JP5071076B2 - Binding detection method using probe - Google Patents
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Description
本発明は、所定の物質に結合可能なプローブに関する。より詳しくは、光学活性を有する包接化学種が結合されたプローブ、及びこれを用いた結合検出方法に関する。 The present invention relates to a probe that can bind to a predetermined substance. More specifically, the present invention relates to a probe to which an inclusion chemical species having optical activity is bound, and a binding detection method using the same.
現在、各種疾患の分子メカニズムの解明や診断方法の確立、さらには創薬ターゲットの探索等を目的として、細胞や組織内に発現する遺伝子(核酸)や遺伝子産物(タンパク)を検出するための技術が種々開発されてきている。 Currently, technologies for detecting genes (nucleic acids) and gene products (proteins) expressed in cells and tissues for the purpose of elucidating the molecular mechanisms of various diseases, establishing diagnostic methods, and searching for drug discovery targets. Have been developed.
なかでも、蛍光色素を用いた検出方法は、一般に高い感度が得られること、またフォトダイオードや光電子倍増管などの小型で集積し易く、安価な部品を用いて検出装置を構成できること、などから、現在最も広く用いられている。 Among them, the detection method using a fluorescent dye generally obtains high sensitivity, and since it can be easily integrated in a small size such as a photodiode or a photomultiplier tube, and a detection device can be configured using inexpensive parts, etc. Currently most widely used.
一例として、二本鎖核酸の塩基対間に結合または挿入された状態で、励起光を照射されることにより蛍光を発するインターカレーター性の蛍光色素を用いた方法がある。 As an example, there is a method using an intercalating fluorescent dye that emits fluorescence when irradiated with excitation light in a state of being bound or inserted between base pairs of a double-stranded nucleic acid.
インターカレーター性蛍光色素の存在下で、検出対象核酸鎖と、これに相補的な塩基配列を有するオリゴヌクレオチド(プローブ)とのハイブリダイズ(二本鎖形成)反応を行うと、生成した二本鎖核酸鎖の塩基対間にインターカレーター性蛍光色素が結合する。この際、励起光の照射によってインターカレーター性蛍光色素から発せられる蛍光を検出することで、検出対象核酸鎖を検出することができる。 In the presence of an intercalating fluorescent dye, a double strand formed when a hybridization (double strand formation) reaction between a nucleic acid strand to be detected and an oligonucleotide (probe) having a complementary base sequence is performed. An intercalating fluorescent dye is bound between the base pairs of the nucleic acid strand. At this time, the detection target nucleic acid chain can be detected by detecting the fluorescence emitted from the intercalating fluorescent dye by irradiation with excitation light.
また別の例として、オリゴヌクレオチドの5′末端を蛍光色素で、3′末端をクエンチャー物質で修飾したTaqManプローブ(登録商標、以下同じ)を用いる方法がある。この方法は、特にリアルタイムPCR法に用いられている。 As another example, there is a method using a TaqMan probe (registered trademark, the same applies hereinafter) in which the 5 ′ end of an oligonucleotide is modified with a fluorescent dye and the 3 ′ end is modified with a quencher substance. This method is particularly used for real-time PCR.
TaqManプローブは、PCR反応のアニーリングステップで、検出対象DNAに特異的にハイブリダイズする。このとき、プローブ上にはクエンチャーが存在しているため、励起光を照射しても蛍光色素からの蛍光の発生は抑制されている。しかし、エクステンションステップにおいて、Taq DNA ポリメラーゼのもつ5′→ 3′エキソヌクレアーゼ活性によって検出対象DNAにハイブリダイズしたプローブが分解されると、蛍光色素がプローブから遊離し、クエンチャーによる抑制が解除され蛍光が発せられる。この蛍光を検出することで、PCR増幅産物の生成量、さらには検出対象DNA量をリアルタイムに測定することができる。 The TaqMan probe specifically hybridizes to the detection target DNA in the annealing step of the PCR reaction. At this time, since a quencher is present on the probe, the generation of fluorescence from the fluorescent dye is suppressed even when irradiated with excitation light. However, in the extension step, when the probe hybridized to the DNA to be detected is degraded by the 5 ′ → 3 ′ exonuclease activity of Taq DNA polymerase, the fluorescent dye is released from the probe, and the suppression by the quencher is released and the fluorescence is released. Is emitted. By detecting this fluorescence, it is possible to measure the amount of PCR amplification product produced and the amount of DNA to be detected in real time.
特許文献1には、インターカレーター性蛍光色素を用いたハイブリダイゼーション検出方法が開示されている。また、特許文献2には、TaqManプローブを用いたリアルタイムPCR法により、ヒトβディフェンシン2mRNAを定量的に検出する方法が記載されている。 Patent Document 1 discloses a hybridization detection method using an intercalating fluorescent dye. Patent Document 2 describes a method for quantitatively detecting human β-defensin 2 mRNA by a real-time PCR method using a TaqMan probe.
以下、本発明に関連する技術用語について説明する。 Hereinafter, technical terms related to the present invention will be described.
「シクロデキストリン」はデンプンにある種の酵素を作用させて得られる環状オリゴ糖であり、グルコースがα‐1,4結合で環状に連なった化合物である。グルコースが6、7、8個環状に結合したものは、それぞれα‐、β‐、γ‐シクロデキストリンと呼ばれており、天然には、さらにたくさんのグルコースが環状に結合した大環状のシクロデキストリンも存在している。現在では独ワッカーケミー社がα‐、β‐、γ‐3種類のシクロデキストリンを選択的に生成する酵素を発見し、工業生産を行っている(非特許文献1参照)。 “Cyclodextrin” is a cyclic oligosaccharide obtained by allowing a certain enzyme to act on starch, and is a compound in which glucose is linked cyclically with α-1,4 bonds. Those in which 6, 7, and 8 glucoses are linked in a ring are called α-, β-, and γ-cyclodextrins, respectively. Also exist. At present, German Wacker Chemie has discovered an enzyme that selectively produces α-, β-, and γ-3 types of cyclodextrins, and is engaged in industrial production (see Non-Patent Document 1).
シクロデキストリンは、底のないバケツ型をしており環の広い側に二級水酸基が、狭い側に一級水酸基がそれぞれ外側に向いて位置しており、このため環の外側は親水性を帯び、内側が疎水性の空洞の場となっている。この空洞に分子、特に水溶液中では疎水性の分子を取り込む、すなわち「包接」する。包接能は環のサイズと包接される分子のサイズの調和、および分子の疎水性などに応じて異なる。 The cyclodextrin has a bucket shape with no bottom, and the secondary hydroxyl group is located on the wide side of the ring and the primary hydroxyl group is located on the narrow side, so that the outside of the ring is hydrophilic. Inside is a place for hydrophobic cavities. Molecules, especially hydrophobic molecules in aqueous solution, are taken up into this cavity, ie "inclusion". The inclusion ability varies depending on the harmony between the size of the ring and the size of the molecule to be included and the hydrophobicity of the molecule.
シクロデキストリンはオリゴ糖であるから水溶性であり、脂溶性物質の可溶化にも用いられる。また構成単位である光学活性なオリゴ糖に由来して、シクロデキストリンも光学活性である。 Since cyclodextrin is an oligosaccharide, it is water-soluble and can also be used to solubilize fat-soluble substances. Moreover, cyclodextrin is also optically active derived from the optically active oligosaccharide which is a structural unit.
シクロデキストリンの包接現象は、食品、化粧品、医薬品の工業分野で、わさびなどの揮発性香料の徐放、ビタミン類など、光、熱に不安定な物質の安定化、経口抗真菌剤であるスポラノックス(登録商標)では水溶性改善に利用されている。分析化学の分野ではアフィニティークロマトグラフィーやキャピラリー電気泳動法に応用されている(非特許文献2参照)。また、最近ではドラッグデリバリーへの応用が有望視されている(非特許文献3参照)。 Inclusion phenomenon of cyclodextrin is an oral antifungal agent in the food, cosmetics and pharmaceutical industries, sustained release of volatile fragrances such as wasabi, stabilization of light and heat labile substances such as vitamins, etc. Sporanox (registered trademark) is used to improve water solubility. In the field of analytical chemistry, it is applied to affinity chromatography and capillary electrophoresis (see Non-Patent Document 2). Recently, application to drug delivery is considered promising (see Non-Patent Document 3).
シクロデキストリンの包接能、すなわち分子認識能を利用して、特定の物質に対するセンサーとする研究も盛んである。センサープローブとしての蛍光色素部、シクロデキストリン、クエンチャーなどの機能性部をつなぐ支持台としてポリペプチドを採用し、蛍光強度、蛍光寿命などによってゲスト化合物の検出を行う試みがなされている(非特許文献4及び非特許文献5参照)。なお、上記のポリペプチドは単に支持台として用いられ、他の物質に結合し得るものではなく、これらの技術はシクロデキストリンに包接するゲスト化合物そのものを検出するためのものである。 Research is also actively conducted on sensors for specific substances using the inclusion ability of cyclodextrins, that is, molecular recognition ability. Attempts have been made to detect guest compounds based on fluorescence intensity, fluorescence lifetime, etc. by adopting a polypeptide as a support for connecting functional parts such as fluorescent dyes, cyclodextrins, and quenchers as sensor probes (non-patented) Reference 4 and Non-Patent Document 5). Note that the above polypeptide is merely used as a support and cannot be bound to other substances. These techniques are for detecting the guest compound itself included in the cyclodextrin.
「円二色性(Circular Dichroism:CD)」とは、右円偏光と左円偏光に対する吸光度の差が生じる現象で、この結果生じた偏光は楕円偏光となる。楕円率は左右偏光の放射強度の関数となり、さらにランバートベールの式を代入することで、モル円二色性とモル楕円率の間に [θ] = 18000/4πlog10e・Δε ≒ 3298Δεの関係を導き出すことができる。すなわち、円二色性はモル円二色性とモル楕円率のどちらかで表すことができる。物質固有のモル円二色性またはモル楕円率が既知であれば、物質濃度を算出することが可能である。 “Circular Dichroism (CD)” is a phenomenon in which a difference in absorbance occurs between right circularly polarized light and left circularly polarized light. The resulting polarized light is elliptically polarized light. The ellipticity is a function of the radiation intensity of right and left polarized light, and by substituting the Lambert-Beer equation, the relationship [θ] = 18000 / 4πlog 10 e · Δε ≒ 3298Δε between the molar circular dichroism and the molar ellipticity Can be derived. That is, circular dichroism can be expressed by either molar circular dichroism or molar ellipticity. If the molar circular dichroism or molar ellipticity specific to a substance is known, the substance concentration can be calculated.
シクロデキストリンは光学活性であるから、本来の吸収遷移に応じて紫外域で円二色性を示す。本来は光学活性でない分子Gが光学活性分子Hと包接体や付加体を形成すると、励起子カップリングにより、Gの吸収遷移に応じて円二色性を示すことがある。これを「誘起円二色性」と呼ぶ。Gが色素であれば、吸収遷移は可視部に現れ、他の構成種と区別して検出することが容易となる。 Since cyclodextrin is optically active, it exhibits circular dichroism in the ultraviolet region according to the original absorption transition. When the originally non-optically active molecule G forms an inclusion or adduct with the optically active molecule H, it may exhibit circular dichroism depending on the absorption transition of G due to exciton coupling. This is called “induced circular dichroism”. If G is a pigment, an absorption transition appears in the visible part, and it is easy to detect it separately from other constituent species.
次に、「円二色性測定装置」について説明する。一般的な円二色性測定装置は、さまざまな振動ベクトルを持った光の混ざった非偏光を励起光とし、偏光プリズムにて直線偏光とした後に、λ/4波長板などの円偏光変調器にて左右の円偏光に変換する。この左右円偏光に同期して、サンプルを通過した光の吸光度データを交互に光電子倍増管などの検出器で採取し、計算処理する。もし左右円偏光に同期して、サンプルの蛍光を測定すれば、すなわち蛍光検出円二色性を観測したことになる(特許文献3参照)。 Next, the “circular dichroism measuring device” will be described. A general circular dichroism measuring apparatus uses a non-polarized light mixed with light having various vibration vectors as excitation light, linearly polarized light by a polarizing prism, and then a circular polarization modulator such as a λ / 4 wavelength plate. To convert to left and right circularly polarized light. In synchronization with the left and right circularly polarized light, the absorbance data of the light that has passed through the sample is alternately collected by a detector such as a photomultiplier tube and processed. If the fluorescence of the sample is measured in synchronization with the left and right circularly polarized light, that is, the fluorescence detection circular dichroism is observed (see Patent Document 3).
上述したインターカレーター性の蛍光色素を用いた方法は、安価なインターカレーター性蛍光色素を用いることができ、コスト面で優れている。しかし、二本鎖に結合していない遊離色素からのバックグランド蛍光や、ヘアピン構造をとる一本鎖やミスマッチ鎖に結合した色素からのノイズ蛍光によって、検出感度が低下するという問題があった。特に、微量の核酸鎖の検出を行う場合には、十分な感度を得ることが難しかった。 The above-described method using an intercalator fluorescent dye can use an inexpensive intercalator fluorescent dye, and is excellent in cost. However, there has been a problem that detection sensitivity decreases due to background fluorescence from a free dye not bound to a double strand and noise fluorescence from a dye bound to a single strand having a hairpin structure or a mismatched strand. In particular, when detecting a very small amount of nucleic acid chain, it has been difficult to obtain sufficient sensitivity.
TaqManプローブを用いた方法では、インターカレーター性蛍光色素で生じていたバックグランド蛍光やノイズ蛍光の問題を解決し、より感度の高い検出を行うことが可能である。しかし、TaqManプローブは非常に高価であるため、コスト面での問題があった。また、TaqManプローブを用いた方法では、蛍光色素を直接プローブに標識していることから、反応系に過剰量の蛍光色素を投入して蛍光検出を行うインターカレーター性蛍光色素を用いる方法に比べて、蛍光検出時の蛍光色素劣化の影響を受け易いという問題もある。 The method using the TaqMan probe can solve the problems of background fluorescence and noise fluorescence that have occurred with intercalating fluorescent dyes, and can perform detection with higher sensitivity. However, since the TaqMan probe is very expensive, there is a problem in cost. In addition, since the fluorescent dye is directly labeled on the probe in the method using the TaqMan probe, compared to the method using an intercalator fluorescent dye that detects fluorescence by introducing an excessive amount of fluorescent dye into the reaction system. There is also a problem that it is easily affected by the deterioration of the fluorescent dye during fluorescence detection.
そこで、本発明は、コスト面に優れ、かつ、高い検出感度を得ることができる新規なプローブ、及びこれを用いた結合検出方法を提供することを主な目的とする。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a novel probe that is excellent in cost and can obtain high detection sensitivity, and a binding detection method using the same.
上記課題解決のため、本発明は、所定の物質に結合可能な分子鎖に、他の化学種を包接し得る化学種であって、かつ、光学活性を有する第一の化学種が結合されていることを特徴とするプローブを提供する。
本発明に係るこのプローブは、さらに、分子鎖に、第一の化学種に包接され得る第二の化学種が結合されていてもよい。
この場合において、第一の化学種と第二の化学種は、物質との非結合時において包接状態を維持し、かつ、物質との結合により包接状態が解除されるように構成される。この包接状態は、例えば、分子鎖が形成するステムループ構造によって安定化されるよう構成することができる。
このプローブと物質との結合反応を、第一の化学種に包接され得る色素の存在下において行い、プローブと物質との非結合時において維持される第一の化学種と第二の化学種の包接状態が、プローブと物質との結合によって解除されることにより、色素が第一の化学種に包接されて獲得する誘起円二色性を検知することで、物質とプローブとの結合を検出することができる。
この際、第一の化学種に対する色素の包接能は、第一の化学種に対する第二の化学種の包接能よりも低いことが望ましい。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a molecular species that can include other chemical species in a molecular chain that can bind to a predetermined substance, and the first chemical species that has optical activity is bound thereto. A probe is provided.
In the probe according to the present invention, a second chemical species that can be included in the first chemical species may be further bonded to the molecular chain.
In this case, the first chemical species and the second chemical species are configured to maintain an inclusion state when not bonded to the substance, and to be released from the inclusion state upon binding with the substance. . This inclusion state can be configured to be stabilized by, for example, a stem loop structure formed by molecular chains.
The binding reaction between the probe and the substance is performed in the presence of a dye that can be included in the first chemical species, and the first chemical species and the second chemical species that are maintained when the probe and the substance are not bound to each other. By detecting the induced circular dichroism that is acquired by inclusion of the dye with the first chemical species by releasing the inclusion state of the probe by the binding of the probe and the substance, the binding of the substance to the probe is detected. Can be detected.
At this time, it is desirable that the inclusion ability of the dye with respect to the first chemical species is lower than the inclusion ability of the second chemical species with respect to the first chemical species.
また、本発明に係るプローブの第二の化学種を、色素としてもよい。
このプローブと物質との結合反応を行い、プローブと物質との非結合時において維持される第一の化学種と色素の包接状態が、プローブと物質との結合によって解除されることにより、色素の誘起円二色性が消失することを検知することで、物質とプローブとの結合を検出することができる。
The second chemical species of the probe according to the present invention may be a dye.
By performing the binding reaction between the probe and the substance, the inclusion state of the first chemical species and the dye maintained when the probe and the substance are not bonded is released by the binding of the probe and the substance, thereby the dye. By detecting that the induced circular dichroism disappears, the binding between the substance and the probe can be detected.
さらに、本発明は、所定の物質に結合可能な分子鎖に、他の化学種を包接し得る化学種であって、かつ、光学活性を有する第一の化学種が結合された上記の第一のプローブに加え、分子鎖に、第一の化学種に包接され得る第二の化学種が結合された第二のプローブと、からなるプローブペアを提供する。
このプローブペアにおいて、第一の化学種と第二の化学種は、物質との非結合時において包接状態を維持し、かつ、物質との結合により包接状態が解除されるように構成される。
第二の化学種は、色素としてもよく、このプローブペアと物質との結合反応を行い、プローブペアと物質との非結合時において維持される第一の化学種と色素の包接状態が、プローブと物質との結合によって解除されることにより、色素の誘起円二色性が消失することを検知することで、物質とプローブとの結合を検出することができる。
本発明に係る結合検出方法は、特に、リアルタイムPCR法に好適に用いることができるものである。
Furthermore, the present invention provides the above first compound wherein a chemical species capable of including another chemical species and a first chemical species having optical activity are bound to a molecular chain capable of binding to a predetermined substance. In addition to the above-mentioned probe, a probe pair comprising a second probe in which a second chemical species that can be included in the first chemical species is bound to a molecular chain is provided.
In this probe pair, the first chemical species and the second chemical species are configured to maintain the inclusion state when not bonded to the substance and to be released from the inclusion state when bonded to the substance. The
The second chemical species may be a dye, which performs a binding reaction between the probe pair and the substance, and the inclusion state of the first chemical species and the dye maintained when the probe pair and the substance are not bonded is By detecting the disappearance of the induced circular dichroism of the dye by being released by the binding between the probe and the substance, the binding between the substance and the probe can be detected.
The binding detection method according to the present invention can be suitably used particularly for the real-time PCR method.
ここで、本発明において「所定の物質」には、核酸やペプチド、タンパクが少なくとも含まれる。従って、「所定の物質」及び「所定の物質に結合可能な分子鎖」の組み合わせとしては、例えば、特定の一本鎖核酸とこれにハイブリダイズする核酸鎖又は核酸類似構造鎖、特定のタンパクとこれに結合するタンパク又はペプチド等の組み合わせがある。他に、特定の核酸やペプチド、タンパクとこれに相互作用する化合物、特定の物質とこれにパイ電子相互作用や水素結合、静電的な効果等により相互作用する物質、などの組合せが可能である。 Here, in the present invention, the “predetermined substance” includes at least nucleic acids, peptides, and proteins. Accordingly, the combination of “predetermined substance” and “molecular chain capable of binding to the predetermined substance” includes, for example, a specific single-stranded nucleic acid and a nucleic acid chain or a nucleic acid-like structure chain that hybridizes thereto, a specific protein, and the like. There are combinations of proteins or peptides that bind to this. In addition, it is possible to combine specific nucleic acids and peptides, compounds that interact with proteins, specific substances and substances that interact with this due to pi-electron interactions, hydrogen bonds, electrostatic effects, etc. is there.
「誘起円二色性」とは、キラルな物質が円偏光を吸収する際に左円偏光と右円偏光に対して吸光度に差が生じる現象のことをいう。誘起円二色性はその物質が吸収する波長でのみ生じる。誘起円二色性は、非偏光の励起光を偏光プリズム及びλ/4波長板などの円偏光変調器を用いて左右の円偏光に変換して物質を照射し、その透過光における左右円偏光に対する吸光度差を検出することにより検知することができる。 “Induced circular dichroism” refers to a phenomenon in which when a chiral substance absorbs circularly polarized light, a difference in absorbance occurs between left circularly polarized light and right circularly polarized light. Induced circular dichroism occurs only at wavelengths that the material absorbs. Induced circular dichroism is achieved by converting non-polarized excitation light into left and right circularly polarized light using a circular polarization modulator such as a polarizing prism and a λ / 4 wavelength plate, and irradiating the material. It can detect by detecting the light-absorbency difference with respect to.
また、「ステムループ構造」とは、一般的には、一本鎖DNAや一本鎖RNAにおいて、分子内で離れた2箇所の領域に相補的な配列がある場合、核酸の塩基対間の相互作用によって二重鎖を形成するとともに、その2領域ではさまれたランダムな配列部がループ構造をなすものをいう。ヘアピンループとも称される。タンパクやペプチドの立体(3次元)構造は、分子内における親水性部分及び疎水性部分の存在によって、また分子間での水素結合やパイ電子による相互作用によって、決定される。本発明における「ステムループ構造」には、上記の核酸鎖におけるヘアピンループの他、タンパクやペプチドの立体構造において、分子内の離れた2箇所の領域間での相互作用の結果、その2領域ではさまれた配列部がループ状の構造をとっているものも含まれるものとし、この他、所定の分子鎖が、その分子内の2領域間における水素結合や静電的な効果、パイ電子等による相互作用の結果形成するループ状の構造を広く包含し得るものとする。 In addition, the “stem loop structure” generally means that, in single-stranded DNA or single-stranded RNA, when there are complementary sequences in two regions separated in the molecule, A double strand is formed by interaction, and a random sequence sandwiched between the two regions forms a loop structure. Also called hairpin loop. The three-dimensional (three-dimensional) structure of a protein or peptide is determined by the presence of a hydrophilic part and a hydrophobic part in the molecule, and by interactions between hydrogen bonds and pi electrons between molecules. In the “stem loop structure” of the present invention, in addition to the hairpin loop in the nucleic acid chain described above, in the three-dimensional structure of proteins and peptides, as a result of interaction between two distant regions in the molecule, It is assumed that the sandwiched arrangement part has a loop-like structure. In addition to this, a predetermined molecular chain is a hydrogen bond between two regions in the molecule, an electrostatic effect, a pi electron, etc. It is possible to widely include a loop-like structure formed as a result of the interaction by.
本発明により、コスト面に優れ、かつ、高い検出感度を得ることができる新規なプローブ、及びこれを用いた結合検出方法が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a novel probe that is excellent in cost and can obtain high detection sensitivity, and a binding detection method using the same are provided.
以下、本発明を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In addition, embodiment described below shows an example of typical embodiment of this invention, and, thereby, the range of this invention is not interpreted narrowly.
図1は、本発明に係るプローブの第一の実施形態を示す模式図である。図中、プローブを符号1で示す。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of a probe according to the present invention. In the figure, the probe is denoted by reference numeral 1.
図1中、符号Pは所定の物質に結合可能な分子鎖を示す。分子鎖Pは、自己組織化や吸着、光照射、加熱などによって、物質の特定の構造を認識して結合する結合領域である。分子鎖Pは、物質に応じて、オリゴヌクレオチドやオリゴペプチド、ポリペプチドなどの化学的に活性な基を有する高分子鎖によって構成することができる。 In FIG. 1, symbol P indicates a molecular chain that can bind to a predetermined substance. The molecular chain P is a binding region that recognizes and binds to a specific structure of a substance by self-assembly, adsorption, light irradiation, heating, or the like. The molecular chain P can be constituted by a polymer chain having a chemically active group such as an oligonucleotide, an oligopeptide, or a polypeptide depending on the substance.
図1中、符号Hは、他の化学種を包接し得る化学種(包接化学種)であって、かつ、光学活性を有する第一の化学種(以下、「ホストH」という)を示す。ホストHは、その光吸収スペクトル(以下、単に「吸収スペクトル」という)と、後述する色素Dとの吸収スペクトルと、の重なりが小さいものを用いることが望ましい。これは、色素Dの誘起円二色性検出のためである(この点、後述する)。 In FIG. 1, symbol H denotes a first chemical species (hereinafter referred to as “host H”) that is a chemical species that can include other chemical species (inclusion chemical species) and has optical activity. . It is desirable to use a host H having a small overlap between its light absorption spectrum (hereinafter simply referred to as “absorption spectrum”) and an absorption spectrum of dye D described later. This is for detecting the induced circular dichroism of the dye D (this point will be described later).
ホストHは、図1中、符号S1で示すスペーサーによって、分子鎖Pの一端に結合されている。スペーサーS1は、通常、オリゴヌクレオチドプローブ等の化学修飾に用いられる二官能性スペーサーであってよく、例えば、アルキレンやオリゴペプチド、オリゴヌクレオチド、ポリエーテル、ポリビニレンなどの高分子構造からなる。スペーサーS1には、エーテル結合やスルフィド結合、ペプチド結合、エステル結合、ウレタン結合、リン酸結合、スルホン酸、アリーレンなどを含んでもよく、また分岐構造をとってもよい。さらに、アリーレンはヘテロ原子を含んでいてもよい。 Host H, in Figure 1, the spacer denoted by reference numeral S 1, is coupled to one end of the molecular chain P. Spacer S 1 may typically be a bifunctional spacer for use in the chemical modification, such as oligonucleotide probes, e.g., alkylene or oligopeptides, oligonucleotides, polyether, composed of a polymer structure such as polyvinylene. The spacer S 1 may include an ether bond, a sulfide bond, a peptide bond, an ester bond, a urethane bond, a phosphate bond, a sulfonic acid, an arylene, or the like, or may have a branched structure. Furthermore, arylene may contain heteroatoms.
図1中、符号Aは、ホストに包接され得る第二の化学種(以下、「アンカーA」という)。アンカーAは、ホストHに包接されて、後述する色素DがホストHに包接されるのを阻害する。このアンカーAの色素Dに対する包接阻害作用を確実ならしめるため、アンカーAのホストHに対する包接能は、色素DのホストHに対する包接能と同程度以上であることが望ましい。 In FIG. 1, symbol A is a second chemical species that can be included in the host (hereinafter referred to as “anchor A”). The anchor A is included in the host H and inhibits the later-described dye D from being included in the host H. In order to ensure the effect of the anchor A on the inclusion of the dye D, the inclusion ability of the anchor A with respect to the host H is desirably equal to or higher than that of the dye D with respect to the host H.
アンカーAは、図1中、符号S2で示すスペーサーによって、分子鎖PのホストHと反対端に結合されている。スペーサーS2の構成は、スペーサーS1と同様とすることができるが、必ずしも同一である必要はなく、スペーサーS1で説明したもののなかから任意に選択することができる。 Anchor A is, in FIG. 1, the spacer denoted by reference numeral S 2, is coupled to the host H and the opposite end of the molecular chain P. Structure of the spacer S 2 is may be similar to the spacer S 1, not necessarily identical, can be selected from among those described in the spacer S 1 arbitrarily.
図2は、ホストHとして好適に採用可能な化学種の一例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of chemical species that can be suitably employed as the host H.
図2中、(A)はα−シクロデキストリン置換基、(B)はβ−シクロデキストリン置換基、(C)はγ−シクロデキストリン置換基、(D)はヘプタキス(o−メチル)−γ−シクロデキストリン置換基を示す。図中、「-X-」は「-O-」, 「-S-」, 「-NH-」, 「-OC(=O)-」,「-OS(=O) 2-」, 「OP(=O)2O-」,「- NHC(=O)-」から選択される基である。 In FIG. 2, (A) is an α-cyclodextrin substituent, (B) is a β-cyclodextrin substituent, (C) is a γ-cyclodextrin substituent, and (D) is heptakis (o-methyl) -γ-. Cyclodextrin substituent is shown. In the figure, "-X-" is "-O-", "-S-", "-NH-", "-OC (= O)-", "-OS (= O) 2- ", "OP (= O) 2 O— ”and“ —NHC (═O) — ”.
各化学種中、水酸基の全て又は一部は、メルカプト基やオキシ基、チオ基、アミノ基、カルバモイル基、オキシカルボニル基、カルボキシ基、スルホ基、リン酸基、トリアルキルシロキシ基などに変換されていてもよい。 In each chemical species, all or some of the hydroxyl groups are converted into mercapto groups, oxy groups, thio groups, amino groups, carbamoyl groups, oxycarbonyl groups, carboxy groups, sulfo groups, phosphate groups, trialkylsiloxy groups, etc. It may be.
図3は、アンカーAとして好適に採用可能な化学種の一例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of chemical species that can be suitably employed as the anchor A.
図3中、(A)はコレステロール置換基、(B)はリトコール置換基、(C)はアダマンタン置換基、(D)はビタミンA置換基、(E)はユビキノン置換基、(F)はナフタレン置換基、(G)はピレン置換基、(H)はベンゾ[c]フェナントレン置換基、(I)はビナフチル置換基、(J)はルテニウム(II)トリス(フェナントロリン)置換基を示す。図中、「-X2-」は、「-O-」, 「-S-」, 「-NH-」, 「-OC(=O)-」,「-OS(=O) 2-」, 「OP(=O)2O-」,「- NHC(=O)-」から選択される基である。 In FIG. 3, (A) is a cholesterol substituent, (B) is a lithocol substituent, (C) is an adamantane substituent, (D) is a vitamin A substituent, (E) is a ubiquinone substituent, and (F) is naphthalene. Substituents, (G) represents a pyrene substituent, (H) represents a benzo [c] phenanthrene substituent, (I) represents a binaphthyl substituent, and (J) represents a ruthenium (II) tris (phenanthroline) substituent. In the figure, "-X 2- " means "-O-", "-S-", "-NH-", "-OC (= O)-", "-OS (= O) 2- ", It is a group selected from “OP (═O) 2 O—” and “—NHC (═O) —”.
各化学種は、分子内にキラル構造を有してもよい。この他、アンカーAとしては、ステロイド構造を有する化学種を広く採用することが可能である。 Each chemical species may have a chiral structure in the molecule. In addition, chemical species having a steroid structure can be widely adopted as the anchor A.
図4は、プローブ1の具体的な構成例を示す模式図である。 FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a specific configuration example of the probe 1.
図4中、符号11で示すプローブは、所定の物質が核酸である場合に、分子鎖Pを該核酸に相補的な塩基配列を有するオリゴヌクレオチド(塩基数n)として、またホストHをβ−シクロデキストリン、アンカーAをリトコール酸とした場合を示した。 In FIG. 4, when the predetermined substance is a nucleic acid, the probe denoted by reference numeral 11 is a molecular chain P as an oligonucleotide (base number n) having a base sequence complementary to the nucleic acid, and a host H as β- The case where cyclodextrin and anchor A are lithocholic acid is shown.
図5は、プローブ1の挙動を示す模式図である。(A)は、所定の物質との非結合時、(B)は結合時の状態を示す。 FIG. 5 is a schematic diagram showing the behavior of the probe 1. (A) shows a state at the time of non-bonding with a predetermined substance, and (B) shows a state at the time of binding.
まず、図5(A)に示す所定の物質(図5(B)符号T参照)との非結合時におけるプローブ1では、アンカーAがホストHに包接されることにより、分子鎖Pは折れ曲がって図のようなループ構造をとる。 First, in the probe 1 at the time of non-bonding with a predetermined substance shown in FIG. 5A (see symbol T in FIG. 5B), the molecular chain P is bent by the inclusion of the anchor A by the host H. The loop structure shown in the figure is taken.
プローブ1では、分子鎖Pのうち、スペーサーS1側及びスペーサーS2側の両末端に位置する2つの領域(後述する「ステム部St1及びSt2」)が、水素結合(図5(A)中、符号B参照)を形成し、分子鎖Pのループ構造の形成が促進、安定化されるよう構成されている。すなわち、アンカーAがホストHに包接され、分子鎖Pが折れ曲がると、スペーサーS1側及びスペーサーS2側の両末端に位置する2つの領域が相互に水素結合Bを形成することによって、分子鎖Pのステムループ構造が安定化するよう構成されている。 In the probe 1, in the molecular chain P, two regions (“stem portions St 1 and St 2 ” described later) located at both ends of the spacer S 1 side and the spacer S 2 side are hydrogen-bonded (FIG. 5A). ), And the formation of the loop structure of the molecular chain P is promoted and stabilized. That is, when the anchor A is included in the host H and the molecular chain P is bent, the two regions located at both ends of the spacer S 1 side and the spacer S 2 side form hydrogen bonds B to each other, thereby It is constructed so that the stem loop structure of chain P is stabilized.
一方、図5(B)に示す物質Tとの結合時におけるプローブ1では、分子鎖Pは、物質Tとの結合のためにループ構造をとることができない。従って、アンカーAは、ホストHに対し包接状態を形成し得る距離にまで容易に近接することができず、ホストHとの包接状態を形成する確率が極端に減少する。 On the other hand, in the probe 1 at the time of binding with the substance T shown in FIG. 5 (B), the molecular chain P cannot take a loop structure due to the binding with the substance T. Therefore, the anchor A cannot easily approach the host H to a distance at which an inclusion state can be formed, and the probability of forming an inclusion state with the host H is extremely reduced.
このように、プローブ1は、物質Tとの非結合時には、ホストHとアンカーAとが包接状態を維持し、物質Tとの結合によってこの包接状態が解除されることを特徴としている。 As described above, the probe 1 is characterized in that the host H and the anchor A maintain the inclusion state at the time of non-bonding with the substance T, and the inclusion state is released by the binding with the substance T.
図6は、分子鎖Pが形成するステムループ構造を示す模式図である。(A)は、ステムループ構造非形成時のスペーサーS1及びS2と分子鎖Pを、(B)は形成時のスペーサーS1及びS2と分子鎖Pを拡大して示している。なお、図では、分子鎖Pをオリゴヌクレオチとした上記プローブ11を例示した。 FIG. 6 is a schematic diagram showing a stem loop structure formed by the molecular chain P. (A) shows the spacers S 1 and S 2 and the molecular chain P when the stem-loop structure is not formed, and (B) shows the enlarged spacers S 1 and S 2 and the molecular chain P when formed. In the figure, the probe 11 having the molecular chain P as an oligonucleotide is illustrated.
図6(A)に示す分子鎖Pは、スペーサーS1側及びスペーサーS2側の両末端に位置する2つの領域に、ステム部St1及びSt2が設けられている。ステム部St1の塩基配列は、スペーサーS1に続いて5´末端側から「GATCGAA」であり、ステム部St2の塩基配列は5´末端側からスペーサーS2に向かって「TTCGATC」とされている。 The molecular chain P shown in FIG. 6A is provided with stem portions St 1 and St 2 in two regions located at both ends of the spacer S 1 side and the spacer S 2 side. The base sequence of the stem part St 1 is “GATCGAA” from the 5 ′ end side after the spacer S 1 , and the base sequence of the stem part St 2 is “TTCGATC” from the 5 ′ end side toward the spacer S 2. ing.
先に説明したように、アンカーAがホストHに包接されると、分子鎖Pが折れ曲がってループ構造となる。このとき、図6(B)に示すように、ステム部St2は、ステム部St1に対して逆向きに配置される。そして、ステム部St2の塩基配列「TTCGATC」は、この配置状態において、ステム部St1の塩基配列「GATCGAA」に対して相補的となるようにされている。これにより、ステム部St1及びSt2の対向する各塩基間に水素結合Bを形成させることができる。 As described above, when the anchor A is included in the host H, the molecular chain P is bent to form a loop structure. At this time, as shown in FIG. 6 (B), the stem portion St 2 is disposed in the opposite direction to the stem portion St 1. The base sequence “TTCGATTC” of the stem portion St 2 is made complementary to the base sequence “GATCGAA” of the stem portion St 1 in this arrangement state. Thus, it is possible to form hydrogen bonds B between the base opposite the stem portion St 1 and St 2.
この水素結合Bの形成によって、分子鎖Pはステムループ構造を形成することとなり、アンカーAのホストHへの包接による分子鎖Pのループ構造の形成が、さらに促進、安定化されることとなる。 Due to the formation of this hydrogen bond B, the molecular chain P forms a stem loop structure, and the formation of the loop structure of the molecular chain P by inclusion of the anchor A with the host H is further promoted and stabilized. Become.
このステムループ構造による分子鎖Pのループ構造の形成の促進、安定化作用は、分子鎖Pに用いる分子種及び分子数によって、ステム部St1及びSt2間の水素結合の強度及び数を任意に設定することによって、任意に調整することができる。 This stem loop structure promotes and stabilizes the formation of the loop structure of the molecular chain P. The strength and number of hydrogen bonds between the stem parts St 1 and St 2 can be arbitrarily determined according to the molecular species and number of molecules used in the molecular chain P. By setting to, it can be arbitrarily adjusted.
分子鎖Pをオリゴヌクレオチドとして構成する場合には、ループ部(分子鎖Pのうち、ステム部St1とステム部St2の間の領域)の塩基配列数は、4〜8塩基程度が好適である(”A Semiflexible Polymer Model Applied to Loop Formation in DNA Hairpins.” Biophysical Journal 2001, Vol.81, p2864-2875
参照)
When the molecular chain P is configured as an oligonucleotide, the number of base sequences in the loop part (the region between the stem part St 1 and the stem part St 2 in the molecular chain P) is preferably about 4 to 8 bases. Yes ("A Semiflexible Polymer Model Applied to Loop Formation in DNA Hairpins." Biophysical Journal 2001, Vol.81, p2864-2875
reference)
なお、このステムループ構造は、物質Tとの非結合時におけるホストHとアンカーAの包接状態の維持を確実ならしめるためのものであり、ホストHへのアンカーAの包接のための必須の構成となるものではない。上述のように、分子鎖Pのループ構造は、アンカーAのホストHへの包接の結果生じるものであり、水素結合Bはこのステムループ構造の形成促進、安定化に機能するものである。 This stem-loop structure is intended to ensure that the inclusion state of the host H and the anchor A is maintained at the time of non-bonding with the substance T, and is essential for inclusion of the anchor A to the host H. It is not the composition of. As described above, the loop structure of the molecular chain P occurs as a result of the inclusion of the anchor A with the host H, and the hydrogen bond B functions to promote and stabilize the formation of this stem loop structure.
図7は、プローブ1と物質Tとの結合を検出する方法を説明する模式図である。(A)は、プローブ1と物質Tとの結合反応前、(B)は結合反応後、の反応系を示す。 FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a method for detecting the binding between the probe 1 and the substance T. (A) shows the reaction system before the binding reaction between the probe 1 and the substance T, and (B) shows the reaction system after the binding reaction.
まず、図7(A)に示すように、物質Tとプローブ1との結合反応を、ホストHに包接され得る色素(図中、符号D参照)の存在下において行う。 First, as shown in FIG. 7A, the binding reaction between the substance T and the probe 1 is performed in the presence of a dye that can be included in the host H (see symbol D in the figure).
図7中、符号Nは、物質Tと共存する他の物質を表している。プローブ1の分子鎖Pは他の物質Nと結合しないため、プローブ1と他の物質Nとが結合することはない。なお、図では、プローブ1及び物質T、他の物質N、色素Dを便宜上一分子ずつ示したが、これらは反応系に複数存在するものである。 In FIG. 7, the symbol N represents another substance that coexists with the substance T. Since the molecular chain P of the probe 1 does not bind to the other substance N, the probe 1 and the other substance N do not bind. In the figure, the probe 1, the substance T, the other substance N, and the dye D are shown one molecule at a time for convenience, but a plurality of these exist in the reaction system.
図に示すように、結合反応前においては、ホストHはアンカーAとの包接状態を維持している。このため、色素DはホストHに対する包接能を有するものの、アンカーAが色素DのホストHへの包接を阻害するため、色素DがホストHに包接される確率は無視しうる。以下、ホストHに包接されていない状態の色素Dを「遊離色素D」というものとする。 As shown in the figure, the host H maintains the inclusion state with the anchor A before the binding reaction. For this reason, although the dye D has an inclusion ability with respect to the host H, since the anchor A inhibits the inclusion of the dye D with the host H, the probability that the dye D is included with the host H can be ignored. Hereinafter, the dye D that is not included in the host H is referred to as “free dye D”.
遊離色素Dに対し、非偏光を偏光プリズムによって直線偏光に変換し、さらにλ/4波長板などにより円偏光に変換した測定光(図中、符号L1参照)を照射すると、遊離色素Dによって特定波長が吸収された透過光が測定対象光(図中、符号L2参照)として生じる。 When the non-polarized light is converted into linearly polarized light by a polarizing prism and then converted to circularly polarized light by a λ / 4 wavelength plate (see symbol L 1 in the figure), free dye D is irradiated by free dye D. (in the figure, reference numeral L 2) specific wavelength absorbed transmitted light measurement object radiation occurs as.
この際、遊離色素Dは光学活性(以下、「キラリティ」ともいう)を有さないため、色素Dが吸収する左円偏光と右円偏光の吸光度に差は生じない。従って、色素Dに対する測定光L1の照射により誘起円二色性が生じることはなく、測定対象光L2の検出によって誘起円二色性が検知されることはない。 At this time, since the free dye D does not have optical activity (hereinafter also referred to as “chirality”), there is no difference between the absorbance of the left circularly polarized light and the right circularly polarized light absorbed by the dye D. Therefore, the induced circular dichroism does not occur when the measurement light L 1 is irradiated to the dye D, and the induced circular dichroism is not detected by the detection of the measurement target light L 2 .
これに対して、図7(B)に示す結合反応後においては、分子鎖Pと物質Tとの結合により、ホストHとアンカーAとの包接状態が解除され、アンカーAに代わって色素DがホストHに包接される。そして、色素DはホストHへの包接により、ホストHの供するキラルな場によって誘起されてキラリティを獲得する。 In contrast, after the binding reaction shown in FIG. 7B, the inclusion state between the host H and the anchor A is released by the binding between the molecular chain P and the substance T, and the dye D is substituted for the anchor A. Is included in host H. The dye D is induced by a chiral field provided by the host H by inclusion in the host H and acquires chirality.
従って、図に示すように、ホストHに包接された色素Dに対し測定光L1を照射すると、色素Dの吸収波長において、キラリティによる左円偏光と右円偏光に対する吸光度差が生じ、誘起円二色性を呈する測定対象光L3が検出されることとなる。 Therefore, as shown in the figure, when the measurement light L 1 is irradiated to the dye D included in the host H, the absorbance difference between the left circularly polarized light and the right circularly polarized light is caused by the chirality at the absorption wavelength of the dye D, the fact that the target light L 3, which exhibits a circular dichroism is detected.
このように、プローブ1では、物質Tとの非結合時においては透過光(測定対象光L2)が誘起円二色性を呈することはないが、物質Tと結合すると透過光(測定対象光L3)が誘起円二色性を呈するようになる。従って、物質Tとプローブ1との結合反応を色素Dの存在下において行い、測定光L1の照射によって色素Dから発生する透過光(測定対象光L2又は測定対象光L3)の誘起円二色性を検知することによって、物質Tとプローブ1との結合を検出することが可能となる。 Thus, in the probe 1, the transmitted light (measurement target light L 2 ) does not exhibit induced circular dichroism when not coupled to the substance T. However, when the probe 1 is coupled to the substance T, the transmitted light (measurement target light) L 3 ) exhibits induced circular dichroism. Therefore, the binding reaction between the substance T and the probe 1 is performed in the presence of the dye D, and the induced circle of the transmitted light (the measurement target light L 2 or the measurement target light L 3 ) generated from the dye D by the irradiation of the measurement light L 1 By detecting dichroism, it becomes possible to detect the binding between the substance T and the probe 1.
色素Dは、ホストHに包接され得る色素であれば特に限定されないが、より好適には色素DのホストHに対する包接能が、アンカーAのホストHに対する包接能と同程度以下であるものが望ましい。これにより、結合反応前(図7(A)参照)において、アンカーAが、色素DのホストHへの包接を確実に阻害するようにできる。また、色素Dは、測定対象光L2及び測定対象光L3の検出のため、その吸収スペクトルと、ホストHとの吸収スペクトルと、の重なりが小さいものを用いることが望ましく、さらに物質Tが核酸鎖であって、プローブ1の分子鎖Pがオリゴヌクレオチドである場合には、インターカレーター性のない色素を用いることが好ましい。 The dye D is not particularly limited as long as it is a dye that can be included in the host H. More preferably, the inclusion ability of the dye D with respect to the host H is less than or equal to the inclusion ability of the anchor A with respect to the host H. Things are desirable. Thereby, before the binding reaction (see FIG. 7A), the anchor A can surely inhibit the inclusion of the dye D to the host H. In addition, for the detection of the measurement target light L 2 and the measurement target light L 3 , it is desirable that the dye D has a small overlap between the absorption spectrum and the absorption spectrum of the host H. When the molecular chain P of the probe 1 is an oligonucleotide, it is preferable to use a dye having no intercalator property.
図8は、色素Dとして好適に採用可能な化学種の一例を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing an example of chemical species that can be suitably employed as the dye D.
図8中、(A)はトリメチンシアニン色素(Cy3骨格)、(B)はペンタメチンシアニン色素(Cy5骨格)、(C)はチアゾールオレンジ(TO)、(D)はアクリジンオレンジ(AO)、(E)はアクリジンレッド(AR)、(F)はニュートラルレッド(NR)、(G)はダンシル酸(DA)、(H)はローダミンB(RhB)、(I)はフルオレセイン(FL)、(J)はエチルブロミド(EB)、(K)はピレン、(L)はクマリン102(C102)、(M)はエチルレッド(ER)を示す。また、これらの色素は置換基を有していてもよい。 In FIG. 8, (A) is a trimethine cyanine dye (Cy3 skeleton), (B) is a pentamethine cyanine dye (Cy5 skeleton), (C) is thiazole orange (TO), (D) is acridine orange (AO), (E) is acridine red (AR), (F) is neutral red (NR), (G) is dansylic acid (DA), (H) is rhodamine B (RhB), (I) is fluorescein (FL), ( J) represents ethyl bromide (EB), (K) represents pyrene, (L) represents coumarin 102 (C102), and (M) represents ethyl red (ER). Moreover, these pigment | dyes may have a substituent.
測定対象光L2及び測定対象光L3における誘起円二色性の検知は、先に説明した一般的な円二色性測定装置により行うことが可能である。具体的には、さまざまな振動ベクトルを持った光の混ざった非偏光を励起光とし、偏光プリズムにて直線偏光とした後に、λ/4波長板などの円偏光変調器にて左右の円偏光に変換する。この左右円偏光に同期して、サンプルを通過した透過光の吸光度データを交互に光電子倍増管などの検出器で採取し、左右偏光の吸光度差を算出することにより、誘起円二色性の検知を行う。 Detection of induced circular dichroism in the measurement target light L 2 and the measurement target light L 3 can be performed by the general circular dichroism measurement apparatus described above. Specifically, non-polarized light mixed with various vibration vectors is used as excitation light, converted into linearly polarized light by a polarizing prism, and then left and right circularly polarized light by a circular polarization modulator such as a λ / 4 wavelength plate. Convert to In synchronization with this left and right circularly polarized light, the absorbance data of the transmitted light that has passed through the sample is alternately collected by a detector such as a photomultiplier tube, and the difference in absorbance between the left and right polarized light is calculated to detect the induced circular dichroism. I do.
この際、測定装置の小型化、高感度化のために、光磁気記録用のピックアップを改造すれば検出器として利用可能である。光磁気記録での読み取り(すなわち、検出)は、本来、磁化されたメディアに直線偏光を入射し、反射光の偏光面が、入射光に対してわずかに回転して楕円偏光となる現象(磁気カー効果と呼ぶ)を利用したものである。ここで、磁気メディアの替わりに円二色性を示すサンプルを配置すれば、同様に入射光に対する楕円率を測定することが可能である。 In this case, if the pickup for magneto-optical recording is modified in order to reduce the size and increase the sensitivity of the measuring device, it can be used as a detector. Reading (ie, detection) in magneto-optical recording is essentially a phenomenon in which linearly polarized light is incident on a magnetized medium, and the polarization plane of the reflected light is slightly rotated with respect to the incident light to become elliptically polarized (magnetic) This is called the Kerr effect. Here, if a sample showing circular dichroism is arranged instead of the magnetic medium, the ellipticity with respect to incident light can be measured in the same manner.
光磁気記録用のピックアップは、一般的には半導体レーザー、複数個の光検出器、偏光ビームスプリッタまたは偏光ホログラム素子、および対物レンズから構成される。半導体レーザーから出射された光は対物レンズによってメディアに集光され、反射光または透過光を偏光ビームスプリッタまたは偏光ホログラム素子によって左右偏光にそれぞれ分離して各光検出器に到達する。左右偏光の強度から、楕円率を算出することが出来る。 A pickup for magneto-optical recording generally includes a semiconductor laser, a plurality of photodetectors, a polarization beam splitter or a polarization hologram element, and an objective lens. The light emitted from the semiconductor laser is condensed on the medium by the objective lens, and the reflected light or transmitted light is separated into right and left polarized light by the polarization beam splitter or the polarization hologram element, and reaches each photodetector. The ellipticity can be calculated from the intensity of right and left polarized light.
また、ここまでは、測定光L1の照射によって色素Dが呈する透過光(測定対象光L2又は測定対象光L3)の誘起円二色性を検知する場合を説明したが、別法として、円偏光変調器により分離された左右の円偏光によってそれぞれ励起された色素Dの蛍光量を円偏光変調器に同期して採取し、処理したデータをもって)誘起円二色性(「蛍光円二色性」ということもできる)を検知することもできる。 Further, so far, the case where the induced circular dichroism of the transmitted light (measurement target light L 2 or measurement target light L 3 ) exhibited by the dye D by irradiation of the measurement light L 1 has been described, but as an alternative method The fluorescence amount of the dye D excited by the left and right circularly polarized light separated by the circularly polarized light modulator is collected in synchronism with the circularly polarized light modulator and processed, and induced circular dichroism ("fluorescent circle 2" It is also possible to detect “color”.
この場合、キラルな場に置かれた色素Dの吸収する左右円偏光には差があるため、それぞれで励起される蛍光量にも差が生じる。一方、遊離色素Dは左右円偏光を等分吸収するため蛍光量も同じとなる。よってこの差を検出すれば、キラルな場に置かれた色素Dを遊離色素Dと区別することが可能となる。 In this case, since there is a difference in the left and right circularly polarized light absorbed by the dye D placed in the chiral field, a difference also occurs in the amount of fluorescence excited by each. On the other hand, since the free dye D absorbs right and left circularly polarized light equally, the amount of fluorescence is the same. Therefore, if this difference is detected, the dye D placed in the chiral field can be distinguished from the free dye D.
次に、図7に基づいて、プローブ1と物質Tとの結合検出方法についてさらに具体的に説明する。 Next, a method for detecting the binding between the probe 1 and the substance T will be described more specifically based on FIG.
ここでは、分子鎖Pをオリゴヌクレオチド(塩基数n)として構成した上述のプローブ11を用いて、物質Tとして核酸(以下、「検出対象核酸T」という)を検出する場合を例として説明する。 Here, a case where a nucleic acid (hereinafter referred to as “detection target nucleic acid T”) is detected as the substance T using the above-described probe 11 in which the molecular chain P is configured as an oligonucleotide (base number n) will be described as an example.
まず、図7(A)に示すように、検出対象核酸鎖Tを含む試料とプローブ11とのハイブリダイゼーション反応を、色素Dの存在下において行う。このハイブリダイゼーション反応は、例えば、PCRやDNAマイクロアレイ(DNAチップ)において行うことが考えられる。PCRでは、従来のTaqmanプローブの替わりにプローブ11を用いて、アニーリングステップの際に、増幅された検出対象核酸鎖Tとプローブ11とのハイブリダイゼーション反応を行う。また、DNAマイクロアレイの場合、プローブ11をスライドガラス等の基板上に固相化し、試料中に含まれる検出対象核酸鎖Tとのハイブリダイゼーション反応を行う。なお、プローブ11の固相化については、図11において後述する。 First, as shown in FIG. 7A, the hybridization reaction between the sample containing the detection target nucleic acid chain T and the probe 11 is performed in the presence of the dye D. For example, this hybridization reaction may be performed in PCR or a DNA microarray (DNA chip). In PCR, the probe 11 is used in place of the conventional Taqman probe, and a hybridization reaction between the amplified nucleic acid chain T to be detected and the probe 11 is performed during the annealing step. In the case of a DNA microarray, the probe 11 is solid-phased on a substrate such as a slide glass, and a hybridization reaction with the nucleic acid chain T to be detected contained in the sample is performed. The immobilization of the probe 11 will be described later with reference to FIG.
これらハイブリダイゼーション反応において、プローブ11と検出対象核酸鎖Tが二本鎖形成をしていない段階では、ホストHはアンカーAとの包接状態を維持するため、色素DはホストHに包接されず、測定対象光L2の検出によって誘起円二色性が検知される確率は極めて小さくなる(図7(A)参照)。 In these hybridization reactions, at the stage where the probe 11 and the nucleic acid strand T to be detected do not form a double strand, since the host H maintains the inclusion state with the anchor A, the dye D is included in the host H. First, the probability that the induced circular dichroism is detected by detecting the measurement target light L 2 is extremely small (see FIG. 7A).
これに対して、プローブ11と検出対象核酸鎖Tが二本鎖を形成すると、ホストHとアンカーAとの包接状態が解除され、色素DがホストHに包接される。これにより、色素Dがキラリティを獲得し、測定対象光L3の検出によって誘起円二色性が検知されるようになる(図7(B)参照)。 In contrast, when the probe 11 and the nucleic acid strand T to be detected form a double strand, the inclusion state between the host H and the anchor A is released, and the dye D is included in the host H. Accordingly, the dye D acquires chirality, and the induced circular dichroism is detected by detecting the measurement target light L 3 (see FIG. 7B).
従って、プローブ11によれば、PCRのアニーリングステップにおいて測定対象光L3の誘起円二色性を検知することにより、PCR溶液中のプローブ11と検出対象核酸鎖Tとのハイブリダイズを検出することができる。さらに、ホストHに包接された色素Dが呈する測定対象光L3(誘起円二色性あり)の左右円偏光に対する吸光度差に基づいて、検出対象核酸鎖Tの増幅量をリアルタイムに定量検出することができる。 Therefore, according to the probe 11, by detecting the induced circular dichroism measurement target light L 3 at the annealing step of PCR, detecting the hybridization between the detection target nucleic acid strand T and probe 11 of the PCR solution Can do. Furthermore, based on the difference in absorbance of the light to be measured L 3 (with induced circular dichroism) from the left and right circularly polarized light exhibited by the dye D included in the host H, the amount of amplification of the nucleic acid chain T to be detected is quantitatively detected in real time. can do.
PCRにおけるホストHと色素Dの包接状態の形成は、従来のTaqmanプローブで行われているようなポリメラーゼの5′→ 3′エキソヌクレアーゼ活性を利用し、プローブを分解させることによって行うことも可能である。具体的には、アニーリングステップにおいて検出対象核酸鎖Tにハイブリダイズしたプローブ11を、エクステンション(伸長反応)ステップにおいてポリメラーゼのエキソヌクレアーゼ活性により分解し、ホストHをプローブ11本体から遊離させる。これにより、エクステンションステップ後に、遊離したホストHと反応溶液中に含まれる遊離色素Dとが包摂状態を形成することとなり、色素Dの左右円偏光に対する吸光度差に基づいて誘起円二色性を検知できる。 Formation of the inclusion state of host H and dye D in PCR can also be carried out by decomposing the probe using the 5 ′ → 3 ′ exonuclease activity of polymerase as is done with conventional Taqman probes. It is. Specifically, the probe 11 hybridized to the nucleic acid strand T to be detected in the annealing step is decomposed by the exonuclease activity of the polymerase in the extension (extension reaction) step, and the host H is released from the probe 11 body. Thus, after the extension step, the liberated host H and the free dye D contained in the reaction solution form an inclusion state, and the induced circular dichroism is detected based on the difference in absorbance of the dye D with respect to the left and right circularly polarized light. it can.
DNAマイクロアレイにおいても、測定対象光L3における誘起円二色性に基づいて、基板上に固相化したプローブ11と検出対象核酸鎖Tとのハイブリダイズを検出することができる。そして、遊離色素Dから発生する測定対象光L2(誘起円二色性なし)と、ホストHに包接された色素Dから発生する測定対象光L3(誘起円二色性あり、楕円偏光)との比率に基づいて、試料中の検出対象核酸鎖Tを定量的に検出することが可能となる。 Also in DNA microarrays, on the basis of the induced circular dichroism in the measurement target light L 3, it is possible to detect the hybridization between the probe 11 immobilized on the substrate and detected nucleic acid strand T. Then, the measurement target light L 2 generated from the free dye D (without induced circular dichroism) and the measurement target light L 3 generated from the dye D included in the host H (with induced circular dichroism, elliptically polarized light) ) And the target nucleic acid chain T in the sample can be quantitatively detected.
以上のように、プローブ1によれば、測定対象光L3の誘起円二色性に基づいて、物質Tとプローブ1との結合を検出することが可能であるため、従来のインターカレーター性の蛍光色素を用いた検出方法で生じていたバックグランド蛍光やノイズ蛍光が生じることがなく、高い検出感度を得ることが可能となる。 As described above, according to the probe 1, based on the induced circular dichroism measurement target light L 3, since it is possible to detect the binding of substance T and the probe 1, the conventional intercalator Background fluorescence and noise fluorescence that are generated by the detection method using a fluorescent dye are not generated, and high detection sensitivity can be obtained.
また、廉価な色素Dを用いることで、TaqManプローブにおけるコスト上の問題を解決することができる。さらに、廉価な色素Dを反応系に大過剰量投入することで、TaqManプローブを用いた方法で生じていた蛍光検出時の蛍光色素劣化の問題を解決することが可能となる。 In addition, the use of an inexpensive dye D can solve the cost problem of the TaqMan probe. Furthermore, by introducing a large excess amount of inexpensive dye D into the reaction system, it is possible to solve the problem of fluorescent dye degradation during fluorescence detection, which has been caused by the method using the TaqMan probe.
次に、図9及び図10に基づいて、プローブ1と物質Tとの結合検出方法について他の具体例を説明する。 Next, another specific example of the method for detecting the binding between the probe 1 and the substance T will be described with reference to FIGS.
図9中、符号12で示すプローブは、物質Tがタンパク質である場合に、分子鎖Pを該タンパク質に結合可能なペプチド(アミノ酸数14)とした場合を示した。 In FIG. 9, the probe denoted by reference numeral 12 shows a case where the molecular chain P is a peptide (number of amino acids 14) that can bind to the protein when the substance T is a protein.
図9下方に、分子鎖Pのペプチド配列を拡大して示す。分子鎖Pは、「Leu-Lys-Lys-Leu-Leu-Lys-Leu-Leu-Lys-Lys-Leu-Leu-Lys-Leu」で示されるペプチド配列であって、α−へリックス構造を形成する配列を有している。以下、このプローブ12を用いて、α−へリックス構造を認識して結合するタンパク質であるカルモジュリン(以下、「カルモジュリンT」という)とプローブ12との結合を検出する方法について説明する。 In the lower part of FIG. 9, the peptide sequence of the molecular chain P is shown enlarged. The molecular chain P is a peptide sequence represented by “Leu-Lys-Lys-Leu-Leu-Lys-Leu-Leu-Lys-Lys-Leu-Leu-Lys-Leu” and forms an α-helix structure. It has a sequence to do. Hereinafter, a method for detecting the binding of calmodulin (hereinafter referred to as “calmodulin T”), which is a protein that recognizes and binds to the α-helix structure, to the probe 12 using the probe 12 will be described.
まず、カルモジュリンTとプローブ12との結合反応を、色素Dの存在下において行う。なお、このようなカルモジュリンTとプローブ12との結合反応は、タンパク質間の相互作用としてみることができ、タンパク質の機能解析のため用いることができる。 First, the binding reaction between calmodulin T and the probe 12 is performed in the presence of the dye D. Such a binding reaction between calmodulin T and the probe 12 can be viewed as an interaction between proteins and can be used for functional analysis of the protein.
図10(A)に示すように、プローブ12とカルモジュリンTが結合していない段階では、同一分子内にホストHとアンカーAが存在することで分子内錯形成による自由エネルギーの利得、特にはエントロピーの利得によってホストHはアンカーAとの包接状態を維持するため、色素DはホストHに包接されにくく、測定対象光L2の検出によって誘起円二色性が検知される確率は極めて低い。 As shown in FIG. 10A, at the stage where the probe 12 and calmodulin T are not bound, the presence of host H and anchor A in the same molecule makes it possible to gain free energy, particularly entropy, due to intramolecular complex formation. Because the host H maintains the inclusion state with the anchor A due to the gain of the dye D, the dye D is difficult to be included in the host H, and the probability that the induced circular dichroism is detected by detecting the measurement target light L 2 is extremely low. .
これに対して、図10(B)に示すように、カルモジュリンTがプローブ12の分子鎖Pによって形成されるα−へリックス構造を認識してプローブ12に結合すると、ホストHとアンカーAとの包接状態が解除され、色素DがホストHに包接される。これにより、色素Dがキラリティを獲得し、測定対象光L3の検出によって誘起円二色性が検知されるようになる。 On the other hand, as shown in FIG. 10B, when calmodulin T recognizes the α-helix structure formed by the molecular chain P of the probe 12 and binds to the probe 12, the host H and the anchor A The inclusion state is released, and the dye D is included in the host H. As a result, the dye D acquires chirality, and the induced circular dichroism is detected by detecting the measurement target light L 3 .
従って、プローブ12によれば、結合反応において測定対象光L3の誘起円二色性を検知することにより、プローブ12とカルモジュリンTとの結合を検出することができる。さらに、ホストHに包接された色素Dが呈する測定対象光L3(誘起円二色性あり)の左右円偏光に対する吸光度差に基づけば、カルモジュリンTに結合したプローブ12の量を定量的に検出することができる。 Therefore, according to the probe 12, by detecting the induced circular dichroism measurement target light L 3 in the coupling reaction, it is possible to detect the binding between the probe 12 and the calmodulin T. Further, based on the difference in absorbance of the light to be measured L 3 (with induced circular dichroism) exhibited by the dye D included in the host H with respect to left and right circularly polarized light, the amount of the probe 12 bound to calmodulin T is quantitatively determined. Can be detected.
このカルモジュリンTとプローブ12との結合検出方法は、分子鎖Pのペプチド配列を任意に設計することにより、カルモジュリンに替えて種々のタンパク質とプローブ12との結合検出に応用することができる。これにより、合成ペプチドライブラリー中から目的とするタンパク質に認識され得るペプチド配列(抗原)をスクリーニングしたり、タンパク質ライブラリー中から所定のペプチド配列に結合し得るタンパク質をスクリーニングするといったタンパク質の機能解析を行うことが可能となる。 This method for detecting binding between calmodulin T and probe 12 can be applied to detection of binding between various proteins and probe 12 in place of calmodulin by arbitrarily designing the peptide sequence of molecular chain P. This allows protein functional analysis such as screening peptide sequences (antigens) that can be recognized by the target protein from the synthetic peptide library, and screening proteins that can bind to the specified peptide sequence from the protein library. Can be done.
図11は、本発明に係るプローブの第二の実施形態を示す模式図である。図中、プローブを符号2で示す。 FIG. 11 is a schematic diagram showing a second embodiment of the probe according to the present invention. In the figure, the probe is denoted by reference numeral 2.
図11中、符号Pは所定の物質に結合可能な分子鎖、符号Hは他の化学種を包接し得る化学種(包接化学種)であって、かつ、光学活性を有する第一の化学種(ホスト)、符号S1及びS2はスペーサーを示す。分子鎖P、ホストH、スペーサーS1及びS2については、図1で示したプローブ1と同様の構成とすることができる。 In FIG. 11, reference symbol P denotes a molecular chain that can bind to a predetermined substance, reference symbol H denotes a chemical species that can include other chemical species (inclusion chemical species), and the first chemical compound that has optical activity. Species (host), symbols S 1 and S 2 represent spacers. The molecular chain P, host H, spacers S 1 and S 2 can have the same configuration as that of the probe 1 shown in FIG.
ここで、プローブ1では、分子鎖Pの一端に、ホストHに包接され得る第二の化学種としてアンカーAを結合しているのに対して(図1参照)、図に示すプローブ2では、上記第二の化学種として色素Dを結合している点で異なっている。この色素Dは、図7で説明したものと同一のものであり、ホストHに包接され得る色素である(図8参照)。 Here, in probe 1, anchor A is bound to one end of molecular chain P as a second chemical species that can be included in host H (see FIG. 1), whereas in probe 2 shown in the figure. The second chemical species is different in that dye D is bound. This dye D is the same as that described in FIG. 7, and is a dye that can be included in the host H (see FIG. 8).
また、プローブ2では、分子鎖PのスペーサーS1の反対側にスペーサーS3を結合して、プローブ2を他の物質に結合できるように構成した。スペーサーS3は、例えば、先に挙げたDNAマイクロアレイにプローブ2を用いる場合、基板表面上へプローブ2を固相化するために必要となる。 The probe 2 is configured such that the spacer S 3 is bonded to the opposite side of the spacer S 1 of the molecular chain P so that the probe 2 can be bonded to another substance. For example, when the probe 2 is used for the DNA microarray mentioned above, the spacer S 3 is necessary for immobilizing the probe 2 on the substrate surface.
スペーサーS3は、通常、オリゴヌクレオチドプローブ等を基板表面に固相化するために用いられる二官能性スペーサーであってよい。基板には、シリコンやガラスを成形したもの、若しくはこれらに金や高分子、ダイヤモンドライクカーボンを表面処理したものが用いられる。または、高分子フィルムそのものを基板とすることもできる。スペーサーS3は、これら基板表面の結合対象物質に応じて、適切な活性基を有するものが用いられる。 The spacer S 3 may typically be a bifunctional spacer which is used for immobilizing the substrate surface oligonucleotide probes and the like. As the substrate, one obtained by molding silicon or glass, or one obtained by surface-treating these with gold, polymer, or diamond-like carbon is used. Alternatively, the polymer film itself can be used as the substrate. As the spacer S 3 , a spacer having an appropriate active group is used according to the binding target substance on the substrate surface.
表1に、スペーサーS3末端の活性基と、基板表面の結合対象物質の活性基との組み合わせ、及び、その際の結合方法を例示した。 Table 1 exemplifies combinations of the active group at the end of the spacer S 3 and the active group of the binding target substance on the substrate surface, and the binding method at that time.
図12は、プローブ2の具体的な構成例を示す模式図である。 FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a specific configuration example of the probe 2.
図中、符号21で示すプローブは、所定の物質が核酸である場合に、分子鎖Pを該核酸に相補的な塩基配列を有するオリゴヌクレオチド(塩基数n)として、また、ホストHをβ−シクロデキストリン、色素DをローダミンBとした場合を示した。 In the figure, when the predetermined substance is a nucleic acid, the probe denoted by reference numeral 21 has a molecular chain P as an oligonucleotide (base number n) having a base sequence complementary to the nucleic acid, and a host H as β- The case where cyclodextrin and dye D are rhodamine B is shown.
図13は、プローブ2の挙動を示す模式図である。(A)は、所定の物質との非結合時、(B)は結合時の状態を示す。 FIG. 13 is a schematic diagram showing the behavior of the probe 2. (A) shows a state at the time of non-bonding with a predetermined substance, and (B) shows a state at the time of binding.
図13(A)に示す所定の物質(図13(B)符号T参照)との非結合時におけるプローブ2では、色素DがホストHに包接されることにより、分子鎖Pは折れ曲がって図のようなループ構造をとる。 In the probe 2 at the time of non-bonding with the predetermined substance shown in FIG. 13 (A) (see symbol T in FIG. 13 (B)), the molecular chain P is bent by inclusion of the dye D in the host H. The loop structure is as follows.
プローブ2においても、プローブ1と同様に、スペーサーS1及びS2が水素結合(図13(A)中、符号B参照)を形成することで、分子鎖Pのループ構造の形成が促進、安定化されるよう構成されている。 Also in the probe 2, like the probe 1, the spacers S 1 and S 2 form a hydrogen bond (see symbol B in FIG. 13A), thereby promoting and stabilizing the formation of the loop structure of the molecular chain P. It is configured to be
図13(B)に示す物質Tとの結合時におけるプローブ2では、分子鎖Pは、物質Tとの結合のためにループ構造をとることができない。従って、色素Dは、ホストHに対し包接状態を形成し得る距離にまで近接することができず、ホストHとの包接状態を形成しない。 In the probe 2 at the time of binding to the substance T shown in FIG. 13B, the molecular chain P cannot take a loop structure due to the binding to the substance T. Therefore, the dye D cannot approach the host H to a distance that can form an inclusion state, and does not form an inclusion state with the host H.
このように、プローブ2は、物質Tとの非結合時にはホストHと色素Dとが包接状態を維持し、物質Tとの結合によってこの包接状態が解除されることを特徴としている。 As described above, the probe 2 is characterized in that the host H and the dye D maintain the inclusion state at the time of non-bonding with the substance T, and the inclusion state is released by the binding with the substance T.
図14は、プローブ2と物質Tとの結合を検出する方法を説明する模式図である。(A)は、プローブ1と物質Tとの結合反応前、(B)は結合反応後、の反応系を示す。 FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a method for detecting the binding between the probe 2 and the substance T. (A) shows the reaction system before the binding reaction between the probe 1 and the substance T, and (B) shows the reaction system after the binding reaction.
まず、物質Tとプローブ2との結合反応を行なう。ここで、図7で説明したプローブ1を用いる結合検出方法とは異なり、プローブ2においては、色素Dがプローブそのものに結合されているため、反応系に新たに色素Dを加える必要はない。 First, the binding reaction between the substance T and the probe 2 is performed. Here, unlike the binding detection method using the probe 1 described in FIG. 7, in the probe 2, since the dye D is bound to the probe itself, it is not necessary to newly add the dye D to the reaction system.
図14中、符号Nは、物質Tと共存する他の物質を表している。プローブ2の分子鎖Pは他の物質Nと結合することはできないため、他の物質Nとプローブ1が結合することはない。なお、図では、プローブ2及び物質T、他の物質Nを便宜上一分子ずつ示したが、これらは反応系に複数存在するものである。また、図中、符号Kは、プローブ2が固相化された基板表面を表している(この点については後述する)。 In FIG. 14, the symbol N represents another substance that coexists with the substance T. Since the molecular chain P of the probe 2 cannot bind to another substance N, the other substance N and the probe 1 do not bind. In the figure, the probe 2, the substance T, and the other substance N are shown one molecule at a time for convenience, but a plurality of these exist in the reaction system. Moreover, in the figure, the symbol K represents the substrate surface on which the probe 2 is solid-phased (this will be described later).
図14(A)に示すように、物質Tとの結合反応前においては、ホストHは色素Dとの包接状態を維持している。この状態において、色素Dは、ホストHの有するキラリティに誘起されてキラリティを有している。 As shown in FIG. 14A, the host H maintains the inclusion state with the dye D before the binding reaction with the substance T. In this state, the dye D is induced by the chirality of the host H and has chirality.
従って、図に示すように、ホストHに包接された色素Dに対し測定光L1を照射すると、色素Dの吸収波長において、キラリティによる左円偏光と右円偏光に対する吸光度差が生じ、誘起円二色性を呈する測定対象光L3が検出される。なお、測定光L1については、図7において説明した通りである。 Therefore, as shown in the figure, when the measurement light L 1 is irradiated to the dye D included in the host H, the absorbance difference between the left circularly polarized light and the right circularly polarized light is caused by the chirality at the absorption wavelength of the dye D, Measurement target light L 3 exhibiting circular dichroism is detected. The measurement light L 1 is as described in FIG.
これに対して、図14(B)に示す、物質Tとの結合反応後においては、分子鎖Pと物質Tとの結合により、ホストHと色素Dとの包接状態が解除される。この包接状態解除により、色素Dは、ホストHに誘起されるキラリティを喪失する。 On the other hand, after the binding reaction with the substance T shown in FIG. 14B, the inclusion state between the host H and the dye D is released by the binding between the molecular chain P and the substance T. Due to the release of the inclusion state, the dye D loses the chirality induced by the host H.
従って、色素Dに対し測定光L1を照射しても、色素Dが吸収する左円偏光と右円偏光の吸光度に差は生じず、測定対象光L2の検出によって誘起円二色性は検知されなくなる。 Therefore, even if the measurement light L 1 is irradiated to the dye D, there is no difference between the absorbance of the left circularly polarized light and the right circularly polarized light absorbed by the dye D, and the induced circular dichroism is detected by detecting the measurement target light L 2. It will not be detected.
このように、プローブ2では、物質Tとの非結合時においては反射光(測定対象光L3)が誘起円二色性を呈するのに対して、物質Tと結合すると反射光(測定対象光L2)の誘起円二色性が失われる。従って、物質Tとプローブ2との結合反応を行い、測定光L1の照射によって色素Dから発生する反射光(測定対象光L2及び測定対象光L3)の誘起円二色性を検知することによって、物質Tとプローブ2との結合を検出することが可能となる。 As described above, in the probe 2, the reflected light (measurement target light L 3 ) exhibits induced circular dichroism when not coupled to the substance T, whereas the reflected light (measurement target light) is coupled to the substance T. induced circular dichroism of L 2) is lost. Therefore, the binding reaction between the substance T and the probe 2 is performed, and the induced circular dichroism of the reflected light (measurement target light L 2 and measurement target light L 3 ) generated from the dye D upon irradiation with the measurement light L 1 is detected. As a result, the binding between the substance T and the probe 2 can be detected.
次に、図14に基づいて、プローブ2と物質Tとの結合検出方法についてさらに具体的に説明する。 Next, a method for detecting the binding between the probe 2 and the substance T will be described more specifically based on FIG.
ここでは、分子鎖Pをオリゴヌクレオチド(塩基数n)として構成した上述のプローブ21(図12参照)を用いて、物質Tとして核酸(以下、「検出対象核酸T」という)を検出する場合を例として説明する。 Here, a case where a nucleic acid (hereinafter referred to as “detection target nucleic acid T”) is detected as the substance T using the above-described probe 21 (see FIG. 12) in which the molecular chain P is configured as an oligonucleotide (base number n) is used. This will be described as an example.
まず、検出対象核酸鎖Tを含む試料とプローブ21とのハイブリダイゼーション反応を行う。図では、符号Kで示す基板表面にプローブ21を固相化したDNAマイクロアレイにおけるハイブリダイゼーション反応を例示した。 First, a hybridization reaction between the sample containing the nucleic acid chain T to be detected and the probe 21 is performed. In the figure, the hybridization reaction in the DNA microarray in which the probe 21 is immobilized on the substrate surface indicated by the symbol K is illustrated.
ハイブリダイゼーション反応において、プローブ21と検出対象核酸鎖Tが二本鎖形成をしていない段階では、ホストHは色素Dとの包接状態を維持するため、測定対象光L3の検出によって誘起円二色性が検知される(図14(A)参照)。 In the hybridization reaction, at the stage where the probe 21 and the nucleic acid strand T to be detected do not form a double strand, the host H maintains the inclusion state with the dye D. Color is detected (see FIG. 14A).
これに対して、プローブ21と検出対象核酸鎖Tが二本鎖を形成すると、ホストHと色素Dとの包接状態が解除され、色素Dがキラリティを喪失するため、測定対象光L2の検出によって誘起円二色性が検知されなくなる(図14(B)参照)。 In contrast, when the probe 21 and the detection target nucleic acid strand T forms a duplex, it is released inclusion state of the host H and the dye D, dye D is to lose chirality of the target light L 2 The induced circular dichroism is not detected by the detection (see FIG. 14B).
従って、プローブ21によれば、測定対象光L3における誘起円二色性に基づいて、基板表面K上に固相化したプローブ21と検出対象核酸鎖Tとのハイブリダイズを検出することができる。さらに、ホストHに包接された色素Dが呈する測定対象光L3(誘起円二色性あり)の左右円偏光に対する吸光度差に基づけば試料中の検出対象核酸鎖Tを定量的に検出することが可能となる。 Therefore, according to the probe 21, on the basis of the induced circular dichroism in the measurement target light L 3, it is possible to detect the hybridized probe 21 immobilized on the substrate surface K and the detection target nucleic acid strand T . Further, the detection target nucleic acid chain T in the sample is quantitatively detected based on the difference in absorbance with respect to the left and right circularly polarized light of the measurement target light L 3 (with induced circular dichroism) exhibited by the dye D included in the host H. It becomes possible.
また、従来のTaqmanプローブの替わりにプローブ21を用いてPCRを行い、アニーリングステップにおいて測定対象光L3の誘起円二色性を検知すれば、増幅された検出対象核酸鎖Tとプローブ21とのハイブリダイズを検出することができる。そして、ホストHに包接された色素Dが呈する測定対象光L3(誘起円二色性あり)の左右円偏光に対する吸光度差に基づいて、検出対象核酸鎖Tの増幅量をリアルタイムに定量検出することができる。さらに、先に説明したように、ポリメラーゼの5′→ 3′エキソヌクレアーゼ活性を利用して、プローブを分解させ、ホストHと色素Dとの包接状態を解除することも可能である。 Moreover, if PCR is performed using the probe 21 instead of the conventional Taqman probe and the induced circular dichroism of the measurement target light L 3 is detected in the annealing step, the amplified detection target nucleic acid chain T and the probe 21 are detected. Hybridization can be detected. Then, based on the difference in absorbance of the measurement target light L 3 (with induced circular dichroism) exhibited by the dye D included in the host H with respect to the left and right circularly polarized light, the amount of amplification of the detection target nucleic acid chain T is quantitatively detected in real time. can do. Furthermore, as described above, the inclusion state between the host H and the dye D can be released by decomposing the probe using the 5 ′ → 3 ′ exonuclease activity of the polymerase.
以上のように、プローブ2によれば、測定対象光L3の誘起円二色性に基づいて、物質Tとプローブ2との結合を検出することが可能であるため、従来のインターカレーター性の蛍光色素を用いた検出方法で生じていたバックグランド蛍光やノイズ蛍光が生じることがなく、高い検出感度を得ることができる。 As described above, according to the probe 2, based on the induced circular dichroism measurement target light L 3, since it is possible to detect the binding of substance T and the probe 2, the conventional intercalator Background fluorescence and noise fluorescence that are generated by the detection method using a fluorescent dye are not generated, and high detection sensitivity can be obtained.
また、廉価な色素Dを用いることで、TaqManプローブにおけるコスト上の問題を解決することができる。 In addition, the use of an inexpensive dye D can solve the cost problem of the TaqMan probe.
図15は、本発明に係るプローブペアの実施形態を示す模式図である。図(A)はプローブペア3を構成する第一のプローブ31、(B)は第二のプローブ32を示す。 FIG. 15 is a schematic diagram showing an embodiment of a probe pair according to the present invention. FIG. 2A shows the first probe 31 constituting the probe pair 3, and FIG. 2B shows the second probe 32.
図15(A)に示すように、第一のプローブ31は、所定の物質に結合可能な分子鎖P1に、スペーサーS1を介して、他の化学種を包接し得る化学種であって、かつ、光学活性を有する第一の化学種(ホストH)が結合されている。 As shown in FIG. 15A, the first probe 31 is a chemical species that can include other chemical species via a spacer S 1 in a molecular chain P 1 that can bind to a predetermined substance. In addition, a first chemical species (host H) having optical activity is bound.
また、図15(B)に示すように、第二のプローブ32は、第一のプローブ31と同一の物質に結合可能な分子鎖P2に、スペーサーS2を介して、ホストHに包接され得る色素Dが結合されている。 Further, as shown in FIG. 15B, the second probe 32 is included in the host H via the spacer S 2 and the molecular chain P 2 that can bind to the same substance as the first probe 31. Dye D, which can be bound.
分子鎖P1及びP2、ホストH、スペーサーS1及びS2については、図1で示したプローブ1と同様の構成とすることができる。ただし、分子鎖P1及びP2が所定の物質中において結合する部位は、同一もしくは近傍にないことが望ましい。なお、色素Dは、図7及びプローブ2で説明したものと同一のものであってよい(図8参照)。 The molecular chains P 1 and P 2 , the host H, and the spacers S 1 and S 2 can have the same configuration as that of the probe 1 shown in FIG. However, it is desirable that the sites where the molecular chains P 1 and P 2 are bonded in a predetermined substance are not the same or in the vicinity. The dye D may be the same as that described in FIG. 7 and the probe 2 (see FIG. 8).
図16は、プローブペア3の挙動を示す模式図である。(A)は、所定の物質との非結合時、(B)は結合時の状態を示す。 FIG. 16 is a schematic diagram showing the behavior of the probe pair 3. (A) shows a state at the time of non-bonding with a predetermined substance, and (B) shows a state at the time of binding.
プローブペア3は、所定の物質(図16(B)符号T参照)との非結合時においては、図16(A)に示すように、プローブ31に結合されたホストHに、プローブ32に結合された色素Dが包接された状態となる。 When the probe pair 3 is not bonded to a predetermined substance (see symbol T in FIG. 16 (B)), the probe pair 3 is bonded to the probe 32 to the host H bonded to the probe 31 as shown in FIG. 16 (A). The dye D is included.
これに対して、図16(B)に示す物質Tとの結合時には、プローブ31及びプローブ32がそれぞれ物質Tに結合することによって、プローブ31のホストHとプローブ32の色素Dが包接し得る距離に近接することができなくなるため、ホストHと色素Dとの包接状態が解除される。この際、プローブ31及びプローブ32の分子鎖P1及びP2が物質Tの同一部位もしくは近傍部位に結合すると、物質Tとの結合時においてもホストHと色素Dとの包接状態が維持されてしまう可能性があるため、分子鎖P1及びP2が所定の物質中において結合する部位は、同一もしくは近傍にないことが望ましい。 In contrast, at the time of binding to the substance T shown in FIG. 16B, the distance that the host H of the probe 31 and the dye D of the probe 32 can be included by binding the probe 31 and the probe 32 to the substance T, respectively. Thus, the inclusion state between the host H and the dye D is released. At this time, when the molecular chains P 1 and P 2 of the probe 31 and the probe 32 are bound to the same site or a nearby site of the substance T, the inclusion state of the host H and the dye D is maintained even when the substance T is bound. Therefore, it is desirable that the sites where the molecular chains P 1 and P 2 are bonded in a predetermined substance are not the same or in the vicinity.
このように、プローブペア3は、物質Tとの非結合時にはホストHと色素Dとが包接状態を維持し、物質Tとの結合によってこの包接状態が解除されることを特徴としている。 As described above, the probe pair 3 is characterized in that the host H and the dye D maintain the inclusion state at the time of non-binding to the substance T, and the inclusion state is released by the binding to the substance T.
図17は、プローブペア3と物質Tとの結合を検出する方法を説明する模式図である。(A)は、プローブペア3と物質Tとの結合反応前、(B)は結合反応後、の反応系を示す。 FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a method for detecting the binding between the probe pair 3 and the substance T. (A) shows the reaction system before the binding reaction between the probe pair 3 and the substance T, and (B) shows the reaction system after the binding reaction.
ここでは、分子鎖P1及びP2をオリゴヌクレオチド(塩基数n)として構成したプローブペア3をプライマーとして用いて、物質Tとして核酸をPCRにより増幅して検出する場合を説明する。以下、検出対象とする核酸のセンス鎖を「センス鎖Ts」、アンチセンス鎖を「アンチセンス鎖Ta」というものとする。 Here, a case will be described in which a probe pair 3 composed of molecular chains P 1 and P 2 as oligonucleotides (base number n) is used as a primer and a nucleic acid is amplified and detected as a substance T by PCR. Hereinafter, the sense strand of the nucleic acid to be detected is referred to as “sense strand T s ”, and the antisense strand is referred to as “antisense strand T a ”.
分子鎖P1及びP2は、通常のPCRに用いられるプライマーと同様、それぞれ「センス鎖Ts」及び「アンチセンス鎖Ta」に相補的な塩基配列を有するオリゴペプチドとして設計され、核酸鎖の増幅対象領域の両末端にハイブリダイズするように設計される。 The molecular chains P 1 and P 2 are designed as oligopeptides having base sequences complementary to “sense strand T s ” and “antisense strand T a ”, respectively, in the same manner as primers used in normal PCR. It is designed to hybridize to both ends of the amplification target region.
PCR反応前において、プローブ31及びプローブ32は、図17(A)に示すように、ホストHと色素Dとの包接状態を維持している。この状態において、色素Dは、ホストH誘起されたキラリティを有する。 Prior to the PCR reaction, the probe 31 and the probe 32 maintain the inclusion state of the host H and the dye D as shown in FIG. In this state, Dye D has host H induced chirality.
従って、図に示すように、ホストHに包接された色素Dに対し測定光L1を照射すると、色素Dの吸収波長において、キラリティによる左円偏光と右円偏光に対する吸光度差が生じ、誘起円二色性を呈する測定対象光L3が検出される。 Therefore, as shown in the figure, when the measurement light L 1 is irradiated to the dye D included in the host H, the absorbance difference between the left circularly polarized light and the right circularly polarized light is caused by the chirality at the absorption wavelength of the dye D, Measurement target light L 3 exhibiting circular dichroism is detected.
図17(B)に示すPCR反応中においては、プローブ31がセンス鎖Tsに、プローブ32がアンチセンス鎖Taに結合し、図中矢印E方向に伸長反応が起こる。この際、プローブ31及びプローブ32は、増幅対象領域の両末端にハイブリダイズされるよう設計されるため、色素DはホストHに包接され得る距離にまで近接することができず、ホストHと色素Dとの包接状態は解除される。この包接状態解除により、色素Dは、ホストHに誘起されたキラリティを喪失することとなる。 In PCR reaction shown in FIG. 17 (B), the probe 31 is the sense strand T s, the probe 32 is connected to the antisense strand T a, an extension reaction occurs in the drawing direction of the arrow E. At this time, since the probe 31 and the probe 32 are designed to be hybridized to both ends of the amplification target region, the dye D cannot be brought close to the distance that can be included in the host H. The inclusion state with the dye D is released. By this release of the inclusion state, the dye D loses the chirality induced by the host H.
従って、色素Dに対し測定光L1を照射しても、色素Dが吸収する左円偏光と右円偏光の吸光度に差は生じず、測定対象光L2の検出によって誘起円二色性が検知されることはない。 Therefore, even if the measurement light L 1 is irradiated to the dye D, there is no difference in the absorbance between the left circularly polarized light and the right circularly polarized light absorbed by the dye D, and induced circular dichroism is detected by detecting the measurement target light L 2. It will not be detected.
このように、本発明に係るプローブペア3によれば、測定対象光L3における誘起円二色性に基づいて、PCRによって増幅される核酸鎖とプローブペア3とのハイブリダイズを検出することができる。 Thus, according to the probe pair 3 according to the present invention, based on the induced circular dichroism in the measurement target light L 3, to detect the hybridization between the nucleic acid chain and the probe pair 3 is amplified by PCR it can.
また、PCRの過程においてセンス鎖Ts及びアンチセンス鎖Taが増幅されると、ホストHと色素Dとの包接状態を維持するプローブペア3(図17(A)参照)の量が減少し、かわってセンス鎖Ts及びアンチセンス鎖Taに結合するプローブペア3の量が増加することとなる。従って、ホストHに包接された色素Dが呈する測定対象光L3(誘起円二色性あり)の左右円偏光に対する吸光度差に基づいて、PCRにおける核酸鎖(センス鎖Ts及びアンチセンス鎖Ta)の増幅過程をリアルタイムに定量解析することが可能となる。 In addition, when the sense strand T s and the antisense strand Ta are amplified during the PCR process, the amount of probe pair 3 (see FIG. 17A) that maintains the inclusion state of the host H and the dye D decreases. and the amount of probe pairs 3 that bind to the sense strand T s and antisense strand T a on behalf becomes increase. Therefore, based on the difference in absorbance of the light to be measured L 3 (with induced circular dichroism) exhibited by the dye D included in the host H with respect to the left and right circularly polarized light, the nucleic acid strand (sense strand T s and antisense strand in PCR) It becomes possible to quantitatively analyze the amplification process of T a ) in real time.
以上のように、プローブペア3によれば、測定対象光L3の誘起円二色性に基づいて、物質Tとプローブペア3との結合を検出することが可能であるため、従来のインターカレーター性の蛍光色素を用いた検出方法で生じていたバックグランド蛍光やノイズ蛍光が生じることがなく、高い検出感度を得ることができる。 As described above, according to the probe pair 3, based on the induced circular dichroism measurement target light L 3, since it is possible to detect the binding of substance T and the probe pair 3, the conventional intercalator The background fluorescence and noise fluorescence that are generated by the detection method using the fluorescent dye are not generated, and high detection sensitivity can be obtained.
また、廉価な色素Dを用いることで、TaqManプローブにおけるコスト上の問題を解決することができる。 In addition, the use of an inexpensive dye D can solve the cost problem of the TaqMan probe.
以上に説明した本発明に係るプローブ(プローブ1及びプローブ2、プローブペア3)及びこれらを用いた結合検出方法は、検出対象物質に応じて、各プローブの分子鎖P(P1及びP2)をオリゴヌクレオチドやオリゴペプチド、ポリペプチドなどの化学的に活性な基を有する高分子鎖によって任意に設計することにより、種々の物質を検出するために用いることができる。また、同様に各プローブの分子鎖Pを任意に設計することにより、所定の物質に結合し得る分子鎖Pをスクリーニングするためにも用いることができる。 The probe (probe 1 and probe 2, probe pair 3) and the binding detection method using these according to the present invention described above are based on the molecular chain P (P 1 and P 2 ) of each probe according to the substance to be detected. Can be used to detect various substances by arbitrarily designing them with a polymer chain having a chemically active group such as oligonucleotides, oligopeptides and polypeptides. Similarly, by arbitrarily designing the molecular chain P of each probe, it can also be used for screening the molecular chain P that can bind to a predetermined substance.
このうち、本発明に係るプローブ及び結合検出方法は、図7及び図14、図17において説明したように、PCRにおける増幅核酸鎖のリアルタイム定量検出に特に好適に用いることができ、従来のインターカレーター性蛍光色素やTaqManプローブを用いた方法に比べ、優れた検出感度及びコストパフォーマンスを実現することができるものである。 Among these, the probe and the binding detection method according to the present invention can be particularly preferably used for real-time quantitative detection of an amplified nucleic acid chain in PCR, as described in FIGS. 7, 14, and 17. Compared with methods using fluorescent dyes or TaqMan probes, it is possible to achieve superior detection sensitivity and cost performance.
本発明に係るプローブを用いて、オリゴヌクレオチドT(塩基配列:「5´−GATCGAAGGCGCTACGTTTCGATC−3´」)とプローブとの結合検出を以下の条件で行った。 Using the probe according to the present invention, binding detection between the oligonucleotide T (base sequence: “5′-GATCGAAGGCGCTACGTTTCGATTC-3 ′”) and the probe was performed under the following conditions.
プローブには、図1に示したプローブ1において、ホストHをヘプタス(o−メチル)−γ−シクロデキストリン置換基又はβ−シクロデキストリン、アンカーAをリトコール酸とし、スペーサーS1及びS2と分子鎖Pを、図6に示した通りに構成したプローブを用いた。分子鎖Pの塩基配列は「5´−GATCGAAACGTAGCGCCTTCGATC−3´」であり、上記オリゴヌクレオチドTと相補的な塩基配列を有する。 As the probe, in the probe 1 shown in FIG. 1, the host H is heptas (o-methyl) -γ-cyclodextrin substituent or β-cyclodextrin, the anchor A is lithocholic acid, spacers S 1 and S 2 and molecules A probe was used in which the strand P was configured as shown in FIG. The base sequence of the molecular chain P is “5′-GATCGAAACGTAGCGCCTCTCGATC-3 ′” and has a base sequence complementary to the oligonucleotide T.
このプローブとオリゴヌクレオチドTとのハイブリダイゼーション反応を、トリメチンシアニン色素(Cy3)、ニュートラルレッド(NR)、ローダミンB(RhB)のいずれかの色素の存在下において行い、波長450nm〜650nmの測定光を色素に照射して、透過光における円二色性を測定した。プローブ、色素、オリゴヌクレオチド Tの最終濃度がそれぞれ以下の濃度となるよう調整した5xSSCバッファー溶液を、まず95℃で1分アニーリングし、室温で攪拌しつつ3時間ハイブリダイゼーションを行った。反応後、同温度において円二色性の測定を行った。 The hybridization reaction between this probe and oligonucleotide T is performed in the presence of any one of trimethine cyanine dye (Cy3), neutral red (NR), and rhodamine B (RhB), and the measurement light having a wavelength of 450 nm to 650 nm. The dye was irradiated to measure the circular dichroism in the transmitted light. A 5 × SSC buffer solution prepared so that the final concentrations of probe, dye, and oligonucleotide T were the following concentrations were first annealed at 95 ° C. for 1 minute, and then hybridized for 3 hours while stirring at room temperature. After the reaction, circular dichroism was measured at the same temperature.
図18に、ホストHをヘプタキス(o−メチル)−γ−シクロデキストリン置換基としたプローブを用い、トリメチンシアニン色素の存在下にて、円二色性の測定を行った結果を示す。 FIG. 18 shows the results of circular dichroism measurement in the presence of a trimethine cyanine dye using a probe in which host H is a heptakis (o-methyl) -γ-cyclodextrin substituent.
プローブの濃度は1.0×10-4Mとし、トリメチンシアニン色素の濃度は5.0×10-3Mとした。オリゴヌクレオチドTの濃度は0M、3.7×10-5M、6.0×10-5M、8.1×10-5Mと段階的に変化させた。 The probe concentration was 1.0 × 10 −4 M, and the trimethine cyanine dye concentration was 5.0 × 10 −3 M. The concentration of oligonucleotide T was changed stepwise from 0 M, 3.7 × 10 −5 M, 6.0 × 10 −5 M, and 8.1 × 10 −5 M.
図18(A)に、遊離トリメチンシアニン色素の吸収スペクトルを、(B)に円二色性スペクトルの測定結果を示す。(B)中、横軸は透過光の波長、縦軸は円二色性(millidegree)を示す。また、符号(1)〜(4)は、それぞれオリゴヌクレオチドTの濃度0M、3.7×10-5M、6.0×10-5M、8.1×10-5M)において得られた測定結果を示す。 FIG. 18A shows the absorption spectrum of the free trimethine cyanine dye, and FIG. 18B shows the measurement result of the circular dichroism spectrum. In (B), the horizontal axis represents the wavelength of transmitted light, and the vertical axis represents circular dichroism (millidegree). The symbols (1) to (4) show the measurement results obtained at oligonucleotide T concentrations of 0 M, 3.7 × 10 −5 M, 6.0 × 10 −5 M, and 8.1 × 10 −5 M, respectively.
トリメチンシアニン色素の吸収ピーク((A)中符号*参照)に一致して、(B)中、円二色性の最大値が観察されている。(C)は、オリゴヌクレオチドTの各濃度において得られた円二色性の最大値をプロットしたものである。図中、横軸はオリゴヌクレオチドT濃度、縦軸は円二色性の最大値(絶対値)を示す。オリゴヌクレオチドTの濃度に依存して円二色性の増大が認められる。 Consistent with the absorption peak of the trimethine cyanine dye (see symbol * in (A)), the maximum value of circular dichroism is observed in (B). (C) is a plot of the maximum circular dichroism values obtained at each concentration of oligonucleotide T. In the figure, the horizontal axis represents the concentration of oligonucleotide T, and the vertical axis represents the maximum value (absolute value) of circular dichroism. Depending on the concentration of oligonucleotide T, an increase in circular dichroism is observed.
これらの結果は、プローブとオリゴヌクレオチドTとのハイブリダイズによって、ヘプタキス(o−メチル)−γ−シクロデキストリン置換基とリトコール酸との包接状態が解除され、リトコール酸に代わってトリメチンシアニン色素がヘプタキス(o−メチル)−γ−シクロデキストリン置換基に包接されたことを示している。そして、このトリメチンシアニン色素のヘプタキス(o−メチル)−γ−シクロデキストリン置換基への包接による誘起円二色性の絶対値は、オリゴヌクレオチドTの濃度に依存して増強されたことから、本発明に係る結合検出方法によれば、円二色性の変化幅に基づいてオリゴヌクレオチドTを定量的に検出し得ることが示された。 These results indicate that the inclusion state of heptakis (o-methyl) -γ-cyclodextrin substituent and lithocholic acid is released by hybridization of the probe and oligonucleotide T, and trimethine cyanine dye is substituted for lithocholic acid. Is included in the heptakis (o-methyl) -γ-cyclodextrin substituent. The absolute value of circular dichroism induced by the inclusion of this trimethine cyanine dye into the heptakis (o-methyl) -γ-cyclodextrin substituent was enhanced depending on the concentration of oligonucleotide T. Thus, according to the binding detection method of the present invention, it was shown that the oligonucleotide T can be detected quantitatively based on the change width of the circular dichroism.
図19には、ホストHをβ−シクロデキストリン置換基としたプローブを用い、ニュートラルレッドの存在下にて、円二色性の測定を行った結果を示す。 FIG. 19 shows the results of measurement of circular dichroism in the presence of neutral red using a probe with host H as a β-cyclodextrin substituent.
プローブの濃度は8.0×10-4Mとし、ニュートラルレッドの濃度は4.0×10-3Mとした。オリゴヌクレオチドTの濃度は、0M、4.7×10-5M、5.7×10-5M、6.7×10-5M)と段階的に変化させた。その他の条件は、図18に同様である。 The probe concentration was 8.0 × 10 −4 M, and the neutral red concentration was 4.0 × 10 −3 M. The concentration of the oligonucleotide T was changed stepwise to 0M, 4.7 × 10 −5 M, 5.7 × 10 −5 M, and 6.7 × 10 −5 M). Other conditions are the same as in FIG.
図19(A)に、遊離ニュートラルレッドの吸収スペクトルを、(B)に円二色性スペクトルの測定結果を示す。(B)中、符号(1)〜(4)は、それぞれオリゴヌクレオチドTの濃度0M、4.7×10-5M、5.7×10-5M、6.7×10-5Mにおいて得られた測定結果を示す。 FIG. 19A shows the absorption spectrum of free neutral red, and FIG. 19B shows the circular dichroism spectrum measurement result. In (B), symbols (1) to (4) indicate the measurement results obtained at oligonucleotide T concentrations of 0 M, 4.7 × 10 −5 M, 5.7 × 10 −5 M, and 6.7 × 10 −5 M, respectively. Show.
図20には、ホストHをβ−シクロデキストリン置換基としたプローブを用い、ローダミンBの存在下にて、円二色性の測定を行った結果を示す。 FIG. 20 shows the results of measurement of circular dichroism in the presence of rhodamine B using a probe with host H as a β-cyclodextrin substituent.
プローブの濃度は1.2×10-4Mとし、ローダミンBの濃度は6.0×10-3Mとした。オリゴヌクレオチドTの濃度は、0M、5.5×10-5M、8.0×10-5M、10×10-5Mと段階的に変化させた。その他の条件は、図18に同様である。 The concentration of the probe was 1.2 × 10 −4 M, and the concentration of rhodamine B was 6.0 × 10 −3 M. The concentration of oligonucleotide T was changed stepwise from 0M, 5.5 × 10 −5 M, 8.0 × 10 −5 M, and 10 × 10 −5 M. Other conditions are the same as in FIG.
図20(A)に、遊離ローダミンBの吸収スペクトルを、(B)に円二色性スペクトルの測定結果を示す。(B)中、符号(1)〜(4)は、それぞれオリゴヌクレオチドTの濃度0M、5.5×10-5M、8.0×10-5M、10×10-5Mにおいて得られた測定結果を示す。 FIG. 20A shows the absorption spectrum of free rhodamine B, and FIG. 20B shows the measurement result of the circular dichroism spectrum. In (B), symbols (1) to (4) indicate the measurement results obtained at oligonucleotide T concentrations of 0M, 5.5 × 10 −5 M, 8.0 × 10 −5 M, and 10 × 10 −5 M, respectively. Show.
図19及び図20においても、色素の吸収ピーク(図(A)中符号*参照)に一致して円二色性の最大値が観察され、オリゴヌクレオチドTの濃度に依存して円二色性の増大が認められている(図(C)参照)。 19 and 20, the maximum circular dichroism is observed in accordance with the absorption peak of the dye (see symbol * in FIG. 19A), and the circular dichroism depends on the concentration of oligonucleotide T. (See Figure (C)).
本発明に係るプローブ及びプローブペア、並びにこれらを用いた結合検出方法は、核酸やタンパク、ペプチド等の検出や、これらに結合し得る高分子鎖のスクリーニングのために用いることができ、各種疾患の分子メカニズムの解明や創薬ターゲットの探索等のため使用することが可能である。 The probe and probe pair according to the present invention, and the binding detection method using them can be used for detection of nucleic acids, proteins, peptides, etc., and for screening of polymer chains capable of binding to these, and for various diseases. It can be used for elucidating molecular mechanisms and searching for drug discovery targets.
1、11、12、2、21、31、32 プローブ
A アンカー
B 水素結合
D 色素
H ホスト
K 基板表面
L1 測定光
L2、L3 測定対象光
P、P1、P2 分子鎖
S1、S2、S3 スペーサー
St1、St2 ステム部
T 物質
1, 11, 12, 2, 21, 31, 32 probes
A anchor
B Hydrogen bond
D dye
H host
K substrate surface
L 1 measuring light
L 2 and L 3 light to be measured
P, P 1 , P 2 molecular chain
S 1, S 2, S 3 spacer
St 1 and St 2 stem
T substance
Claims (3)
該物質に結合可能な分子鎖に、他の化学種を包接し得る化学種であってかつ光学活性を有する第一の化学種と、前記第一の化学種に包接され得る第二の化学種と、が結合されたプローブと、
の結合反応を、前記第一の化学種に包接され得る色素の存在下において行い、
前記プローブと前記物質との非結合時において維持される前記第一の化学種と前記第二の化学種の包接状態が、前記プローブと前記物質との結合によって解除されることにより、前記色素が前記第一の化学種に包接されて獲得する誘起円二色性を検知することで、前記物質と前記プローブとの結合を検出する方法。 A given substance,
A first chemical species that can include other chemical species in a molecular chain that can bind to the substance and has optical activity, and a second chemical that can be included in the first chemical species A probe bound to a species;
In the presence of a dye that can be included in the first chemical species,
The inclusion state of the first chemical species and the second chemical species maintained when the probe and the substance are not bound is released by the binding of the probe and the substance, thereby the dye. Detecting a binding between the substance and the probe by detecting an induced circular dichroism obtained by inclusion in the first chemical species.
The detection method according to claim 1 or 2, which is a real-time PCR method.
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