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JP7565572B2 - Multi-layered premix reagent for nucleic acid amplification reaction and ready-to-use nucleic acid amplification reaction kit - Google Patents
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JP7565572B2 - Multi-layered premix reagent for nucleic acid amplification reaction and ready-to-use nucleic acid amplification reaction kit - Google Patents

Multi-layered premix reagent for nucleic acid amplification reaction and ready-to-use nucleic acid amplification reaction kit Download PDF

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Description

本発明は核酸増幅反応用多層化プレミクス試薬とそれを含むReady to use核酸増幅反応キットに関する。 The present invention relates to a multi-layered premix reagent for nucleic acid amplification reactions and a ready-to-use nucleic acid amplification reaction kit containing the same.

PCR(ポリメラーゼ連鎖反応)やLAMP(Loop-Mediated Isothermal Amplification)法など遺伝子検査の検査反応液には、プライマーオリゴヌクレオチドやヌクレオシド三リン酸、反応緩衝剤に加え、核酸ポリメラーゼが含有される。反応操作の簡便化のためにこれらの複数を事前に混合したプレミックス試薬やその凍結乾燥試薬も販売されているが、一般的には核酸ポリメラーゼが比較的不安定なため、少なくとも核酸ポリメラーゼとそれ以外に分けて試薬を調製することが好ましい。そして実際に反応液を調製する際には、精密に容量を取り分けられるマイクロピペット等を使用する慎重な操作を要する。これは、ポリメラーゼ(酵素)の量が、検出反応の効率を大きく作用し、時として、擬陽性や偽陰性をもたらすからである。 The reaction solution for genetic testing, such as PCR (polymerase chain reaction) and LAMP (loop-mediated isothermal amplification), contains primer oligonucleotides, nucleoside triphosphates, reaction buffers, and nucleic acid polymerase. To simplify the reaction procedure, premixed reagents and freeze-dried reagents of these are also sold, but since nucleic acid polymerase is generally relatively unstable, it is preferable to prepare the reagents separately, at least for nucleic acid polymerase and other components. When actually preparing the reaction solution, careful operation is required, such as using a micropipette that can precisely dispense the volume. This is because the amount of polymerase (enzyme) greatly affects the efficiency of the detection reaction, sometimes resulting in false positives or false negatives.

現在、世界的にパンデミックを引き起こしているCOVID-19の感染検査にRT-PCR法が用いられているが、専用の試薬キットを用いれば比較的容易に反応液を調製できるとはいえ、上記理由で、ある程度トレーニングを受けた者による慎重なオペレーションとマイクロピペット等の一般人にとって馴染みのない理化学機材を要するのが現状であり、これは、RT-LAMP法やSATIC法(特許文献1および非特許文献1)等の他の遺伝子検査法でも同様である。 Currently, the RT-PCR method is used to test for infection with COVID-19, which is causing a global pandemic. Although the reaction solution can be prepared relatively easily using a dedicated reagent kit, for the reasons mentioned above, careful operation by a person with some training and physicochemical equipment such as micropipettes that are unfamiliar to the general public are required. This is also the case with other genetic testing methods such as the RT-LAMP method and the SATIC method (Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

WO 2016/152936WO 2016/152936

Anal. Chem., 2016, 88 (14), pp 7137-7144Anal. Chem., 2016, 88 (14), pp 7137-7144

本発明は、検体を混合するだけで核酸増幅反応を簡便に行うことのでき、保存安定性に優れた、核酸増幅反応用プレミクス試薬とそれを含むReady to use核酸増幅反応キットを提供することを課題とする。 The objective of the present invention is to provide a premix reagent for nucleic acid amplification reactions that allows easy nucleic acid amplification reactions to be performed simply by mixing samples and has excellent storage stability, as well as a ready-to-use nucleic acid amplification reaction kit that includes the same.

本発明者らは上記課題を解決すべき鋭意検討を行った。その結果、核酸ポリメラーゼを含む第1試薬層と、プライマーオリゴヌクレオチドセットを含む第2試薬層と、第1試薬層と第2試薬層を隔てる、0℃未満では固体であるが0~35℃の間で水溶液に溶解する物質で構成される膜と、を含む積層状態で凍結保存された多層化試薬プレミックスを開発することに成功し、この多層化試薬プレミックスを容器に収容した核酸増幅反応キットを用いることで、試薬の性能を維持した状態で、核酸増幅反応に基づく遺伝子検査を簡便に実施することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors conducted intensive research to solve the above problems. As a result, they succeeded in developing a multi-layered reagent premix that is stored frozen in a layered state and includes a first reagent layer containing a nucleic acid polymerase, a second reagent layer containing a primer oligonucleotide set, and a membrane separating the first and second reagent layers and composed of a substance that is solid below 0°C but dissolves in aqueous solution between 0°C and 35°C. They discovered that by using a nucleic acid amplification reaction kit containing this multi-layered reagent premix in a container, genetic testing based on nucleic acid amplification reaction can be easily performed while maintaining the performance of the reagent, and thus completed the present invention.

本発明の要旨は以下の通りである。
[1]反応容器と、該反応容器内に収容された核酸増幅反応用試薬を含む核酸増幅反応用
キットであって、
前記試薬は、核酸ポリメラーゼを含む第1試薬層と、
プライマーオリゴヌクレオチドを含む第2試薬層と、
第1試薬層と第2試薬層を隔てる、0℃未満では固体であるが0~35℃の間で水溶液に溶解する物質で構成される膜と、
を含む積層状態で凍結保存された多層化試薬プレミックスであることを特徴とする、核酸増幅反応用キット。
[2]第2試薬層はさらに核酸基質および反応緩衝剤を含む、[1]に記載の核酸増幅反応用キット。
[3]核酸増幅反応がPCR(ポリメラーゼ連鎖反応)である、[1]または[2]に記載の核酸増幅反応用キット。
[4]核酸増幅反応がLAMP(Loop-Mediated Isothermal Amplification)法である、[1]または[2]に記載の核酸増幅反応用キット。
[5]核酸増幅反応がSATIC法であり、第2試薬層は第1プライマーおよび第2プライマーを含み、さらに、第1試薬層と第2試薬層の間に第1一本鎖環状DNAおよび第2一本鎖環状DNAを含む中間試薬層を含み、当該中間試薬層は第1試薬層および第2試薬層のそれぞれと、0℃未満では固体であるが0~35℃の間で水溶液に溶解する物質で構成される膜で隔離されている、[1]に記載の核酸増幅反応用キット。
[6]中間試薬層はさらに核酸基質および反応緩衝剤を含む、[5]に記載の核酸増幅反応用キット。
[7]前記第1プライマーおよび第2プライマーは担体に固定化されている、[5]または[6]に記載の核酸増幅反応用キット。
[8]前記0℃未満では固体であるが0~35℃の間で水溶液に溶解する物質は、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、糖鎖化合物、ポリアミド鎖化合物、または自己組織化能を有する水溶性複素環式化合物である、[1]~[7]のいずれかに記載の核酸増幅反応用キット。
[9][1]~[8]のいずれかに記載の核酸増幅反応用キットを温度制御装置に配置する工程と、核酸含有試料を反応容器内に添加する工程とを含む、核酸含有試料中の核酸の増幅方法。
[10]核酸増幅反応容器に核酸ポリメラーゼを含む液体を添加して第1試薬層を形成する工程、
第1試薬層上に0℃未満では固体であるが0~35℃の間で水溶液に溶解する物質で構成される膜を積層する工程、および
0℃未満の温度下で、前記膜上にプライマーオリゴヌクレオチドを含む液体を添加して第2試薬層を形成する工程、を含む、反応容器内に多層化試薬プレミックスを収容する、核酸増幅反応用キットの製造方法。
[11]前記核酸増幅反応がPCRまたはLAMP法である、[10]に記載の核酸増幅反応用キットの製造方法。
[12]核酸増幅反応容器に核酸ポリメラーゼを含む液体を添加して第1試薬層を形成する工程、
第1試薬層上に0℃未満では固体であるが0~35℃の間で水溶液に溶解する物質で構成される膜を積層する工程、
0℃未満の温度下で、当該膜上に第1一本鎖環状DNAおよび第2一本鎖環状DNAを含む液体を添加して中間試薬層を形成する工程、
0℃未満の温度下で、中間試薬層上に0℃未満では固体であるが0~35℃の間で水溶液に溶解する物質で構成される膜を積層する工程、
0℃未満の温度下で、当該膜上に第1プライマーおよび第2プライマーを含む液体を添加して第2試薬層を形成する工程、を含む、反応容器内に多層化試薬プレミックスを収容する、SATIC反応用キットの製造方法。
The gist of the present invention is as follows.
[1] A kit for nucleic acid amplification reaction comprising a reaction vessel and a nucleic acid amplification reaction reagent contained in the reaction vessel,
The reagent comprises a first reagent layer including a nucleic acid polymerase;
a second reagent layer comprising a primer oligonucleotide;
a membrane separating the first and second reagent layers, the membrane being made of a material that is solid below 0° C. but dissolves in an aqueous solution between 0 and 35° C.;
A kit for nucleic acid amplification reaction, comprising a multi-layered reagent premix stored frozen in a layered state, the multi-layered reagent premix comprising:
[2] The nucleic acid amplification reaction kit according to [1], wherein the second reagent layer further contains a nucleic acid substrate and a reaction buffer.
[3] The kit for nucleic acid amplification reaction according to [1] or [2], wherein the nucleic acid amplification reaction is PCR (polymerase chain reaction).
[4] The kit for nucleic acid amplification reaction according to [1] or [2], wherein the nucleic acid amplification reaction is a loop-mediated isothermal amplification (LAMP) method.
[5] The nucleic acid amplification reaction kit according to [1], wherein the nucleic acid amplification reaction is a SATIC method, the second reagent layer contains a first primer and a second primer, and further includes an intermediate reagent layer between the first reagent layer and the second reagent layer, the intermediate reagent layer containing a first single-stranded circular DNA and a second single-stranded circular DNA, and the intermediate reagent layer is separated from each of the first reagent layer and the second reagent layer by a membrane composed of a substance that is solid below 0°C but dissolves in an aqueous solution between 0 and 35°C.
[6] The nucleic acid amplification reaction kit according to [5], wherein the intermediate reagent layer further contains a nucleic acid substrate and a reaction buffer.
[7] The nucleic acid amplification reaction kit according to [5] or [6], wherein the first primer and the second primer are immobilized on a carrier.
[8] The kit for nucleic acid amplification reaction according to any one of [1] to [7], wherein the substance that is solid below 0°C but dissolves in an aqueous solution between 0 and 35°C is polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, a sugar chain compound, a polyamide chain compound, or a water-soluble heterocyclic compound having self-organizing ability.
[9] A method for amplifying a nucleic acid in a nucleic acid-containing sample, comprising the steps of placing a nucleic acid amplification reaction kit according to any one of [1] to [8] in a temperature control device and adding a nucleic acid-containing sample to a reaction vessel.
[10] A step of adding a liquid containing a nucleic acid polymerase to a nucleic acid amplification reaction vessel to form a first reagent layer;
A method for producing a nucleic acid amplification reaction kit, which contains a multi-layered reagent premix in a reaction vessel, includes the steps of: laminating a membrane composed of a substance that is solid below 0°C but dissolves in an aqueous solution between 0 and 35°C on a first reagent layer; and adding a liquid containing a primer oligonucleotide onto the membrane at a temperature below 0°C to form a second reagent layer.
[11] The method for producing a kit for nucleic acid amplification reaction according to [10], wherein the nucleic acid amplification reaction is a PCR or LAMP method.
[12] adding a liquid containing a nucleic acid polymerase to a nucleic acid amplification reaction vessel to form a first reagent layer;
laminating a film on the first reagent layer, the film being composed of a substance that is solid below 0°C but dissolves in an aqueous solution between 0 and 35°C;
adding a liquid containing a first single-stranded circular DNA and a second single-stranded circular DNA onto the membrane at a temperature below 0° C. to form an intermediate reagent layer;
laminating, at a temperature below 0° C., on the intermediate reagent layer a film composed of a material that is solid below 0° C. but dissolves in an aqueous solution between 0 and 35° C.;
A method for producing a kit for SATIC reaction, which contains a multi-layered reagent premix in a reaction vessel, includes a step of adding a liquid containing a first primer and a second primer onto the membrane at a temperature below 0°C to form a second reagent layer.

本発明によれば、検体をプレミックスに加えるだけで核酸増幅反応を簡便に行うことができるので、複数回のマイクロピペット等による操作が必要とせず、特別な技能を持たない一般人でも取り扱いが可能となるとともに、PCR検査等、遺伝子検査のスループットを大幅に向上できる。そして、操作を大幅に簡略化できるため、コンタミネーションによる擬陽性や、試薬の入れ忘れ等による偽陰性を大幅に低減できる。また、反応直前まで核酸ポリメラーゼとプライマーオリゴヌクレオチド等が混合されないので、試薬劣化等の問題がなく、保存安定性に優れる。 According to the present invention, nucleic acid amplification reactions can be easily performed simply by adding a sample to a premix, eliminating the need for multiple operations using a micropipette or the like, making it possible for ordinary people without special skills to handle the reaction, and significantly improving the throughput of genetic tests such as PCR tests. Furthermore, because the operation can be significantly simplified, false positives due to contamination and false negatives due to forgetting to add reagents can be significantly reduced. In addition, because the nucleic acid polymerase and primer oligonucleotides are not mixed until immediately before the reaction, there are no problems such as reagent deterioration, and the reaction has excellent storage stability.

多層化試薬プレミックスの第一の態様の模式図。FIG. 1 is a schematic diagram of a first embodiment of a multi-layered reagent premix. 多層化試薬プレミックスの第二の態様(中間層を含む場合)の模式図。FIG. 2 is a schematic diagram of a second embodiment of a multi-layered reagent premix (including an intermediate layer). SATIC方法の模式図。Schematic diagram of the SATIC method. 実施例1の結果を示す図(図面代用写真)。FIG. 1 shows the results of Example 1 (photograph instead of drawing). 実施例2の結果を示す図(図面代用写真)。FIG. 13 is a diagram showing the results of Example 2 (a photograph substituting a drawing). 実施例3の結果を示す図(図面代用写真)。FIG. 13 is a diagram showing the results of Example 3 (a photograph substituting a drawing).

<核酸増幅反応用キット>
本発明の核酸増幅反応用キットは、
反応容器と、該反応容器内に収容された核酸増幅反応用試薬を含む核酸増幅反応用キットであって、
前記試薬は、核酸ポリメラーゼを含む第1試薬層と、
プライマーオリゴヌクレオチドを含む第2試薬層と、
第1試薬層と第2試薬層を隔てる、0℃未満では固体であるが0~35℃の間で水溶液に溶解する物質で構成される膜と、
を含む積層状態で凍結(0℃未満、例えば-10℃~-30℃)保存された多層化試薬プレミックスであることを特徴とする。
<Nucleic acid amplification reaction kit>
The nucleic acid amplification reaction kit of the present invention comprises:
A kit for nucleic acid amplification reaction comprising a reaction vessel and a nucleic acid amplification reaction reagent contained in the reaction vessel,
The reagent comprises a first reagent layer including a nucleic acid polymerase;
a second reagent layer comprising a primer oligonucleotide;
a membrane separating the first and second reagent layers, the membrane being made of a material that is solid below 0° C. but dissolves in an aqueous solution between 0 and 35° C.;
and storing the multi-layered reagent premix frozen (below 0° C., for example, −10° C. to −30° C.) in a layered state.

核酸増幅反応としては、標的核酸にプライマーをハイブリダイズさせ、そこから核酸ポリメラーゼによってポリヌクレオチド鎖を伸長させる反応であればよく、PCR、LAMP法、SATIC法、SmartAmp法などが挙げられるがこれらには限定されず、本発明のキットは幅広く核酸増幅反応に利用できる。 A nucleic acid amplification reaction may be any reaction in which a primer is hybridized to a target nucleic acid and a polynucleotide chain is then extended using a nucleic acid polymerase. Examples of such a reaction include, but are not limited to, PCR, LAMP, SATIC, and SmartAmp, and the kit of the present invention can be used for a wide range of nucleic acid amplification reactions.

本発明の核酸増幅反応用キットでは、反応容器内に収容された核酸増幅反応用試薬において、核酸ポリメラーゼを含む第1試薬層とプライマーオリゴヌクレオチドを含む第2試薬層とが「少なくとも0℃未満では固体であるが0~35℃の間で水溶液に溶解する物質で構成される膜」を介して分離されている(図1A)。 In the nucleic acid amplification reaction kit of the present invention, the nucleic acid amplification reaction reagent contained in the reaction vessel has a first reagent layer containing a nucleic acid polymerase and a second reagent layer containing a primer oligonucleotide separated by a "membrane composed of a substance that is solid at least below 0°C but dissolves in aqueous solution between 0 and 35°C" (Figure 1A).

この膜に上記物質を用いることにより、凍結保存時には、核酸ポリメラーゼとプライマーオリゴヌクレオチド等が分離された状態にあり、使用時に試薬を解凍し、温度を上げていく途中で0℃から35℃の間で当該膜が第1試薬層および第2試薬層の水溶液に溶解してそれらが混合されることで(図1A)、反応液が自動的に調製され、そこに検体(核酸含有試料)を添加し、反応容器を反応温度にセットするだけで核酸増幅反応を進行させることができる。 By using the above-mentioned substance for this membrane, the nucleic acid polymerase and primer oligonucleotides are separated during frozen storage, and when used, the reagent is thawed. During the temperature rise, the membrane dissolves in the aqueous solution of the first and second reagent layers between 0°C and 35°C and they are mixed (Figure 1A), automatically preparing a reaction solution. The sample (nucleic acid-containing sample) is then added, and the nucleic acid amplification reaction can be carried out simply by setting the reaction vessel to the reaction temperature.

当該物質としては、少なくとも0℃未満では固体であるが0~35℃(好ましくは10~30℃)の間で水溶液に溶解する物質であればよいが、ポリメラーゼ反応に干渉しない物質が好ましく、具体的には、所定範囲(600~8000、好ましくは1000~6000)の分子量を有するポリエチレングリコール(例えばPEG1000またはその代替物(分子
量の異なるPEG、分岐PEGおよびそれらの混合物)、ポリビニルアルコール、デンプン・セルロース・アガロース・デキストラン・デキストリン・オリゴ糖などの分岐していてもよい糖鎖化合物およびそれらの混合物、ポリ(オリゴ)リシン・ポリ(オリゴ)グルタミン酸・コラーゲンなどの分岐していてもよいポリアミド鎖化合物およびそれらの混合物、メラミン・グアニンなどの自己組織化能を有する水溶性複素環式化合物などが挙げられる。
The substance in question may be a substance that is solid at least below 0° C. but dissolves in an aqueous solution between 0 and 35° C. (preferably 10 to 30° C.), and is preferably a substance that does not interfere with the polymerase reaction. Specific examples of the substance include polyethylene glycol having a molecular weight in a predetermined range (600 to 8000, preferably 1000 to 6000) (e.g., PEG1000 or substitutes thereof (PEGs having different molecular weights, branched PEGs, and mixtures thereof), polyvinyl alcohol, sugar chain compounds which may be branched, such as starch, cellulose, agarose, dextran, dextrin, oligosaccharides, and mixtures thereof, polyamide chain compounds which may be branched, such as poly(oligo)lysine, poly(oligo)glutamic acid, collagen, and mixtures thereof, and water-soluble heterocyclic compounds having self-organizing ability, such as melamine and guanine.

第1試薬層は核酸ポリメラーゼを含む水溶液である。核酸ポリメラーゼはDNAポリメラーゼであってもよいし、RNAポリメラーゼであってもよい。DNAポリメラーゼは目的とする反応によって任意に選択することができるが、耐熱性DNAポリメラーゼ(TaqやPfuなど)、鎖置換型DNAポリメラーゼ、逆転写酵素などが例示される。鎖置換型DNAポリメラーゼとしては、phi29 polymerase、Klenow DNA Polymerase (5'-3', 3'-5' exo minus)、Aac DNA Polymerase、Sequenase(登録商標)Version 2.0 T7 DNA Polymerase (USB社)、Bsu DNA Polymerase, Large Fragment (NEB社)などの中温性の鎖置換型DNAポリメラーゼや、Bst DNA Polymerase (Large Fragment) 、Bsm DNA Polymerase, Large Fragment (Fermentas社)、BcaBEST DNA polymerase (TakaraBio社)、Vent DNA polymerase (NEB社)、Deep Vent DNA polymerase (NEB社)、DisplaceAce (登録商標) DNA Polymerase (Epicentre社)等の耐熱性の鎖置換型DNAポリメラーゼなどが挙げられる。 The first reagent layer is an aqueous solution containing a nucleic acid polymerase. The nucleic acid polymerase may be a DNA polymerase or an RNA polymerase. The DNA polymerase may be selected arbitrarily depending on the target reaction, and examples include a heat-resistant DNA polymerase (such as Taq or Pfu), a strand-displacing DNA polymerase, and a reverse transcriptase. Examples of strand-displacing DNA polymerases include mesophilic strand-displacing DNA polymerases such as phi29 polymerase, Klenow DNA Polymerase (5'-3', 3'-5' exo minus), Aac DNA Polymerase, Sequenase (registered trademark) Version 2.0 T7 DNA Polymerase (USB), and Bsu DNA Polymerase, Large Fragment (NEB), as well as heat-resistant strand-displacing DNA polymerases such as Bst DNA Polymerase (Large Fragment), Bsm DNA Polymerase, Large Fragment (Fermentas), BcaBEST DNA polymerase (TakaraBio), Vent DNA polymerase (NEB), Deep Vent DNA polymerase (NEB), and DisplaceAce (registered trademark) DNA Polymerase (Epicentre).

例えば、PCRには耐熱性DNAポリメラーゼが使用でき、LAMP法やSATIC法には鎖置換型DNAポリメラーゼが使用できる。
核酸ポリメラーゼの含有量は核酸増幅反応に必要な量であれば特に制限はなく、酵素の比活性などに応じて必要量含有させればよい。核酸ポリメラーゼは2種類以上組み合わせてもよい。
第1試薬層は核酸ポリメラーゼを安定化させるためにグリセロールなどの安定化剤を含んでもよい。
For example, a heat-stable DNA polymerase can be used for PCR, and a strand-displacing DNA polymerase can be used for the LAMP method or the SATIC method.
The content of the nucleic acid polymerase is not particularly limited as long as it is the amount necessary for the nucleic acid amplification reaction, and may be contained in an amount required depending on the specific activity of the enzyme, etc. Two or more types of nucleic acid polymerase may be used in combination.
The first reagent layer may include a stabilizing agent, such as glycerol, to stabilize the nucleic acid polymerase.

第2試薬層はプライマーオリゴヌクレオチドを含む水溶液である。プライマーオリゴヌクレオチドは核酸増幅反応の種類によって必要な数のプライマーオリゴヌクレオチドを使用することができる。例えば、PCRのためには標的核酸の目的部位を増幅するためのフォワードプライマーとリバースプライマーのセットであればよいが、nested PCRなどでは3種類以上のプライマーオリゴヌクレオチドを含有させることもできる。
また、LAMP法(参考文献:LAMP法の原理と応用 モダンメディア60巻、7号、2014年、p211-213)では、FIP、BIP、F3プライマー、B3プライマーの4種類でもよいし、FIP、BIP、Loop プライマーB、Loop プライマーFの4種類でもよいし、FIP、BIP、F3プライマー、B3プライマー、Loop プライマーB、Loop プライマーFの6種類でもよい。
また、SmartAmp法(参考文献:PLoS ONE, 2012, doi:10.1371/journal.pone.0030236)では、TP、FP、OP、BPの4種類でもよい。
また、SATIC法では、後述のような、第1プライマーと第2プライマーの2種類でもよい。
なお、RNAポリメラーゼ反応や逆転写反応の場合はプライマーは1種類でもよい。
The second reagent layer is an aqueous solution containing a primer oligonucleotide. The primer oligonucleotide may be any number of primer oligonucleotides required depending on the type of nucleic acid amplification reaction. For example, for PCR, a set of forward and reverse primers for amplifying the target site of the target nucleic acid is sufficient, but for nested PCR, three or more types of primer oligonucleotides may be contained.
In the case of the LAMP method (Reference: Principles and Applications of the LAMP Method, Modern Media, Vol. 60, No. 7, 2014, p. 211-213), four types of primers may be used: FIP, BIP, F3 primer, and B3 primer; four types of primers may be used: FIP, BIP, Loop primer B, and Loop primer F; or six types of primers may be used: FIP, BIP, F3 primer, B3 primer, Loop primer B, and Loop primer F.
In addition, in the SmartAmp method (reference: PLoS ONE, 2012, doi:10.1371/journal.pone.0030236), four types of TP, FP, OP, and BP may be used.
In the SATIC method, two types of primers, a first primer and a second primer, as described below, may be used.
In the case of an RNA polymerase reaction or a reverse transcription reaction, only one type of primer may be used.

第2試薬層はさらに核酸基質(デオキシヌクレオシド3リン酸など)および反応緩衝剤を含んでもよい。反応緩衝剤は酵素に応じて適宜選択できる。
また、第2試薬層はさらに塩や界面活性剤、発色試薬や発光試薬などの検出試薬などを含んでもよい。
プライマー、核酸基質などの濃度は最終的な反応液の容量を考慮して適宜調整すればよい。
なお、SATIC法用プレミックスにおいて、後述のように、中間試薬層を設ける場合は、中間試薬層に核酸基質(デオキシヌクレオシド3リン酸など)および反応緩衝剤、さらには塩や界面活性剤、発色試薬や発光試薬などの検出試薬などを含有させてもよい。
The second reagent layer may further contain a nucleic acid substrate (such as deoxynucleoside triphosphate) and a reaction buffer. The reaction buffer can be appropriately selected depending on the enzyme.
The second reagent layer may further contain a salt, a surfactant, or a detection reagent such as a color-developing reagent or a luminescent reagent.
The concentrations of primers, nucleic acid substrates, etc. may be appropriately adjusted taking into consideration the final volume of the reaction solution.
In addition, in the case where an intermediate reagent layer is provided in the premix for the SATIC method as described below, the intermediate reagent layer may contain a nucleic acid substrate (e.g., deoxynucleoside triphosphate) and a reaction buffer, as well as a salt, a surfactant, and a detection reagent such as a color-developing reagent or a luminescent reagent.

なお、第1試薬層と第2試薬層はどちらが上層でもよいが、第1試薬層を下層とすることが好ましい。 Whichever of the first and second reagent layers may be the upper layer, but it is preferable for the first reagent layer to be the lower layer.

以下、SATIC法について説明する。
SATIC法は、特許文献1に開示されている一本鎖環状DNAとプライマーを用い、標的(鋳型)核酸と一本鎖環状DNAとプライマーの三者複合体を形成させ、等温(37℃)で核酸を増幅させる方法であり、好ましくは以下で説明する第1および第2の一本鎖環状DNAと第1および第2のプライマーを用いる方法を意味する。
The SATIC method will be explained below.
The SATIC method is a method using a single-stranded circular DNA and a primer disclosed in Patent Document 1, in which a ternary complex of a target (template) nucleic acid, a single-stranded circular DNA, and a primer is formed, and the nucleic acid is amplified isothermally (37° C.), and preferably means a method using first and second single-stranded circular DNAs and first and second primers described below.

好ましいSATIC法の態様においては、
(i)標的核酸の第1の部位に相補的な10~30塩基の配列と、
該配列の5’側に隣接した、7~8塩基の第1プライマー結合配列と、
第2一本鎖環状DNA結合配列と、
を含む第1一本鎖環状DNAと、
(ii)標的核酸の、第1の部位の3’側に隣接した第2の部位に相補的な8~15塩基の配列と、
該配列の3’側に隣接した、第1一本鎖環状DNAの第1プライマー結合部位に相補的な7~8塩基の配列と、
を含む第1のオリゴヌクレオチドプライマーと、
(iii)第1一本鎖環状DNAの第2一本鎖環状DNA結合配列と同一の配列と、
該配列の5’側に隣接した、第2プライマー結合配列と、
を含む、第2一本鎖環状DNAと、
(iv)第1一本鎖環状DNAの第2一本鎖環状DNA結合配列の5’側に隣接した部位と同一の配列と、
該配列の3’側に隣接した、第2一本鎖環状DNAの第2プライマー結合配列に相補的な配列と、
を含む、第2のオリゴヌクレオチドプライマーと、
が使用され、
より好ましくは、
前記第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、その5’末端を介して、担体と結合しており、
前記第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、その5’末端を介して、前記第1のオリゴヌクレオチドプライマーが結合している前記担体と結合している。
In a preferred embodiment of the SATIC method,
(i) a sequence of 10 to 30 bases that is complementary to a first site of a target nucleic acid;
a first primer binding sequence of 7 to 8 bases adjacent to the 5' side of the sequence;
a second single-stranded circular DNA binding sequence;
A first single-stranded circular DNA comprising:
(ii) a sequence of 8 to 15 bases that is complementary to a second site adjacent to the 3' side of the first site of the target nucleic acid;
a 7-8 base sequence adjacent to the 3' side of the sequence, which is complementary to the first primer binding site of the first single-stranded circular DNA;
A first oligonucleotide primer comprising:
(iii) a sequence identical to the second single-stranded circular DNA binding sequence of the first single-stranded circular DNA;
a second primer binding sequence adjacent to the 5' side of the sequence;
A second single-stranded circular DNA comprising:
(iv) a sequence identical to a site adjacent to the 5' side of the second single-stranded circular DNA binding sequence of the first single-stranded circular DNA;
a sequence complementary to a second primer binding sequence of a second single-stranded circular DNA adjacent to the 3' side of the sequence;
A second oligonucleotide primer comprising:
is used,
More preferably,
the first oligonucleotide primer is attached via its 5' end to a support;
The second oligonucleotide primer is bound via its 5' end to the support to which the first oligonucleotide primer is bound.

<第1一本鎖環状DNA>
第1一本鎖環状DNAは、標的核酸の第1の部位に相補的な10~30塩基の配列と、
該配列の5’側に隣接した、7~8塩基のプライマー結合配列と、
第2一本鎖環状DNA結合配列と、
を含む。
<First single-stranded circular DNA>
The first single-stranded circular DNA comprises a 10-30 base sequence complementary to a first site of a target nucleic acid;
a primer binding sequence of 7 to 8 bases adjacent to the 5' side of the sequence;
a second single-stranded circular DNA binding sequence;
Includes.

SATIC法について、図2を参照して説明する。ただし、一本鎖環状DNAでは、時計回りに5’→3’である。また、図2では、便宜上、担体は記載していない。
第1一本鎖環状DNA20は標的核酸21の第1の部位211に相補的な配列201と、その5’側に連結したプライマー結合配列202と、第2一本鎖環状DNA結合配列203を含む。
配列201の長さは、通常、10~30塩基であり、好ましくは15~25塩基であり、GC含量は好ましくは30~70%である。配列202の長さは7塩基または8塩基であり、配列は特に制限されないが、GC含量は好ましくは30~70%である。第1一本鎖環状DNA20全体の長さは、好ましくは35~100塩基である。
The SATIC method will be described with reference to Figure 2. However, in the case of single-stranded circular DNA, the clockwise direction is 5' to 3'. For convenience, the carrier is not shown in Figure 2.
The first single-stranded circular DNA 20 comprises a sequence 201 complementary to a first site 211 of the target nucleic acid 21 , a primer binding sequence 202 linked to the 5′ side thereof, and a second single-stranded circular DNA binding sequence 203 .
The length of sequence 201 is usually 10 to 30 bases, preferably 15 to 25 bases, and the GC content is preferably 30 to 70%. The length of sequence 202 is 7 or 8 bases, and the sequence is not particularly limited, but the GC content is preferably 30 to 70%. The entire length of the first single-stranded circular DNA 20 is preferably 35 to 100 bases.

第1一本鎖環状DNA20は、一本鎖DNA(ssDNA)を環状化することによって得ることができる。一本鎖DNAの環状化は、任意の手段によって行うことができるが、例えば、CircLigase(登録商標)、CircLigase II(登録商標)、ssDNA Ligase(Epicentre社)、ThermoPhage ligase(登録商標) single-stranded DNA(Prokzyme社)を用いて行うことができる。 The first single-stranded circular DNA 20 can be obtained by circularizing single-stranded DNA (ssDNA). Circularization of single-stranded DNA can be performed by any means, for example, using CircLigase (registered trademark), CircLigase II (registered trademark), ssDNA Ligase (Epicentre), or ThermoPhage ligase (registered trademark) single-stranded DNA (Prokzyme).

<第1オリゴヌクレオチドプライマー>
第1オリゴヌクレオチドプライマー22は、標的核酸21の、第1の部位211の3’側に隣接した第2の部位212に相補的な8~15塩基の配列221と、その3’側に連結された、第1一本鎖環状DNA20のプライマー結合部位202に相補的な7~8塩基の配列222と、を含む。
<First Oligonucleotide Primer>
The first oligonucleotide primer 22 comprises an 8-15 base sequence 221 that is complementary to a second site 212 adjacent to the 3' side of the first site 211 of the target nucleic acid 21, and a 7-8 base sequence 222 that is complementary to the primer binding site 202 of the first single-stranded circular DNA 20 linked to the 3' side thereof.

第1のオリゴヌクレオチドプライマー22は、その5’末端を介して、担体と結合している。
第1のオリゴヌクレオチドプライマー22の5’末端として、例えば、ビオチン、アミノ基、アルデヒド基、又はSH基で修飾されたものなどが挙げられる。担体としては、これらのそれぞれと結合できる担体が挙げられ、例えば、アビジン(その誘導体、すなわち、例えば、ストレプトアビジン、ニュートラビジンなどを含む。)が固定されている担体、また、アミノ基、アルデヒド基、エポキシ基などを有するシランカップリング剤で表面処理された担体などが挙げられる。固定化は常法に従えばよい。
A first oligonucleotide primer 22 is attached via its 5' end to the carrier.
Examples of the 5' end of the first oligonucleotide primer 22 include those modified with biotin, an amino group, an aldehyde group, or an SH group. Examples of the carrier include carriers that can bind to each of these, such as a carrier to which avidin (including its derivatives, i.e., streptavidin, neutravidin, etc.) is fixed, and carriers that have been surface-treated with a silane coupling agent having an amino group, an aldehyde group, an epoxy group, etc. The immobilization may be performed according to a conventional method.

担体は、第1のオリゴヌクレオチドプライマー22と後述する第2オリゴヌクレオチドプライマー25とを近傍に固定できるものが好ましい。両者が近傍に存在することで、第1オリゴヌクレオチドプライマー22から第1増幅産物23が増幅される段階と、第2オリゴヌクレオチドプライマー25から第2増幅産物26が増幅される段階とが、溶液中に遊離の状態にある2種類のプライマーを用いた場合と比較して、効率的に行われ、結果として検出感度の著しい向上が達せられるからである。 The carrier is preferably one that can immobilize the first oligonucleotide primer 22 and the second oligonucleotide primer 25 described below in close proximity. By having the two in close proximity, the step of amplifying the first amplification product 23 from the first oligonucleotide primer 22 and the step of amplifying the second amplification product 26 from the second oligonucleotide primer 25 are carried out more efficiently than when two types of primers are used that are free in solution, resulting in a significant improvement in detection sensitivity.

好ましい担体として、例えばビーズや、センサー等で用いる基板のような平面担体が挙げられる。ビーズとは、粒子状の不溶性担体であり、その平均粒径は例えば10 nm~100 μmであり、好ましくは30nm~10μmであり、より好ましくは30nm~1μm、さらに好ましくは30nm~500nmである。ビーズの材質は特に限定されない。例えば、磁性体(フェライトやマグネタイトなどの酸化鉄、酸化クロム、コバルトなどの磁性材料)、シリカ、アガロース、セファロースなどが挙げられる。磁性体ビーズは、「磁気ビーズ」と称されることがある。また、金コロイドなどの金属コロイド粒子も使用できる。 Preferred carriers include, for example, beads and planar carriers such as substrates used in sensors. Beads are particulate insoluble carriers, and their average particle size is, for example, 10 nm to 100 μm, preferably 30 nm to 10 μm, more preferably 30 nm to 1 μm, and even more preferably 30 nm to 500 nm. There are no particular limitations on the material of the beads. Examples include magnetic materials (magnetic materials such as iron oxides such as ferrite and magnetite, chromium oxide, and cobalt), silica, agarose, and sepharose. Magnetic beads are sometimes called "magnetic beads." Metal colloid particles such as gold colloids can also be used.

<第2一本鎖環状DNA>
第2一本鎖環状DNA24は、第1一本鎖環状DNA20の第2一本鎖環状DNA結合配列203と同一の配列241と、
該配列の5’側に隣接した、第2プライマー結合配列242と、
を含む。
配列203の長さは、通常、10~30塩基であり、好ましくは15~25塩基であり、GC含量は好ましくは30~70%である。配列242の長さは7塩基または8塩基であり、配列は特に制限されないが、GC含量は好ましくは30~70%である。配列242の長さは7塩基または8塩基であり、配列は特に制限されないが、GC含量は好ましくは30~70%である。第2一本鎖環状DNA24全体の長さは、好ましくは35~100塩基である。第2一本鎖環状DNA24は上述した方法で、一本鎖DNA(ssDNA)を環状化することによって得ることができる。
<Second single-stranded circular DNA>
The second single-stranded circular DNA 24 has a sequence 241 identical to the second single-stranded circular DNA binding sequence 203 of the first single-stranded circular DNA 20,
a second primer binding sequence 242 adjacent to the 5' side of the sequence;
Includes.
The length of sequence 203 is usually 10 to 30 bases, preferably 15 to 25 bases, and the GC content is preferably 30 to 70%. The length of sequence 242 is 7 or 8 bases, and the sequence is not particularly limited, but the GC content is preferably 30 to 70%. The length of sequence 242 is 7 or 8 bases, and the sequence is not particularly limited, but the GC content is preferably 30 to 70%. The entire length of the second single-stranded circular DNA 24 is preferably 35 to 100 bases. The second single-stranded circular DNA 24 can be obtained by circularizing a single-stranded DNA (ssDNA) by the method described above.

第2一本鎖環状DNA24は、検出用試薬結合配列に相補的な配列を含むことが好ましい。該検出用試薬結合配列としては、例えばグアニン四重鎖形成配列が挙げられる。
グアニン四重鎖形成配列としては、Nat Rev Drug Discov. 2011 Apr; 10(4): 261-275.に記載されたような配列が挙げられ、G31-1031-1031-103で表されるが、具体的には、特許文献1に記載の配列などが例示される。よって、グアニン四重鎖形成配列に相補的な配列243としては、C31-1031-1031-103が例示される。すなわち、連続する3つのCが、1~10個(好ましくは1~5個)の任意の塩基(N=A,T,GまたはC)からなる配列をスペーサーとして、4回繰り返される配列である。
The second single-stranded circular DNA 24 preferably contains a sequence complementary to a detection reagent binding sequence, such as a G-quadruplex forming sequence.
The G-quadruplex-forming sequence includes the sequence described in Nat Rev Drug Discov. 2011 Apr; 10(4): 261-275., which is represented by G 3 N 1-10 G 3 N 1-10 G 3 N 1-10 G 3 , and specifically includes the sequence described in Patent Document 1. Thus, the sequence 243 complementary to the G-quadruplex-forming sequence is exemplified by C 3 N 1-10 C 3 N 1-10 C 3 N 1-10 C 3. That is, it is a sequence in which three consecutive Cs are repeated four times with a spacer consisting of 1 to 10 (preferably 1 to 5) arbitrary bases (N=A, T, G, or C).

なお、図2では、第2一本鎖環状DNA24がグアニン四重鎖形成配列に相補的な配列243を含む場合について説明したが、第2一本鎖環状DNA24はこのほかにも、例えば、検出試薬結合配列をアプタマー配列もしくは分子ビーコン(FRETを生じさせる蛍光基(ドナー)と消光基(アクセプター)を有するヘアピン状のオリゴヌクレオチド)結合配列とし、検出試薬として、アプタマー結合性発色分子もしくは分子ビーコンを用いて検出することも可能である(ChemBioChem 2007, 8, 1795-1803;J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 7430-7433)。 In FIG. 2, the second single-stranded circular DNA 24 includes a sequence 243 complementary to the G-quadruplex-forming sequence. However, the second single-stranded circular DNA 24 may also be configured to have an aptamer sequence or a molecular beacon (a hairpin-shaped oligonucleotide having a fluorescent group (donor) and a quencher group (acceptor) that cause FRET) binding sequence as the detection reagent binding sequence, and may be detected using an aptamer-binding chromogenic molecule or a molecular beacon as the detection reagent (ChemBioChem 2007, 8, 1795-1803; J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 7430-7433).

<第2オリゴヌクレオチドプライマー>
第2オリゴヌクレオチドプライマー25は、第1一本鎖環状DNA20の第2一本鎖環状DNA結合配列203の5’側に隣接した部位204と同一の配列251(好ましくは8~15塩基の配列)と、
該配列の3’側に隣接した、第2一本鎖環状DNA24の第2プライマー結合配列242に相補的な配列252(好ましくは7~8塩基の配列)と、
を含む。
<Second Oligonucleotide Primer>
The second oligonucleotide primer 25 comprises a sequence 251 (preferably a sequence of 8 to 15 bases) identical to the site 204 adjacent to the 5' side of the second single-stranded circular DNA binding sequence 203 of the first single-stranded circular DNA 20;
a sequence 252 (preferably a sequence of 7 to 8 bases) complementary to the second primer binding sequence 242 of the second single-stranded circular DNA 24 adjacent to the 3' side of the sequence;
Includes.

第2のオリゴヌクレオチドプライマー25は、その5’末端を介して、第1のオリゴヌクレオチドプライマー22が結合している前記担体と結合している。
すなわち、第1のオリゴヌクレオチドプライマー22は、その5’末端がビオチンで修飾されており、該ビオチンを介して、アビジンが固定されている担体と結合しており、第2のオリゴヌクレオチドプライマー25は、その5’末端がビオチンで修飾されており、該ビオチンを介して、第1のオリゴヌクレオチドプライマー22が結合している前記担体と結合していることが好ましい。
A second oligonucleotide primer 25 is bound via its 5' end to the carrier to which the first oligonucleotide primer 22 is bound.
That is, it is preferable that the first oligonucleotide primer 22 is modified at its 5' end with biotin and is bound via the biotin to the support on which avidin is immobilized, and the second oligonucleotide primer 25 is modified at its 5' end with biotin and is bound via the biotin to the support to which the first oligonucleotide primer 22 is bound.

担体に固定化された、第1オリゴヌクレオチドプライマー22と第2オリゴヌクレオチドプライマー25の量比は、モル比で、好ましくは1:10~1:100であり、より好ましくは1:10~1:30であり、さらに好ましくは1:10~1:25である。 The molar ratio of the first oligonucleotide primer 22 to the second oligonucleotide primer 25 immobilized on the carrier is preferably 1:10 to 1:100, more preferably 1:10 to 1:30, and even more preferably 1:10 to 1:25.

増幅反応時(使用時)の第1オリゴヌクレオチドプライマー22の濃度は、モル比で、好ましくは0.0025 pmol/μL以上、より好ましくは0.005 pmol/μL以上であり、一方で、好ましくは0.04 pmol/μL以下、より好ましくは0.02 pmol/μL以下である。
また、増幅反応時(使用時)の第2オリゴヌクレオチドプライマー25の濃度は、モル比で、好ましくは0.0125 pmol/μL以上、より好ましくは0.025 pmol/μL以上であり、一方で、0.8 pmol/μL以下、より好ましくは0.4 pmol/μL以下である。
The concentration of the first oligonucleotide primer 22 during the amplification reaction (when used) is, in molar ratio, preferably 0.0025 pmol/μL or more, more preferably 0.005 pmol/μL or more, while it is preferably 0.04 pmol/μL or less, more preferably 0.02 pmol/μL or less.
In addition, the concentration of the second oligonucleotide primer 25 during the amplification reaction (when used) is, in molar ratio, preferably 0.0125 pmol/μL or more, more preferably 0.025 pmol/μL or more, while being 0.8 pmol/μL or less, more preferably 0.4 pmol/μL or less.

増幅反応時(使用時)の第1一本鎖環状DNA20と第2一本鎖環状DNA24の量比は、モル比で、好ましくは1:2~1:1000、より好ましくは1:3~1:500、さらに好ましくは1:4~1:400である。
また、増幅反応時(使用時)の第1一本鎖環状DNA20の濃度は、下限が例えば0.1nM以上、1nM以上、10nM以上、50nM以上であり、一方で、上限が例えば500nM以下、200nM以下である。
また、増幅反応時(使用時)の第2一本鎖環状DNA24の濃度は、下限が例えば20nM以上、40nM以上、100nM以上、200nM以上であり、一方で、上限が例えば1000nM以下、500nM以下である。
The molar ratio of the first single-stranded circular DNA 20 to the second single-stranded circular DNA 24 during the amplification reaction (use) is preferably 1:2 to 1:1000, more preferably 1:3 to 1:500, and even more preferably 1:4 to 1:400.
The lower limit of the concentration of the first single-stranded circular DNA 20 during the amplification reaction (during use) is, for example, 0.1 nM or more, 1 nM or more, 10 nM or more, or 50 nM or more, while the upper limit is, for example, 500 nM or less, 200 nM or less.
The lower limit of the concentration of the second single-stranded circular DNA 24 during the amplification reaction (when in use) is, for example, 20 nM or more, 40 nM or more, 100 nM or more, or 200 nM or more, while the upper limit is, for example, 1000 nM or less, or 500 nM or less.

<増幅方法>
図2に示されるように、まず、標的核酸21に第1一本鎖環状DNA20およびプライマー22をハイブリダイズさせて三者の複合体を形成させた後、ローリングサークル増幅(RCA)法によって標的核酸21に基づく核酸増幅反応を行う。
<Amplification method>
As shown in FIG. 2, first, a first single-stranded circular DNA 20 and a primer 22 are hybridized to a target nucleic acid 21 to form a complex of the three, and then a nucleic acid amplification reaction based on the target nucleic acid 21 is carried out by the rolling circle amplification (RCA) method.

ハイブリダイゼーションの条件は、当業者であれば、一本鎖環状DNA20と標的核酸21とプライマーの組み合わせを検討し、適宜設定できる。 A person skilled in the art can set the hybridization conditions appropriately by considering the combination of single-stranded circular DNA 20, target nucleic acid 21, and primers.

RCA法はLizardi et al., Nature Genet. 19: 225-232 (1998);米国特許第5,854,033号及び同第6,143,495号;PCT出願WO97/19193などに記載されている。RCA法は、例えば、上述したようなphi29 DNA polymeraseなどの鎖置換型DNAポリメラーゼを用いることで行うことができる。 The RCA method is described in Lizardi et al., Nature Genet. 19: 225-232 (1998); U.S. Patent Nos. 5,854,033 and 6,143,495; PCT Application WO 97/19193, etc. The RCA method can be carried out using, for example, a strand-displacing DNA polymerase such as the above-mentioned phi29 DNA polymerase.

RCAによるDNAの伸長反応は、例えば、25℃~65℃の範囲の一定の温度において実施される。反応温度は、酵素の至適温度とプライマー鎖長に基づく変性温度(プライマーがDNAに結合(アニール)/解離する温度帯)に基づいて通常の手順により適宜設定される。さらに、一定の比較的低温においても実施される。例えば、鎖置換型DNA合成酵素としてphi29DNAポリメラーゼを使用する場合は、好ましくは25℃~42℃、より好ましくは約30~37℃で反応する。 The DNA extension reaction by RCA is carried out at a constant temperature, for example, in the range of 25°C to 65°C. The reaction temperature is set appropriately by standard procedures based on the optimal temperature of the enzyme and the denaturation temperature (the temperature range at which the primer binds (anneals)/dissociates from DNA) based on the strand length of the primer. Furthermore, it is also carried out at a constant, relatively low temperature. For example, when phi29 DNA polymerase is used as the strand-displacing DNA synthesis enzyme, the reaction is preferably carried out at 25°C to 42°C, more preferably about 30°C to 37°C.

RCAによって、標的核酸21依存的に、プライマー22から第1一本鎖環状DNA20に沿って第1増幅産物23が増幅される。 By RCA, a first amplification product 23 is amplified from the primer 22 along the first single-stranded circular DNA 20 in a target nucleic acid 21-dependent manner.

増幅産物23は、第1一本鎖環状DNA20の第2一本鎖環状DNA結合配列203に相補的な配列233を含むため、この配列203と同一の配列241を含む第2一本鎖環状DNA24は、第1増幅産物23の配列233に、配列241を介してハイブリダイズする。
このようにしてできた、第1増幅産物23と、第2一本鎖環状DNA24の複合体に、第2オリゴヌクレオチドプライマー25がハイブリダイズして三者の複合体ができる。
Since the amplification product 23 contains a sequence 233 complementary to the second single-stranded circular DNA binding sequence 203 of the first single-stranded circular DNA 20, the second single-stranded circular DNA 24 containing a sequence 241 identical to this sequence 203 hybridizes to the sequence 233 of the first amplification product 23 via the sequence 241.
A second oligonucleotide primer 25 hybridizes to the complex of the first amplification product 23 and the second single-stranded circular DNA 24 thus formed, forming a three-component complex.

すなわち、第2オリゴヌクレオチドプライマー25は、第1一本鎖環状DNA20の第2一本鎖環状DNA結合配列203の5’側に隣接した部位204と同一の配列251を有するので、第1増幅産物23の、第1一本鎖環状DNA20の部位204に相補的な領域234に、配列251を介してハイブリダイズする。 In other words, the second oligonucleotide primer 25 has a sequence 251 identical to the site 204 adjacent to the 5' side of the second single-stranded circular DNA binding sequence 203 of the first single-stranded circular DNA 20, and therefore hybridizes via sequence 251 to the region 234 of the first amplification product 23 that is complementary to the site 204 of the first single-stranded circular DNA 20.

また、第2オリゴヌクレオチドプライマー25は、配列251の3’側に、第2一本鎖環状DNA24の第2プライマー結合配列242に相補的な配列252を有するので、第2一本鎖環状DNA24にも配列252を介してハイブリダイズする。 In addition, the second oligonucleotide primer 25 has a sequence 252 on the 3' side of sequence 251 that is complementary to the second primer binding sequence 242 of the second single-stranded circular DNA 24, and therefore hybridizes to the second single-stranded circular DNA 24 via sequence 252.

この第1増幅産物23と、第2一本鎖環状DNA24と、第2オリゴヌクレオチドプライマー25との三者複合体から、RCAにより、第2増幅産物26が増幅される。第2増幅産物26は、例えばグアニン四重鎖を含む配列261を含んでおり、グアニン四重鎖検出試薬262によって検出される。第1増幅産物23に含まれる領域231のそれぞれに第2一本鎖環状DNA24がハイブリダイズしてRCA反応が起こる。 A second amplification product 26 is amplified by RCA from this ternary complex of the first amplification product 23, the second single-stranded circular DNA 24, and the second oligonucleotide primer 25. The second amplification product 26 contains, for example, a sequence 261 that contains a G-quadruplex, and is detected by a G-quadruplex detection reagent 262. The second single-stranded circular DNA 24 hybridizes to each of the regions 231 contained in the first amplification product 23, causing an RCA reaction.

第1オリゴヌクレオチドプライマー22と第2オリゴヌクレオチドプライマー25が同一担体上に固定化されることにより、第1オリゴヌクレオチドプライマー22から第1増幅
産物23が増幅される段階と、第2オリゴヌクレオチドプライマー25から第2増幅産物26が増幅される段階とが、近傍で行われるため、検出感度の著しい向上が達せられる。
By immobilizing the first oligonucleotide primer 22 and the second oligonucleotide primer 25 on the same support, the step of amplifying the first amplification product 23 from the first oligonucleotide primer 22 and the step of amplifying the second amplification product 26 from the second oligonucleotide primer 25 are carried out in close proximity to each other, thereby achieving a significant improvement in detection sensitivity.

第2一本鎖環状DNA24が検出用試薬結合配列に相補的な配列を含むことにより、RCAによって得られる第2増幅産物26には検出用試薬結合配列が含まれる。該検出用試薬結合配列がグアニン四重鎖形成配列等である場合には、RCAによって得られる増幅産物は、グアニン四重鎖結合試薬を用いて検出することができる。グアニン四重鎖結合試薬としては、特許文献1に開示されたチオフラビンT(ThT)またはその誘導体などが挙げられる。 Since the second single-stranded circular DNA 24 contains a sequence complementary to the detection reagent binding sequence, the second amplification product 26 obtained by RCA contains the detection reagent binding sequence. If the detection reagent binding sequence is a G-quadruplex forming sequence or the like, the amplification product obtained by RCA can be detected using a G-quadruplex binding reagent. Examples of the G-quadruplex binding reagent include thioflavin T (ThT) or a derivative thereof disclosed in Patent Document 1.

また、以下のPEG鎖を含むThT誘導体(ThT-PEG)を使用することもできる。
ここで、R5はアミノ基、水酸基、アルキル基、またはカルボキシル基であり、nは4~50の整数であり、好ましくは5~20の整数であり、より好ましくは8~15の整数であり、特に好ましくは11である。ThT-PEGとしては、R5がアミノ基の化合物がより好ましい。

Figure 0007565572000001
In addition, a ThT derivative containing the following PEG chain (ThT-PEG) can also be used.
Here, R5 is an amino group, a hydroxyl group, an alkyl group, or a carboxyl group, and n is an integer from 4 to 50, preferably an integer from 5 to 20, more preferably an integer from 8 to 15, and particularly preferably 11. As ThT-PEG, a compound in which R5 is an amino group is more preferable.
Figure 0007565572000001

以下のThTがPEG鎖で連結されたThT誘導体(ThT-PEG-ThT)を使用することもできる。
ここで、nは4~50の整数であり、好ましくは5~20の整数であり、より好ましくは8~15の整数であり、特に好ましくは11である。また、ThT-PEG-ThTのPEG鎖はスペルミンリンカーで置換されてもよい。

Figure 0007565572000002
It is also possible to use a ThT derivative in which the following ThT is linked with a PEG chain (ThT-PEG-ThT).
Here, n is an integer of 4 to 50, preferably an integer of 5 to 20, more preferably an integer of 8 to 15, and particularly preferably 11. In addition, the PEG chain of ThT-PEG-ThT may be substituted with a spermine linker.
Figure 0007565572000002

検出は、例えば、ThT誘導体と、RCA産物を含む試料を接触させ、グアニン四重鎖構造に結合したThT誘導体を、ThT誘導体が発する蛍光に基づいて検出することにより、被検DNA中のグアニン四重鎖構造を検出することができる。ThT誘導体はあらかじめ反応液に添加されていることが好ましい。 For example, the G-quadruplex structure in the test DNA can be detected by contacting a ThT derivative with a sample containing an RCA product and detecting the ThT derivative bound to the G-quadruplex structure based on the fluorescence emitted by the ThT derivative. It is preferable that the ThT derivative is added to the reaction solution in advance.

なお、グアニン四重鎖結合試薬としてThT-PEGやThT-PEG-ThTを使用する場合には、RCA産物にThT-PEGまたはThT-PEG-ThTが結合すると特異的な凝集が起こるため、その凝集を目視で観察することによって蛍光検出装置を用いなくとも簡便にRCA増幅の有無を確認できる。なお、ThT-PEGとThT-PEG-ThTを同時に使用してもよい。ThT-PEGまたはThT-PEG-ThTの濃度は例えば、5~50μM、好ましくは5~20μMである。 When ThT-PEG or ThT-PEG-ThT is used as the G-quadruplex binding reagent, specific aggregation occurs when ThT-PEG or ThT-PEG-ThT binds to the RCA product, and the presence or absence of RCA amplification can be easily confirmed by visually observing the aggregation without using a fluorescence detection device. ThT-PEG and ThT-PEG-ThT may be used simultaneously. The concentration of ThT-PEG or ThT-PEG-ThT is, for example, 5 to 50 μM, preferably 5 to 20 μM.

SATIC法用の試薬プレミックスは、第1試薬層にphi29 DNA polymeraseなどの核酸ポリメラーゼが含まれ、第2試薬層にそれ以外の試薬、すなわち、第1および第2のプライマー、第1および第2の環状DNAさらにはdNTPや緩衝剤や検出試薬(ThT-PEGなど)が含まれてもよいが、第2試薬層が第1プライマーと第2プライマーを含むとき、第1および第2の環状DNAさらにはdNTPや緩衝剤や検出試薬(ThT-PEGなど)を含む中間試薬層を第1試薬層と第2試薬層の間に、それぞれ前記PEGなどの少なくとも0℃未満では固体であるが0~35℃の間で水溶液に溶解する物質で構成される膜で隔離して設けてもよい(図1B)。そして、第2試薬層に含まれる第1プライマーと第2プライマーは同一の担体に固定化されていてもよい。 The reagent premix for the SATIC method may contain a nucleic acid polymerase such as phi29 DNA polymerase in the first reagent layer, and other reagents, i.e., the first and second primers, the first and second circular DNAs, as well as dNTPs, buffers, and detection reagents (such as ThT-PEG) in the second reagent layer. When the second reagent layer contains the first and second primers, an intermediate reagent layer containing the first and second circular DNAs, as well as dNTPs, buffers, and detection reagents (such as ThT-PEG) may be provided between the first and second reagent layers, separated by a membrane composed of a substance such as PEG that is solid at least below 0°C but dissolves in an aqueous solution between 0 and 35°C (Figure 1B). The first and second primers contained in the second reagent layer may be immobilized on the same carrier.

<核酸増幅方法>
本発明の核酸増幅反応用キットを使用して核酸増幅反応を行うには、核酸増幅反応用キットを温度制御装置に配置する工程と、核酸含有試料を反応容器内に添加する工程を行えばよい。
温度制御装置に配置する工程と、核酸含有試料を反応容器内に添加する工程はいずれを先に行ってもよい。
温度制御装置としては、PCRの場合はサーマルサイクラーが挙げられ、LAMP法やSATIC法などの等温増幅法の場合は恒温装置(槽)が挙げられる。
<Nucleic acid amplification method>
To carry out a nucleic acid amplification reaction using the nucleic acid amplification reaction kit of the present invention, a step of placing the nucleic acid amplification reaction kit in a temperature control device and a step of adding a nucleic acid-containing sample to a reaction vessel are performed.
The step of placing the reaction vessel in a temperature control device and the step of adding a nucleic acid-containing sample into the reaction vessel may be performed in any order.
As the temperature control device, in the case of PCR, a thermal cycler can be mentioned, and in the case of isothermal amplification methods such as the LAMP method and the SATIC method, a constant temperature device (bath) can be mentioned.

<核酸増幅反応用キットの製造方法>
本発明の核酸増幅反応用キットは、核酸増幅反応容器に核酸ポリメラーゼを含む液体(水溶液)を添加して第1試薬層を形成する工程、
第1試薬層上に0℃未満では固体であり0~35℃で水溶液に溶解する物質で構成される膜を積層する工程、
0℃未満の温度下で、すなわち、前記膜が溶解しない状態で、前記物質の膜上にプライマーオリゴヌクレオチド等を含む液体(水溶液)を添加して第2試薬層を形成する工程、により製造することができる。
なお、第1試薬層が上層に配置される場合は、第2試薬層を先に形成し、その上に、膜を積層し、さらに第2試薬層を形成してもよい。
<Method of manufacturing the nucleic acid amplification reaction kit>
The nucleic acid amplification reaction kit of the present invention includes the steps of: adding a liquid (aqueous solution) containing a nucleic acid polymerase to a nucleic acid amplification reaction vessel to form a first reagent layer;
laminating a film on the first reagent layer, the film being composed of a substance that is solid at temperatures below 0° C. and dissolves in an aqueous solution at temperatures between 0 and 35° C.;
The second reagent layer can be produced by adding a liquid (aqueous solution) containing a primer oligonucleotide or the like onto the film of the substance at a temperature below 0°C, i.e., in a state in which the film does not dissolve, to form a second reagent layer.
When the first reagent layer is disposed on the upper layer, the second reagent layer may be formed first, a membrane may be laminated thereon, and then the second reagent layer may be formed.

反応容器としては、エッペンドルフチューブのような反応チューブ(マイクロチューブ)でもよいし、マルチウェルプレートのような容器でもよい。 The reaction vessel may be a reaction tube (microtube) such as an Eppendorf tube, or a vessel such as a multi-well plate.

第1試薬層の上に、0℃未満では固体であり0~35℃で水溶液に溶解する物質で構成される膜を積層するには、当該物質を適当な溶媒に溶解し、溶解液を第1試薬層の上に積層し、真空乾燥などにより、溶媒を揮発させる方法が挙げられる。溶媒は物質の種類によって適宜選択できるが、有機溶媒が好ましい。積層法は特に制限されないが、薄膜を形成するためにはスプレー法が好ましい。当該物質の濃度は、膜が溶解したときに、核酸増幅反応系の終濃度として3~20w/v%となるような濃度が好ましく、5~12w/v%となるような濃度がより好ましい。 To laminate a film on the first reagent layer that is composed of a substance that is solid below 0°C and dissolves in an aqueous solution at 0 to 35°C, the substance can be dissolved in an appropriate solvent, the solution is laminated on the first reagent layer, and the solvent is volatilized by vacuum drying or the like. The solvent can be selected appropriately depending on the type of substance, but an organic solvent is preferred. There are no particular limitations on the lamination method, but a spray method is preferred for forming a thin film. The concentration of the substance is preferably such that when the film is dissolved, the final concentration in the nucleic acid amplification reaction system is 3 to 20 w/v%, and more preferably 5 to 12 w/v%.

その後、当該膜が水に溶解しない温度、好ましくは0℃未満(例えば、氷上)に反応容器を置き、膜上に、プライマーオリゴヌクレオチド等を含む水溶液を添加することで第2試薬層を形成することができる。 Then, the reaction vessel is placed at a temperature at which the membrane does not dissolve in water, preferably below 0°C (e.g., on ice), and an aqueous solution containing a primer oligonucleotide, etc., is added onto the membrane to form a second reagent layer.

そして、得られた多層化プレミックス試薬を含む核酸増幅反応キットを膜が溶解しない程度の低温、好ましくは0℃未満(例えば、-10~-30℃)に凍結した状態で使用時まで保存することができる。 Then, the resulting nucleic acid amplification reaction kit containing the multilayered premixed reagent can be stored frozen at a low temperature at which the membrane does not dissolve, preferably below 0°C (e.g., -10 to -30°C), until the time of use.

なお、SATIC法用に、核酸ポリメラーゼを含む第1試薬層と、第1および第2プライマーを含む第2試薬層と、これらの間に位置し、第1試薬層および第2試薬層のそれぞれと上記物質の膜を介して配置された、ポリヌクレオチドプライマー等を含む中間試薬層を含む多層化プレミックス試薬を製造する場合は、以下のような工程を行うことで製造することができる。 When manufacturing a multi-layered premixed reagent for the SATIC method, which includes a first reagent layer containing a nucleic acid polymerase, a second reagent layer containing first and second primers, and an intermediate reagent layer containing a polynucleotide primer or the like, which is located between the first and second reagent layers and is arranged with a membrane of the above-mentioned material between the first and second reagent layers, the multi-layered premixed reagent can be manufactured by carrying out the steps described below.

核酸増幅反応容器に核酸ポリメラーゼを含む液体を添加して第1試薬層を形成する工程、第1試薬層上に0℃未満では固体であるが0~35℃の間で水溶液に溶解する物質で構成される膜を積層する工程、
0℃未満の温度下で、当該膜上に第1一本鎖環状DNAおよび第2一本鎖環状DNAを含む液体を添加して中間試薬層を形成する工程、
0℃未満の温度下で、中間試薬層上に0℃未満では固体であるが0~35℃の間で水溶液に溶解する物質で構成される膜を積層する工程、ならびに
0℃未満の温度下で、当該膜上に第1プライマーおよび第2プライマーを含む液体を添加して第2試薬層を形成する工程。
A step of adding a liquid containing a nucleic acid polymerase to a nucleic acid amplification reaction vessel to form a first reagent layer, and a step of laminating a film composed of a substance that is solid below 0°C but dissolves in an aqueous solution between 0 and 35°C on the first reagent layer;
adding a liquid containing a first single-stranded circular DNA and a second single-stranded circular DNA onto the membrane at a temperature below 0° C. to form an intermediate reagent layer;
A step of laminating a film composed of a substance that is solid below 0°C but dissolves in an aqueous solution between 0 and 35°C on the intermediate reagent layer at a temperature below 0°C, and a step of adding a liquid containing a first primer and a second primer onto the film at a temperature below 0°C to form a second reagent layer.

それぞれの膜を積層する工程は、上述したのと同様にすることができる。
また、中間試薬層や第2試薬層の積層方法も上記で述べたのと同様にすることができる。なお、第1プライマーおよび第2プライマーが担体に固定化されているときは、当該担体を含む懸濁液を積層すればよい。
The process of laminating each film can be the same as that described above.
The method of laminating the intermediate reagent layer and the second reagent layer can be the same as that described above. When the first primer and the second primer are immobilized on a carrier, a suspension containing the carrier may be laminated.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例の態様には限
定されない。
The present invention will be specifically described below by way of examples, but the present invention is not limited to the aspects of the following examples.

実施例1. 多層化プレミックスの作製と検証(SATIC法)
1-1) プライマー固定化ナノ粒子の調製
a) ビオチン化プライマーの調製
ビオチン化プライマー(P1-1(ターゲット領域1に対応))とビオチン化プライマー(P2)を1×φ29 DNA polymerase reaction bufferに溶解させ、P1(1μM)、P2(20μM)のP1・P2混合溶液を調製した。
b) ナノ粒子の使用前の準備・洗浄
FGビーズ(FG beads streptavidin)をよくボルテックスし、均一な粒子になるまで撹拌し、40μLすくいとり、1.5 mLのエッペンドルフ社製チューブに入れた。
磁気ラック(磁石のついたチューブたて)にチューブをセットして、磁気ビーズと上清を分離した(5 分)。上清を抜き取り、1×φ29 DNA polymerase reaction bufferを40μL加えてピペッティングした。
上記操作をさらに2回行った。
c) ナノ粒子にプライマーを固定化・洗浄
磁気ラック(磁石のついたチューブたて)にチューブをセットして、磁気ビーズと上清を分離した(5 分)。上清を抜きとった。
洗浄したFGビーズに上記P1・P2混合溶液4μLを加えた。
25°C、30分間インキュベーションした。その際、5分おきにボルテックスを行った。
磁気ラック(磁石のついたチューブたて)にチューブをセットして、磁気ビーズと上清を分離した(5 分)。上清を抜き取り、1×φ29 DNA polymerase reaction bufferを40μL加えてピペッティングした。
上記操作をさらに2回行った。
磁気ラック(磁石のついたチューブたて)にチューブをセットして、磁気ビーズと上清を分離した(5 分)。上清を抜き取り、水を40μL加えてピペッティングした。
上記操作をさらに2回行った。これを使用するまで冷蔵保存した。
プレミックスの作製時に磁気ラック(磁石のついたチューブたて)にチューブをセットして、磁気ビーズと上清を分離した(5 分)。上清を抜き取った。その後、加熱溶解したPEG1000 20μLと10μg/μL BSA 20μLを加えた(液2)。
Example 1. Preparation and verification of multi-layered premix (SATIC method)
1-1) Preparation of primer-immobilized nanoparticles
a) Preparation of biotinylated primer Biotinylated primer (P 1 -1 (corresponding to target region 1)) and biotinylated primer (P 2 ) were dissolved in 1×φ29 DNA polymerase reaction buffer to prepare a P 1 /P 2 mixed solution of P 1 (1 μM) and P 2 (20 μM).
b) Preparation and cleaning of nanoparticles before use
FG beads (streptavidin) were thoroughly vortexed and stirred until they became uniform particles, and 40 μL was scooped out and placed in a 1.5 mL Eppendorf tube.
The tube was placed on a magnetic rack (a tube holder with a magnet) and the magnetic beads and the supernatant were separated (5 minutes). The supernatant was removed and 40 μL of 1×φ29 DNA polymerase reaction buffer was added and pipetted.
The above procedure was repeated two more times.
c) Immobilization and washing of primers on nanoparticles The tubes were placed on a magnetic rack (a tube holder with a magnet) to separate the magnetic beads from the supernatant (5 minutes). The supernatant was then removed.
To the washed FG beads, 4 μL of the above P1 · P2 mixed solution was added.
The mixture was incubated at 25°C for 30 minutes, with vortexing every 5 minutes.
The tube was placed on a magnetic rack (a tube holder with a magnet) and the magnetic beads and the supernatant were separated (5 minutes). The supernatant was removed and 40 μL of 1×φ29 DNA polymerase reaction buffer was added and pipetted.
The above procedure was repeated two more times.
The tube was placed on a magnetic rack (a tube holder with a magnet) to separate the magnetic beads from the supernatant (5 minutes). The supernatant was removed, and 40 μL of water was added and pipetted.
The above procedure was repeated two more times, and the mixture was stored in a refrigerator until use.
When preparing the premix, the tube was placed on a magnetic rack (a tube holder with a magnet) to separate the magnetic beads from the supernatant (5 minutes). The supernatant was removed. Then, 20 μL of PEG1000 and 20 μL of 10 μg/μL BSA that had been dissolved by heating were added (liquid 2).

1-2)多層化プレミックスの作製
i.チューブの底に1μLの10U/μLのφ29 DNA polymeraseを入れた。
ii.チューブ上から0.5g/mL PEG 1000 ジクロロメタン溶液を霧吹で吹きかけた。(ポリメラーゼの上にPEG1000をコーティングし層を作る)
iii.チューブ冷やしながら(0℃)真空乾燥させた(5分)。
iv.チューブを-21℃に冷却した。チューブを氷上で冷却しながらiiの上に冷却した液1を加えた。43μLを加えた。
v.チューブを-21℃に冷却した(液1を氷結させる)。
vi. チューブを冷やしながら(0℃)、チューブ上から0.5g/mL PEG 1000 ジクロロメタン溶液を霧吹で吹きかけた。(氷結した液1の上にPEG1000をコーティングし層を作る)
vii. 液2を1μL丁寧にPEG1000の層の上に加えた。
viii. これをSATICプレミックス試薬とし冷凍保管した。
1-2) Preparation of multi-layered premix
i. 1 μL of 10 U/μL φ29 DNA polymerase was added to the bottom of the tube.
ii. 0.5g/mL PEG 1000 dichloromethane solution was sprayed onto the top of the tube using a spray bottle. (This creates a layer of PEG 1000 on top of the polymerase.)
iii. The tube was cooled (0°C) and vacuum dried (5 minutes).
iv. The tube was cooled to -21°C. While the tube was cooled on ice, chilled Liquid 1 was added onto the tube in ii. 43 μL was added.
v. The tube was cooled to -21°C (freezing liquid 1).
vi. While cooling the tube (0°C), spray 0.5g/mL PEG 1000 dichloromethane solution onto the top of the tube with a spray bottle. (PEG 1000 is coated on the frozen liquid 1 to create a layer.)
vii. 1 μL of liquid 2 was carefully added onto the PEG1000 layer.
viii. This was used as the SATIC premix reagent and stored frozen.

Figure 0007565572000003
Figure 0007565572000003

1-3) プライマー固定化ナノ粒子を用いた反応
SATICプレミックス試薬に、さらにターゲットDNA(精製した1kbp DNA断片(10pM)または、細胞破砕液)を5μL加えた。
37°C、1500rpmの振動で20分反応させた。
1-3) Reaction using primer-immobilized nanoparticles
To the SATIC premix reagent, 5 μL of target DNA (purified 1 kbp DNA fragment (10 pM) or cell lysate) was further added.
The reaction was carried out at 37°C with shaking at 1500 rpm for 20 minutes.

Figure 0007565572000004
Figure 0007565572000004

1-4) 目視による観察
ナノ粒子の変化を目視で観察した。
1-4) Visual Observation The changes in the nanoparticles were observed visually.

結果
SATIC反応で冷凍凍結したプレミックス試薬を用いたところターゲットDNAを特異的に検出した(図3)。
result
When the frozen premixed reagent was used in the SATIC reaction, the target DNA was specifically detected (Figure 3).

実施例2. 多層化プレミックスの作製と検証(PCR用)
2-1)多層化プレミックスの作製
i.チューブの底に1μLの5U/μLのTaq DNA polymeraseを入れた。
ii.チューブ上から0.5g/mL PEG 1000 ジクロロメタン溶液を霧吹で吹きかけた。(ポリメラーゼの上にPEG1000をコーティングし層を作る)
iii.チューブ冷やしながら(0℃)真空乾燥させた(5分)。
iv.チューブを-21℃に冷却した。チューブを氷上で冷却しながらiiの上に冷却した液3を加えた。44μLを加えた。チューブを-21℃に冷却した(液3を氷結させる)。
v.これをPCRプレミックス試薬とし冷凍保管した。
Example 2. Preparation and validation of multi-layered premix (for PCR)
2-1) Preparation of multi-layered premix
i. Add 1 μL of 5 U/μL Taq DNA polymerase to the bottom of the tube.
ii. 0.5g/mL PEG 1000 dichloromethane solution was sprayed onto the top of the tube using a spray bottle. (This creates a layer of PEG 1000 on top of the polymerase.)
iii. The tube was cooled (0°C) and vacuum dried (5 minutes).
iv. The tube was cooled to -21°C. While the tube was cooled on ice, the cooled liquid 3 was added onto the tube in ii. 44 μL was added. The tube was cooled to -21°C (liquid 3 was frozen).
v. This was used as a PCR premix reagent and stored frozen.

Figure 0007565572000005
Figure 0007565572000005

2-2) PCR反応
PCRプレミックス試薬に、ターゲットDNA(精製した1kbp DNA断片(10pM)または、細胞破砕液)を5μL加えた(陰性対照には水を5μL加えた)。
PCRサイクルを行なった
1. 95℃ 5min
2. 95℃ 0.5min
3. 62℃ 0.5min
4. 72℃ 2min
2→4のサイクルを28回
5. 72℃ 5min
2-2) PCR reaction
5 μL of target DNA (purified 1 kbp DNA fragment (10 pM) or cell lysate) was added to the PCR premix reagent (5 μL of water was added as a negative control).
PCR cycles were performed
1. 95℃ 5min
2. 95℃ 0.5min
3. 62℃ 0.5min
4. 72℃ 2min
28 cycles of 2→4
5. 72℃ 5min

2-3) アガロース電気泳動
アガロース電気泳動でPCR産物の観察をした。
2-3) Agarose electrophoresis PCR products were observed by agarose electrophoresis.

結果:
冷凍凍結したプレミックス試薬を用いたところ1kbpのPCR産物が得られた(図4)。
result:
When the frozen premixed reagent was used, a PCR product of 1 kbp was obtained (Figure 4).

実施例3. 多層化プレミックスの作製と検証(LAMP法)
3-1)多層化プレミックスの作製
i.チューブの底に1μLの1.6U/μLのBst3.0 DNA polymeraseを入れた。
ii.チューブ上から0.5g/mL PEG 1000 ジクロロメタン溶液を霧吹で吹きかけた。(ポリメラーゼの上にPEG1000をコーティングし層を作る)
iii.チューブ冷やしながら(0℃)真空乾燥させた(5分)。
iv.チューブを-21℃に冷却した。チューブを氷上で冷却しながらiiの上に冷却した液4を加えた。44μLを加えた。チューブを-21℃に冷却した(液4を氷結させる)。
v. これをLAMPプレミックス試薬とし冷凍保管した。
Example 3. Preparation and verification of multi-layered premix (LAMP method)
3-1) Preparation of multi-layered premix
i. Add 1 μL of 1.6 U/μL Bst3.0 DNA polymerase to the bottom of the tube.
ii. 0.5g/mL PEG 1000 dichloromethane solution was sprayed onto the top of the tube using a spray bottle. (PEG1000 was coated on top of the polymerase to create a layer.)
iii. The tube was cooled (0°C) and vacuum dried (5 min).
iv. The tube was cooled to -21°C. While the tube was cooled on ice, the cooled liquid 4 was added onto the tube in ii. 44 μL was added. The tube was cooled to -21°C (liquid 4 was frozen).
v. This was used as the LAMP premix reagent and stored frozen.

Figure 0007565572000007
Figure 0007565572000007

3-2) LAMP反応
LAMPプレミックス試薬に、ターゲットDNA(精製した1kbp DNA断片(10pM)または、細胞破砕液)を5μL加えた。
60°C、30分反応させた。
3-2) LAMP reaction
5 μL of target DNA (purified 1 kbp DNA fragment (10 pM) or cell lysate) was added to the LAMP premix reagent.
The reaction was carried out at 60°C for 30 minutes.

Figure 0007565572000008
Figure 0007565572000008

3-3) 目視による観察
HNBの呈色変化を目視で観察した。
3-3) Visual Observation
The color change of HNB was observed visually.

結果:
LAMP反応で冷凍凍結したプレミックス試薬を用いたところターゲットDNAを特異的に検出した(図5)。
result:
When the frozen premixed reagent was used in the LAMP reaction, the target DNA was specifically detected (Figure 5).

使用した鋳型DNAおよびプライマー等の配列
精製した1kbp DNA断片:
TTGTCTACAGACTTTGCAGACTGATGTGATTCCCTCTGAAACTTGAATTATTTGGTTTCTAAAAAAGTCTCTTTTTTTCTTTCCAAAGTAAAAGACAAATAGGCCGGGAATGTAAATTTAGCATTTGAGCAACCATTATTTAACCAGCTAGGCTGTAATTGTTAATTCGAGATTAATGTAAAAGTGATGTGTTGATTTTATGCATGCCAAACTCTTTTTTGCTTTTAAGGGAATTCATAGGTAAGATATTACTTAAAATTTCTAAACTATTATTATCTGTTAACAAATATGAAGTGTTTTATATCTAATGTTTACTCATATTTTAAAATTGTTTCCAATCATTTAGCTTCACCCTGTGATCCCACTTTCATCCTGGGCTGTGCTCCCTGCAATGTGATCTGCTCCATTATTTTCCAGAAACGTTTCGATTATAAAGATCAGCAATTTCTTAACTTGATGGAAAAATTGAATGAAAACATCAGGATTGTAAGCACCCCCTGGATCCAGGTAAGGCCAAGTTTTTTGCTTCCTGAGAAACCACTTACAGTCTTTTTTTCTGGGAAATCCAAAATTCTATATTGACCAAGCCCTGAAGTACATTTTTGAATACTACAGTCTTGCCTAGACAGCCATGGGGTGAATATCTGGAAAAGATGGCAAAGTTCTTTATTTTATGCACAGGAAATGAATATCCCAATATAGATCAGGCTTCTAAGCCCATTAGCTCCCTGATCAGTGTTTTTTCCACTAAACTCCAAAGCCCTGTTTCTATAAAGTACTTTGGTGACAGCCCCAAAGCGTGCTTATATCACTCCATGGACATCCAGGCACTTTGGAGTCTTCCATTACTCACAAGGCTTGTCCTTCAATTCACACTTTGTCATATTGTGTGACAGAAATATCCTAATCTAAAAGACATTATCTCCTTCAAGGACAGAGAATATTTGGAACCACAGAAGCTGCCAAGAAACACTGAATAGGGCAGAGGTGTTTGATGTCTC(配列番号1)長さ:1001bp
cT1(CYP2C19*3):CAA AAA ACA GGG GGT GCT TAC AAT CCT AGG ATT GTA TAG AAG CTG TTG TAT TGT TGT CGA AGA AGA AAA GTC C(配列番号2)長さ:73base
cT2 CCC AAC CCT ACC CAC CCT CAA GAA AAA AAA GTG ATA ATT GTT GTC GAA GAA GAA AAA AAA TT(配列番号3)長さ:62base
P1(CYP2C19*3): TTA CCT GGA TCT TTT TTG(配列番号4)長さ:18base
P2 GAA GCT GTT GTT ATC ACT(配列番号5)長さ:18base
PCR-FP(CYP2C19*3): TTGTCTACAGACTTTGCAGACTGATGTGAT (配列番号6)長さ:30base
PCR-RP(CYP2C19*3): GAGACATCAAACACCTCTGCCCTATTCAGT (配列番号7)長さ:30base
FIP(CYP2C19*3): TCCAGGGGTCTTAACTTGATGGAAAAAT (配列番号8)長さ:28base
BIP(CYP2C19*3):GGATCCAGGCCCAGAAAAAAAGACTGT(配列番号9)長さ:28base
F3(CYP2C19*3): TCCAGAAACGTTTCG(配列番号10)長さ:15base
B3(CYP2C19*3): AGGGCTTGGTCAATAT(配列番号11)長さ:16base
LoopF(CYP2C19*3): GCTTACAATCCTGATGTT(配列番号12)長さ:18base
LoopB(CYP2C19*3): GTAAGGCCAAGTTTTTTG(配列番号13)長さ:18base
Sequences of template DNA and primers used: Purified 1 kbp DNA fragment:
(SEQ ID NO: 1) Length: 1001bp
cT 1 (CYP2C19*3):CAA AAA ACA GGG GGT GCT TAC AAT CCT AGG ATT GTA TAG AAG CTG TTG TAT TGT TGT CGA AGA AGA AAA GTC C (SEQ ID NO: 2) Length: 73base
cT2 CCC AAC CCT ACC CAC CCT CAA GAA AAA AAA GTG ATA ATT GTT GTC GAA GAA GAA AAA AAA TT (SEQ ID NO: 3) Length: 62base
P1 (CYP2C19*3): TTA CCT GGA TCT TTT TTG (SEQ ID NO: 4) Length: 18 bases
P2GAA GCT GTT GTT ATC ACT (SEQ ID NO: 5) Length: 18 bases
PCR-FP (CYP2C19*3): TTGTCTACAGACTTTGCAGACTGATGTGAT (SEQ ID NO: 6) Length: 30 bases
PCR-RP (CYP2C19*3): GAGACATCAAACACCTCTGCCCTATTCAGT (SEQ ID NO: 7) Length: 30 bases
FIP (CYP2C19*3): TCCAGGGGTCTTAACTTGATGGAAAAAT (SEQ ID NO: 8) Length: 28 bases
BIP (CYP2C19*3): GGATCCAGGCCCAGAAAAAAAGACTGT (SEQ ID NO: 9) Length: 28 bases
F3 (CYP2C19*3): TCCAGAAACGTTTCG (SEQ ID NO: 10) Length: 15 base
B3 (CYP2C19*3): AGGGCTTGGTCAATAT (SEQ ID NO: 11) Length: 16 base
LoopF (CYP2C19*3): GCTTACAATCCTGATGTT (SEQ ID NO: 12) Length: 18 bases
Loop B (CYP2C19*3): GTAAGGCCAAGTTTTTTG (SEQ ID NO: 13) Length: 18 bases

[合成例]
ThT誘導体の合成
以下のスキームに従ってThT-PEG-ThTを合成した。なお、ThT-AEの合成法は参考文献(Kataoka, Y.; Fujita, H.; Afanaseva, A.; Nagao, C.; Mizuguchi, K.; Kasahara, Y.; Obika, S.; Kuwahara, M. Biochemistry, 2019, 58, 493.)に記載の通りである。

Figure 0007565572000009
[Synthesis Example]
Synthesis of ThT derivatives: ThT-PEG-ThT was synthesized according to the following scheme. The synthesis method of ThT-AE was as described in the reference (Kataoka, Y.; Fujita, H.; Afanaseva, A.; Nagao, C.; Mizuguchi, K.; Kasahara, Y.; Obika, S.; Kuwahara, M. Biochemistry, 2019, 58, 493.).
Figure 0007565572000009

[化合物T1の合成]
ThT-AE (32 mg, 0.10 mmol)にdry Dichloromethane (CH2Cl2) (0.30 mL)を加えて撹拌し、そこにTriethylamine (TEA) (85 μL, 0.61 mmol)を加えた後にSuccinic anhydride (11 mg, 0.11 mmol)を加え、室温で30分撹拌した。反応混合物を減圧留去した後、残渣を水で懸濁させ、CH2Cl2で洗浄した。水層を減圧留去することで化合物T1を定量的に得た。ESI-MS (positive ion mode) m/z, found =412.15, calculated for [M+] =412.17.
[Synthesis of compound T1]
Dry dichloromethane ( CH2Cl2 ) (0.30 mL) was added to ThT-AE (32 mg, 0.10 mmol) and stirred. Triethylamine (TEA) (85 μL, 0.61 mmol) was then added, followed by succinic anhydride (11 mg, 0.11 mmol), and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. The reaction mixture was evaporated under reduced pressure, and the residue was suspended in water and washed with CH2Cl2 . Compound T1 was quantitatively obtained by evaporating the aqueous layer under reduced pressure. ESI-MS (positive ion mode) m/z, found =412.15, calculated for [M + ] =412.17.

[ThT-PEG-ThTの合成]
ThT-PEG (10 mg, 10 μmol)にdry DMF (0.3 mL)を加えて撹拌し、そこにHOBt・H2O (4.
2 mg, 26 μmol)、PyBOP (14 mg, 26 μmol)を加えた後にDIPEA (14 μL, 80 μmol)を
加えた。そこに、dry DMF (0.2 mL)に溶解した化合物T1 (5.6 mg, 13 μmol)を加え、室温で5時間撹拌した。反応混合物を減圧留去した後、残渣をCH2Cl2で溶解し、水で洗浄した。有機層を減圧留去し、ジエチルエーテルで固液抽出した後にHPLCを用いて精製することでThT-PEG-ThTを得た。
収量 : 0.82 mg 収率 : 6.1%
[Synthesis of ThT-PEG-ThT]
ThT-PEG (10 mg, 10 μmol) was added to dry DMF (0.3 mL) and stirred, and then HOBt.H 2 O (4.
To the mixture, compound T1 (5.6 mg, 13 μmol) dissolved in dry DMF (0.2 mL) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 5 hours. The reaction mixture was evaporated under reduced pressure, and the residue was dissolved in CH 2 Cl 2 and washed with water. The organic layer was evaporated under reduced pressure, and the mixture was extracted with diethyl ether and purified using HPLC to obtain ThT-PEG-ThT.
Yield: 0.82 mg Yield: 6.1%

1H NMR (500 MHz, Deuterium oxide) δ 8.01 (2H, d) 7.97 (2H, s) 7.75 (6H, t) 6.95
(4H, d) 5.12 (4H, t) 3.86 (4H, s) 3.68 (44H, q) 3.61 (4H, q) 3.42-3.35 (4H, m) 3.10 (12H, s) 2.65 (4H, t) 2.57 (3H, s) 2.54 (3H, t); ESI-MS (positive ion mode)
m/z, found = 1348.51, calculated for [H+]= 1348.67.
1 H NMR (500 MHz, Deuterium oxide) δ 8.01 (2H, d) 7.97 (2H, s) 7.75 (6H, t) 6.95
(4H, d) 5.12 (4H, t) 3.86 (4H, s) 3.68 (44H, q) 3.61 (4H, q) 3.42-3.35 (4H, m) 3.10 (12H, s) 2.65 (4H, t) 2.57 (3H, s) 2.54 (3H, t); ESI-MS (positive ion mode)
m/z, found = 1348.51, calculated for [H + ]= 1348.67.

20・・・一本鎖環状DNA、21・・・標的核酸、22・・・第1オリゴヌクレオチドプライマー、23・・・第1増幅産物、24・・・第2一本鎖環状DNA、25・・・第2オリゴヌクレオチドプライマー、26・・・第2増幅産物、201・・・第1の部位に相補的な配列、202・・・第1プライマー結合配列、203・・・第2一本鎖環状DNA結合配列、204・・・203の5’側に隣接した部位、211・・・第1の部位、212・・・第2の部位、221・・・第2の部位に相補的な配列、222・・・第1プライマー結合部位に相補的な配列、231・・・、203の相補領域、232・・・部位204に相補的な領域、233・・・配列203に相補的な配列、241・・・第2一本鎖環状DNA結合配列203と同一の配列、242・・・第2プライマー結合配列、243・・・グアニン四重鎖形成配列に相補的な配列、251・・・部位204と同一の配列、252・・・第2一本鎖環状DNAの第2プライマー結合配列242に相補的な配列、261・・・グアニン四重鎖を含む配列、262・・・グアニン四重鎖検出試薬 20...single-stranded circular DNA, 21...target nucleic acid, 22...first oligonucleotide primer, 23...first amplification product, 24...second single-stranded circular DNA, 25...second oligonucleotide primer, 26...second amplification product, 201...sequence complementary to first site, 202...first primer binding sequence, 203...second single-stranded circular DNA binding sequence, 204...site adjacent to the 5' side of 203, 211...first site, 212...second site, 221...sequence complementary to second site, 222...second Sequence complementary to the 1 primer binding site, 231..., complementary region of 203, 232...region complementary to site 204, 233...sequence complementary to sequence 203, 241...sequence identical to the second single-stranded circular DNA binding sequence 203, 242...second primer binding sequence, 243...sequence complementary to the G-quadruplex forming sequence, 251...sequence identical to site 204, 252...sequence complementary to the second primer binding sequence 242 of the second single-stranded circular DNA, 261...sequence containing G-quadruplex, 262...G-quadruplex detection reagent

Claims (6)

反応容器と、該反応容器内に収容された核酸増幅反応用試薬を含む核酸増幅反応用キットであって、
前記核酸増幅反応はSATIC法であり、
前記試薬は、核酸ポリメラーゼを含む第1試薬層と、
プライマーオリゴヌクレオチドを含む第2試薬層と
前記第1試薬層と前記第2試薬層の間に第1一本鎖環状DNAおよび第2一本鎖環状DNAを含む中間試薬層と、
を含み、
前記中間試薬層は前記第1試薬層および前記第2試薬層のそれぞれと、0℃未満では固体であるが0~35℃の間で水溶液に溶解する物質で構成される、第一の膜および第二の膜で隔離され、
前記第2試薬層は第1プライマーおよび第2プライマーを含み、
前記各層および前記各膜が、前記第1試薬層上に、前記第1試薬層からみて、前記第一の膜、前記中間試薬層、前記第二の膜、前記第2試薬層の順の積層状態で凍結保存された多層化試薬プレミックスであることを特徴とする、核酸増幅反応用キット。
A kit for nucleic acid amplification reaction comprising a reaction vessel and a nucleic acid amplification reaction reagent contained in the reaction vessel,
The nucleic acid amplification reaction is a SATIC method,
The reagent comprises a first reagent layer including a nucleic acid polymerase;
a second reagent layer comprising a primer oligonucleotide ;
an intermediate reagent layer between the first reagent layer and the second reagent layer, the intermediate reagent layer including a first single-stranded circular DNA and a second single-stranded circular DNA;
Including,
the intermediate reagent layer is separated from the first reagent layer and the second reagent layer by a first membrane and a second membrane, respectively, each of which is composed of a substance that is solid below 0° C. but dissolves in aqueous solution between 0 and 35° C.;
the second reagent layer includes a first primer and a second primer;
A kit for nucleic acid amplification reaction, characterized in that each of the layers and each of the membranes is a multilayered reagent premix that is frozen and stored on the first reagent layer in a layered state in the following order, viewed from the first reagent layer: first membrane, intermediate reagent layer, second membrane, and second reagent layer .
中間試薬層はさらに核酸基質および反応緩衝剤を含む、請求項に記載の核酸増幅反応用キット。 2. The nucleic acid amplification reaction kit according to claim 1 , wherein the intermediate reagent layer further comprises a nucleic acid substrate and a reaction buffer. 前記第1プライマーおよび第2プライマーは担体に固定化されている、請求項またはに記載の核酸増幅反応用キット。 3. The nucleic acid amplification reaction kit according to claim 1 , wherein the first primer and the second primer are immobilized on a carrier. 前記0℃未満では固体であるが0~35℃の間で水溶液に溶解する物質は、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、糖鎖化合物、ポリアミド鎖化合物、または自己組織化能を有する水溶性複素環式化合物である、請求項1~のいずれか一項に記載の核酸増幅反応用キット。 The nucleic acid amplification reaction kit according to any one of claims 1 to 3, wherein the substance that is solid below 0°C but dissolves in an aqueous solution between 0 and 35 °C is polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, a sugar chain compound, a polyamide chain compound, or a water-soluble heterocyclic compound having a self-organizing ability. 請求項1~のいずれか一項に記載の核酸増幅反応用キットを温度制御装置に配置する工程と、核酸含有試料を反応容器内に添加する工程とを含む、核酸含有試料中の核酸の増幅方法。 A method for amplifying a nucleic acid in a nucleic acid-containing sample, comprising the steps of: placing the nucleic acid amplification reaction kit according to any one of claims 1 to 4 in a temperature control device; and adding the nucleic acid-containing sample to a reaction vessel. 核酸増幅反応容器に核酸ポリメラーゼを含む液体を添加して第1試薬層を形成する工程、第1試薬層上に0℃未満では固体であるが0~35℃の間で水溶液に溶解する物質で構成される膜を積層する工程、
0℃未満の温度下で、当該膜上に第1一本鎖環状DNAおよび第2一本鎖環状DNAを含む液体を添加して中間試薬層を形成する工程、
0℃未満の温度下で、中間試薬層上に0℃未満では固体であるが0~35℃の間で水溶液に溶解する物質で構成される膜を積層する工程、ならびに
0℃未満の温度下で、当該膜上に第1プライマーおよび第2プライマーを含む液体を添加して第2試薬層を形成する工程、を含む、反応容器内に多層化試薬プレミックスを収容する、SATIC反応用キットの製造方法。
A step of adding a liquid containing a nucleic acid polymerase to a nucleic acid amplification reaction vessel to form a first reagent layer, and a step of laminating a film composed of a substance that is solid below 0°C but dissolves in an aqueous solution between 0 and 35°C on the first reagent layer;
adding a liquid containing a first single-stranded circular DNA and a second single-stranded circular DNA onto the membrane at a temperature below 0° C. to form an intermediate reagent layer;
A method for producing a SATIC reaction kit, which contains a multi-layered reagent premix in a reaction vessel, includes the steps of: laminating, on an intermediate reagent layer, a film composed of a substance that is solid at temperatures below 0°C but dissolves in an aqueous solution between 0 and 35°C, at a temperature below 0°C; and adding, on the film, a liquid containing a first primer and a second primer, at a temperature below 0°C, to form a second reagent layer.
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