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JP4957063B2 - Method for immobilizing probe nucleic acid on detection surface - Google Patents
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JP4957063B2 - Method for immobilizing probe nucleic acid on detection surface - Google Patents

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Description

本発明は、プローブと標的核酸とのハイブリダイゼーションにより形成された二本鎖核酸部分を、インターカレーターで検出する際に用いる検出表面、該検出表面を用いて、二本鎖核酸部分とインターカレーターとの相互作用を促進させる相互作用促進方法、該検出表面に固定されたプローブと標的核酸とのハイブリダイゼーションを検出するハイブリダイゼーション検出方法などに関する。   The present invention relates to a detection surface used for detecting a double-stranded nucleic acid moiety formed by hybridization of a probe and a target nucleic acid with an intercalator, a double-stranded nucleic acid moiety and an intercalator using the detection surface. The present invention relates to an interaction promotion method that promotes the interaction between the probe and a hybridization detection method that detects hybridization between a probe immobilized on the detection surface and a target nucleic acid.

医学・生理学などの分野における遺伝子解析技術などとして、プローブ核酸を用いた方法が実用化され始めている。例えば、DNAチップなどの場合、固相基板上などに検出用のプローブ核酸を多種・多数固定し、その検出用のプローブ核酸とハイブリダイゼーションする標的核酸を網羅的に解析する。   Methods using probe nucleic acids have begun to be put into practical use as gene analysis techniques in fields such as medicine and physiology. For example, in the case of a DNA chip or the like, various kinds of probe nucleic acids for detection are immobilized on a solid phase substrate or the like, and target nucleic acids that hybridize with the probe nucleic acids for detection are comprehensively analyzed.

現在、検出用のプローブ核酸と標的核酸とのハイブリダイゼーションを定量的かつ高精度に検出する手段の一つとして、インターカレーターを用いる手段が検討されている。インターカレーターは二本鎖核酸の間に入り込む性質を有する蛍光物質である。例えば、検出用のプローブ核酸と標的核酸とのハイブリダイゼーションにより形成された二本鎖核酸部分とインターカレーターとを相互作用させ、インターカレーターによる蛍光の強度を検出することにより、核酸を定量的かつ高精度に解析できる可能性がある。   At present, as one of means for quantitatively and highly accurately detecting hybridization between a probe nucleic acid for detection and a target nucleic acid, means using an intercalator is being studied. An intercalator is a fluorescent substance having the property of entering between double-stranded nucleic acids. For example, a double-stranded nucleic acid portion formed by hybridization of a probe nucleic acid for detection and a target nucleic acid interacts with an intercalator, and the intensity of fluorescence by the intercalator is detected to quantitatively increase the nucleic acid. There is a possibility that it can be analyzed accurately.

なお、例えば、特許文献1及び特許文献2には、DNAチップなどにおいて、インターカレーターを用いて二本鎖核酸を検出する技術などが開示されている。
特開2006−10621号公報 特開2006−10582号公報
For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a technique for detecting a double-stranded nucleic acid using an intercalator in a DNA chip or the like.
JP 2006-10621 A JP 2006-10582 A

固相基板上などに固定された検出用のプローブ核酸と標的核酸とのハイブリダイゼーションを、インターカレーターを用いて検出する場合、均一液相中などでハイブリダイゼーションを検出する場合と比較して、より厳密な条件設定が必要である。   When detecting hybridization between a probe nucleic acid for detection immobilized on a solid phase substrate and the target nucleic acid using an intercalator, compared to detecting hybridization in a homogeneous liquid phase, etc. Strict condition setting is required.

例えば、固相基板上などに固定した検出用のプローブ核酸を用いて二本鎖核酸を検出する場合、立体障害による相互作用阻害などにより、インターカレーター自体の性能・感度が、均一液相中などよりも低下する可能性がある。   For example, when detecting a double-stranded nucleic acid using a detection probe nucleic acid immobilized on a solid phase substrate or the like, the performance and sensitivity of the intercalator itself is in a uniform liquid phase due to the interaction inhibition due to steric hindrance, etc. There is a possibility of lower than.

また、固相基板上などに固定した検出用のプローブ核酸を用いて二本鎖核酸を検出する場合、立体障害などにより、二本鎖核酸部分に三次元立体構造の異常が生じる場合が想定できる。その場合、二本鎖核酸が形成されていてもその立体構造に異常があり、インターカレーターの一部がその二本鎖核酸部分に相互作用できないため、ハイブリダイゼーション検出の精度や定量性が低下する可能性がある。   In addition, when detecting a double-stranded nucleic acid using a detection probe nucleic acid immobilized on a solid phase substrate or the like, it may be assumed that a three-dimensional structure abnormality occurs in the double-stranded nucleic acid part due to steric hindrance or the like. . In that case, even if a double-stranded nucleic acid is formed, there is an abnormality in its three-dimensional structure, and a part of the intercalator cannot interact with the double-stranded nucleic acid part, so that the accuracy and quantitativeness of hybridization detection are reduced. there is a possibility.

一方、固相基板上などに形成された二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用における好適な条件などは、充分検討されていない。   On the other hand, suitable conditions for the interaction between the double-stranded nucleic acid formed on the solid phase substrate and the intercalator have not been sufficiently studied.

そこで、本発明は、固相基板上に形成された二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用における好適な条件を提供することにより、固相基板上などに形成された二本鎖核酸を、インターカレーターを用いて検出する場合における精度・定量性などを向上させることを主な目的とする。   Therefore, the present invention provides suitable conditions for the interaction between the double-stranded nucleic acid formed on the solid-phase substrate and the intercalator, thereby allowing the double-stranded nucleic acid formed on the solid-phase substrate or the like to The main purpose is to improve the accuracy and quantitativeness when detecting using an intercalator.

本発明者は、固相基板上などに形成された二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用における好適な条件などを詳細に検討した。そして、所定長のリンカーを介して検出用のプローブ核酸を固定し、かつ、そのプローブ核酸の固定間隔を調整することにより、固相基板上に形成された二本鎖核酸の検出精度及び定量性などを向上できることを新規に見出した。   The present inventor has examined in detail, for example, suitable conditions for the interaction between a double-stranded nucleic acid formed on a solid phase substrate and the intercalator. Then, by detecting a probe nucleic acid for detection via a linker having a predetermined length and adjusting the fixing interval of the probe nucleic acid, detection accuracy and quantification of the double-stranded nucleic acid formed on the solid phase substrate I found out that I can improve.

そこで、本発明では、検出用のプローブ核酸と標的核酸とのハイブリダイゼーションにより形成された二本鎖核酸部分を、インターカレーターで検出する際に用いる検出表面、検出用のプローブ核酸所定長のリンカーを介して固定する方法であって、そのプローブ核酸の固定密度を、ハイブリダイゼーションにより二本鎖核酸部分が形成された場合におけるその二本鎖核酸部分の鎖長と、リンカーの鎖長とを合わせた長さに基づいて決定するプローブ核酸固定方法を提供する。このプローブ核酸固定方法において、前記プローブ核酸の固定間隔は、二本鎖核酸部分の鎖長とリンカーの鎖長との和以上の長さとされる。
Therefore, in the present invention, a detection probe nucleic acid having a predetermined length is formed on a detection surface used when detecting a double-stranded nucleic acid portion formed by hybridization of a detection probe nucleic acid and a target nucleic acid with an intercalator. A method of immobilizing via a linker, wherein the immobilization density of the probe nucleic acid is determined by calculating the chain length of the double-stranded nucleic acid part and the chain length of the linker when the double-stranded nucleic acid part is formed by hybridization. Provided is a probe nucleic acid immobilization method that is determined based on the combined length. In this probe nucleic acid immobilization method, the probe nucleic acid immobilization interval is longer than the sum of the chain length of the double-stranded nucleic acid portion and the chain length of the linker.

所定長のリンカーを介して検出用のプローブ核酸を固定し、かつ、検出用のプローブ核酸の固定間隔を上記の通り設定することにより、検出表面に形成された二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用に対する立体障害などの影響を極力排除でき、その相互作用量を均一液相中と同様にすることができる。   By fixing the probe nucleic acid for detection via a linker of a predetermined length and setting the fixing interval of the probe nucleic acid for detection as described above, the double-stranded nucleic acid formed on the detection surface and the intercalator The influence of steric hindrance and the like on the interaction can be eliminated as much as possible, and the amount of interaction can be made the same as in the uniform liquid phase.

従って、この検出表面を用いることにより、二本鎖核酸部分とインターカレーターとの相互作用を促進させることができるため、検出用のプローブ核酸と標的核酸とのハイブリダイゼーションの検出精度及び定量性を向上させることができる。   Therefore, by using this detection surface, the interaction between the double-stranded nucleic acid moiety and the intercalator can be promoted, so the detection accuracy and quantitativeness of hybridization between the probe nucleic acid for detection and the target nucleic acid are improved. Can be made.

以下、本発明に係る技術用語について説明する。   Hereinafter, technical terms according to the present invention will be described.

「検出表面」は、固相基板などの表面のうち、ハイブリダイゼーションなどの反応場に臨む部分である。   The “detection surface” is a portion of a surface such as a solid phase substrate that faces a reaction field such as hybridization.

「核酸」は、プリンまたはピリミジン塩基と糖がグリコシド結合したヌクレオシドのリン酸エステルの重合体(ヌクレオチド鎖)を意味し、プローブ核酸を含むオリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、プリンヌクレオチドとピリミジンヌクレオチオドが重合したDNA(全長あるいはその断片)、逆転写により得られるcDNA(cDNAプローブ)、RNA、ポリアミドヌクレオチド誘導体(PNA)などを広く含む。   “Nucleic acid” means a polymer (nucleotide chain) of a nucleoside phosphate ester in which a purine or pyrimidine base and a sugar are glycosidically linked, and an oligonucleotide, polynucleotide, purine nucleotide and pyrimidine nucleotide containing a probe nucleic acid are polymerized. Widely includes DNA (full length or a fragment thereof), cDNA obtained by reverse transcription (cDNA probe), RNA, polyamide nucleotide derivative (PNA) and the like.

「プローブ核酸」は、標的核酸を検出するための検出子として機能する核酸(ヌクレオチド鎖)であり、検出表面などに固定されて存在する。   A “probe nucleic acid” is a nucleic acid (nucleotide chain) that functions as a detector for detecting a target nucleic acid, and is immobilized on a detection surface or the like.

「標的核酸」は、全長又は一部に、検出用のプローブ核酸の塩基配列と相補的な配列を有する核酸であり、ハイブリダイゼーションを検出する際に、反応場に滴下又は供給される。   A “target nucleic acid” is a nucleic acid having a sequence complementary to the base sequence of a probe nucleic acid for detection over its entire length or a part, and is dropped or supplied to a reaction field when detecting hybridization.

「リンカー」は、所定の鎖長を有し、検出表面とプローブ核酸とを連結するスペーサー分子であり、原則として、連結したプローブ核酸以外の核酸やインターカレーターとは相互作用しない分子である。   The “linker” is a spacer molecule that has a predetermined chain length and connects the detection surface and the probe nucleic acid, and in principle, is a molecule that does not interact with nucleic acids other than the linked probe nucleic acid or an intercalator.

「インターカレーター」は、二本鎖核酸部分に結合して蛍光を発する物質である。なお、二本鎖核酸部位に対するインターカレーターの結合様式については、特に限定されない。   An “intercalator” is a substance that emits fluorescence by binding to a double-stranded nucleic acid moiety. In addition, the binding mode of the intercalator to the double-stranded nucleic acid site is not particularly limited.

「相互作用」は、2つの物質が相互に結合することである。   “Interaction” is the binding of two substances to each other.

「ハイブリダイゼーション」は、核酸(ヌクレオチド鎖)間の相補結合であり、高分子−高分子、高分子−低分子、低分子−低分子の特異的な結合、DNA−DNA、DNA−RNA、RNA−RNA間の特異的な結合、などを広く含む。   “Hybridization” is a complementary bond between nucleic acids (nucleotide strands), and is a polymer-polymer, polymer-small molecule, small molecule-small molecule specific bond, DNA-DNA, DNA-RNA, RNA -Widely includes specific binding between RNA and the like.

本発明により、検出用のプローブ核酸と標的核酸とのハイブリダイゼーションにより形成された二本鎖核酸部分を、インターカレーターで検出するにおいて、ハイブリダイゼーションの検出精度及び定量性を向上させることができる。   According to the present invention, in detecting a double-stranded nucleic acid moiety formed by hybridization of a probe nucleic acid for detection and a target nucleic acid with an intercalator, the detection accuracy and quantitativeness of hybridization can be improved.

<本発明に係る検出表面について>
はじめに、図1を用いて、本発明に係る検出表面の例について、以下説明する。
<About the detection surface according to the present invention>
First, an example of the detection surface according to the present invention will be described below with reference to FIG.

図1では、検出表面A上に反応場Bが形成され、また、検出表面Aに所定長のリンカー1を介して検出用のプローブ核酸2が固定されている。図1に例示する通り、検出用のプローブ核酸2と標的核酸3とがハイブリダイゼーションし、二本鎖核酸部分4を形成する。そして、二本鎖核酸部分4にインターカレーター5が結合する(符号X参照)とインターカレーター5が蛍光励起する。その蛍光を検出することにより、ハイブリダイゼーションを定量的かつ高精度に検出できる。   In FIG. 1, a reaction field B is formed on the detection surface A, and a detection probe nucleic acid 2 is fixed to the detection surface A via a linker 1 having a predetermined length. As illustrated in FIG. 1, the probe nucleic acid 2 for detection and the target nucleic acid 3 are hybridized to form a double-stranded nucleic acid portion 4. And when the intercalator 5 couple | bonds with the double stranded nucleic acid part 4 (refer code | symbol X), the intercalator 5 will carry out fluorescence excitation. By detecting the fluorescence, hybridization can be detected quantitatively and with high accuracy.

検出表面Aを含む固相基板などの材質などは特に限定されないが、所定波長の励起光(例えば、蛍光励起光)を透過可能な材質の方が、相互作用検出時などに基板側から励起できるなどの観点から、好ましい。例えば、CD(compact disc)、DVD(degital versatile disc)、MD(mini disc)など、公知の光情報記録媒体と同様の基材を用いることができ、石英などのガラス、ポリカーボネート、ポリスチレンなどの材料が好適である。   A material such as a solid phase substrate including the detection surface A is not particularly limited, but a material capable of transmitting excitation light (for example, fluorescence excitation light) having a predetermined wavelength can be excited from the substrate side when detecting an interaction. From the viewpoint of the above, it is preferable. For example, a substrate similar to a known optical information recording medium such as CD (compact disc), DVD (digital versatile disc), MD (mini disc) can be used, and materials such as glass such as quartz, polycarbonate, polystyrene, etc. Is preferred.

反応場Bは、検出用のプローブ核酸2と標的核酸3とのハイブリダイゼーションの場である。反応場Bでは、試料(標的核酸3などを含む)、媒質(緩衝液など)、試薬(インターカレーター5などを含む)などが供給・貯留される。   The reaction field B is a hybridization field between the probe nucleic acid 2 for detection and the target nucleic acid 3. In the reaction field B, a sample (including the target nucleic acid 3 and the like), a medium (such as a buffer solution), a reagent (including the intercalator 5 and the like), and the like are supplied and stored.

リンカー1は、所定の鎖長を有し、検出表面Aとプローブ核酸2とを連結でき、かつ、原則として、連結したプローブ核酸以外の核酸やインターカレーターとは相互作用しない分子であればよい。リンカー1には、公知のスペーサー分子を用いることができる。例えば、炭素(C)、酸素(O)、窒素(N)、リン(P)などからなる鎖分子で、かつ、鎖長が約40〜50Åのものが好適である。   The linker 1 may be any molecule that has a predetermined chain length, can link the detection surface A and the probe nucleic acid 2 and does not interact with nucleic acids other than the linked probe nucleic acid or intercalator in principle. A known spacer molecule can be used for the linker 1. For example, a chain molecule composed of carbon (C), oxygen (O), nitrogen (N), phosphorus (P), etc. and having a chain length of about 40 to 50 mm is suitable.

検出用のプローブ核酸2には、検出したい核酸の塩基配列の全部又は一部と相補的な塩基配列を有するものを用いる。プローブ核酸2は、合成核酸であるかどうかにより、狭く限定されない。鎖長(mer数)は、目的などに応じ、適宜設定可能である。   As the probe nucleic acid 2 for detection, one having a base sequence complementary to all or part of the base sequence of the nucleic acid to be detected is used. The probe nucleic acid 2 is not narrowly limited depending on whether it is a synthetic nucleic acid. The chain length (mer number) can be appropriately set according to the purpose.

リンカー1及び検出用のプローブ核酸2の固定手段は公知の方法を用いることができ、特に限定されない。例えば、検出表面Aをアビジン処理し、リンカー1の一端をビオチン化し、リンカー1の他端にプローブ核酸2を結合させてもよい。この場合、アビジン−ビオチン結合により、比較的簡易に、プローブ核酸2を検出表面Aに、検出表面A−リンカー1−プローブ核酸2の順で固定できる。   A known method can be used as the means for immobilizing the linker 1 and the probe nucleic acid 2 for detection, and is not particularly limited. For example, the detection surface A may be treated with avidin, one end of the linker 1 may be biotinylated, and the probe nucleic acid 2 may be bound to the other end of the linker 1. In this case, the probe nucleic acid 2 can be relatively easily fixed to the detection surface A in the order of detection surface A-linker 1-probe nucleic acid 2 by the avidin-biotin bond.

本発明では、検出用のプローブ核酸2の固定間隔(固定密度)nを、例えば、ハイブリダイゼーションにより二本鎖核酸部分が形成されたと想定した場合におけるその二本鎖核酸部分の鎖長(符号m)と、リンカーの鎖長(符号l)との和以上の長さに設定する。これにより、検出表面に形成された二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用に対する立体障害などの影響を極力排除できるため、、検出用のプローブ核酸と標的核酸とのハイブリダイゼーションの検出精度及び定量性を向上させることができる。   In the present invention, the fixed length (fixed density) n of the probe nucleic acid 2 for detection is assumed to be the length of the double-stranded nucleic acid portion (symbol m) when it is assumed that the double-stranded nucleic acid portion is formed by hybridization, for example. ) And the chain length (sign 1) of the linker. As a result, the influence of steric hindrance etc. on the interaction between the double-stranded nucleic acid formed on the detection surface and the intercalator can be eliminated as much as possible. Therefore, the detection accuracy and quantification of the hybridization between the probe nucleic acid for detection and the target nucleic acid Can be improved.

標的核酸3には、例えば、人体などから採取した生物試料から公知の方法で核酸を抽出・調製・合成などしたものを用いることができる。その場合、例えば、目的の試料から核酸を抽出などして用いてもよいし、目的の試料から核酸を抽出後、公知の方法により、cDNAなどを合成して用いてもよい。   As the target nucleic acid 3, for example, a nucleic acid extracted, prepared, or synthesized from a biological sample collected from a human body or the like by a known method can be used. In that case, for example, nucleic acid may be extracted from the target sample and used, or after extraction of the nucleic acid from the target sample, cDNA or the like may be synthesized and used by a known method.

インターカレーター5には、公知のものを用いることができる。インターカレーターとして、例えば、POPO−1、TOTO−3、SYBR Green I、PicoGreen(以上、米モレキュラー プローブス社製)、Hoechst33258などを挙げることができる。   As the intercalator 5, a known one can be used. Examples of the intercalator include POPO-1, TOTO-3, SYBR Green I, PicoGreen (manufactured by Molecular Probes, USA), Hoechst 33258, and the like.

<本発明に係る方法について>
続いて、本発明に係る相互作用促進方法及びハイブリダイゼーション検出方法について、以下説明する。
<About the method according to the present invention>
Next, the interaction promotion method and hybridization detection method according to the present invention will be described below.

本発明に係る検出表面を用いることにより、検出表面に形成された二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用に対する立体障害などの影響を極力排除できるため、二本鎖核酸部分とインターカレーターとの相互作用を促進させることができる。従って、検出用のプローブ核酸と標的核酸とのハイブリダイゼーションの検出精度及び定量性を向上させることができる。   By using the detection surface according to the present invention, the influence of steric hindrance etc. on the interaction between the double-stranded nucleic acid formed on the detection surface and the intercalator can be eliminated as much as possible. Interaction can be promoted. Therefore, the detection accuracy and quantitativeness of hybridization between the probe nucleic acid for detection and the target nucleic acid can be improved.

例えば、まず、検出用のプローブ核酸が固定された検出表面上の反応場を緩衝液などで満たし、その中に、試料となる核酸を滴下などし、検出用のプローブ核酸と標的核酸とのハイブリダイゼーションを形成させる。次に、その反応場にインターカレーターを滴下などし、ハイブリダイゼーションを蛍光励起により検出する。なお、標的核酸及びインターカレーターの滴下手段・時期などは適宜設計変更が可能である。   For example, first, the reaction field on the detection surface on which the detection probe nucleic acid is immobilized is filled with a buffer solution, and the sample nucleic acid is dropped into the sample to add a high concentration of the detection probe nucleic acid and the target nucleic acid. Allow hybridization to form. Next, an intercalator is dropped into the reaction field, and hybridization is detected by fluorescence excitation. The dripping means and timing of the target nucleic acid and intercalator can be appropriately changed.

緩衝液には、公知のもの、例えば、リン酸緩衝液、PBS(リン酸緩衝化生理食塩水)、HEPES緩衝液などのグット緩衝液、トリス緩衝液などを用いることができる。緩衝液の塩(NaCl、MgClなど)の濃度を調整することにより、核酸などの基板表面などへの非特異的吸着を防止できる。また、緩衝液として、塩を含むHEPES緩衝液などを用いた場合も、核酸などの基板表面などへの非特異的吸着を防止できる。 As the buffer solution, a known buffer solution such as a phosphate buffer solution, PBS (phosphate buffered physiological saline), a HEPES buffer solution, or a Tris buffer solution can be used. By adjusting the concentration of the buffer salt (NaCl, MgCl 2, etc.), non-specific adsorption of nucleic acid or the like to the substrate surface can be prevented. In addition, when a salt-containing HEPES buffer or the like is used as the buffer, nonspecific adsorption of nucleic acid or the like to the substrate surface can be prevented.

実施例1では、検出用のプローブ核酸の固定密度が、そのプローブ核酸と標的核酸とのハイブリダイゼーションにより形成された二本鎖核酸部分とインターカレーターとの相互作用に与える影響について、QCM(水晶発振子マイクロバランス)装置を用いて検証した。   In Example 1, the influence of the immobilization density of the probe nucleic acid for detection on the interaction between the double-stranded nucleic acid moiety formed by hybridization of the probe nucleic acid and the target nucleic acid and the intercalator was examined using QCM (quartz crystal oscillation). This was verified using a (child microbalance) device.

本実施例では、QCM装置に「AffinixQ(「Affinix」は登録商標、株式会社イニシアム製)」を用いた。この装置に付属するセンサーチップは、Au電極(直径2.5mm)と水晶発振子(直径8mm)とを備える。Au電極に物質が付着すると、水晶発振子の発振周波数が、物質の付着重量に比例して変化する。従って、発振周波数の変化(ΔF)をQCM装置で測定することにより、Au電極への物質の付着重量を測定できる。なお、本実施例において、発振周波数1Hzの変化は、0.62ng/cmの重量変化に相当する。 In this embodiment, “AffinixQ (“ Affinix ”is a registered trademark, manufactured by Initium Co., Ltd.)” was used as the QCM device. A sensor chip attached to this device includes an Au electrode (diameter 2.5 mm) and a crystal oscillator (diameter 8 mm). When a substance adheres to the Au electrode, the oscillation frequency of the crystal oscillator changes in proportion to the weight of the substance attached. Therefore, the weight of the substance attached to the Au electrode can be measured by measuring the change in oscillation frequency (ΔF) with a QCM device. In the present embodiment, a change in the oscillation frequency of 1 Hz corresponds to a weight change of 0.62 ng / cm 2 .

実験手順の概要を以下に示す。   The outline of the experimental procedure is shown below.

はじめに、二本鎖核酸の調製を行った。プローブ核酸(配列番号1に示す塩基配列を有するオリゴヌクレオチド)、及び、その相補鎖のオリゴヌクレオチド(配列番号2に示す塩基配列を有するオリゴヌクレオチド)をそれぞれ準備し、プローブ核酸の5’末端にリンカー修飾及びビオチン化を行った後、プローブ核酸とその相補鎖をアニーリングさせ、二本鎖核酸を調製した。   First, double-stranded nucleic acid was prepared. A probe nucleic acid (an oligonucleotide having a base sequence shown in SEQ ID NO: 1) and an oligonucleotide of its complementary strand (an oligonucleotide having a base sequence shown in SEQ ID NO: 2) are prepared, and a linker is provided at the 5 ′ end of the probe nucleic acid. After modification and biotinylation, the probe nucleic acid and its complementary strand were annealed to prepare a double-stranded nucleic acid.

リンカーの修飾及びビオチン化は、1−Dimethoxytrityloxy−3−O−(N−biotinyl−3−aminopropyl)−triethyleneglycolyl−glyceryl−2−O−(2−cyanoetyl)−(N,N−diisopropyl)−phosphoramidite(Glen Research Corporation製)、及び、18−O−Dimethoxytritylhexaethyleneglycol,1−[(2−cyanoethyl)−(N,N−diisopropyl)]−phosphoramidite(Glen Research Corporation製)を用いて、両化合物の付属プロトコルに従って行い、5’末端に、リンカー及びビオチンが「オリゴヌクレオチド−リンカー−ビオチン」の順で結合するように行った。本実施例では、両オリゴヌクレオチドの合成、並びにプローブ核酸のリンカー修飾及びビオチン化を、つくばオリゴサービス株式会社に受託した。プローブ核酸におけるビオチンからリンカーまでの部分の化学構造式を「化1」に示す。
The modification and biotinylation of the linker was carried out by 1-Dimethylityroxy-3-O- (N-biotinyl-3-aminopropyl) -triethyleneglycyl-glyceryl-2-O- (2-cyanophytyl)-(N, N-diisotropy)-(N, N-diisotropy) Glen Research Corporation) and 18-O-Dimethyltriethylhexylethyleneglycol, 1-[(2-cyanoethyl)-(N, N-diisopropyl)]-phosphoramidite (Glen Research) At the 5 ′ end, a linker and Chin went to bind in the order of "oligonucleotide - biotin - linker". In this example, the synthesis of both oligonucleotides, linker modification of the probe nucleic acid and biotinylation were entrusted to Tsukuba Oligo Service Co., Ltd. The chemical structural formula of the portion from biotin to the linker in the probe nucleic acid is shown in “Chemical Formula 1”.

なお、本実施例では、同社より購入した両合成オリゴヌクレオチドを、逆相HPLCで精製し、実験に用いた。カラムに「SunFire 3.5μm Analytical Column(C18、4.6×150mm、Waters Coporation製)」を用いて、60℃条件下で、50mM蟻酸アンモニウムとアセトニトリルによりグラジエントをかけて精製した。精製後、オリゴヌクレオチドを0.1MのHEPESバッファー(20mMの塩化マグネシウム含有、pH7.7)に溶解し、酵素分解法により、P1ヌクレアーゼ(独Bio Medicals社製)、アルカリホスファターゼ(タカラバイオ株式会社製)を用いて、濃度を決定した。   In this example, both synthetic oligonucleotides purchased from the same company were purified by reverse phase HPLC and used in experiments. The column was purified using a “SunFire 3.5 μm Analytical Column (C18, 4.6 × 150 mm, manufactured by Waters Corporation)” with a gradient of 50 mM ammonium formate and acetonitrile at 60 ° C. After purification, the oligonucleotide was dissolved in 0.1 M HEPES buffer (containing 20 mM magnesium chloride, pH 7.7), and P1 nuclease (manufactured by Bio Medicals, Germany), alkaline phosphatase (manufactured by Takara Bio Inc.) by enzymatic degradation. ) Was used to determine the concentration.

続いて、二本鎖核酸をAu電極基板上に固定した。まず、予め、装置付属プロトコルに従い、センサーチップのAu表面をアビジンで被覆しておいた。アビジンは、和光純薬工業株式会社製のもの(製品名「アビジン」)を用いた。また、装置内の反応槽に、調製した二本鎖核酸のバッファー溶液を入れた。そして、反応槽にセンサーチップを浸し、アビジン−ビオチン結合により、二本鎖核酸をAu電極基板上に結合させ、固定した。   Subsequently, the double-stranded nucleic acid was immobilized on an Au electrode substrate. First, the Au surface of the sensor chip was coated with avidin in advance according to the protocol attached to the apparatus. Avidin manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. (product name “Avidin”) was used. In addition, the prepared double-stranded nucleic acid buffer solution was placed in a reaction tank in the apparatus. Then, the sensor chip was immersed in the reaction vessel, and the double-stranded nucleic acid was bound on the Au electrode substrate by an avidin-biotin bond and fixed.

その際、二本鎖核酸がAu電極基板と結合することにより、水晶発振子の発振周波数が変動する。そこで、QCM装置を用いて、発振周波数の変動を経時的に測定しながら、二本鎖核酸の固定を行った。そして、二本鎖核酸の固定量(固定密度)が所定値になった時点で、センサーチップを反応槽から取り出して洗浄し、二本鎖核酸とAu電極基板との結合反応を止めた。これにより、固定密度を調節できた。本実施例では、固定密度を、2.05〜10.3×1010個/mmの間の10箇所の値に設定した。 At that time, the double-stranded nucleic acid binds to the Au electrode substrate, whereby the oscillation frequency of the crystal oscillator varies. Therefore, the double-stranded nucleic acid was immobilized using a QCM apparatus while measuring the fluctuation of the oscillation frequency over time. Then, when the fixed amount (fixed density) of the double-stranded nucleic acid reached a predetermined value, the sensor chip was taken out from the reaction vessel and washed to stop the binding reaction between the double-stranded nucleic acid and the Au electrode substrate. Thereby, the fixed density could be adjusted. In this example, the fixed density was set to 10 values between 2.05 and 10.3 × 10 10 pieces / mm 2 .

続いて、反応槽をインターカレーター溶液が入ったものに取り替え、その中に、センサーチップを浸し、QCM装置により、発振振動数の変動を測定した。インターカレーターには、「SYBR Green I(米モレキュラー プローブス社製)」を用いた。   Subsequently, the reaction vessel was replaced with one containing an intercalator solution, and a sensor chip was immersed therein, and fluctuations in oscillation frequency were measured with a QCM device. As the intercalator, “SYBR Green I (Molecular Probes, USA)” was used.

一例として、以上の各手順における発振振動数の変動を図2に示す。なお、図2は、二本鎖核酸の固定密度を5.42×1010個/mmに設定した場合におけるグラフである。グラフ中の横軸は時間(min)を、縦軸は水晶発振子の発振周波数ΔF(Hz)を表す。 As an example, FIG. 2 shows the fluctuation of the oscillation frequency in each of the above procedures. FIG. 2 is a graph in the case where the fixation density of the double-stranded nucleic acid is set to 5.42 × 10 10 / mm 2 . The horizontal axis in the graph represents time (min), and the vertical axis represents the oscillation frequency ΔF (Hz) of the crystal resonator.

図2中、「1」の時点は、二本鎖核酸のバッファー溶液が入った反応槽にセンサーチップを浸した段階を示す。「2」の時点は、センサーチップを反応槽から取り出して、Au電極基板への二本鎖核酸の固定を止めた段階を示す。「3」の時点は、インターカレーター溶液が入った反応槽にセンサーチップを浸した段階を示す。   In FIG. 2, the time point “1” indicates a stage in which the sensor chip is immersed in a reaction tank containing a buffer solution of double-stranded nucleic acid. The time point “2” indicates a stage where the sensor chip is taken out of the reaction vessel and the fixation of the double-stranded nucleic acid to the Au electrode substrate is stopped. The point “3” indicates a stage in which the sensor chip is immersed in a reaction tank containing an intercalator solution.

図2中、「(a)」の段階では、アビジン−ビオチン結合により二本鎖核酸がAu電極基板に経時的に固定され、発振振動数が経時的に変動する。なお、図2に示す通り、二本鎖核酸をAu電極基板に固定する際には、発振振動数の変動は比較的緩やかなため、「2」の時点を調節することにより、二本鎖核酸の固定量(固定密度)を調節できる。   In FIG. 2, at the stage “(a)”, the double-stranded nucleic acid is fixed to the Au electrode substrate with time by the avidin-biotin bond, and the oscillation frequency fluctuates with time. As shown in FIG. 2, when the double-stranded nucleic acid is fixed to the Au electrode substrate, the fluctuation of the oscillation frequency is relatively slow. Therefore, by adjusting the time point “2”, the double-stranded nucleic acid The fixed amount (fixed density) can be adjusted.

図2中、「(b)」の段階では、センサーチップを反応槽に浸した時点(「3」の時点)で、二本鎖核酸にインターカレーターが結合することにより、発振振動数が下がっている。   In FIG. 2, at the stage “(b)”, when the sensor chip is immersed in the reaction vessel (at the time “3”), the intercalator binds to the double-stranded nucleic acid, thereby reducing the oscillation frequency. Yes.

結果を表1及び図3に示す。
The results are shown in Table 1 and FIG.

表1は、二本鎖核酸の固定密度を各値に設定した場合における二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用量(二本鎖核酸へのインターカレーターの結合量)を示す。なお、相互作用量(mol)は、発振振動数(ΔF)の変動をインターカレーターの結合量に換算した値である。   Table 1 shows the amount of interaction between the double-stranded nucleic acid and the intercalator (the amount of binding of the intercalator to the double-stranded nucleic acid) when the fixed density of the double-stranded nucleic acid is set to each value. The interaction amount (mol) is a value obtained by converting the fluctuation of the oscillation frequency (ΔF) into the coupling amount of the intercalator.

図3は、表1の値を片対数プロットしたグラフである。グラフの横軸は二本鎖核酸の固定密度(×1010個/mm、自然対数)を、縦軸は二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用量(mol)をそれぞれ表す。なお、これらの値について、「数1」に示す線形近似式が得られた。
FIG. 3 is a graph in which the values in Table 1 are semilogarithmically plotted. The horizontal axis of the graph represents the fixed density of double-stranded nucleic acid (× 10 10 / mm 2 , natural logarithm), and the vertical axis represents the amount of interaction (mol) between the double-stranded nucleic acid and the intercalator. For these values, the linear approximation formula shown in “Expression 1” was obtained.

表1及び図3に示す通り、二本鎖核酸の固定密度が2.99〜10.3×1010個/mmであった場合、固定密度の低下とともに、徐々に相互作用量が増加した。 As shown in Table 1 and FIG. 3, when the fixed density of the double-stranded nucleic acid was 2.99 to 10.3 × 10 10 / mm 2 , the amount of interaction gradually increased as the fixed density decreased. .

一方、二本鎖核酸の固定密度が2.05×1010個/mmであった場合、相互作用量が急激に増加した。二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用量は、約18molだった。 On the other hand, when the fixed density of the double-stranded nucleic acid was 2.05 × 10 10 / mm 2 , the amount of interaction increased rapidly. The amount of interaction between the double-stranded nucleic acid and the intercalator was about 18 mol.

実施例2では、リンカーの長さが、検出用のプローブ核酸と標的核酸とのハイブリダイゼーションにより形成された二本鎖核酸部分とインターカレーターとの相互作用に与える影響について、QCM装置を用いて検証した。   In Example 2, the effect of the linker length on the interaction between the double-stranded nucleic acid moiety formed by hybridization of the detection probe nucleic acid and the target nucleic acid and the intercalator was verified using a QCM apparatus. did.

はじめに、二本鎖核酸の調製を行った。それぞれ、鎖長が15mer、20mer、25mer、30merであるプローブ核酸及びその相補鎖のオリゴヌクレオチドを準備し、プローブ核酸の5’末端に短い又は長いリンカーの修飾及びビオチン化を行った後、プローブ核酸とその相補鎖をアニーリングさせ、二本鎖核酸を調製した。   First, double-stranded nucleic acid was prepared. After preparing a probe nucleic acid having a strand length of 15 mer, 20 mer, 25 mer, and 30 mer and an oligonucleotide of its complementary strand, modification of a short or long linker at the 5 ′ end of the probe nucleic acid and biotinylation, followed by probe nucleic acid And its complementary strand were annealed to prepare a double-stranded nucleic acid.

それぞれ、鎖長が15merの場合におけるプローブ核酸の塩基配列を配列番号3に、その相補鎖オリゴヌクレオチドを配列番号4に、鎖長が20merの場合におけるプローブ核酸の塩基配列を配列番号5に、その相補鎖オリゴヌクレオチドを配列番号6に、鎖長が25merの場合におけるプローブ核酸の塩基配列を配列番号7に、その相補鎖オリゴヌクレオチドを配列番号8に、鎖長が30merの場合におけるプローブ核酸の塩基配列を配列番号9に、その相補鎖オリゴヌクレオチドを配列番号10に示す。   The base sequence of the probe nucleic acid when the chain length is 15 mer is shown in SEQ ID NO: 3, the complementary strand oligonucleotide is shown as SEQ ID NO: 4, the base sequence of the probe nucleic acid when the chain length is 20 mer is shown as SEQ ID NO: 5, The complementary strand oligonucleotide is SEQ ID NO: 6, the base sequence of the probe nucleic acid when the chain length is 25 mer is SEQ ID NO: 7, the complementary strand oligonucleotide is the SEQ ID NO: 8, and the base sequence of the probe nucleic acid when the chain length is 30 mer The sequence is shown in SEQ ID NO: 9, and its complementary oligonucleotide is shown in SEQ ID NO: 10.

短いリンカーの修飾及びビオチン化は、1−Dimethoxytrityloxy−2−(N−biotinyl−4−aminobutyl)−propyl−3−O−(2−cyanoethyl)−(N,N−diisopropyl)−phosphoramidite(Glen Research Corporation製)を用いて、両化合物の付属プロトコルに従って行い、5’末端に、リンカー及びビオチンが「オリゴヌクレオチド−リンカー−ビオチン」の順で結合するように行った。これらのプローブ鎖における、ビオチンからリンカーまでの部分の化学構造式を「化2」に示す。
Modification of short linkers and biotinylation can be accomplished by 1-Dimethylityloxy-2- (N-biotinyl-4-aminobutyl) -propyl-3-O- (2-cyanethyl)-(N, N-diisopropyl) -phosphoramideite (Glenorporamide) The product was prepared according to the attached protocol of both compounds, and the linker and biotin were bonded to the 5 ′ end in the order of “oligonucleotide-linker-biotin”. The chemical structural formula of the portion from biotin to the linker in these probe chains is shown in “Chemical Formula 2”.

長いリンカーの修飾及びビオチン化は、実施例1と同様の手順で行った。なお、各オリゴヌクレオチドの合成、並びにプローブ鎖オリゴヌクレオチドのリンカー修飾及びビオチン化は、実施例1と同様、つくばオリゴサービス株式会社に受託した。その他、用いたオリゴヌクレオチドの精製、濃度決定などについても、実施例1と同様に行った。   Modification of the long linker and biotinylation were performed in the same procedure as in Example 1. In addition, synthesis of each oligonucleotide, linker modification of the probe chain oligonucleotide and biotinylation were entrusted to Tsukuba Oligo Service Co., Ltd. as in Example 1. In addition, purification of oligonucleotides used, concentration determination, and the like were performed in the same manner as in Example 1.

続いて、実施例1と同様の方法により、二本鎖核酸をAu電極基板上に固定した。本実施例では、二本鎖核酸の鎖長の影響を考慮し、二本鎖核酸の固定量(固定密度)を、それぞれ、15merの二本鎖核酸の場合では1.0pmol、20merの二本鎖核酸の場合では0.75pmol、25merの二本鎖核酸の場合では0.60pmol、30merの二本鎖核酸の場合では0.5pmolに設定した。   Subsequently, the double-stranded nucleic acid was immobilized on the Au electrode substrate by the same method as in Example 1. In this example, in consideration of the influence of the chain length of the double-stranded nucleic acid, the fixed amount (fixed density) of the double-stranded nucleic acid is 1.0 pmol and 20 mer in the case of a 15-mer double-stranded nucleic acid, respectively. It was set to 0.75 pmol in the case of a strand nucleic acid, 0.60 pmol in the case of a 25-mer double-stranded nucleic acid, and 0.5 pmol in the case of a 30-mer double-stranded nucleic acid.

続いて、実施例1と同様の手順で、反応槽をインターカレーター溶液が入ったものに取り替え、その中に、センサーチップを浸し、QCM装置により、発振振動数の変動を測定した。インターカレーターには、実施例1と同様、「SYBR Green I(米モレキュラー プローブス社製)」を用いた。   Subsequently, in the same procedure as in Example 1, the reaction vessel was replaced with one containing the intercalator solution, the sensor chip was immersed therein, and the fluctuation of the oscillation frequency was measured with a QCM device. As in Example 1, “SYBR Green I (manufactured by Molecular Probes, Inc.)” was used as the intercalator.

結果を表2及び図4、図5に示す。
The results are shown in Table 2, FIG. 4 and FIG.

表2は、それぞれ、短いリンカー又は長いリンカーを二本鎖核酸に修飾した場合における二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用量(二本鎖核酸へのインターカレーターの結合量)を示す。なお、相互作用量(mol)は、発振振動数(ΔF)の変動をインターカレーターの結合量に換算し、二本鎖核酸の固定量で除した値である。   Table 2 shows the amount of interaction between the double-stranded nucleic acid and the intercalator when the short linker or the long linker is modified to a double-stranded nucleic acid (intercalator binding amount to the double-stranded nucleic acid). The interaction amount (mol) is a value obtained by converting the fluctuation of the oscillation frequency (ΔF) into the binding amount of the intercalator and dividing by the fixed amount of the double-stranded nucleic acid.

図4は、表2中、短いリンカーを二本鎖核酸に修飾した場合における相互作用量を片対数プロットしたグラフである。図5は、表2中、長いリンカーを二本鎖核酸に修飾した場合における相互作用量を片対数プロットしたグラフである。両グラフの横軸は二本鎖核酸の鎖長を、縦軸は二本鎖核酸1mol当たりの二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用量(mol)をそれぞれ表す。   FIG. 4 is a graph obtained by semi-log plotting the amount of interaction in Table 2 when a short linker is modified with a double-stranded nucleic acid. FIG. 5 is a graph obtained by semi-log plotting the amount of interaction in Table 2 when a long linker is modified with a double-stranded nucleic acid. The horizontal axis of both graphs represents the chain length of the double-stranded nucleic acid, and the vertical axis represents the amount of interaction (mol) between the double-stranded nucleic acid and the intercalator per mole of the double-stranded nucleic acid.

なお、図4及び図5のグラフに示した値について、それぞれ、「数2」及び「数3」に示す線形近似式が得られた。

For the values shown in the graphs of FIGS. 4 and 5, linear approximation expressions shown in “Equation 2” and “Equation 3” were obtained, respectively.

表2及び図4、図5が示す通り、長いリンカーを二本鎖核酸に修飾した場合、短いリンカーを二本鎖核酸に修飾した場合と比較して、二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用量が増加した。この結果は、リンカーの長さを最適化することにより、二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用反応性を高くできることを示す。   As shown in Table 2 and FIGS. 4 and 5, when a long linker is modified to a double-stranded nucleic acid, compared to a case where a short linker is modified to a double-stranded nucleic acid, The amount of action increased. This result shows that the interaction reactivity between the double-stranded nucleic acid and the intercalator can be increased by optimizing the length of the linker.

実施例3では、二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用を、ITC(Isothermal Titration Calorimetry;等温適定カロリメトリー、以下同じ)により、熱力学的に検証した。   In Example 3, the interaction between the double-stranded nucleic acid and the intercalator was thermodynamically verified by ITC (Isothermal Titration Calorimetry; the same applies hereinafter).

物質間の反応などの際には、熱の発生又は吸収がおこる。その熱量を測定することにより、物質間の反応の結合定数、結合比、エンタルピー変化、エントロピー変化などに関する知見を得られる。そこで、ITCにより、二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用に関する熱学的プロファイルを取得し、その内容を検証した。   In the case of reaction between substances, heat is generated or absorbed. By measuring the amount of heat, it is possible to obtain knowledge relating to the coupling constant, coupling ratio, enthalpy change, entropy change, etc. of the reaction between substances. Therefore, a thermal profile regarding the interaction between the double-stranded nucleic acid and the intercalator was obtained by ITC, and the contents were verified.

本実施例では、ITC装置には「VP−ITC(米MicroCal社製)」を、同装置の制御及びデータ解析には「Origin ver7.0(米MicroCal社製)」を用いた。   In this example, “VP-ITC (manufactured by MicroCal, USA)” was used as the ITC apparatus, and “Origin ver 7.0 (manufactured by MicroCal, USA)” was used for control and data analysis of the apparatus.

手順の概要を以下に示す。   The outline of the procedure is shown below.

まず、配列番号1に示す塩基配列を有するオリゴヌクレオチドと配列番号2に示す塩基配列を有するオリゴヌクレオチドがハイブリダイズした二本鎖核酸を準備した。本実施例では、実施例1などと同様、この二本鎖核酸の合成を、つくばオリゴサービス株式会社による受託した。   First, a double-stranded nucleic acid in which an oligonucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and an oligonucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 were hybridized was prepared. In this example, the synthesis of this double-stranded nucleic acid was commissioned by Tsukuba Oligo Service Co., Ltd. as in Example 1.

次に、0.1Mリン酸バッファー(NaCl 200mM含有、pH7.4)に二本鎖核酸9μMを入れ、その中にDMSOを濃度が8.75%になるように混合し、その溶液を、ITC装置のセルに入れた。   Next, 9 μM of double-stranded nucleic acid was placed in 0.1 M phosphate buffer (containing 200 mM NaCl, pH 7.4), DMSO was mixed therein to a concentration of 8.75%, and the solution was mixed with ITC. Placed in device cell.

次に、0.1Mリン酸バッファー(NaCl 200mM含有、pH7.4)にインターカレーターを1.75mMになるように溶解した後、シリンジを用いて、そのインターカレーター溶液を6分ごとに6μLずつ、ITC装置のセルに滴下した。インターカレーターには、実施例1などと同様、「SYBR Green I(米モレキュラー プローブス社製)を用いた。   Next, after dissolving the intercalator in 0.1M phosphate buffer (containing 200 mM NaCl, pH 7.4) to 1.75 mM, 6 μL of the intercalator solution is obtained every 6 minutes using a syringe. It was dripped at the cell of the ITC apparatus. As the intercalator, “SYBR Green I (manufactured by Molecular Probes, Inc.)” was used as in Example 1 and the like.

そして、インターカレーター溶液を滴下しながら、ITC装置を用いて熱量(反応熱)の変化を測定した。本実施例では、ITCによる測定を、25℃、300rpmの撹拌条件下で実施した。   And the change of calorie | heat amount (reaction heat) was measured using the ITC apparatus, dripping the intercalator solution. In this example, the measurement by ITC was performed under stirring conditions of 25 ° C. and 300 rpm.

また、対照として、希釈熱の測定を行った。0.1Mリン酸バッファー(NaCl 200mM含有、pH7.4)にDMSOを濃度が8.75%になるように混合し、その対照溶液を、インターカレーター溶液の代わりに、ITC装置のセルに滴下した。そして、インターカレーター溶液を滴下した場合における熱量(反応熱)から、その対照溶液を滴下した場合における熱量(希釈熱)を除した値をデータ解析などに用いた。   As a control, the heat of dilution was measured. DMSO was mixed with 0.1 M phosphate buffer (containing 200 mM NaCl, pH 7.4) to a concentration of 8.75%, and the control solution was dropped into the cell of the ITC device instead of the intercalator solution. . And the value which remove | divided the calorie | heat amount (dilution heat) at the time of dripping the control solution from the calorie | heat amount (reaction heat) at the time of dripping the intercalator solution was used for the data analysis etc.

結果を図6に示す。図6は、ITCによる測定結果を表すグラフである。   The results are shown in FIG. FIG. 6 is a graph showing the measurement results by ITC.

図6中、上段のグラフは、インターカレーター溶液を滴下した場合における熱量(反応熱)の変化を表す。グラフの横軸はインターカレーター溶液を滴下した時間(min)を、縦軸は1秒間の熱量(反応熱)の変化(μcal/sec)を、それぞれ表す。時間経過とともに値が減少した場合が吸熱反応、値が増加した場合が発熱反応である。   In FIG. 6, the upper graph represents the change in the amount of heat (reaction heat) when the intercalator solution is dropped. The horizontal axis of the graph represents the time (min) during which the intercalator solution was dropped, and the vertical axis represents the change in heat (reaction heat) for 1 second (μcal / sec). An endothermic reaction occurs when the value decreases with time, and an exothermic reaction occurs when the value increases.

図6中、下段のグラフは、インターカレーター溶液を滴下した場合における熱量(反応熱)から、その対照溶液を滴下した場合における熱量(希釈熱)を除した値、即ち、二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用における熱量を表す。グラフの横軸は滴下した総インターカレーター量(Molar Ratio;試料室中における二本鎖核酸(定量)とインターカレーターのモル比)を、縦軸は滴下したインターカレーター1molにおける熱量(kcal/mole of injectant)を、それぞれ表す。   In FIG. 6, the lower graph shows a value obtained by dividing the amount of heat (reaction heat) when the intercalator solution is dropped from the amount of heat (dilution heat) when the control solution is dropped, that is, the double-stranded nucleic acid and the intercalation solution. The amount of heat in the interaction with the calator. The horizontal axis of the graph represents the total amount of intercalator dropped (Molar Ratio; the molar ratio of double-stranded nucleic acid (quantitative) and intercalator in the sample chamber), and the vertical axis represents the amount of heat in 1 mol of dropped intercalator (kcal / mole of). (injectant) respectively.

図6の結果は、二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用では、二種類の結合サイトが存在することを示唆する。そこで、ITCにより得られた測定結果について、two site modelを用いて解析を行い、熱力学的プロファイルを取得した。   The result of FIG. 6 suggests that there are two types of binding sites in the interaction between the double-stranded nucleic acid and the intercalator. Then, about the measurement result obtained by ITC, it analyzed using the two site model and acquired the thermodynamic profile.

結果を表3に示す。
The results are shown in Table 3.

表中、「Site1」及び「Site2」は予測される二種類の結合サイトを表す。表中、「n」は二本鎖核酸に存在する各結合サイトにおけるインターカレーターの結合数を、「Ka(×10M)」は二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用における結合定数を、「ΔH(kcal/mol)」はエンタルピー変化を、「TΔS(kcal/mol)」はエントロピー変化を、「ΔG(kcal/mol)」は自由エネルギー変化を、それぞれ表す。 In the table, “Site1” and “Site2” represent two types of predicted binding sites. In the table, “n” indicates the number of intercalator bindings at each binding site present in the double-stranded nucleic acid, and “Ka (× 10 6 M)” indicates the binding constant in the interaction between the double-stranded nucleic acid and the intercalator. , “ΔH (kcal / mol)” represents an enthalpy change, “TΔS (kcal / mol)” represents an entropy change, and “ΔG (kcal / mol)” represents a free energy change.

表3の結果は、二本鎖核酸に存在する各結合サイトのうち、二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用比が、第一の結合サイトでは1:約6.55、第二の結合サイトでは1:約11.7、合計では、1:約18.25であることを示す。即ち、二本鎖核酸1モルに対し、両結合サイトを合わせ、インターカレーターが約18.25モル結合することを示す。   The results in Table 3 show that among the binding sites present in the double-stranded nucleic acid, the interaction ratio between the double-stranded nucleic acid and the intercalator is 1: about 6.55 at the first binding site, and the second binding. The site shows 1: 11.7, and the total is 1: about 18.25. That is, both binding sites are combined per mole of double-stranded nucleic acid, indicating that the intercalator is bound by about 18.25 moles.

実施例1(表1及び図3)では、固定密度が2.05×1010個/mmの時、二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用量が18.66モルであった。この固定密度の場合、隣接するプローブ核酸間の距離は1.2×10−5mmである。一方、20merの核酸の鎖長は約0.714×10−5mm、実施例2で用いた長いリンカーの鎖長は約0.5×10−5mmである。即ち、隣接するプローブ核酸間の距離は、プローブ核酸の鎖長とリンカーの鎖長を合わせた距離にほぼ一致する。 In Example 1 (Table 1 and FIG. 3), when the fixed density was 2.05 × 10 10 pieces / mm 2 , the interaction amount between the double-stranded nucleic acid and the intercalator was 18.66 mol. For this fixed density, the distance between adjacent probe nucleic acids is 1.2 × 10 −5 mm. On the other hand, the 20mer nucleic acid has a chain length of about 0.714 × 10 −5 mm, and the long linker used in Example 2 has a chain length of about 0.5 × 10 −5 mm. That is, the distance between adjacent probe nucleic acids is substantially equal to the distance of the probe nucleic acid chain length and the linker chain length.

従って、実施例1から実施例3までの結果は、プローブ核酸の固定間隔を、プローブ核酸の鎖長とリンカー鎖長を合わせた距離と同等かそれ以上にすることにより、二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用を促進できること、即ち、ハイブリダイゼーションの検出精度を向上できることを示す。   Accordingly, the results from Example 1 to Example 3 show that the fixed interval of the probe nucleic acid is equal to or greater than the distance obtained by combining the probe nucleic acid chain length and the linker chain length, so It shows that the interaction with the calator can be promoted, that is, the detection accuracy of hybridization can be improved.

本発明により、二本鎖核酸部分とインターカレーターとの相互作用を促進させることができるため、検出用のプローブ核酸と標的核酸とのハイブリダイゼーションの検出精度及び定量性を向上させることができる。従って、例えば、固相基板上などに固定した検出用のプローブ核酸と標的核酸とのハイブリダイゼーションを検出する系(DNAチップなど)において、インターカレーターを用いてハイブリダイゼーションを検出する場合に本発明は有用である。   According to the present invention, since the interaction between the double-stranded nucleic acid moiety and the intercalator can be promoted, the detection accuracy and quantitativeness of hybridization between the probe nucleic acid for detection and the target nucleic acid can be improved. Therefore, for example, in a system for detecting hybridization between a detection probe nucleic acid immobilized on a solid phase substrate or the like and a target nucleic acid (DNA chip or the like), the present invention is used when detecting hybridization using an intercalator. Useful.

本発明に係る検出表面の例を示す断面模式図。The cross-sectional schematic diagram which shows the example of the detection surface which concerns on this invention. 実施例1において、各手順における発振振動数の変動の例を示すグラフ。In Example 1, the graph which shows the example of the fluctuation | variation of the oscillation frequency in each procedure. 実施例1において、二本鎖核酸の固定密度を各値に設定した場合における二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用量を示す片対数グラフ。In Example 1, the semilogarithm graph which shows the interaction amount of a double stranded nucleic acid and an intercalator in case the fixed density of a double stranded nucleic acid is set to each value. 実施例2において、短いリンカーを二本鎖核酸に修飾した場合における二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用量を示す片対数グラフ。In Example 2, the semilogarithm graph which shows the interaction amount of a double stranded nucleic acid and an intercalator at the time of modifying a short linker into a double stranded nucleic acid. 実施例2において、長いリンカーを二本鎖核酸に修飾した場合における二本鎖核酸とインターカレーターとの相互作用量を示す片対数グラフ。In Example 2, the semi-logarithmic graph which shows the interaction amount of a double stranded nucleic acid and an intercalator when a long linker is modified into a double stranded nucleic acid. 実施例3において、ITCによる測定結果を表すグラフ。In Example 3, the graph showing the measurement result by ITC.

符号の説明Explanation of symbols

1 リンカー
2 検出用のプローブ核酸
3 標的核酸
4 検出用プローブ核酸と標的核酸とのハイブリダイゼーションにより形成された二本鎖核酸部分
5 インターカレーター
A 検出表面
l リンカーの鎖長
m 検出用のプローブ核酸の鎖長(ハイブリダイゼーションにより二本鎖核酸が形成されたと想定した場合におけるその二本鎖核酸部分の鎖長)
n 検出用のプローブ核酸の固定間隔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Linker 2 Probe nucleic acid for detection 3 Target nucleic acid 4 Double-stranded nucleic acid part 5 formed by hybridization of detection probe nucleic acid and target nucleic acid Intercalator A Detection surface l Linker chain length m Detection probe nucleic acid Chain length (chain length of the double-stranded nucleic acid part when it is assumed that a double-stranded nucleic acid was formed by hybridization)
n Fixing interval of probe nucleic acid for detection

Claims (2)

検出用のプローブ核酸と標的核酸とのハイブリダイゼーションにより形成された二本鎖核酸部分を、インターカレーターで検出する際に用いる検出表面、前記プローブ核酸所定長のリンカーを介して固定する方法であって
前記プローブ核酸の固定密度を、前記ハイブリダイゼーションにより二本鎖核酸部分が形成された場合における該二本鎖核酸部分の鎖長と、前記リンカーの鎖長との和に基づいて決定するプローブ核酸固定方法
The double-stranded nucleic acid portion formed by hybridization between the probe and target nucleic acid for detection, the detection surface for use in detecting at intercalator, the probe nucleic acid in a manner of fixing through a predetermined length of linker There ,
Probe nucleic acid immobilization that determines the immobilization density of the probe nucleic acid based on the sum of the chain length of the double-stranded nucleic acid moiety and the chain length of the linker when a double-stranded nucleic acid moiety is formed by the hybridization Way .
前記プローブ核酸の固定間隔を前記和以上の長さとする請求項1記載のプローブ核酸固定方法 The probe nucleic acid immobilization method according to claim 1, wherein the probe nucleic acid immobilization interval is longer than the sum .
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