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JP4514482B2 - Detection method of target nucleotide sequence - Google Patents
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Description

本発明は、サンプルDNAまたはRNAとプローブDNAまたはRNAとのハイブリダイゼーションによる結合作用を利用して、サンプルDNAまたはRNAに目的とする塩基配列が存在するか否かを検出する方法に関する。取り扱う物質はDNAでもRNAでも同様に考えることができる。以下サンプルがDNAでプローブがDNAの場合について記載する。   The present invention relates to a method for detecting whether or not a target base sequence exists in sample DNA or RNA by utilizing a binding action by hybridization between sample DNA or RNA and probe DNA or RNA. The substance to be handled can be considered in the same manner whether it is DNA or RNA. The case where the sample is DNA and the probe is DNA is described below.

従来、サンプルDNA中に目的とする塩基配列が存在するか否か検出する手法として、検出したい目的塩基配列の相補鎖関係にある塩基配列のDNAをプローブDNAとして作成し、ガラスやメンブレンなどに固定させてDNAチップを作り、サンプルDNAとDNAチップに固定化されているプローブDNAをハイブリダイゼーションさせ、サンプルDNAに目的の塩基配列があったときはサンプルDNA中の目的塩基配列を持つ部位とDNAチップに固定されているプローブDNAがハイブリッド形成されて結合される。目的とした塩基配列がなかったときはプローブDNAと結合されないため、溶液中で浮遊している状態になる。ハイブリダイゼーションのあと、DNAチップを洗うと浮遊しているDNAは流され、固定化しているものは流されない。よって、プローブDNAとハイブリッド形成しているサンプルDNAは結合されているため、DNAチップを洗っても流されないことになる。ハイブリッド形成しているプローブDNAの検出方法は、サンプルDNAに予め蛍光標識を付けておき、ランプやレーザーなどの光源で励起して発光させ、DNAチップ読取装置で画像を読み取り、どのプローブDNAにサンプルDNAが結合しているか、ハイブリダイゼーションの作用を使って、目的塩基配列の有無をプローブDNAとサンプルDNAで直接ハイブリダイズしておこなう1ステップ検出で検出している(非特許文献1を参照)。
図2は最近よく利用されているDNAチップを使った目的塩基配列の検出方法の例である。本例は、4種類の異なる目的塩基配列(1)1,目的塩基配列(2)2,目的塩基配列(3)3,目的塩基配列(4)4がサンプルDNA5に存在するか否かを検出する手法を現したものである。本例では、サンプルDNA中に目的塩基配列(1)1と目的塩基配列(4)4が存在するものを例として検出している。図2(A)はあらかじめ蛍光標識を付けたサンプルDNA5で、目的塩基配列(1)1と目的塩基配列(4)4が存在するサンプルDNA5である。図2(B)は検出したい目的塩基配列(1)1から目的塩基配列(4)4の対になっているDNA群14で、目的塩基配列(1)のDNA1aと目的塩基配列(1)の相補鎖DNA1b,目的塩基配列(2)のDNA2aと目的塩基配列(2)の相補鎖DNA2b,目的塩基配列(3)のDNA3aと目的塩基配列(3)の相補鎖DNA3bおよび目的塩基配列(4)のDNA4aと目的塩基配列(4)の相補鎖DNA4bからなる。このとき、目的塩基配列(1)のDNA1aと目的塩基配列(1)の相補鎖DNA1bの関係はハイブリダイズすればよいため、相補の関係が完全一致でもよいし、完全一致でなくてもよい。図2(C)は図2(B)の中から相補鎖DNA1bから4bをプローブDNA群8として、ガラスまたはメンブレン13に固定化し、図2(D)のDNAチップ9を作成する。図2(E)はサンプルDNA5とDNAチップ9に固定されているプローブDNA群8をハイブリダイゼーション溶液10に入れ、ハイブリダイズさせる。そのとき、サンプルDNA5の目的塩基配列(1)1の部位と目的塩基配列(1)の相補鎖DNA1bとが相補鎖関係にあるため、サンプルDNA5の目的塩基配列(1)1の部位と目的塩基配列(1)の相補鎖DNA1bがハイブリッド形成され結合される。図2(F)はハイブリダイゼーション後のDNAチップ9の読み取りで、方式はランプ11で蛍光標識6を励起して発光させ、DNAチップ読取装置7で読み取る。この例ではサンプルDNA5の目的塩基配列(1)1の部位とハイブリッド形成して結合されている目的塩基配列(1)1の相補鎖DNA1bの位置が光ることになる。図2(G)はDNAチップ読取装置7で読み取った画像12で、光っている位置からサンプルDNA5に目的塩基配列(1)1が存在していることがわかる。現在、このようにして、目的の塩基配列がサンプルDNAにあるか否かを検出している。
「サイエンス(Science)」270 巻p467-470
Conventionally, as a method for detecting whether a target base sequence exists in a sample DNA, a DNA having a base sequence complementary to the target base sequence to be detected is prepared as a probe DNA and fixed to glass or a membrane. To make a DNA chip, hybridize the sample DNA and the probe DNA immobilized on the DNA chip, and if the sample DNA has the target base sequence, the site having the target base sequence in the sample DNA and the DNA chip The probe DNA immobilized on is hybridized and bound. When there is no target base sequence, it will not be bound to the probe DNA, so it will be floating in the solution. After the hybridization, when the DNA chip is washed, the floating DNA is washed away, and the immobilized DNA is not washed away. Therefore, since the sample DNA hybridized with the probe DNA is bound, it will not be washed away even if the DNA chip is washed. The method for detecting the probe DNA that is hybridized is to preliminarily label the sample DNA with a fluorescent label, excite it with a light source such as a lamp or laser, emit light, read the image with a DNA chip reader, Whether DNA is bound or not is detected by the one-step detection performed by directly hybridizing the probe DNA with the sample DNA using the action of hybridization to detect the presence or absence of the target base sequence (see Non-Patent Document 1).
FIG. 2 shows an example of a method for detecting a target base sequence using a DNA chip that is widely used recently. This example detects whether four different target base sequences (1), target base sequence (2) 2, target base sequence (3) 3, target base sequence (4) 4 are present in sample DNA 5 It shows the technique to do. In this example, the sample DNA having the target base sequence (1) 1 and the target base sequence (4) 4 is detected as an example. FIG. 2 (A) shows sample DNA 5 preliminarily labeled with fluorescence, which is sample DNA 5 in which the target base sequence (1) 1 and target base sequence (4) 4 are present. FIG. 2 (B) shows a DNA group 14 in a pair of target base sequence (1) 1 to target base sequence (4) 4 to be detected. DNA 1a of target base sequence (1) and target base sequence (1) Complementary strand DNA 1b, DNA 2a of target base sequence (2) and complementary strand DNA 2b of target base sequence (2), DNA 3a of target base sequence (3), complementary strand DNA 3b of target base sequence (3) and target base sequence (4) DNA 4a and the complementary strand DNA 4b of the target base sequence (4). At this time, since the relationship between the DNA 1a of the target base sequence (1) and the complementary strand DNA 1b of the target base sequence (1) may be hybridized, the complementary relationship may or may not be perfect match. In FIG. 2C, the complementary strand DNAs 1b to 4b in FIG. 2B are immobilized on the glass or membrane 13 as the probe DNA group 8, and the DNA chip 9 in FIG. In FIG. 2E, the sample DNA 5 and the probe DNA group 8 fixed to the DNA chip 9 are put into the hybridization solution 10 and hybridized. At that time, since the site of the target base sequence (1) 1 of the sample DNA 5 and the complementary strand DNA 1b of the target base sequence (1) are in a complementary chain relationship, the site of the target base sequence (1) 1 of the sample DNA 5 and the target base The complementary strand DNA 1b of sequence (1) is hybridized and bound. FIG. 2F shows the reading of the DNA chip 9 after hybridization, and the method is that the fluorescent label 6 is excited by the lamp 11 to emit light and is read by the DNA chip reader 7. In this example, the position of the complementary strand DNA 1b of the target base sequence (1) 1 that is hybridized with the site of the target base sequence (1) 1 of the sample DNA 5 is illuminated. FIG. 2G shows an image 12 read by the DNA chip reader 7 and it can be seen that the target base sequence (1) 1 exists in the sample DNA 5 from the shining position. At present, it is detected in this way whether the target base sequence is present in the sample DNA.
“Science” Vol.270, p467-470

従来の方法では、サンプルDNAの量が少ないときは、プローブDNAがガラスやメンブレンなどに固定化されているため、プローブDNA1個にサンプルDNA1個のハイブリハイブリダイゼーションしかできない。そのため、サンプルDNAに目的の塩基配列が複数種類存在したときは、1つしか結合できないため、他の目的塩基配列を検出できないという問題があった。そのため、サンプルDNAを増幅して、増やす方式が取られているが、サンプルDNAが未知のDNAで、分子の大きさがバラバラであることなど、増幅する条件が難しいという問題がある。また、DNAチップを使ってのハイブリダイゼーションでは、ハイブリダイゼーションをおこなう空間が広すぎるため、固定化されているプローブDNAにサンプルDNAが遭遇する確立も低いという問題がある。さらにまた、サンプルDNAとプローブDNAの分子量の大きさが、大きく異なるため、ハイブリダイゼーションの条件である温度などの実験条件設定が難しいという問題がある。   In the conventional method, when the amount of sample DNA is small, probe DNA is immobilized on glass or a membrane, so that only one sample DNA can be hybridized to one probe DNA. For this reason, when there are a plurality of types of target base sequences in the sample DNA, only one can be bound, so that there is a problem that other target base sequences cannot be detected. For this reason, a method of amplifying and increasing the sample DNA is employed, but there is a problem that the conditions for amplification are difficult, such as the sample DNA being unknown and the molecular size being different. Further, in the hybridization using a DNA chip, there is a problem that the sample DNA encounters an immobilized probe DNA because the space for hybridization is too large. Furthermore, since the molecular weights of the sample DNA and the probe DNA are greatly different, there is a problem that it is difficult to set experimental conditions such as a temperature as a hybridization condition.

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みなされたもので、サンプルDNAに複数のプローブDNAをハイブリダイズできるようにし、目的とした塩基配列がサンプルDNAに複数種類存在しても、容易に検出できることを可能とした方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and allows a plurality of probe DNAs to be hybridized to a sample DNA, so that even if a plurality of target base sequences exist in the sample DNA, the present invention can be easily performed. It is an object of the present invention to provide a method capable of being detected.

本発明は、サンプルDNAまたはRNA中の目的の塩基配列を検出する方法であって、以下の工程:
(1)サンプルDNAまたはRNAとプローブDNAまたはRNAを液中で接触させてハイブリダイゼーション複合体を形成させ;
(2)ハイブリダイゼーション複合体を単離し;
(3)複合体を解離させて、プロ−ブDNAまたはRNAを分離し;
(4)該プローブDNAまたはRNAを同定して、サンプルDNAまたはRNA中の目的の塩基配列を検出する;
を含む方法に関する。
The present invention is a method for detecting a target base sequence in sample DNA or RNA, comprising the following steps:
(1) Contacting sample DNA or RNA with probe DNA or RNA in a liquid to form a hybridization complex;
(2) isolating the hybridization complex;
(3) dissociating the complex and separating the probe DNA or RNA;
(4) Identify the probe DNA or RNA and detect the target base sequence in the sample DNA or RNA;
Relates to a method comprising:

本発明では、i)サンプルがDNAでプローブがDNAの場合、ii)サンプルがRNAでプローブがRNAの場合、iii)サンプルがDNAでプローブがRNAの場合、iv)サンプルがRNAでプローブがDNAの場合の4つの態様がある。取り扱う物質がDNAでもRNAでも同様に考えることができる。以下サンプルがDNAでプローブがDNAの場合について記載する。
本発明では、従来、DNAチップと称して、ガラスやメンブレンなどに固定化させていたプローブDNAを固定化させず、サンプルDNAとプローブDNAの水溶液を調製しておき、両水溶液をハイブリダイゼーション条件下で混合してハイブリダイゼーション複合体を形成させる。こうすることで、サンプルDNAが少ない場合でもサンプルDNAに複数種類のプローブDNAをハイブリダイズさせることを可能とする。そのあと、ハイブリダイゼーション複合体を単離し、ハイブリダイゼーション複合体からプローブDNAを分離し、そのプローブを同定することによって、サンプルDNAに存在する目的塩基配列の検出することができる。
In the present invention, i) when the sample is DNA and the probe is DNA, ii) when the sample is RNA and the probe is RNA, iii) when the sample is DNA and the probe is RNA, iv) when the sample is RNA and the probe is DNA There are four aspects of the case. It can be similarly considered whether the substance to be handled is DNA or RNA. The case where the sample is DNA and the probe is DNA is described below.
In the present invention, a probe DNA that has been conventionally immobilized on a glass or membrane, which is conventionally called a DNA chip, is not immobilized, but an aqueous solution of sample DNA and probe DNA is prepared. To form a hybridization complex. This makes it possible to hybridize a plurality of types of probe DNA to the sample DNA even when the sample DNA is small. Thereafter, by isolating the hybridization complex, separating the probe DNA from the hybridization complex, and identifying the probe, the target base sequence present in the sample DNA can be detected.

すなわち、サンプルDNAとプローブDNAを1つのチューブ中でハイブリダイゼーションさせることで、ハイブリダイゼーションの空間を狭くすることができ、両者が遭遇する確立を高くできる。さらに、1つのチューブ中でハイブリダイゼーションさせることで、サンプルDNAの量が少なくても検出できるようになる。また、複数のプローブDNAを用いることができ、1つのサンプルDNAに複数のプローブDNAがハイブリダイズできるようにしている。   That is, by hybridizing the sample DNA and the probe DNA in one tube, the space for hybridization can be narrowed, and the probability of encountering both can be increased. Furthermore, by performing hybridization in one tube, it becomes possible to detect even if the amount of sample DNA is small. In addition, a plurality of probe DNAs can be used, and a plurality of probe DNAs can be hybridized to one sample DNA.

また、単離したプローブDNAの同定は、プローブDNAと相補鎖関係のDNAであるc−プローブDNAを用意しておき、ハイブリダイゼーションを用いて同定することができる。すなわち、プローブDNAの相補鎖関係にあるc−プローブDNAをガラスやメンブレンなどに固定化し、c−プローブDNAチップとして、あらかじめ作成しておき、分離したプローブDNAとハイブリダイズさせて、同定する。このとき、プローブDNAとc−DNAチップ上のc−プローブDNAは分子量がほぼ等しいため、容易な条件で安定的にハイブリッド形成して結合させることができる。プローブDNAを蛍光標識しておき、c−DNAチップをDNAチップ読取装置で読み取ると、選択抽出したプローブDNAがc−プローブDNAに結合している場所が光り、c−DNAチップ上の位置から、何のプローブDNAであるか特定することができる。すなわち、プローブDNAと結合したc−プローブDNAの塩基配列が、サンプルDNAに存在する目的塩基配列であることがわかる。
要するに、従来サンプルDNA1個にプローブDNA1個のハイブリダイゼーションであったものが、本発明では、サンプルDNA1個にプローブDNAを複数個ハイブリダイゼーションできるようにし、サンプルDNAにハイブリッド形成して結合したプローブDNAを相補鎖プローブDNAのc−プローブDNAで検出することを特徴としている。なお、c−DNAチップの読み取りを光でおこなうときは、抽出したプローブDNAとc−プローブDNAとのハイブリダイゼーション以前に、プローブDNAに蛍光標識を付けておく必要がある。プローブDNA の蛍光標識化(ヌクレイック アシド リサーチ(Nucleic Acids Research) 13 巻2399-2412 頁、DNAシークエンス(DNA Sequence)4 巻135-141)についてはすでに当業者によく知られており、市販のDNA 合成機を用いて各種蛍光物質を付加したオリゴヌクレオチドを合成することができる。また、企業による蛍光標識化オリゴヌクレオチドの受託合成も実用化されている。
The isolated probe DNA can be identified by preparing a c-probe DNA that is complementary to the probe DNA and using hybridization. That is, c-probe DNA having a complementary strand relationship with probe DNA is immobilized on glass or a membrane, prepared in advance as a c-probe DNA chip, hybridized with separated probe DNA, and identified. At this time, since the probe DNA and the c-probe DNA on the c-DNA chip have substantially the same molecular weight, they can be stably hybridized and bound under easy conditions. When the probe DNA is fluorescently labeled and the c-DNA chip is read with a DNA chip reader, the place where the selected and extracted probe DNA is bound to the c-probe DNA shines. From the position on the c-DNA chip, It is possible to specify what probe DNA it is. That is, it can be seen that the base sequence of the c-probe DNA bound to the probe DNA is the target base sequence present in the sample DNA.
In short, in the present invention, a single sample DNA is hybridized with one probe DNA. In the present invention, a plurality of probe DNAs can be hybridized with one sample DNA. It is characterized by detecting with c-probe DNA of complementary strand probe DNA. When reading the c-DNA chip with light, it is necessary to attach a fluorescent label to the probe DNA before the hybridization between the extracted probe DNA and the c-probe DNA. Fluorescent labeling of probe DNA (Nucleic Acids Research Vol. 13, pages 2399-2412, DNA Sequence Vol. 4, vol. 135-141) is already well known to those skilled in the art, and commercially available DNA synthesis Oligonucleotides to which various fluorescent substances are added can be synthesized using a machine. In addition, contract synthesis of fluorescently labeled oligonucleotides by companies has been put into practical use.

少量のDNAサンプルで複数種類の塩基配列を検出できる。   Multiple types of base sequences can be detected with a small amount of DNA sample.

以下、本発明の一実施態様について説明する。図1は本発明の原理を説明する図であり、サンプルDNAに目的塩基配列が存在するか否か、検索手段を現したものである。本実施例は、求めたい目的塩基配列は4種類で、サンプルDNA5には、目的塩基配列(1)1、目的塩基配列(4)4が存在している例を使用して、検索方法を現している。図1(A)は目的塩基配列の検索対象のサンプルDNA5で、目的塩基配列(1)1、目的塩基配列(4)4が存在し、サンプルDNA5を制御するための磁気ビーズ17を結合させている。図1(B)は、目的塩基配列を検索するための、対になっているDNA群14で、目的塩基配列(1)のDNA1aと目的塩基配列(1)の相補鎖DNA1b,目的塩基配列(2)のDNA2aと目的塩基配列(2)の相補鎖DNA2b,目的塩基配列(3)のDNA3aと目的塩基配列(3)の相補鎖DNA3bおよび目的塩基配列(4)のDNA4aと目的塩基配列(4)の相補鎖DNA4bからなる。図1(C)は、サンプルDNAとハイブリダイゼーションさせて、検索するためのプローブDNA群8で、目的塩基配列(1)1のDNA1b,目的塩基配列(2)2のDNA2b,目的塩基配列(3)3のDNA3bおよび目的塩基配列(4)4のDNA4bで構成させる。図1(D)は、サンプルDNA5にハイブリダイズしたプローブDNAを検出するための手段で、プローブDNA群8の相補鎖関係にある目的塩基配列(1)の相補鎖DNA1aから目的塩基配列(4)の相補鎖DNA4aのc−プローブDNA群15をガラスまたはメンブレン13に固定化し、c−DNAチップ16化しておく。図1(E)は、サンプルDNA5とプローブDNA群8をハイブリダイゼーション溶液10に入れ、1つのチューブ19でハイブリダイゼーションさせる。このとき、サンプルDNA5にプローブDNAと相同の塩基配列があるときはハイブリッド形成して結合し、未結合のプローブDNAは溶液中で浮遊することになる。本例ではサンプルDNA5の目的塩基配列(1)1と目的塩基配列(4)4の部位に、目的塩基配列(1)の相補鎖DNA1bと目的塩基配列(4)の相補鎖DNA4bが結合することになる。
図1(F)と図1(G)は、図1(E)のハイブリダイゼーション後、サンプルDNA5に結合したプローブDNAと未結合のプローブDNAを分離するための手段で、サンプルDNA5を磁石18で図1(F)のように固定し、溶液を図1(F)から図1()に移す。このとき、サンプルDNA5に結合しているプローブDNAの目的塩基配列(1)の相補鎖DNA1bと目的塩基配列(4)の相補鎖DNA4bは移動せず、溶液中で浮遊している未結合のプローブDNAの目的塩基配列(2)の相補鎖DNA2bと目的塩基配列(3)の相補鎖DNA3bは図1(G)のように移動する。こうすることで、結合したプローブDNAと未結合のプローブDNAを分離することができ、サンプルDNA5に結合したプローブDNAを選択することができる。
図1(H)は、結合しているプローブDNA分離するため、目的塩基配列(1)の相補鎖DNA1bと目的塩基配列(4)の相補鎖DNA4bをサンプルDNA5から切り離す。切り離しは溶液をアルカリ性条件にするかまたは熱をかけて行なう。
図1(I)と図1(J)は、切り離したサンプルDNA5とプローブDNAを分離させるもので、サンプルDNA5を図1(H)から図1(I)に移動させる。こうすることで、図1(J)に結合していたプローブDNAが残り、サンプルDNA5とプローブDNAの目的塩基配列(1)の相補鎖DNA1bおよび目的塩基配列(4)の相補鎖DNA4bを分離することができる。そのあと、読み取りのため、図1(J)のように分離抽出したプローブDNAに蛍光物質を標識させるが、蛍光物質を標識するタイミングは図1(C)の時点でおこなってもよい。
図1(K)は、分離抽出したプローブDNAの種類を検出するため、ハイブリダイゼーション溶液10に、図1(J)の分離したプローブDNAと図1(D)のc−DNAチップ16を入れ、プローブDNAと相補鎖関係にあるc−プローブDNA群15とハイブリダイズさせる。その結果として、目的塩基配列(1)のDNA1aと目的塩基配列(1)の相補鎖DNA1bおよび目的塩基配列(4)のDNA4aと目的塩基配列(4)の相補鎖DNA4bがハイブリッド形成して結合される。
図1(L)は、ハイブリッド形成しているプローブDNAの検出で、従来のDNAチップ読取装置7でc−DNAチップを読み取る。
(M)は、c−DNAチップを読み取った画像で、抽出したプローブDNAの結合している位置が光るため、どのプローブDNAが結合したか判別することができる。本実施例では目的塩基配列(1)と目的塩基配列(4)のプローブDNAがサンプルDNAに結合したいたことがわかる。
このように、c−DNAチップに結合したプローブDNAを求めることで、サンプルDNAにどの目的塩基配列が存在するか検出することができる。なお、ここではサンプルDNAに結合したプローブDNAの分類と検出に、自動化されているDNAチップを利用した塩基配列の検出方法を説明したが、サンプルDNAに結合したプローブDNAの分類と検出の方法は手法であってもよい。また、本発明のプローブDNAの検出を相補鎖プローブDNAで検出する方式は、DNAチップ以外のものにも適用できることはもちろんである。
以下、上記の手法により、サンプルDNAに選択的に結合したプローブを回収した例を示す。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention, and shows a search means for determining whether or not a target base sequence exists in sample DNA. In this example, there are four types of target base sequences to be obtained, and the sample DNA 5 uses the example in which the target base sequence (1) 1 and target base sequence (4) 4 are present to represent the search method. ing. FIG. 1A shows a sample DNA 5 to be searched for a target base sequence. The target base sequence (1) 1 and the target base sequence (4) 4 are present, and magnetic beads 17 for controlling the sample DNA 5 are bound. Yes. FIG. 1B shows a pair of DNA groups 14 for searching for a target base sequence. DNA 1a of the target base sequence (1), complementary strand DNA 1b of the target base sequence (1), target base sequence ( 2) DNA 2a and complementary strand DNA 2b of target base sequence (2), DNA 3a of target base sequence (3) and complementary strand DNA 3b of target base sequence (3), DNA 4a of target base sequence (4) and target base sequence (4 ) Complementary strand DNA 4b. FIG. 1C shows a probe DNA group 8 for hybridization with a sample DNA for searching. DNA 1b of target base sequence (1) 1, DNA 2b of target base sequence (2) 2, target base sequence (3 3) DNA 3b of 3 and DNA 4b of the desired base sequence (4) 4. FIG. 1 (D) is a means for detecting the probe DNA hybridized with the sample DNA 5, from the complementary strand DNA 1a of the desired base sequence (1) in the complementary strand relationship of the probe DNA group 8 to the desired base sequence (4). The c-probe DNA group 15 of the complementary strand DNA 4a is immobilized on glass or a membrane 13 to form a c-DNA chip 16. In FIG. 1E, sample DNA 5 and probe DNA group 8 are placed in a hybridization solution 10 and hybridized with one tube 19. At this time, if the sample DNA 5 has a base sequence that is homologous to the probe DNA, it is hybridized and bound, and the unbound probe DNA floats in the solution. In this example, the complementary strand DNA 1b of the target base sequence (1) and the complementary strand DNA 4b of the target base sequence (4) bind to the sites of the target base sequence (1) 1 and the target base sequence (4) 4 of the sample DNA 5. become.
1 (F) and FIG. 1 (G) are means for separating the probe DNA bound to the sample DNA 5 and the unbound probe DNA after the hybridization of FIG. 1 (E). Fix as shown in FIG. 1 (F) and transfer the solution from FIG. 1 (F) to FIG. 1 ( G ). At this time, the complementary strand DNA 1b of the target base sequence (1) of the probe DNA bound to the sample DNA 5 and the complementary strand DNA 4b of the target base sequence (4) do not move, and are unbound probes floating in the solution. The complementary strand DNA 2b of the target base sequence (2) of DNA and the complementary strand DNA 3b of the target base sequence (3) move as shown in FIG. 1 (G). By doing so, the bound probe DNA and the unbound probe DNA can be separated, and the probe DNA bound to the sample DNA 5 can be selected.
In FIG. 1 (H), in order to separate the bound probe DNA, the complementary strand DNA 1b of the target base sequence (1) and the complementary strand DNA 4b of the target base sequence (4) are separated from the sample DNA 5. Separation takes place under alkaline conditions or with heat.
FIGS. 1 (I) and 1 (J) separate sample DNA 5 and probe DNA that have been separated, and sample DNA 5 is moved from FIG. 1 (H) to FIG. 1 (I). As a result, the probe DNA bound in FIG. 1 (J) remains, and the sample DNA 5 and the complementary strand DNA 1b of the target base sequence (1) of the probe DNA and the complementary strand DNA 4b of the target base sequence (4) are separated. be able to. After that, for reading, the fluorescent substance is labeled on the probe DNA separated and extracted as shown in FIG. 1 (J), but the timing of labeling the fluorescent substance may be performed at the time of FIG. 1 (C).
In FIG. 1 (K), in order to detect the type of probe DNA separated and extracted, the separated probe DNA of FIG. 1 (J) and the c-DNA chip 16 of FIG. It is hybridized with the c-probe DNA group 15 in a complementary strand relationship with the probe DNA. As a result, the DNA 1a of the target base sequence (1) and the complementary strand DNA 1b of the target base sequence (1) and the DNA 4a of the target base sequence (4) and the complementary strand DNA 4b of the target base sequence (4) are hybridized and combined. The
FIG. 1 (L) shows detection of a hybridized probe DNA, and a c-DNA chip is read by a conventional DNA chip reader 7.
FIG. 1 (M) is an image obtained by reading a c-DNA chip. Since the position where the extracted probe DNA is bonded is lit, it can be determined which probe DNA is bonded. In this example, it can be seen that the probe DNAs of the target base sequence (1) and the target base sequence (4) were bound to the sample DNA.
Thus, by obtaining the probe DNA bound to the c-DNA chip, it is possible to detect which target base sequence is present in the sample DNA. Although the method for detecting the base sequence using an automated DNA chip has been described here for the classification and detection of the probe DNA bound to the sample DNA, the method for classifying and detecting the probe DNA bound to the sample DNA is described below. It may be a technique. Of course, the method of detecting the probe DNA of the present invention using a complementary-strand probe DNA can be applied to devices other than DNA chips.
Hereinafter, an example in which the probe selectively bound to the sample DNA is collected by the above method will be described.

サンプルDNAとプローブのハイブリダイゼーション
本発明の方法により目的塩基配列を検出するためのサンプルDNAとして、 配列番号1に示すDNA を用いた。後述するように、ハイブリダイゼーション後の選択のために、その5' 末端にビオチンを共有結合させた。上記サンプルDNAと相補的な配列を有するプローブとして、上記サンプルDNAの塩基配列の 20-35、および41-55 にそれぞれ相補的な配列を有する、配列番号2および3で示したDNA1, DNA2 を化学合成した。またこのサンプルDNAには相補鎖配列が存在しないDNAとして配列番号4からに示したDNA3, DNA4, DNA5 を用いた。サンプルDNAとプローブを含むこれらのDNA をすべて混合し、ハイブリダイゼーションを行なった。ハイブリダイゼーションの条件は5 x SSC, 0.5 % SDS, 0.2 mg/ml 活性化DNA(仔牛胸腺DNAをDNase Iで限定分解したもの)を含む溶液中で上記DNA を混合し,95 ℃で3分熱処理をした後、42 ℃にして10 分間静置した。
Hybridization of sample DNA and probe As the sample DNA for detecting the target nucleotide sequence by the method of the present invention, the DNA shown in SEQ ID NO: 1 was used. As will be described later, biotin was covalently bound to the 5 ′ end for selection after hybridization. As probes having a sequence complementary to the sample DNA, DNA1 and DNA2 shown in SEQ ID NOs: 2 and 3 having sequences complementary to the base sequences 20-35 and 41-55 of the sample DNA, respectively, Synthesized. Further, DNA3, DNA4, and DNA5 shown in SEQ ID NOs: 4 to 6 were used as DNAs having no complementary strand sequence in this sample DNA. All of these DNAs including the sample DNA and the probe were mixed and hybridized. Hybridization conditions were 5 x SSC, 0.5% SDS, 0.2 mg / ml. Activated DNA (calf thymus DNA digested with DNase I) was mixed with the above DNA and heat-treated at 95 ° C for 3 minutes. And then left at 42 ° C. for 10 minutes.

サンプルDNAに結合したプローブDNAの選択的回収
本実験の目的のためにサンプルDNAに結合しているビオチンを利用した。DNA のビオチン化については、 テトラヘドロンレターズ(Tetrahedron Letters)32巻1715-1718頁, ヌクレイック アシド リサーチ(Nucleic Acids Research) 20 巻6253-6259頁に記載の方法でおこなうことができる(本実験でのビオチン化したサンプルDNAはシグマジェノシス社の受託DNA合成を利用した)。すなわちビオチンと特異的に結合するストレプトアビジンがマグネチックビーズに固定化されたもの(MACS Separation system, Miltenyi Biotech 社) を用いて、以下の手順でビオチン化DNAを回収した。ハイブリダイゼーション溶液を100 μl のMACS Streptavidin MicroBeads と混合して、それを強力な永久磁石の上にセットしたカラムに供した。カラムは予め平衡化バッファーとしてDNAを含まないハイブリダイゼーション用溶液を流しておいた。試料を供した後のカラムに、同様にハイブリダイゼーション溶液を100 μlずつ5回流し、さらにTE バッファー100 μl を3回流すことで非特異的に結合しているDNAを洗い落とした。その後、カラムを磁石板からはずして、TE バッファーを流すことによってプローブの結合したサンプルDNAをチューブに回収した。
Selective recovery of probe DNA bound to sample DNA Biotin bound to sample DNA was used for the purpose of this experiment. The biotinylation of DNA can be carried out by the method described in Tetrahedron Letters, 32, 1715-1718, Nucleic Acids Research, 20, 6253-6259 (biotin in this experiment). The sample DNA was converted from DNA synthesis commissioned by Sigma Genosys). That is, biotinylated DNA was collected by the following procedure using a streptavidin that specifically binds to biotin immobilized on magnetic beads (MACS Separation system, Miltenyi Biotech). The hybridization solution was mixed with 100 μl of MACS Streptavidin MicroBeads and applied to a column set on a strong permanent magnet. The column was preliminarily flowed with a hybridization solution not containing DNA as an equilibration buffer. Similarly, 100 μl of the hybridization solution was flowed 5 times to the column after the sample was applied, and then 100 μl of TE buffer was further flowed 3 times to wash away non-specifically bound DNA. Thereafter, the column was removed from the magnetic plate, and the sample DNA to which the probe was bound was collected in a tube by flowing TE buffer.

サンプルDNAに対するプローブが選択的に回収されていることの確認
回収したサンプルDNAに結合しているプローブを検出するために、上記方法により最終的にTE バッファーで回収したDNA 溶液を95 ℃処理をして、急冷することにより、ハイブリダイズしているDNA をはずした。その溶液に放射性[γ32P]ATP とポリヌクレオチドキナーゼを加えることによって、プローブDNAの5' 末端を放射性標識した。反応物を8 M 尿素存在化の20 %ポリアクリルアミドゲル電気泳動に供し、オートラジオグラフィーによってDNA のバンドを検出した。得られたバンドの位置からDNAの鎖長をもとに、目的DNA に結合していたDNA の種類を推定した。すなわち、目的のプローブが選択的にサンプルDNA に結合し、マグネット法によってサンプルDNA と一緒に回収されていたならば、DNA1, DNA2 が15 鎖長と16 鎖長のDNA バンドとして検出され、それ以外の鎖長のバンドが検出されないことになるが、実験結果はその通りになり、サンプルDNAに相補的な配列を有する目的プローブが特異的に結合したことを示す結果となった。 結果を図3に示す。この結果より一種類のサンプルDNAに複数のプローブDNAが同じ効率で結合していることが示され、本発明の原理が有効に働きうることが示された。

Confirmation of selective recovery of probe for sample DNA To detect the probe bound to the recovered sample DNA, treat the DNA solution finally recovered with TE buffer at 95 ° C by the above method. The hybridized DNA was removed by rapid cooling. The 5 ′ end of the probe DNA was radiolabeled by adding radioactive [γ 32 P] ATP and polynucleotide kinase to the solution. The reaction product was subjected to 20% polyacrylamide gel electrophoresis in the presence of 8 M urea, and a DNA band was detected by autoradiography. Based on the position of the obtained band, the type of DNA bound to the target DNA was estimated based on the DNA chain length. That is, if the target probe selectively binds to the sample DNA and is recovered together with the sample DNA by the magnet method, DNA1 and DNA2 are detected as 15- and 16-strand DNA bands, and the others However, the experimental result was exactly the same, indicating that the target probe having a sequence complementary to the sample DNA was specifically bound. The results are shown in FIG. From this result, it was shown that a plurality of probe DNAs were bound to one kind of sample DNA with the same efficiency, and it was shown that the principle of the present invention can work effectively.

本発明の原理を説明する図であり、サンプルDNAに目的塩基配列が存在するか否か、検索手段を現したものである。It is a figure explaining the principle of this invention, and shows the search means whether the target base sequence exists in sample DNA. 図2は最近よく利用されているDNAチップを使った目的塩基配列の検出方法の例を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining an example of a method for detecting a target base sequence using a DNA chip that has been frequently used recently. サンプルDNAに結合したプローブDNAを検出する電気泳動図である。マグネット法でサンプルDNA と一緒に回収されたDNA溶液を放射性標識して、変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動でその鎖長を検出した。レーン1、7は回収された溶液を用いて標識したもの。レーン2〜6は本実験で用いたプローブDNA(DNA1〜5)をそれぞれ直接、末端放射性標識して泳動した。レーン2、DNA1; レーン3, DNA2; レーン4, DNA3; レーン5, DNA4; レーン6, DNA5 。It is an electrophoretic diagram for detecting probe DNA bound to sample DNA. The DNA solution recovered together with the sample DNA by the magnet method was radioactively labeled, and the chain length was detected by denaturing polyacrylamide gel electrophoresis. Lanes 1 and 7 are labeled with the recovered solution. In lanes 2 to 6, the probe DNAs (DNA1 to 5 ) used in this experiment were directly labeled and electrophoresed. Lane 2, DNA1; Lane 3, DNA2; Lane 4, DNA3; Lane 5, DNA4; Lane 6, DNA5.

符号の説明Explanation of symbols

1 目的塩基配列(1);
1a 目的塩基配列(1)のDNA;
1b 目的塩基配列(1)の相補鎖DNA;
2 目的塩基配列(2)
2a 目的塩基配列(2)のDNA
2b 目的塩基配列(2)の相補鎖DNA;
3 目的塩基配列(3);
3a 目的塩基配列(3)のDNA;
3b 目的塩基配列(3)の相補鎖DNA;
4 目的塩基配列(4);
4a 目的塩基配列(4)のDNA;
4b 目的塩基配列(4)の相補鎖DNA;
5 サンプルDNA;
6 蛍光標識;
7 DNAチップ読み取り装置;
8 プローブDNA群;
9 DNAチップ;
10 ハイブリダイゼーション溶液;
11 ランプ;
12 読み取った画像;
13 ガラス;
14 DNA群;
15 c−プローブDNA群;
16 c−DNAチップ;
17 磁気ビーズ;
18 磁石
1 target base sequence (1);
1a DNA of the target base sequence (1);
1b complementary strand DNA of the target base sequence (1);
2 Target nucleotide sequence (2)
2a DNA of the target nucleotide sequence (2)
2b complementary strand DNA of the target base sequence (2);
3 Target base sequence (3);
3a DNA of the target base sequence (3);
3b complementary strand DNA of the target base sequence (3);
4 Target base sequence (4);
4a DNA of the target base sequence (4);
4b complementary strand DNA of the target base sequence (4);
5 sample DNA;
6 fluorescent labels;
7 DNA chip reader;
8 probe DNA groups;
9 DNA chip;
10 hybridization solution;
11 lamps;
12 scanned images;
13 glass;
14 DNA groups;
15 c-probe DNA group;
16 c-DNA chip;
17 magnetic beads;
18 Magnet

Claims (3)

サンプルDNAまたはRNA中の目的の塩基配列を検出する方法であって、以下の工程:
(1)サンプルDNAまたはRNAとプローブDNAまたはRNAを水溶液中で接触させてハイブリダイゼーション複合体を形成させ、その際、サンプルDNAまたはRNAとプローブDNAまたはRNAのいずれをも固定化させずにハイブリダイゼーションを行い;
(2)該ハイブリダイゼーション複合体を単離し;
(3)該複合体を解離させて、プロ−ブDNAまたはRNAを分離し;
(4)該プローブDNAまたはRNAの相補鎖DNA群またはRNA群を固定化したDNAまたはRNAチップとのハイブリダイゼーションにより該プローブDNAまたはRNAを同定して、サンプルDNAまたはRNA中の目的の塩基配列を検出する;
を含み、1つのサンプルDNAに複数のプローブDNAがハイブリダイズすることを特徴とする方法。
A method for detecting a target base sequence in sample DNA or RNA, comprising the following steps:
(1) Sample DNA or RNA and probe DNA or RNA are contacted in an aqueous solution to form a hybridization complex, and hybridization is performed without immobilizing either sample DNA or RNA and probe DNA or RNA. Perform;
(2) isolating the hybridization complex;
(3) dissociating the complex to separate probe DNA or RNA;
(4) The probe DNA or RNA is identified by hybridization with a DNA or RNA chip on which the complementary DNA group or RNA group of the probe DNA or RNA is immobilized, and the target base sequence in the sample DNA or RNA is determined. To detect;
Only including, a method in which a plurality of probe DNA in one sample DNA is characterized by hybridizing.
複数種類のプローブDNAまたはRNAを用いる請求項1に記載の方法 The method according to claim 1, wherein plural types of probe DNA or RNA are used . プローブDNAまたはRNAが蛍光標識されている請求項1または2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2 , wherein the probe DNA or RNA is fluorescently labeled.
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