SBT)があるが、キットの価格が非常に高く、高
価な装置も必要であり、実験過程も複雑である。第五のPCR‐SSOP法は、遺伝的多型性を示す領域の塩基配列に相補的なプローブを合成し、該プローブとPCR増幅産物とのハイブリダイゼーションについての可否を分析する方法である。これは数多くのプローブが必要であり、塩基配列が類似している他の対立遺伝子とハイブリダイゼーション反応が起き易いために、その適切な温度と反応条件の設定などに経験と技術が要求される方法である。この方法は、プローブの種類によっては正確な結果を得ることができるが、フィルターを使用するために多数のプローブを固定するに限界がある。一つのフィルターで一つのタイプのみを分析できるだけであるから、多くの検体を処理して分析するのに時間と手間が多く消耗される。この方法を用いて商用化されている商品としては、HLA cl
assIとclass IIに対して各々のSSOPを用いて逆ハイブリダイゼーション(reverse hybridization)するラインプローブ・アッセイ(line
probe assay)方法である、INNOGENETICS社(ベルギー)のIN
NO LiPA キットとDYNAL Biotech社(米国)のDynal RELITM SSO HLA Typing キットがある。
Looking at the currently used HLA DNA typing methods, first of all PCR
-There is an SSP method. Since this method synthesizes primers specific to the base sequence of each allele and performs PCR, tens of pairs of primers are required to discriminate tens of alleles. This method is a simple method with a short analysis time. However, since careful attention, knowledge and time are required when synthesizing such primers, there is a limit to analysis of a large amount of samples. In addition, since the number of alleles increases the number of PCR-SSPs, it is difficult to handle a large number of specimens at once. The classification of HLA genotypes using the second PCR-RFLP method is a relatively simple method for examining the reaction pattern of alleles to restriction enzymes. Alleles by size of DNA fragments cleaved by various restriction enzymes. Classify the genotype. Although this method is easy to judge the results and simple, it becomes difficult to distinguish when the sites that can be recognized by restriction enzymes are limited, and a polyacrylamide gel must be used. It is difficult to classify alleles at the same time. For this reason, this method is suitable for the classification of genotypes with a small number of alleles. As a third method, the PCR-SSCP method is a method in which a PCR product is denatured to single-stranded DNA (ssDNA) by adding a denaturing agent such as formamide and then electrophoresed on a non-denaturing polyacrylamide gel. is there. In electrophoresis, ssDNA has a peculiar structure based on its base sequence, and shows different migration speeds during electrophoresis to form different types of bands. It is a method for categorizing HLA genotypes using such properties and requires a complicated and highly difficult technique, and experience and knowledge are also required for analysis of the results. Fourth, the sequence-based typing method is to determine and examine the DNA base sequence after PCR for each HLA gene. As a kit using this method, there is HLA Sequence Based Typing (SBT) of ABI (USA), but the cost of the kit is very high, an expensive apparatus is required, and the experimental process is complicated. The fifth PCR-SSOP method is a method of synthesizing a probe complementary to the base sequence of the region showing genetic polymorphism and analyzing the possibility of hybridization between the probe and the PCR amplification product. This requires a lot of probes and is prone to hybridization reactions with other alleles that have similar base sequences. This is a method that requires experience and technology to set the appropriate temperature and reaction conditions. It is. Although this method can obtain an accurate result depending on the type of probe, there is a limit to fixing a large number of probes in order to use a filter. Since only one type can be analyzed with one filter, it takes a lot of time and effort to process and analyze many samples. Products that are commercialized using this method include HLA cl
Line probe assay (reverse hybridization) using assorted SSOP for assI and class II
(probe assay), INNOGENetics (Belgium) IN
There is a NO LiPA kit and a Dynal Biotech (USA) Dynal RELI ™ SSO HLA Typing Kit.
上述したようにHLA遺伝子を分析するために様々なタイピング方法が用いられており商品化もされているが、これらの方法の共通した欠点は、HLA‐A、‐B、‐Cw、‐DRを同時にタイピングするには極めて多い時間と労動力が要求され、特に大量の検体を分析するにはさらに難しいという点である。 As described above, various typing methods are used to analyze the HLA gene and commercialized. However, the common drawback of these methods is that HLA-A, -B, -Cw, -DR Typing at the same time requires a great deal of time and effort, and is particularly difficult to analyze a large number of samples.
ごく最近、微小な大きさのスライドグラスやシリコンなどの基板上に非常に少ない量のDNAを高密度で付着させることができ、また、同時に多数を検索することができるDNAチップ技術を通じて、遺伝子発現分析、遺伝子診断、遺伝子の突然変異検索、医薬品の検査および疾病診断などに使用することができる新しい次元の分析システムが開発された。本発明は、このDNAチップの技術を用いてHLA‐A、‐B、‐Cw、‐DRを一つのスライド上で同時に分析することで可能である。即ち、一つのアルデヒドガラススライド(aldehyde glass slide)上で、5つの区域に各々のプローブを集積させる。スライド上に集積されたこのプローブ類と非対称PCR法を用いて増幅させたHLA遺伝子とをハイブリダイズさせる。反応が現われたプローブをHLAタイピングプログラムを用いて調べることによってHLA遺伝子型を類別する。 Very recently, gene expression has been achieved through DNA chip technology that allows very small amounts of DNA to be attached at high density onto a substrate such as a small glass slide or silicon, and at the same time search many. A new dimension of analysis system has been developed that can be used for analysis, genetic diagnosis, gene mutation search, drug testing and disease diagnosis. The present invention is possible by simultaneously analyzing HLA-A, -B, -Cw, and -DR on one slide using this DNA chip technology. That is, each probe is accumulated in five areas on one aldehyde glass slide. The probes accumulated on the slide are hybridized with the HLA gene amplified using the asymmetric PCR method. HLA genotypes are categorized by examining the probes in which the reaction appeared using the HLA typing program.
本発明は上記方法の問題点を解決し、上述の必要性に応じて案出されたものである。本発明の目的は、HLA遺伝子型を解析するための組成物を含むオリゴヌクレオチド組成物を提供することである。 The present invention solves the problems of the above-described method and has been devised in response to the above-described necessity. An object of the present invention is to provide an oligonucleotide composition comprising a composition for analyzing HLA genotype.
本発明の他の目的は、上記組成物を用いてHLA遺伝子型を分析する改善された方法を提供することである。
上記の目的を果たすために、本発明は、配列情報1から配列情報41に示される塩基配列からなる群より選択されるプローブであって、HLA‐A遺伝子型を決定するための二つ以上のプローブからなる群;配列情報42から配列情報89に示される塩基配列からなる群より選択されるプローブであって、HLA‐B遺伝子型を決定するための二つ以上のプローブからなる群;配列情報90から配列情報112に示される塩基配列からなる群より選択されるプローブであって、HLA‐Cw遺伝子型を決定するための二つ以上のプローブからなる群;および配列情報113から配列情報140に示される塩基配列からなる群より選択されるプローブであって、HLA‐DR遺伝子型を決定するための二つ以上のプローブからなる群で構成されるグループより選択された一つ以上のプローブ群を含む、HLA遺伝子型を決定するための複数のオリゴヌクレオチドプローブを有する組成物を提供する。
Another object of the present invention is to provide an improved method of analyzing HLA genotype using the above composition.
In order to achieve the above object, the present invention provides a probe selected from the group consisting of the base sequences represented by sequence information 1 to sequence
また本発明は、
配列情報1から配列情報41に示される塩基配列からなる群より選択されるプローブであって、HLA‐A遺伝子型を決定するための二つ以上のプローブからなる群;配列情報42から配列情報89に示される塩基配列からなる群より選択されるプローブであって、HLA‐B遺伝子型を決定するための二つ以上のプローブからなる群;配列情報90から配列情報112に示される塩基配列からなる群より選択されるプローブであって、HLA‐Cw遺伝子型を決定するための二つ以上のプローブからなる群;および配列情報113から配列情報140に示される塩基配列に示される塩基配列からなる群より選択されるプローブであって、HLA‐DR遺伝子型を決定するための二つ以上のプローブからなる群で構成されるグループより選択された一つ以上のプローブ群を含む、HLA遺伝子型を決定するための複数のオリゴヌクレオチドプローブを有する組成物がその上に固定化されている試験支持体(test support)を提供する。
The present invention also provides
A probe selected from the group consisting of the base sequences shown in the sequence information 1 to the
本発明の前記支持体は、フィルター、ストリップ、マイクロスフェア(microsphere)、チップ、スライド、マルチウェルプレート(multi well plate)、メンブレン(membrane)および光ファイバーからなる群より選択される支持体であることが望ましい。 The support of the present invention may be a support selected from the group consisting of a filter, a strip, a microsphere, a chip, a slide, a multiwell plate, a membrane, and an optical fiber. desirable.
また本発明は、配列情報141から配列情報157に示される塩基配列からなる群より選択された、一つ以上のHLA遺伝子型を決定するためのプライマーを含み、これが上記のプローブと目的遺伝子との間のハイブリダイゼーション反応を検出するのに用いられることを特徴とするプライマーである。 The present invention also includes a primer for determining one or more HLA genotypes selected from the group consisting of the base sequences represented by sequence information 141 to sequence information 157, which comprises the probe and the target gene. It is a primer characterized by being used for detecting a hybridization reaction between.
本発明のプライマーの中で、配列情報142、144、146、148、150、152または154に示されるアンチセンス(antisense)プライマーの好ましい例は、ビオチン(biotin)またはローダミン(rhodamine)が付着されたことを特徴とするプライマーであり、これらのプライマーの中でビオチンが付着されたアンチセンスプライマーは、ストレプトアビジン‐シアニン(Streptavidin‐Cyanine)と相互作用することを特徴とする。 Among the primers of the present invention, biotin (rhodamine) or biotin (rhodamine) is attached as a preferable example of the antisense primer shown in the sequence information 142, 144, 146, 148, 150, 152 or 154. Among these primers, the antisense primer to which biotin is attached is characterized in that it interacts with streptavidin-cyanine.
また本発明は、
a)血液、細胞および組織よりHLA DNAを調製する段階;
b)調製したDNAを用いて非対称PCRを実施する段階;
c)上記の非対称PCRの産物と第1項または第2項のプローブとを結合させる段階;および
d)上記の結合を確認する段階;
を含むHLA遺伝子型の分析方法を提供する。
The present invention also provides
a) preparing HLA DNA from blood, cells and tissues;
b) performing asymmetric PCR with the prepared DNA;
c) binding the product of the asymmetric PCR to the first or second probe; and d) confirming the binding;
A method for analyzing an HLA genotype is provided.
本発明において、上記の確認段階は、ローダミンを用いたり、ビオチンと結合するストレプトアビジン‐シアニンを用い、マイクロアレイスキャナを用いて結果を確認し、HLAタイピングプログラムを用いて分析することによって、HLA遺伝子型を便利に確認することを特徴とする。本発明においては、最近開発されたDNAマイクロアレイ技術を用いて一つのスライド上でHLA‐A、‐B、Cw、DRを同時に分析することができるHLAオリゴヌクレオチドチップを開発した。すなわちHLA遺伝子型を決定するために、HLA‐Aの21タイプと特異的に反応することができる38個のオリゴヌクレオチド、HLA‐Bの36タイプと特異的に反応することができる46個のオリゴヌクレオチド、HLA‐Cwの14タイプと特異的に反応することができる20個のオリゴヌクレオチド、HLA‐DRB1/3/4/5の16タイプと特異的に反応することができる22個のオリゴヌクレオチド、HLA‐DRB1のB1*3、*8、*11、*12、*13、*14、*15および*16なる8タイプと特異的に反応することができる17個のオリゴヌクレオチドを作製し、これらを一枚のアルデヒドガラス・スライド上の5区域に集積させた。非対称PCR法を利用して増幅させたHLA遺伝子を該スライドに集積させたオリゴヌクレオチドプローブとハイブリダイゼーション反応させた。これを蛍光反応法の利用により反応が現われたプローブを分析して総HLAに対する87個の遺伝子型を類別した。
In the present invention, the above confirmation step is performed by using rhodamine or streptavidin-cyanine that binds to biotin, confirming the result using a microarray scanner, and analyzing the result using an HLA typing program. It is characterized by confirming conveniently. In the present invention, an HLA oligonucleotide chip capable of simultaneously analyzing HLA-A, -B, Cw, and DR on one slide using a recently developed DNA microarray technology was developed. That is, to determine the HLA genotype, 38 oligonucleotides that can specifically react with 21 types of HLA-A and 46 oligos that can specifically react with 36 types of HLA-
図1は、HLAオリゴヌクレオチドチップのスライド全体を示す写真である。すなわち一枚のスライド上でHLA‐A、‐B、‐Cw、‐DRB遺伝子型を同時に分析するために、表示された数字により指定される5個の「チャンバ(chamber)」で構成されている。 FIG. 1 is a photograph showing an entire slide of an HLA oligonucleotide chip. That is, it consists of five “chambers” designated by the displayed numbers to simultaneously analyze HLA-A, -B, -Cw, -DRB genotypes on one slide .
このスライド上には表に示されるように、HLA‐A遺伝子型を類別するための38個
のプローブ、陽性コントロール(positive control)として用いられる
2個のプローブと陰性コントロール(negative control)として用いら
れる1個のプローブ、HLA‐B遺伝子型を類別するための46個のプローブと陽性コントロールおよび陰性コントロールとして用いられる各々1個のプローブ、HLA‐Cw遺伝子型を類別するための20個のプローブと陽性コントロールとして用いられる2個のプローブと陰性コントロールとして用いられる1個のプローブ、HLA‐DRB1/3/4/5遺伝子型を類別するための22個のプローブと陰性コントロールおよび陽性コントロールとして用いられる各々1個のプローブ、HLA‐DRB1/3/4/5遺伝子型を類別するプローブがDRB3/4/5遺伝子型により影響を受けるためにHLA‐DRB1遺伝子型の分析が一部曖昧となる点を補ってHLA‐DRB1の遺伝子型類別の判別能力を向上させるための17個のプローブと陰性コントロールおよび陽性コントロールとして用いられる各々1個のプローブを、総数155個のプローブとして各遺伝子群を区分して二重に固定化した。
On this slide, as shown in the table, 38 probes for categorizing HLA-A genotypes, 2 probes used as positive controls and 2 negative controls 1 probe, 46 probes to classify HLA-B genotype and 1 probe each used as positive and negative control, 20 probes to classify HLA-Cw genotype and positive 2 probes used as controls and 1 probe used as negative controls, 22 probes for classifying HLA-DRB1 / 3/4/5 genotypes and 1 each used as negative control and positive control Pieces Robe, HLA-DRB1 / 3/4/5 genotypes are affected by the DRB3 / 4/5 genotype, so the HLA-DRB1 genotype analysis is partially ambiguous, making up for HLA- 17 probes to improve the ability to discriminate genotypes of DRB1 and 1 probe each used as negative control and positive control, each gene group is divided into a total of 155 probes and fixed in duplicate Turned into.
そして、このプローブ上にCoverwell Perfusion Chamber(SIGMA、米国)を付着し、各遺伝子群を判別するプローブを別々に混合、反応させる
ことができるように分離させてHLAオリゴヌクレオチドチップを作製した。
Then, Coverwell Perfusion Chamber (SIGMA, USA) was attached on this probe, and the probes for discriminating each gene group were separately mixed and reacted so that an HLA oligonucleotide chip was produced.
図2から図6までは、HLAオリゴヌクレオチドチップのHLA‐A*11/*31、B*27、Cw*06、DRB1*01/*11/DRB3タイプに関する蛍光反応の結果を示す写真であり、図1のスライドにおける5個のチャンバで起こった反応をイメージ拡大したものである。
FIG. 2 to FIG. 6 are photographs showing the results of fluorescence reactions related to HLA-A * 11 / * 31, B * 27,
PCRおよびハイブリダイゼーション反応の際には蛍光性のプライマーおよびプローブを用い、それらの結果の解析にはGenePiX4000スキャナ(Axon inst
ruments社、米国)を用いて、蛍光を示すプローブの種類を、HLAタイピングプ
ログラムを用いてHLA遺伝子型を分析した。
Fluorescent primers and probes are used for PCR and hybridization reactions, and the results are analyzed for GenePiX4000 scanner (Axon inst.
and the HLA genotype was analyzed using the HLA typing program.
以下、本発明を限定的に解されるべきでない実施例を通じて、さらに説明する。これらの実施例は単に本発明を例示するためのものであって、本発明の範囲がこれらの実施例により制限されるものと解釈されないのは当業界における通常の知識を持つ者にとっては自明であろう。 Hereinafter, the present invention will be further described through examples that should not be construed as limiting. These examples are merely illustrative of the present invention, and it is obvious to those skilled in the art that the scope of the present invention should not be construed as being limited by these examples. I will.
HLAプライマーの合成およびその塩基配列
HLA PCRプライマーは、表1に示したようにHLA‐A、‐B、‐Cwはエクソ
ン(exon)2番と3番で、HLA‐DRB1/3/4/5はエクソン2番で共通して反応できる部位を、HLA‐DRB1はエクソン2番でB1*3、*8、*11、*12、*13、*14、*15、*16のような8種の特定遺伝子型のみを特異的に増幅できる部位を分析することにより非対称PCRにおいて用いた。
Synthesis of HLA primer and its nucleotide sequence HLA PCR primers are HLA-A, -B and -Cw as shown in Table 1, exons 2 and 3, and HLA-DRB1 / 3/4/5 Is the site that can react in common with exon 2, HLA-DRB1 is exon 2 and B1 * 3, * 8, * 11, * 12, * 13, * 14, * 15, * 16 This was used in asymmetric PCR by analyzing sites that can specifically amplify only certain genotypes.
非対称PCRに用いるアンチセンスプライマーの5'末端に、ハイブリダイゼーション
反応後に蛍光反応によって確認できるようにローダミンを付着させ、あるいはハイブリダイゼーション反応後にストレプトアビジン‐シアニンと結合するようにビオチンが付着された。ここで用いたプライマーは、ドイツのMetabion社に依頼し、Molecular cloning 3版(SambrookとRusell,Cold Sprin
g Harbor Laboratory Press,New York,USA,2001年)の10.42に記載されたオリゴヌクレオチド合成方法を用いて合成された。
Rhodamine was attached to the 5 ′ end of the antisense primer used in asymmetric PCR so that it could be confirmed by a fluorescent reaction after the hybridization reaction, or biotin was attached after the hybridization reaction so as to bind to streptavidin-cyanine. The primer used here was commissioned to Metabion, Germany, and the molecular cloning version 3 (Sambrook and Rusell, Cold Sprint)
g Harbor Laboratory Press, New York, USA, 2001) was synthesized using the oligonucleotide synthesis method described in 10.42.
HLA DNAの抽出と非対称PCR反応
1)HLA DNAは、Gentra systems社のPUREGENETM DNA isolation kitを用いて単離した。RBC lysis solution,900μlと血液300μlとを混ぜて、常温で1分間、10回程度振盪させながら反応さ
せた後、13,000rpmで20秒間遠心分離し、上澄液を20μlくらい残して除去
した。
Extraction of HLA DNA and Asymmetric PCR Reaction 1) HLA DNA was isolated using the PUREGENE ™ DNA isolation kit from Gentra systems. RBC lysis solution, 900 μl, and 300 μl of blood were mixed and allowed to react at room temperature for 1 minute while shaking about 10 times, followed by centrifugation at 13,000 rpm for 20 seconds, and the supernatant was removed leaving about 20 μl.
2)残っている上澄液を、10秒間ボーテクス(vortex)して白血球細胞を再浮遊させた後、cell lysis solution 300μlを加えた後、ピペット
で細胞を溶解させた。
2) The remaining supernatant was vortexed for 10 seconds to resuspend leukocytes, and then 300 μl of cell lysis solution was added, and the cells were lysed with a pipette.
3)細胞が溶解された溶液にタンパク質沈澱溶液100μlを加え、20秒間ボーテクスして混ぜた後、13,000rpmで1分間遠心分離した。
4)DNAが含まれている上澄液を100% イソプロパノールと混ぜた後、チューブ
を50回振盪して混合し、次いで13,000rpmで1分間遠心分離した。
3) 100 μl of protein precipitation solution was added to the solution in which the cells were lysed, mixed by vortexing for 20 seconds, and then centrifuged at 13,000 rpm for 1 minute.
4) After mixing the supernatant containing DNA with 100% isopropanol, the tube was shaken 50 times to mix, and then centrifuged at 13,000 rpm for 1 minute.
5)上澄液を捨ててから70% エタノール300μlでペレットを洗浄し、13,000rpmで1分間遠心分離した。
6)上澄液を捨ててペレットを乾燥させた後、DNA hydration solution,100μlでペレットを再浮遊(resuspend)した。
5) After discarding the supernatant, the pellet was washed with 300 μl of 70% ethanol and centrifuged at 13,000 rpm for 1 minute.
6) After discarding the supernatant and drying the pellet, the pellet was resuspended with 100 μl of DNA hydration solution.
7)表2のような方法で非対称PCR反応を、GeneAmp PCR system
9600 thermal cycler(Perkin ElmerCetus社、米国)で実施した。
7) The asymmetric PCR reaction is carried out by the method shown in Table 2 and the GeneAmp PCR system.
9600 thermal cycler (Perkin Elmer Cetus, USA).
8)非対称PCRが終了した産物5μlに、ゲルローディングバッファー(0.25% ブロモフェノール ブルー(bromophenol blue),0.25% キシレンシアノール(xylene cyanol) FF,15% フィコール(Ficoll)4
00)1μlを加えて混合した。1μg/ml 臭化エチジウム(EtBr)を含有する2
% アガロースゲルで電気泳動を行なった。PCRバンドを、UV transilluminatorが装着されたイメージアナライザ(Vilber Lourmat社、フラ
ンス)で確認した。
8) 5 μl of asymmetric PCR finished product was added to gel loading buffer (0.25% bromophenol blue, 0.25% xylene cyanol FF, 15% Ficoll 4)
00) 1 μl was added and mixed. 2 containing 1 μg / ml ethidium bromide (EtBr)
Electrophoresis was performed on a% agarose gel. The PCR band was confirmed with an image analyzer (Vilber Lourmat, France) equipped with a UV transducer.
HLAオリゴヌクレオチドチップを作製するためにプローブの合成およびその塩基配列
アルデヒドガラス(aldehyde glass)上に共有結合させるためにすべてのプローブの各5'末端にアミノリンクを付着させ、ハイブリダイゼーション反応を容易
にするために10〜20個のオリゴ(dT)を付着した後、表3に示す塩基配列をAmi
no link‐Oligo(dT)10〜20に付着させた。つまり「Amino link
‐Oligo(dT)10〜20‐プローブ塩基配列」の順からなるプライマーを、ドイツの
Metabion社に依頼して合成した。このとき同定されたHLA遺伝子型の塩基配列は、表3に示したようにHLA‐Aは21種、HLA‐Bは36種、HLA‐Cwは14種、およびHLA‐DRは16種の遺伝子を分析することにより決定した。
Synthesis of probes to make HLA oligonucleotide chips and their base sequences Aldehyde glass to covalently attach amino links to each 5 'end of all probes to facilitate hybridization reactions After attaching 10 to 20 oligos (dT), the base sequence shown in Table 3 was changed to Ami.
It was attached to no link-Oligo (dT) 10 ~ 20. In other words, “Amino link
-Oligo (dT) 10 ~ 20 - a primer consisting of the order of the probe nucleotide sequence ", was synthesized by requesting the Metabion German company. The nucleotide sequences of the HLA genotypes identified at this time are 21 genes for HLA-A, 36 species for HLA-B, 14 species for HLA-Cw, and 16 genes for HLA-DR as shown in Table 3. Was determined by analysis.
表4から7に示される塩基配列において、中央に大文字で表記された塩基配列が最も重要な部分である。これを中心として約13bpから30bpの大きさにしたプライマーを、Tm値とGC%を考慮し約60〜65℃となるように合成した。 In the base sequences shown in Tables 4 to 7, the base sequence indicated by capital letters in the center is the most important part. A primer having a size of about 13 bp to 30 bp centering on this was synthesized so as to be about 60 to 65 ° C. in consideration of Tm value and GC%.
HLAオリゴヌクレオチドチップの作製
1)オリゴヌクレオチドチップを作製するために、Nuricell社(大韓民国)またはCell社(米国)のアルデヒドガラス・スライドを使用した。アミノ基が付着され
ているプローブ,100pmole/μlと同量の3X SSCとをよく混合してスライド上に固定し、16時間室温で反応させた。次に該スライドを0.2% SDSで5分間2回洗浄してから、蒸溜水で5分間2回洗浄した。次いで該スライドは95℃に加熱された蒸溜水で2分間1回洗浄した後、蒸溜水を用いて5分間1回室温で洗浄した。
Production of HLA oligonucleotide chip 1) In order to produce an oligonucleotide chip, an aldehyde glass slide of Nucellell (Korea) or Cell (USA) was used. The probe with amino group attached, 100 pmole / μl and the same amount of 3X SSC were mixed well and fixed on a slide, and reacted at room temperature for 16 hours. The slides were then washed twice with 0.2% SDS for 5 minutes and then twice with distilled water for 5 minutes. The slide was then washed once with distilled water heated to 95 ° C. for 2 minutes and then once with distilled water for 5 minutes at room temperature.
2)水素化ホウ素ナトリウム(1.3g NaBH4、375ml PBS、125ml
100% EtOH)に上記スライドを5分間反応させた後、0.2% SDSで1分間3回洗浄し、蒸溜水で1分間2回洗浄した後に室温で乾燥させた。
2) Sodium borohydride (1.3 g NaBH 4 , 375 ml PBS, 125 ml
The slide was reacted with 100% EtOH for 5 minutes, then washed with 0.2% SDS three times for 1 minute, washed twice with distilled water for 1 minute, and then dried at room temperature.
3)5個のHLA PCR反応物を分離して反応させるために、SIGMA社のCov
erwell Perfusion Chamberを上記スライドに付着させて、チャンバ(Chamber)を分離させた。このように完成したHLAオリゴヌクレオチドチップは、使用前まで室温の暗所で保管した。
3) To separate and react 5 HLA PCR reactions, SIGMA Cov
An erwell Perfusion Chamber was attached to the slide to separate the chamber. The completed HLA oligonucleotide chip was stored in a dark place at room temperature until use.
HLA PCR産物とのハイブリダイゼーション反応
1)ローダミンまたはビオチンが結合したHLA PCR産物と、ハイブリダイゼーシ
ョン溶液(3X SSC、0.3% SDS)とを1:9の割合で混合した。蛍光反応を起こ
すためにビオチンを用いた場合には、ストレプトアビジン‐シアニンを1μg/ml濃度
で添加して反応させた。
Hybridization reaction with HLA PCR product 1) The HLA PCR product bound with rhodamine or biotin and the hybridization solution (3X SSC, 0.3% SDS) were mixed at a ratio of 1: 9. When biotin was used to cause a fluorescent reaction, streptavidin-cyanine was added at a concentration of 1 μg / ml for reaction.
2)チャンバを覆ったまま90μlのハイブリダイゼーションバッファーをスライド上のチャンバに滴下し、62℃で1時間反応させた。
3)前記スライドを1X SSCを用いて室温で5分間洗浄し、次いで0.1X SSC
で2分間洗浄してから室温で乾燥させた。
2) With the chamber covered, 90 μl of hybridization buffer was dropped into the chamber on the slide and reacted at 62 ° C. for 1 hour.
3) Wash the slides with 1X SSC for 5 minutes at room temperature, then 0.1X SSC
For 2 minutes and then dried at room temperature.
4)結果の確認
スキャナ(GenePiX4000、Axon instruments、米国)を使用し、蛍光を示すプローブを本発明者が開発したHLAタイピングプログラムを用いてHLA遺伝子型を解析した。
4) Confirmation of results Using a scanner (GenePiX4000, Axon instruments, USA), the HLA genotype was analyzed using the HLA typing program developed by the present inventor for probes that exhibit fluorescence.
表4から7に示される塩基配列において、中央に大文字で表記された塩基配列が最も重要な部分であって、これを中心として約13bpから30bpの大きさにしたプライマーを、Tm値とGC%を考慮して60〜65℃となるように合成した。 In the base sequences shown in Tables 4 to 7, the base sequence indicated by capital letters at the center is the most important part, and a primer having a size of about 13 bp to 30 bp centering on this is used as a Tm value and GC% Was taken into consideration so that the temperature would be 60 to 65 ° C.
その結果を図2〜図6に示した。これらの図においては、PCRとハイブリダイゼーション反応の際に蛍光性のプライマーおよびプローブを用い、結果の解析には、GenePiX4000スキャナ(Axon instruments社、米国)を使用して蛍光を示すプローブを本発明者が開発したHLAタイピングプログラムを用いてHLA遺伝子型を解析した。 The results are shown in FIGS. In these figures, fluorescent primers and probes are used in the PCR and hybridization reaction, and the results are analyzed using a GenePiX4000 scanner (Axon instruments, USA) as a probe that shows fluorescence. HLA genotypes were analyzed using the HLA typing program developed by the company.
HLAタイピングプログラムは、本発明のHLAオリゴヌクレオチドチップの各「チャンバ」に位置したプローブの結果を分析して、適切に正規化する(normalization)方法を生みだす。該プログラムは陰陽性(positive and negative)を判別することができる境界値のような概念を取り入れた中間帯(intermediate zone)を生じる。その境界値を基準として各プローブの陰陽性が判別
される。プローブの陰陽性形態(positivity and negativity)をプログラム内に格納された陰陽性形態の対照表と比べることにより一致するHLA遺伝子型を調べることができるように開発した。
The HLA typing program analyzes the results of the probes located in each “chamber” of the HLA oligonucleotide chip of the present invention and produces a method of normalization appropriately. The program produces an intermediate zone that incorporates concepts such as boundary values that can discriminate positive and negative. The negative positive of each probe is determined based on the boundary value. It was developed so that the matching HLA genotype could be examined by comparing the negative and positive forms of the probe with the negative positive form control table stored in the program.
本発明ではHLA遺伝子を解析してHLA‐A、‐B、‐Cw、‐DR遺伝子型を診断するオリゴヌクレオチドチップが開発された。これを用いたHLA遺伝子型の分析は、既存の商品化されているキットに比べて、人件費、材料費および時間が著しく節減できる。すなわち既存の検査方法およびキットは、HLA タイピングにおいてHLA‐A、‐B
、‐Cw、‐DR遺伝子型を同時に分析することができないため、それぞれ別途で試験を行わなければならないという煩雑さがあったが、本発明のHLA DNA チップを用いれば一回の実験でHLA‐A、‐B、‐Cw、‐DR遺伝子型がすべて判別されるだけでなく、HLA対立遺伝子の数が多くなってもプローブをスライド上に高密度で固定化するため、一つのスライドだけでも充分である。さらに本発明方法は蛍光物質を使用するものであるため、発色工程が要らないだけでなく、従来方法の試験で必要とされる段階、すなわち洗浄、発色反応などが省略されるため、結果を見るまでの時間が非常に短縮される。
In the present invention, an oligonucleotide chip for analyzing the HLA gene and diagnosing HLA-A, -B, -Cw, -DR genotypes has been developed. Analysis of HLA genotypes using this can save labor costs, material costs and time significantly compared to existing commercialized kits. In other words, the existing inspection methods and kits are HLA-A, -B in HLA typing.
, -Cw, -DR genotypes cannot be analyzed at the same time, so there is a problem that separate tests must be performed separately. However, using the HLA DNA chip of the present invention, HLA- Not only can all A, -B, -Cw, and -DR genotypes be identified, but even if the number of HLA alleles increases, the probe is immobilized on the slide at a high density, so only one slide is sufficient. It is. Further, since the method of the present invention uses a fluorescent substance, not only a coloring process is not required, but also the steps required in the test of the conventional method, that is, washing, coloring reaction, etc. are omitted, so the results are seen. The time until is greatly shortened.
Claims (3)
配列情報42から配列情報89に示される塩基配列からなる、HLA‐B遺伝子型を決定するためのプローブ群;
配列情報90から配列情報112に示される塩基配列からなる、HLA‐Cw遺伝子型を決定するためのプローブ群;および
配列情報113から配列情報140に示される塩基配列からなる、HLA‐DR遺伝子型を決定するためのプローブ群
をすべて含む、HLA遺伝子型を決定するための複数のオリゴヌクレオチドプローブを有する組成物。A group of probes for determining the HLA-A genotype, comprising the base sequences represented by sequence information 1 to sequence information 41;
A group of probes for determining the HLA-B genotype, comprising the base sequences shown in the sequence information 42 to the sequence information 89;
A probe group for determining the HLA-Cw genotype consisting of the base sequence shown in the sequence information 90 to the sequence information 112; and the HLA-DR genotype consisting of the base sequence shown in the sequence information 140 from the sequence information 113 A composition having a plurality of oligonucleotide probes for determining HLA genotype, comprising all groups of probes for determination.
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