JPH0775560B2 - Method for detecting target nucleic acid in sample - Google Patents
Method for detecting target nucleic acid in sampleInfo
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- JPH0775560B2 JPH0775560B2 JP63231737A JP23173788A JPH0775560B2 JP H0775560 B2 JPH0775560 B2 JP H0775560B2 JP 63231737 A JP63231737 A JP 63231737A JP 23173788 A JP23173788 A JP 23173788A JP H0775560 B2 JPH0775560 B2 JP H0775560B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 技術分野 本発明は、いわゆるハイブリダイゼーション法を用いな
いで特定の遺伝子の塩基配列を検出する方法に関する。
より詳細には、検出すべき核酸配列に相補的な官能基を
有する1対のプライマーを用いて、核酸配列に相補的な
プライマーの伸長反応を行って得られるプライマーの伸
長生成物同士で形成された二本鎖部分を有する核酸配列
を、固相担体に固定化した後、検出する方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for detecting a base sequence of a specific gene without using a so-called hybridization method.
More specifically, a pair of primers having a functional group complementary to the nucleic acid sequence to be detected is used to perform an extension reaction of the primer complementary to the nucleic acid sequence to form extension products of the primers. The present invention relates to a method for detecting a nucleic acid sequence having a double-stranded portion after immobilizing it on a solid phase carrier.
先行技術 遺伝子の分子生物学の急速な進歩に伴い、特定の遺伝子
の塩基配列を検出することはきわめて重要なものとなっ
てきている。例えば、遺伝病の出生前診断、癌の分子レ
ベルでの診断あるいはウイルスのような病原体の検出に
おいて遺伝子の検出を行うことは重大な意義がある。2. Description of the Related Art With the rapid progress of molecular biology of genes, it has become extremely important to detect the nucleotide sequence of a specific gene. For example, it is of great significance to detect genes in prenatal diagnosis of genetic diseases, molecular diagnosis of cancer, or detection of pathogens such as viruses.
このような遺伝子の検出を行うには、一般的にはハイブ
リダイゼーションと呼ばれる方法が使われる(B.D.Hame
sおよびS.J.Higgins:Nucleic acid hybidization,a pra
ctical approach.IRL Press,1985)。この方法は、標的
配列と相補的な塩基配列をもつ単鎖あるいは二本鎖を放
射性あるいは非放射性の標識物質で標識し、そののち標
的配列との相補性を利用して結合させて、すなわちハイ
ブリダイズさせて、標的配列を検出する方法である。こ
の場合、一般的には、標的物質を担体に固定するドット
ハイブリダイゼーション法〔DNA,4,327−331,(198
5)〕あるいはサザンハイブリダイゼーション法〔Molec
ular Cloning,p382,Cold Spring Harbor(1982)〕等が
行われる。しかしながら、これらの方法は煩雑で手間が
かかり、機械化の努力もされているにもかかわらず、未
だに多数の試料をルーチン作業として分析することは不
可能である。これらの問題を解消するためにプローブを
担体に固定するハイブリダイゼーション法が工夫されて
いるが〔例えば、T.R.Gingerasら:Nucleic Acids Res.1
55373−5390〕、このような液相−固相間のハイブリダ
イゼーションには限界があり、感度等の点で実際に応用
できる方法とはなり得ていない。これらの液相−固相間
のハイブリダイゼーションの欠点を克服するためにサン
ドイッチ型の液相−液相ハイブリダイゼーションが工夫
されている〔例えば、Ann−Christine Syvaenenら:、N
ucleic Acids Res.14,5037−5048(1986)、特開昭62−
229068号公報〕。しかしながら、これらの方法も、プロ
ーブを大過剰に使う事から来る高バックグラウンドや感
度の点で、満足のいくものとはなり得ていない。A method generally called hybridization is used to detect such a gene (BDHame
s and SJ Higgins: Nucleic acid hybidization, a pra
ctical approach. IRL Press, 1985). In this method, a single chain or a double chain having a base sequence complementary to a target sequence is labeled with a radioactive or non-radioactive labeling substance, and then it is bound using its complementarity with the target sequence, that is, a hybrid. This is a method of detecting a target sequence by allowing soybean. In this case, generally, a dot hybridization method [DNA, 4 , 327-331, (198
5)] or Southern hybridization method [Molec
ular Cloning, p382, Cold Spring Harbor (1982)] and so on. However, even though these methods are cumbersome, time-consuming, and mechanized, it is still impossible to analyze a large number of samples as a routine work. In order to solve these problems, a hybridization method in which a probe is immobilized on a carrier has been devised (for example, TR Gingeras et al .: Nucleic Acids Res. 1
5 5373-5390], there is a limit to such hybridization between liquid phase and solid phase, and it cannot be a method that can be actually applied in terms of sensitivity and the like. In order to overcome these drawbacks of liquid-solid hybridization, sandwich type liquid-liquid hybridization has been devised [eg Ann-Christine Syvaenen et al., N.
Nucleic Acids Res. 14 , 5037-5048 (1986), JP-A-62-
229068]. However, these methods have also not been satisfactory in terms of high background and sensitivity resulting from the large excess of probe usage.
また、感度を向上させるために、特定の核酸配列を増幅
する方法が開発されているが(特開昭62−281号公
報)、この方法においてもハイブリダイゼーションの操
作は必要であって、煩雑さを減じることになっていな
い。Further, a method for amplifying a specific nucleic acid sequence has been developed in order to improve the sensitivity (Japanese Patent Laid-Open No. 62-281), but this method also requires an operation of hybridization, which is complicated. Is not to be reduced.
要 旨 本発明は、上記問題点を解決し、特定の塩基配列を容易
にしかも感度よく検出する方法を与えることを目的と
し、検出すべき核酸配列に相補的な官能基を有する1対
のプライマーを用いて、該核酸配列に相補的なプライマ
ーの伸長反応を行って得られるプライマーの伸長生成物
同士で形成された、二本鎖部分を有する核酸配列を、固
相担体に固定化した後、検出する方法を提供することに
よってこの問題を解決しようとするものである。The purpose of the present invention is to solve the above problems and to provide a method for easily and sensitively detecting a specific base sequence, and a pair of primers having a functional group complementary to a nucleic acid sequence to be detected. Using, the nucleic acid sequence having a double-stranded portion formed between the extension products of the primer obtained by performing the extension reaction of the primer complementary to the nucleic acid sequence, after being immobilized on a solid phase carrier, It seeks to solve this problem by providing a method of detection.
従って、本発明による、検体中の少くとも一つの目的核
酸の検出方法は、下記の工程(イ)〜(リ)を実施する
こと、を特徴とするものである。Therefore, the method for detecting at least one target nucleic acid in a sample according to the present invention is characterized by carrying out the following steps (a) to (i).
(イ)少なくとも一つの目的核酸(以下、核酸(I)と
いう)存在の有無を検知しようとする検体を用意するこ
と。(A) To prepare a sample to detect the presence or absence of at least one target nucleic acid (hereinafter referred to as nucleic acid (I)).
(ロ)核酸(I)が二本鎖の場合は各鎖に対して相補的
であり、核酸(I)が一本鎖の場合は核酸(I)および
核酸(I)と相補的な核酸の各鎖に対して相補的であ
り、かつ核酸(I)よりは短いが核酸(I)と特異的に
ハイブリダイズするのに充分な長さの一対の一本鎖核酸
であって、その一方に検出可能な標識からなる官能基が
導入され、他方に固相担体と結合可能な部位からなる官
能基が導入されている核酸(以下、核酸(I)という)
を用意すること。(B) When the nucleic acid (I) is double-stranded, it is complementary to each strand, and when the nucleic acid (I) is single-stranded, the nucleic acid (I) and the nucleic acid complementary to the nucleic acid (I) A pair of single-stranded nucleic acids that are complementary to each strand and that are shorter than nucleic acid (I) but long enough to specifically hybridize with nucleic acid (I); Nucleic acid into which a functional group consisting of a detectable label has been introduced, and a functional group consisting of a site capable of binding to a solid phase carrier has been introduced into the other (hereinafter referred to as nucleic acid (I))
To prepare.
(ハ)工程(イ)の検体を、核酸(I)が一本鎖核酸で
あればそのままで、これが二本鎖核酸であれば一本鎖に
してから次の工程に供すること。(C) If the nucleic acid (I) is a single-stranded nucleic acid, the sample of the step (a) is left as it is, and if it is a double-stranded nucleic acid, it is single-stranded and then subjected to the next step.
(ニ)前の工程で得られる一本鎖核酸に核酸(I)をハ
イブリダイズさせ、単位核酸の存在下で該一本鎖を鋳型
として鎖長を伸長させて二本鎖核酸を形成させるか、必
要に応じて、該二本鎖核酸を一本鎖にした後に合成核酸
鎖同士をハイブリダイズさせ、上記両官能基を有する二
本鎖核酸を得ること。(D) Whether the single-stranded nucleic acid obtained in the previous step is hybridized with the nucleic acid (I), and in the presence of a unit nucleic acid, the single strand is used as a template to extend the chain length to form a double-stranded nucleic acid If necessary, the double-stranded nucleic acid is made into a single strand, and then the synthetic nucleic acid strands are hybridized to each other to obtain a double-stranded nucleic acid having both functional groups.
(ホ)工程(ニ)で得られる二本鎖核酸を一本鎖にする
こと。(E) Making the double-stranded nucleic acid obtained in step (d) single-stranded.
(ヘ)工程(ホ)で得られる一本鎖核酸を用いて、工程
(ニ)の操作を行うか、工程(ニ)および(ホ)の操作
を順次段階的に繰り返し行い、最終的に工程(ニ)に相
当する段階で終了して検出可能な標識および固相担体と
結合可能な部位からなる両官能基を有する二本鎖核酸を
得ること。(F) Using the single-stranded nucleic acid obtained in the step (e), the step (d) is performed, or the steps (d) and (e) are sequentially repeated step by step, and finally the step To obtain a double-stranded nucleic acid having both functional groups consisting of a detectable label and a site capable of binding to a solid phase carrier, which is completed at the stage corresponding to (d).
(ト)工程(ニ)または(ヘ)の産物である両官能基を
有する二本鎖核酸を、該固相担体と結合可能な部位から
なる官能基を利用して、該検体中において固相担体と結
合させること。(G) The double-stranded nucleic acid having both functional groups, which is the product of the step (d) or (f), is solid-phased in the sample using a functional group composed of a site capable of binding to the solid-phase carrier. To be combined with a carrier.
(チ)工程(ト)で得られる固相担体を洗浄して、固相
担体に結合していない核酸を除去すること。(H) Washing the solid phase carrier obtained in step (g) to remove the nucleic acid not bound to the solid phase carrier.
(リ)工程(チ)で得られる固相担体を、該標識からな
る官能基を利用する検出操作に付して、固相担体に結合
している核酸の有無を、検出すべき核酸に対応するもの
として検出すること。(I) The solid-phase carrier obtained in step (h) is subjected to a detection operation using a functional group consisting of the label, and the presence or absence of nucleic acid bound to the solid-phase carrier corresponds to the nucleic acid to be detected. Detect as something to do.
効 果 本発明による核酸配列の検出法は、前記で定義したよう
に、ポリメラーゼなどを用いて二種類の標識物で標識さ
れた検出対象の複製物(核酸配列)を得、該標識物の一
方を固相担体の固定用に、他方を検出のための標識とし
て目的の遺伝子を検出することからなり、いわゆるハイ
ブリダイゼーションという煩雑な操作を必要とせず、現
在、他の分野例えば抗原抗体反応の分野で利用されてい
る装置を容易に本法に応用することができる。その結
果、一度に多検体を分析することができる。As described above, the method for detecting a nucleic acid sequence according to the present invention obtains a copy (nucleic acid sequence) to be detected labeled with two types of labels using a polymerase or the like, and Is used for immobilizing a solid phase carrier and the other is used as a label for detection to detect a gene of interest, and does not require a complicated operation called so-called hybridization, and is currently used in other fields such as the field of antigen-antibody reaction. The device used in 1. can be easily applied to this method. As a result, multiple samples can be analyzed at once.
そして、核酸のハイブリダイゼーションやゲル電気泳動
での核酸の分離を必要としないため、核酸を含む試料は
粗精製の状態でよく、試料の調製も容易で、装置を用い
て行うことができる。Since nucleic acid hybridization and gel nucleic acid separation by gel electrophoresis are not required, the sample containing the nucleic acid may be in a roughly purified state, and the sample can be easily prepared and can be used by using an apparatus.
また、本発明ではハイブリダイゼーションを行わないで
プライマーによる伸長反応を行うために、分析時間を大
幅に短縮することができる。さらに、本測定法において
あらかじめ用意しておく標識物質としては、標識化プラ
イマーあるいは標識化モノヌクレオチドでいずれも化学
的に大量合成でき、従来のハイブリダイゼーション法の
ように天然のDNAフラグメントを酵素等を使って標識す
る必要はない。Further, in the present invention, the extension reaction by the primer is performed without performing the hybridization, so that the analysis time can be significantly shortened. Further, as the labeling substance prepared in advance in this measurement method, labeled primer or labeled mononucleotide can be chemically synthesized in large quantities, and a natural DNA fragment can be synthesized with an enzyme or the like as in the conventional hybridization method. There is no need to use and label.
さらに、それぞれの検出しようとする試料中において、
目的核酸(I)の塩基配列が微妙に(一塩基以上)異な
る場合も、ポリメラーゼ等の反応条件を適当に調節する
ことにより、プライマーが目的核酸に完全に相補的であ
る場合とそうでない場合を区別することができる。つま
り、ハイブリダイゼーション法等によらないで容易に点
突然変異をも検出することができる。Furthermore, in each sample to be detected,
Even when the base sequence of the target nucleic acid (I) is slightly different (more than one base), by appropriately adjusting the reaction conditions such as polymerase, the case where the primer is completely complementary to the target nucleic acid and the case where it is not Can be distinguished. That is, point mutations can be easily detected without relying on the hybridization method or the like.
そして、それぞれ官能基の異なる標識物質で標識された
複数のプライマーを使用すれば、同時に一種類以上の目
的核酸(I)に対する伸長反応を行う事ができ、それぞ
れの標識物質の官能基を利用する検出操作を行う事によ
って、同時に多数の目的核酸の存在の有無を調べる事が
できる。Then, by using a plurality of primers each labeled with a labeling substance having a different functional group, an extension reaction for one or more kinds of target nucleic acid (I) can be performed at the same time, and the functional groups of the respective labeling substances are used. By performing the detection operation, the presence or absence of many target nucleic acids can be examined at the same time.
〔発明の具体的説明〕 検出原理 本発明による少くとも一つの目的核酸の検出法は前記の
工程(イ)〜(リ)を含んでなるが、この方法は、
(i)検体中の目的核酸(核酸(I)という)からそれ
と相補性の核酸を検体中でつくって(この核酸を合成核
酸という)、それについて検出を行うこと、(ii)検体
中の合成核酸を固相担体に固定して、合成核酸上の標識
を利用して検出を行うこと、(iii)上記の(ii)を行
うために、核酸(I)(二本鎖の場合は各鎖、一本鎖の
場合は原鎖およびこれに相補的な核酸鎖)と相補的で核
酸(I)よりは短いが核酸(I)と特異的にハイブリダ
イズするのに充分な長さの一対の一本鎖核酸について、
その一方に検出可能な標識が、他方に固相担体と結合可
能な部位が導入された核酸(II)を用いて増幅反応を行
うことにより、合成核酸を固相担体と結合可能な部位か
らなる官能基と標識からなる官能基とを導入したものと
して得るが、官能基の導入を合成核酸のみが両官能基を
共に持つけれども共存核酸は両官能基を共に持つことが
ないように行って、固相担体上での検出を選択的なもの
とすること、を基本原理とするものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Detection Principle The method for detecting at least one target nucleic acid according to the present invention comprises the steps (a) to (i) described above.
(I) A target nucleic acid (referred to as nucleic acid (I)) in the sample is prepared with a nucleic acid complementary thereto (this nucleic acid is referred to as a synthetic nucleic acid), and detection is carried out; (ii) Synthesis in the sample Immobilizing nucleic acid on a solid phase carrier and performing detection using a label on synthetic nucleic acid, (iii) In order to perform (ii) above, nucleic acid (I) (each strand in the case of double-stranded) , A single strand, which is complementary to the original strand and a nucleic acid strand complementary thereto and is shorter than the nucleic acid (I) but long enough to specifically hybridize with the nucleic acid (I). For single-stranded nucleic acid,
By carrying out an amplification reaction using a nucleic acid (II) having a detectable label on one side and a site capable of binding to a solid phase carrier on the other side, a site capable of binding a synthetic nucleic acid to the solid phase carrier is formed. A functional group and a functional group consisting of a label are obtained, and the functional group is introduced so that only the synthetic nucleic acid has both functional groups, but the coexisting nucleic acid does not have both functional groups. The basic principle is to make the detection on the solid phase carrier selective.
このように、目的核酸の塩基配列を写しとった合成核酸
は、検体中においてそれのみが前記両官能基を持たせて
あるから、すなわち、検体中の共存非目的核酸はこれら
の官能基を全く持たないかあるいは一方だけしか(たと
えば、固相担体への結合部位)持たないようにしてある
から、検体を固相担体と接触させてから該固相担体を洗
浄すると、担体との結合部位を持たない共存核酸は洗い
流され、一方このような部位を持つ共存核酸は固相担体
に結合しているけれどもこれは標識を持たないので、核
酸結合固相担体について検出操作を実施しても検出され
ることなく目的核酸のみが検出されて、上記の選択検出
が可能となる。なお、検体中に目的核酸が存在しなけれ
ば、合成核酸は生成せず、固相担体に結合する標識付き
核酸も無いところから、検出結果は検体には目的核酸不
在と出る。As described above, the synthetic nucleic acid obtained by copying the base sequence of the target nucleic acid has only the both functional groups in the sample, that is, the coexisting non-target nucleic acid in the sample does not have these functional groups at all. Since it has no or only one (for example, the binding site to the solid phase carrier), if the solid phase carrier is washed after contacting the sample with the solid phase carrier, the binding site to the carrier is The coexisting nucleic acid not having it is washed away, while the coexisting nucleic acid having such a site is bound to the solid-phase carrier, but since it does not have a label, it can be detected even if the detection operation is performed on the nucleic acid-bound solid-phase carrier. Without detection, only the target nucleic acid is detected, and the above selective detection becomes possible. If the target nucleic acid does not exist in the sample, no synthetic nucleic acid is produced, and there is no labeled nucleic acid that binds to the solid phase carrier, so that the detection result shows that the target nucleic acid is absent in the sample.
このような選択検出性を実現すべき前記両官能基の導入
は、上記両官能基を有するプライマー(前記の核酸(I
I))を使用して、たとえば目的核酸がDNAであればそれ
を一本鎖にしてからDNAポリメラーゼにより、目的核酸
がRNAであれば逆転写酵素によって、プライマーから鎖
長を伸長させ、DNAとした後に遺伝子増幅を行って、該
合成核酸鎖を両官能基を持つものとして得ること、によ
って行うことができる。このように得られる両官能基を
持つ合成核酸鎖の具体例を挙げれば、目的核酸(I)が
二本鎖DNAであるときに一方の鎖について、固相担体へ
の結合部位を持つプライマー(核酸(II))をハイブリ
ダイズさせ、そこへ単位核酸としてのdATP、dTTP、dGT
P、dCTP等(詳細後記)の少なくとも一種の存在下にDNA
ポリメラーゼを働かせて該プライマーの鎖長を伸長さ
せ、原DNA鎖と合成核酸鎖との二本鎖とし、上記二本鎖D
NAの他方について検出可能な標識を持つプライマー(核
酸(II))をハイブリダイズさせ、上記と同様に伸長反
応を行って二本鎖構造体をつくり両二本鎖構造体から原
DNA由来の鎖を除去して合成鎖を遊離させ、両合成鎖を
ハイブリダイズさせて、プライマーから供給された両官
能基を持つ二本鎖としたもの、あるいは目的核酸(I)
が一本鎖DNAであるときにはそれについて、上記と同様
に固相担体と結合可能な部位(または検出可能な標識)
を持つプライマー(核酸(II))をハイブリダイズさ
せ、伸長反応を行って原DNA鎖と合成核酸鎖との二本鎖
とし、生成した合成核酸鎖について、検出可能な標識
(または固相担体と結合可能な部位)を持つプライマー
(核酸(II))をハイブリダイズさせ、同様に伸長反応
を行って両官能基を持つ二本鎖としたもの、さらには遊
離させた各合成核酸鎖についてプライマーの付加および
(または)鎖長の伸長ないし合成鎖の形成を行って、合
成鎖からなる二本鎖の増幅を行ったもの等がある。The introduction of both the functional groups which should realize such selective detection is carried out by the primer having the above-mentioned both functional groups (the above-mentioned nucleic acid (I
I)) is used, for example, if the target nucleic acid is DNA, it is made into a single strand and then the DNA polymerase is used. Then, gene amplification is performed to obtain the synthetic nucleic acid chain having both functional groups. To give a specific example of the thus-obtained synthetic nucleic acid chain having both functional groups, when the target nucleic acid (I) is a double-stranded DNA, a primer having a binding site to the solid phase carrier ( Nucleic acid (II)), and dATP, dTTP, dGT as unit nucleic acids
DNA in the presence of at least one of P, dCTP, etc. (details below)
The polymerase is used to extend the chain length of the primer to form a double strand of the original DNA strand and the synthetic nucleic acid strand, and the double strand D
A primer (nucleic acid (II)) having a detectable label for the other NA is hybridized, and an extension reaction is performed in the same manner as above to form a double-stranded structure.
A DNA-derived strand is removed to release a synthetic strand, and both synthetic strands are hybridized to form a double strand having both functional groups supplied from a primer, or a target nucleic acid (I)
When is a single-stranded DNA, a site (or a detectable label) capable of binding to the solid phase carrier as described above.
With a primer (nucleic acid (II)) that has a nucleic acid (II) and is subjected to an extension reaction to form a double strand of an original DNA chain and a synthetic nucleic acid chain. A primer (nucleic acid (II)) having a binding site) is hybridized, and a similar extension reaction is performed to form a double-stranded chain having both functional groups. For example, a double strand consisting of a synthetic chain is amplified by adding and / or extending the chain length or forming a synthetic chain.
なお、合成核酸の一方には固相担体との結合部位をも持
たせてある訳であるが、この場合の「固相担体との結合
部位」は必ずしも固相担体と直結しうる部位でなくても
よい。すなわち、合成核酸側の該部位と固相担体側の結
合部位との間に介在して両者の結合を可能ないし促進し
うる物質(「捕捉用試薬」(詳細後記)を介して固相担
体との結合が実現しうるようなものであってもよい。こ
の捕捉用試薬は、合成核酸側の固相担体との結合部位に
あらかじめ結合させておいてもよく、固相担体側の該結
合部位に結合させておいてもよい。It should be noted that one of the synthetic nucleic acids also has a binding site to the solid phase carrier, but in this case, the "binding site to the solid phase carrier" is not necessarily a site that can be directly linked to the solid phase carrier. May be. That is, a substance capable of intervening between the site on the side of the synthetic nucleic acid and the binding site on the side of the solid phase carrier to enable or promote the binding of the both (the solid phase carrier and The capture reagent may be bound in advance to the binding site with the solid phase carrier on the synthetic nucleic acid side, or the binding site on the solid phase carrier side. May be combined with.
また、ポリメラーゼによるプライマーの延伸反応は、別
々の官能基(標識)をもつそれぞれ別々のプライマーを
用いて、同一検体中複数個の目的核酸(I)に対して同
時に検出を行うこともできる。Further, in the primer extension reaction by a polymerase, it is possible to simultaneously detect a plurality of target nucleic acids (I) in the same sample by using different primers having different functional groups (labels).
検出の実際 a.核 酸 本発明でいう検出すべき核酸とは、検出しようとする塩
基配列を含むものであって、DNAでもRNAでもよい。この
ような核酸は大腸菌、ビールスおよび高等動植物などあ
らゆる生命体から調製することができる。また、上記核
酸を、本検出法に用いる場合、核酸は精製されていて
も、されていなくてもよい。Actual Detection a. Nucleic acid The nucleic acid to be detected in the present invention includes a base sequence to be detected and may be DNA or RNA. Such nucleic acids can be prepared from all living organisms such as E. coli, viruses and higher animals and plants. When the above nucleic acid is used in the present detection method, the nucleic acid may or may not be purified.
b.プライマーおよびその伸長反応 (i)プライマー(核酸(II)) 本発明でいうプライマーは、検出しようとする上記核酸
(I)が二本鎖の場合は各鎖に対して、核酸(I)が一
本鎖の場合は該鎖およびこれと相補的な核酸の各鎖(DN
Aの場合は変性などの手段により二本鎖核酸配列を一本
鎖とし、RNAの場合は前記のように逆転写酵素等でDNAと
する。)と特異的に相補鎖を形成する一組の一本鎖核酸
であってその3′末端にモノヌクレオチドが順次付加さ
れるもので(3′末端の水酸基が不可欠である)、一組
の一本鎖核酸のうちの一方に検出可能な標識が、他方に
固相担体と結合可能な部位が導入されたものである。一
般に、プライマーとはオリゴデオキシリボヌクレオチド
のことをさすが、天然から得られる長鎖のDNAフラグメ
ントから調整してもよい。目的核酸(核酸(I))と特
異的にハイブリダイズするのに充分な長さのものである
べきである。b. Primer and its extension reaction (i) Primer (nucleic acid (II)) When the above-mentioned nucleic acid (I) to be detected is a double strand, the primer in the present invention is a nucleic acid (I) for each strand. Is a single strand, the strand and each strand of the nucleic acid complementary thereto (DN
In the case of A, the double-stranded nucleic acid sequence is made single-stranded by means such as denaturation, and in the case of RNA, it is made into DNA by reverse transcriptase or the like as described above. ) Is a set of single-stranded nucleic acids that specifically forms a complementary strand with a mononucleotide sequentially added to its 3'end (a hydroxyl group at the 3'end is essential). One of the double-stranded nucleic acids has a detectable label, and the other has a site capable of binding to a solid phase carrier. Generally, a primer refers to an oligodeoxyribonucleotide, but may be prepared from a long DNA fragment obtained from nature. It should be of sufficient length to specifically hybridize with the nucleic acid of interest (nucleic acid (I)).
点突然変異を検出しようとする場合は、点突然変異を起
した目的核酸と特異的にハイブリダイズするのに充分な
長さを有し、かつ完全に相補的なプライマー及び点突然
変異を起してない該核酸と特異的にハイブリダイズする
のに充分な長さを有し、かつ完全に相補的なプライマー
の二種を用いる。これらのプライマーはいずれもオリゴ
デオキシリボヌクレオチドである。When a point mutation is to be detected, a primer and a point mutation that are sufficiently complementary and long enough to specifically hybridize with the point-mutated target nucleic acid Two primers are used, which are of sufficient length and are completely complementary to specifically hybridize with the nucleic acid which is not present. All of these primers are oligodeoxyribonucleotides.
なお、ここでいうプライマーの標識物質または固相担体
と結合可能な部位は、プライマーの伸長反応を妨げない
位置であればどこでもよいが、好ましくは5′末端であ
る。The site of the primer that can bind to the labeling substance or the solid phase carrier may be any position as long as it does not interfere with the extension reaction of the primer, but is preferably the 5'end.
標識物質としては、非放射性、放射性物質のどちらを用
いてもよい。As the labeling substance, either a non-radioactive substance or a radioactive substance may be used.
非放射性の標識物質としては、例えば後記実験例で示し
たビチオンのほかに、2,4−ジニトロフェニル基、フル
オレセインおよびその誘導体〔フルオレセインイソチオ
シアネート(FITC)〕、ローダミンおよびその誘導体
〔例えば、テトラメチルローダミンイソチオシネート
(TRITC)、テキサスレッド等〕、4−フルオロ−7−
ニトロベンゾフラン(NBDF)およびダンシルなどの螢光
物質あるいは化学発光物質などがあり、いずれも公知手
段(特開昭59−93098号、特開昭59−93099号各公報参
照)により、標識化を行うことができる。Examples of the non-radioactive labeling substance include, in addition to the biotin shown in the experimental examples described below, a 2,4-dinitrophenyl group, fluorescein and its derivative [fluorescein isothiocyanate (FITC)], rhodamine and its derivative [eg, tetramethyl Rhodamine Isothiocinate (TRITC), Texas Red, etc.], 4-Fluoro-7-
There are fluorescent substances or chemiluminescent substances such as nitrobenzofuran (NBDF) and dansyl, and labeling is performed by known means (see JP-A-59-93098 and JP-A-59-93099). be able to.
また、放射性物質で標識する場合は、例えば131I、
133I、14C、3H、35S、32P等の放射性同位元素を用いて
公知の手段により標識物質を導入することができる。When labeling with a radioactive substance, for example, 131 I,
The labeling substance can be introduced by a known means using a radioactive isotope such as 133 I, 14 C, 3 H, 35 S, 32 P.
一方、固相担体と結合可能な部位は、該担体と選択的に
反応可能なものであれば何んであってもよい。その一例
としては、上記非放射性標識物質をそのまま用いること
がでるが、その場合、検出に用いるべき標識物質とは、
同一のものであってはいけない。好ましい一具体例とし
ては、ビオチン、あるいはフルオレッセインなどの螢光
物質または2,4−ジニトロフェニル基などのハプテンを
あらかじめプライマーに導入しておくことができる。な
お、ここでいう固相担体は、後記に定義したものであ
る。On the other hand, the site capable of binding to the solid phase carrier may be any site as long as it can selectively react with the carrier. As an example, the non-radioactive labeling substance can be used as it is, and in that case, the labeling substance to be used for detection is
They cannot be the same. As a preferred specific example, a fluorescent substance such as biotin or fluorescein or a hapten such as a 2,4-dinitrophenyl group can be introduced into a primer in advance. The solid-phase carrier as used herein is defined below.
プライマーのこれらによる標識化は、プライマーがオリ
ゴデオキシリボヌクレオチドの場合、オリゴデオキシリ
ボヌクレオチドの化学合成の後でまたは、同時に化学的
に行われる(特開昭59−93098、特開昭59−93099号各公
報)。When the primer is an oligodeoxyribonucleotide, the labeling of the primer with these is carried out chemically after or simultaneously with the chemical synthesis of the oligodeoxyribonucleotide (JP-A-59-93098 and JP-A-59-93099). ).
またプライマーが天然フラグメントの場合にも化学的に
標識することができる〔L.E.Orgel等、Nucleic Acids R
es.14,5591−5603,(1986)〕。It can also be chemically labeled when the primer is a natural fragment [LE Orgel et al., Nucleic Acids R
es. 14 , 5591-5603, (1986)].
ii)プライマーの伸長反応 上記プライマー(互いに異るプライマーであって、一方
が固相担体と結合可能な部位を有し、他方が標識物質が
導入されたもの)を用いた伸長反応は4種類のデオキシ
リボヌクレオチド三リン酸であるデオキシアデノシン三
リン酸、デオキシグアノシン三リン酸、デオキシシチジ
ン三リン酸およびチミジン三リン酸のうち少くとも1種
を基質としてプライマーにとりこませることにより行う
ことができる。この伸長反応にはE.コーリDNAポリメラ
ーゼI、E.コーリ DNAポリメラーゼIのクレノー断
片、T4 DNAポリメラーゼ、あるいは逆転写酵素が使用
できる。特に、高温で伸長反応を行える耐熱酵素を用い
ればプライマーによる標的配列認識の特異性を高めるこ
ともできる〔F.F.Chehabら:Nature329,293−294(198
7)〕。ii) Extension reaction of primer There are four types of extension reactions using the above-mentioned primers (primers different from each other, one having a site capable of binding to a solid phase carrier and the other having a labeling substance introduced). It can be carried out by incorporating at least one of deoxyribonucleotide triphosphates deoxyadenosine triphosphate, deoxyguanosine triphosphate, deoxycytidine triphosphate and thymidine triphosphate as a substrate into a primer. E. coli DNA polymerase I, Klenow fragment of E. coli DNA polymerase I, T4 DNA polymerase, or reverse transcriptase can be used for this extension reaction. In particular, a thermostable enzyme capable of elongation reaction at high temperature can be used to enhance the specificity of target sequence recognition by a primer [FF Chehab et al .: Nature 329 , 293-294 (198
7)].
また、より高感度の検出が求められる時、特に検出対象
の塩基配列の量が少ない時は、核酸配列の増幅法を用い
ることができる〔特開昭62−281号公報)。すなわち、
上記記載の標識プライマーおよび標識モノヌクレオチド
三リン酸を使えば、容易に二種類の官能基(固相担体と
結合可能な部位または検出に用いる標識物質)を持たせ
た標的塩基配列を増幅して得ることができる。Further, when more sensitive detection is required, particularly when the amount of the base sequence to be detected is small, a nucleic acid sequence amplification method can be used [JP-A-62-281]. That is,
If the labeled primer and labeled mononucleotide triphosphate described above are used, a target base sequence having two kinds of functional groups (a site capable of binding to a solid phase carrier or a labeling substance used for detection) can be easily amplified. Obtainable.
また、プライマーの伸長反応が正しく目的の位置で始ま
るためには、プライマーと鋳型(すなわち目的核酸
(I))との間での相補性の度合、プライマーの長さ、
反応温度、などの因子を考慮しなければならない。一般
に、プライマーの長さが短い場合や、相補性の度合が低
い場合は、反応をより低い温度にしなければならないこ
とはいうまでもない。In order for the primer extension reaction to properly start at the target position, the degree of complementarity between the primer and the template (that is, the target nucleic acid (I)), the length of the primer,
Factors such as reaction temperature must be considered. It goes without saying that the reaction generally has to be performed at a lower temperature when the length of the primer is short or the degree of complementarity is low.
また、プライマーの伸長反応をより正しい目的の位置で
行わせるためには、最初のプライマー(核酸(II))の
伸長反応以降に、得られる二本鎖核酸について、これを
一本鎖にした後、目的核酸(I)の、核酸(II)とハイ
ブリダイズする塩基部分より5′側の塩基部分と相補的
で、該塩基部分より短いが該塩基部分と特異的にハイブ
リダイズするのに充分な長さの一本鎖核酸(核酸(II
I))を用いてさらに新たな伸長反応を行うこともでき
る(特願昭63−149157号)。Moreover, in order to carry out the primer extension reaction at a more correct target position, after making the double-stranded nucleic acid obtained after the first primer (nucleic acid (II)) extension reaction into a single strand, , Complementary to the base portion of the target nucleic acid (I) 5 ′ to the base portion that hybridizes with the nucleic acid (II), and shorter than the base portion, but sufficient to specifically hybridize with the base portion. Single-stranded nucleic acid of length (nucleic acid (II
I)) can be used to carry out a new extension reaction (Japanese Patent Application No. 63-149157).
さらに、本法を用いて点突然変更などを検出する場合
は、上記に増してプライマーの伸長条件を考慮しなけれ
ばならない。たとえばプライマーと目的核酸(I)との
間で形成した二本鎖(完全に相補的である場合とそうで
ない場合)の安定性に差を出すために反応液にDMSOを加
えたり、競合プライマー(目的核酸(I)中の点突然変
異を調べる場合、正常の塩基配列に完全に相補的なプラ
イマーと点突然変異を起した塩基配列に完全に相補的な
プライマーの2種を混合してプライマーの伸長反応を行
う。この時、目的核酸(I)中の塩基配列が正常であれ
ば後者のプライマーが競合プライマーであり、逆に目的
核酸(I)中の塩基配列に点突然変異を生じている場合
は前者が競合プライマーとなる。)を加えて伸長反応を
行う必要がある。Furthermore, when using this method to detect a sudden change in a point, the extension conditions of the primer must be considered in addition to the above. For example, DMSO may be added to the reaction solution in order to make a difference in the stability of the double strand (whether it is completely complementary or not) formed between the primer and the target nucleic acid (I), or a competitive primer ( When investigating a point mutation in the target nucleic acid (I), a primer that is completely complementary to a normal base sequence and a primer that is completely complementary to a base sequence that has a point mutation are mixed and the primer When the base sequence in the target nucleic acid (I) is normal, the latter primer is a competitive primer, and conversely, a point mutation occurs in the base sequence in the target nucleic acid (I). In this case, the former serves as a competitive primer.) And the extension reaction must be performed.
c.固相担体 本発明でいう固相担体は、反応に使用する溶媒およびす
べての試薬に対して不活性でかつ何らかの方法で該溶液
と分離できるものであれば何んでもよい。そのようなも
のとしては、例えば、ミクロタイターウェル、ポリスチ
レンボール、アガロースビーズ、ポリアクリルビーズな
どを用いることができる。c. Solid-phase carrier The solid-phase carrier in the present invention may be any solid carrier that is inert to the solvent and all reagents used in the reaction and that can be separated from the solution by some method. As such, for example, microtiter wells, polystyrene balls, agarose beads, polyacrylic beads, etc. can be used.
上記固相担体は、あらかじめ前記のプライマー伸長反応
により生じた二本鎖構造体(固相担体と結合可能な部位
と標識物質とが導入されているもの)を捕捉するための
捕捉用試薬を導入しておくことにより、固定化を容易に
かつ選択的に行うことができる。The solid phase carrier has introduced therein a capture reagent for capturing a double-stranded structure (in which a site capable of binding to the solid phase carrier and a labeling substance have been introduced) previously generated by the primer extension reaction. By doing so, immobilization can be performed easily and selectively.
この様な捕捉用試薬としては、上記の二本鎖構造体中に
存在する固相担体と結合可能な部位と選択的に反応する
ものであればよく、好ましくは温和な条件下で反応可能
なものがよい。また、両者間の結合様式としては、特異
的な結合が生じるものであれば、共有結合、非共有結合
を問わない。好ましくは捕捉用試薬の活性を最大限保持
できる結合法が良い。これら捕捉用試薬の一具体例とし
ては、ストレプトアビジン、抗体などが使われる。Such a capturing reagent may be one that selectively reacts with a site capable of binding to the solid phase carrier existing in the above double-stranded structure, and preferably capable of reacting under mild conditions. Things are good. The binding mode between the two may be covalent bond or non-covalent bond as long as a specific bond is generated. Preferably, a binding method that can retain the activity of the capture reagent to the maximum is preferable. Specific examples of these capture reagents include streptavidin and antibodies.
例えば、ビチオン標識複製物を捕捉するにはストレプト
アビジンを結合した担体を、フルオレッセインや2,4−
ジニトロフェニル基の標識物に対してはそれぞれの抗体
を担体上に結合したものを、用いることができる。For example, in order to capture the biotin-labeled copy, a carrier bound with streptavidin is used, and fluorescein or 2,4-
For the labeled product of the dinitrophenyl group, one in which each antibody is bound to a carrier can be used.
d.検出方法 前記記載の方法に従って調製された固相担体と上記工程
(イ)〜(ヘ)で調製された両官能基具備核酸とを混合
して両者を結合させてから、該担体と結合しなかった目
的の塩基配列以外の核酸および検体に含まれる核酸以外
の不純物を適当な溶媒で洗浄する。ここでいう適当な溶
媒とは、核酸および標識物質などすべての試薬が安定に
保たれなければならないことはもちろんのこと、固相担
体と合成核酸、固相担体と捕捉用試薬、捕捉用試薬と合
成核酸あるいは標識と合成核酸、との結合を切りはなす
ような条件であってはならない。また、二本鎖部分を有
する核酸配列中の両官能基が相補鎖の別々の鎖上に存在
する場合は、その相補鎖が解離するような条件であって
はならない。d. Detection method The solid phase carrier prepared according to the method described above and the nucleic acid having both functional groups prepared in the above steps (a) to (f) are mixed to bind both, and then bound to the carrier. Unpurified nucleic acids other than the target nucleotide sequence and impurities other than the nucleic acid contained in the sample are washed with an appropriate solvent. The term “suitable solvent” as used herein means that all reagents such as nucleic acids and labeling substances must be kept stable, as well as solid phase carriers and synthetic nucleic acids, solid phase carriers and capture reagents, and capture reagents. The conditions under which the bond between the synthetic nucleic acid or the label and the synthetic nucleic acid is broken should not be established. Further, when both functional groups in the nucleic acid sequence having a double-stranded portion are present on separate strands of the complementary strand, the conditions should not be such that the complementary strand is dissociated.
また洗浄方法は、固定用担体の性質によって異なり、抗
原−抗体反応の分野で一般的に使われている方法に従え
ば良い。The washing method varies depending on the property of the carrier for immobilization, and may be a method generally used in the field of antigen-antibody reaction.
このような洗浄操作によって、目的の検出対象核酸(核
酸(I))の複製物(合成核酸)のみを選択的に担体に
固定することができる。By such a washing operation, only the copy (synthetic nucleic acid) of the target nucleic acid to be detected (nucleic acid (I)) can be selectively immobilized on the carrier.
次に、担体に固定された標識物質を有する合成核酸は、
担体に固定したままあるいは溶液中に遊離した形で、検
出することができる。遊離した形で検出するには、たと
えば、標識物質と捕捉用試薬との間の結合を切りはな
す、あるいは標識物質と合成核酸との間の結合を切りは
なす、などの方法がある〔Herman,T.M.等、Anal.Bioche
mistry 156,48−55(1986)〕。また、両官能基が合成
核酸の相補鎖の別々の鎖上に存在する場合は、熱変性あ
るいは既知の他の方法によって二本鎖を分離し、検出用
標識物質を含む鎖を溶液中に遊離させることができる。Next, the synthetic nucleic acid having the labeling substance immobilized on the carrier is
It can be detected while being immobilized on the carrier or in the form of being liberated in the solution. For detection in a free form, for example, there is a method of breaking the bond between the labeling substance and the capture reagent, or breaking the bond between the labeling substance and the synthetic nucleic acid [Herman, TM Et al. Anal.Bioche
mistry 156 , 48-55 (1986)]. Also, when both functional groups are present on separate strands of the complementary strand of the synthetic nucleic acid, the double strands are separated by heat denaturation or other known methods, and the strand containing the detection labeling substance is released into the solution. Can be made.
また、二種類の異なる標識物で標識したプライマーを用
いて増幅反応を行った時、その増幅配列中に制限酵素の
部位が存在する場合は、担体に固定したあと、制限酵素
を用いて検出用標識を含む断片を固相担体から遊離させ
ることができる。In addition, when the amplification reaction is carried out using primers labeled with two different labels, if there is a restriction enzyme site in the amplified sequence, fix it on a carrier and then use the restriction enzyme for detection. The fragment containing the label can be released from the solid support.
一方、増幅配列中に制限酵素の切断部位がない場合は検
出用標識物質を含む断片を固定用担体から遊離させるこ
とはできず、この方法を用いて増幅配列中に特定の制限
酵素の切断部位が存在するかどうかを調べることができ
る。On the other hand, when there is no restriction enzyme cleavage site in the amplified sequence, the fragment containing the detection labeling substance cannot be released from the immobilization carrier, and this method is used to cut a specific restriction enzyme cleavage site in the amplified sequence. You can find out if exists.
標識物質の実際の検出は、使用する標識物質に応じて一
般的手法を用いればよい。たとえば、標識物質がラジオ
アイソトープであればそのまま活性を測定すれば良い
し、たとえばビオチンであればアビジン−もしくはスト
レプトアビジン−酵素結合体を用いて基質と反応させ、
色的又は螢光的手段により検出可能な成分を得ることが
できる。また、たとえば、標識物質が螢光であれば、そ
のまま螢光光度計を用いて強度を測定することができ
る。For the actual detection of the labeling substance, a general method may be used depending on the labeling substance used. For example, if the labeling substance is a radioisotope, the activity may be measured as it is, and if it is biotin, for example, it is reacted with a substrate using an avidin- or streptavidin-enzyme conjugate,
The detectable component can be obtained by chromatic or fluorescent means. In addition, for example, if the labeling substance is fluorescent, the intensity can be directly measured using a fluorometer.
さて、上記記載の方法において実際の試料を測定するに
は以下の点が重要である。Now, the following points are important for measuring an actual sample in the method described above.
第一は、プライマーの伸長反応における非特異的伸長反
応である。これは、プライマーが目的とした塩基配列以
外のところに結合して伸長反応を起したものであるが、
このような非特異的伸長反応を防止するには一般的に考
察されているように、プライマーのGC含量や長さを検出
対象ごとに十分検討しなければならない。なお、非特異
的伸長反応は反応温度を高くすることで十分解消するこ
とができ、耐熱DNAポリメラーゼ(NEB)を使用すること
によっても改善される。The first is a non-specific extension reaction in the primer extension reaction. This is a primer that binds to a site other than the intended nucleotide sequence and causes an extension reaction.
In order to prevent such a non-specific extension reaction, as is generally considered, the GC content and length of the primer must be thoroughly examined for each detection target. The non-specific extension reaction can be sufficiently eliminated by raising the reaction temperature, and it can be improved by using heat-resistant DNA polymerase (NEB).
第二番目は、未反応の標識物が担体に固定された捕捉用
試薬と結合して本来の検出すべき標識化複製物(合成核
酸)との反応を妨げることである。この問題を解決する
ためには、第一に、担体に固定された捕捉用試薬の捕捉
能を大きくすることがあげられる。第二には、未反応の
標識物を系外に除く事であるが、これは、標識化プライ
マーと検出対象となる複製物(合成核酸)の性質の差を
利用して簡易ゲル過法等で分離することもできる〔Ma
niatisら:Molecular Cloning p.466(1982)〕。しかし
ながら、それらの方法は機械化という事から考えると必
ずしも好ましい方法とは言えない。そのような点から、
未反応の標識物の残存量をできるだけ少なくするような
反応条件を選ぶ事が重要である。たとえば、固相担体と
結合可能な部位が導入された一種のプライマーを用い、
単位核酸(モノヌクレオチド三リン酸)を基質として伸
長反応を起う場合にはプライマーの量が担体の捕捉能を
超えない程度にしなければならない。Secondly, the unreacted label binds to the capture reagent immobilized on the carrier and interferes with the original reaction with the labeled copy (synthetic nucleic acid) to be detected. In order to solve this problem, firstly, it is necessary to increase the capturing ability of the capturing reagent immobilized on the carrier. The second is to remove the unreacted labeled substance outside the system. This is due to the difference in the properties of the labeled primer and the replicate (synthetic nucleic acid) to be detected, such as a simple gel method. Can be separated with [Ma
niatis et al .: Molecular Cloning p. 466 (1982)]. However, these methods are not necessarily preferable methods in view of mechanization. From that point,
It is important to select reaction conditions that minimize the amount of unreacted label remaining. For example, using a kind of primer introduced with a site capable of binding to a solid phase carrier,
When an extension reaction occurs using a unit nucleic acid (mononucleotide triphosphate) as a substrate, the amount of the primer must be such that it does not exceed the carrier-capturing ability.
また、ある程度複製物生成の効率が低下しても、プライ
マーの量を必要以上に使わないようにする。しかしなが
ら、未反応の標識物の残存量を少くするような反応条件
は、捕捉用試薬が導入された担体の捕捉能が十分である
場合は必要ない。In addition, even if the efficiency of producing a copy is reduced to some extent, do not use an excessive amount of primer. However, the reaction condition that reduces the amount of unreacted labeled substance remaining is not necessary when the capturing ability of the carrier into which the capturing reagent is introduced is sufficient.
実施例1 この例は、大腸菌β−ガラクトシダーゼ遺伝子の検出方
法を示すものである。Example 1 This example illustrates a method for detecting the E. coli β-galactosidase gene.
大腸菌JM103(ファルマシア社)ではβ−ガラクトシダ
ーゼ遺伝子の一部が欠失しており、その部分に相当する
プライマーを用いて伸長反応を行えば、欠失株(ここで
はJM103)と野性株(ここではHB101(BRL社)とを区別
することが可能である。そこで以下に示す方法を用いて
野性株と欠失株を識別する実験を行った。A part of β-galactosidase gene is deleted in Escherichia coli JM103 (Pharmacia), and if the extension reaction is carried out using a primer corresponding to that part, a deletion strain (here JM103) and a wild strain (here It is possible to distinguish from HB101 (BRL), so an experiment was carried out to distinguish between a wild strain and a deletion strain using the method described below.
大腸菌の遺伝子はRaymond L.等の方法〔Recombinant DN
A Techniques.p.45−46,Addison−Wesley Publishing C
ompany(1983)〕に従ってJM103とHB101から抽出した。
プライマーの構造は以下に示すように5′末端にビオチ
ン(Bio)を導入したもので、自動DNA合成機NS−1(島
津)を用いてアミノ化オリゴヌクレオチドを合成し、ピ
オチンのコハク酸イミドエステルを用いてビオチン化し
た(特開昭59−93098号および特開昭59−93099号各公
報)。The gene of Escherichia coli is obtained by the method of Raymond L. [Recombinant DN
A Techniques.p.45-46, Addison-Wesley Publishing C
ompany (1983)] and extracted from JM103 and HB101.
The structure of the primer is biotin (Bio) introduced at the 5'end as shown below. An aminated oligonucleotide was synthesized using an automatic DNA synthesizer NS-1 (Shimadzu), and succinimide ester of piotin was synthesized. Was used for biotinization (JP-A-59-93098 and JP-A-59-93099).
(Bio)−GGGTTTTCCCAGTCACGACGTTGTA 制限酵素EcoRIで消化した大腸菌DNAをポリメラーゼ反応
液〔全体で50μ。10%DMSO、0.05μgプライマー、67
mM Tris−HCl pH8.8、6.7mM MgCl2、6.6mM 硫酸ア
ンモニウム、10mM β−メルカプトエタノール、6.7μ
M EDTA、20μM dATP、20μM dGTP、20μM TT
P、1μM〔α−32P〕dCTP(NEG−013H〕に加えた。こ
れを95℃で7分間加熱したのち、室温で5分置き、耐熱
DNAポリタラーゼ(0.5U。ニューイングランドバイオラ
ブ社)を加えて50℃で10分間反応させた。(Bio) -GGGTTTTCCCAGTCACGACGTTGTA Escherichia coli DNA digested with the restriction enzyme EcoRI was used as a polymerase reaction solution [50 μl in total. 10% DMSO, 0.05 μg primer, 67
mM Tris-HCl pH8.8,6.7mM MgCl 2, 6.6mM ammonium sulfate, 10 mM beta-mercaptoethanol, 6.7Myu
M EDTA, 20 μM dATP, 20 μM dGTP, 20 μM TT
P, 1 μM [α- 32 P] dCTP (NEG-013H) was added, heated at 95 ° C for 7 minutes, and then kept at room temperature for 5 minutes to be heat-resistant.
DNA polytalase (0.5 U, New England Biolab) was added and reacted at 50 ° C. for 10 minutes.
固体用担体であるストレプトアビジン−アガロース(BR
L)は、洗浄液(0.01Mリン酸バッファー、pH7.2、0.15M
NaCl)で二回洗浄した。次に、上記伸長反応混合物
(50μ)と0.02Mリン酸バッファーpH7.2、0.3M NaCl
(50μ)を混合し、前処理したストレプトアビジン−
アガロースに加え、室温で30分放置した。反応後、洗浄
液(200μ)で5回洗浄し、ストレプトアビジン−ア
ガロースに固定された放射活性を測定した。その結果、
β−ガラクトシダーゼ遺伝子に関して野性型であるHB10
1と、欠失型であるJM103とを識別することができた。Streptavidin-agarose (BR
L) is a washing solution (0.01M phosphate buffer, pH7.2, 0.15M
NaCl) and washed twice. Next, the extension reaction mixture (50μ) and 0.02M phosphate buffer pH7.2, 0.3M NaCl.
(50μ) mixed and pretreated Streptavidin-
It was added to agarose and left at room temperature for 30 minutes. After the reaction, the plate was washed 5 times with a washing solution (200 μ), and the radioactivity immobilized on streptavidin-agarose was measured. as a result,
HB10 is wild type for the β-galactosidase gene
It was possible to distinguish 1 from the deletion type JM103.
実施例2 この例は、正常のβ−グロビン遺伝子とβ−グロビンの
鎌状赤血球貧血対立遺伝子とを識別する方法を示すもの
である。Example 2 This example illustrates a method for discriminating between the normal β-globin gene and the β-globin sickle cell anemia allele.
正常および鎌状赤血球貧血のβ−グロビン遺伝子は、い
ずれもBamHI断片をプラスミドpBR322に挿入したpBR322
−HβPstおよびpBR322−HβSを使用した〔R.B.Walla
ceら:DNA 3,7−15,(1984)〕。プライマーは以下に示
す構造のもので、それぞれ互いに異なる鎖に相補的で、
一方は、ポリヌクレオチドキナーゼ及び〔γ−32P〕ATP
で5′末端を標識し、他方は実施例1と同様にして合成
し、ビチオン化した。32 P−5′TTCTGACACAACTGTGTTCACTAGC3′−プライマー
A (Bio)−5′ACCACCAACTTCATCCACGTTCACC3′−プライ
マーB 制限酵素EcoRIで消化したプラスミド(pBR322−HβPst
あるいはpBR322−HβS)10ngを耐熱DNAポリメラーゼ
反応液〔50μ。10% DMSO、0.3μg プライマー
A、0.3μg プライマーB、ニューイングランドバイ
オラブ社の操作書に従って67mM Tris−HCl pH8.8、6.
7mM MgCl2、6.6mM硫酸アンモニウム、10mM β−メル
カプトエタノール、6.7μM EDTA、33μM dATP、33
μM dGTP、33μM dCTP、33μM dTTP〕に加えた。
この混合液を95℃で7分間加熱し、室温にもどして5分
間アニーリングした。つぎに、耐熱DNAポリメラーゼ
(ニューイングランドバイオラブ社)0.5Uを加え、55℃
で1回目の伸長反応を5分間行った。以後、91℃で1分
の変性+室温で5分間のアニーリング+55℃で5分間の
伸長反応、のサイクルを20回繰り返した。次に、実施例
1と同様にして調製したストレプトアビジン−アガロー
ス(50μ)に、上記反応混合物(25μ)、水(75μ
)および0.02Mリン酸バッファーpH7.2、0.3M NaCl
(100μ)を加え、室温でゆっくり混ぜながら30分間
反応させた。洗浄液(200μ)で5回洗浄した。つぎ
にストレプトアビジン−アガロースを等量ずつ二つのチ
ューブに分けた。その一方に制限酵素DdeIの反応液〔10
mM Tris−HCl(pH7.5)、7mM MgCl2、150mM NaCl、7
mM メルカプトエタノール、100μg/ml、子牛血清アル
ブミン〕100μを加え、制限酵素DdeI(東洋紡、10U/
μ)5μを加え、37℃でゆっくりと混合しながら5
時間反応させた。反応後、洗浄液(200μ)で5回洗
浄した。プラスミドpBR322−HβPstおよびpBR322−H
βSそれぞれについて、DdeI消化前および消化後の担体
に残留する放射活性を測定して、DdeI消化による放射活
性の減少を調べた。その結果、DdeI消化による放射活性
の残留度は、pBR322−HβPstの場合40%、pBR322−H
βSの場合92%であって、両者を識別することができ
た。Both the normal and sickle cell anemia β-globin genes had pBR322 with the BamHI fragment inserted into plasmid pBR322.
-HβPst and pBR322-HβS were used [RB Walla
ce et al .: DNA 3 , 7-15, (1984)]. The primers are of the structure shown below, each complementary to a different strand,
One is polynucleotide kinase and [γ- 32 P] ATP
The 5'end was labeled with and the other was synthesized and biotinylated as in Example 1. 32 P- 5 ' TTCTGACACAACTGTGTTCACTAGC 3' -Primer A (Bio) -5 ' ACCACCAACTTCATCCACGTTCACC 3' -Primer B Plasmid digested with restriction enzyme EcoRI (pBR322-HβPst
Alternatively, pBR322-HβS) 10 ng is used as a heat-resistant DNA polymerase reaction solution [50 μm. 10% DMSO, 0.3 μg Primer A, 0.3 μg Primer B, 67 mM Tris-HCl pH 8.8, 6. according to New England Biolabs protocol.
7 mM MgCl 2 , 6.6 mM ammonium sulfate, 10 mM β-mercaptoethanol, 6.7 μM EDTA, 33 μM dATP, 33
μM dGTP, 33 μM dCTP, 33 μM dTTP].
The mixture was heated at 95 ° C for 7 minutes, returned to room temperature and annealed for 5 minutes. Next, add 0.5 U of heat-resistant DNA polymerase (New England Biolabs) at 55 ° C.
The first extension reaction was performed for 5 minutes. Thereafter, the cycle of denaturation at 91 ° C for 1 minute + annealing at room temperature for 5 minutes + extension reaction at 55 ° C for 5 minutes was repeated 20 times. Next, streptavidin-agarose (50 μm) prepared in the same manner as in Example 1 was added to the above reaction mixture (25 μm) and water (75 μm).
) And 0.02M phosphate buffer pH 7.2, 0.3M NaCl
(100 μ) was added, and the mixture was reacted at room temperature for 30 minutes with slow mixing. It was washed 5 times with a washing solution (200 μ). Next, streptavidin-agarose was divided into two tubes in equal amounts. On the other hand, the reaction solution of the restriction enzyme DdeI [10
mM Tris-HCl (pH 7.5), 7 mM MgCl 2 , 150 mM NaCl, 7
mM mercaptoethanol, 100 μg / ml, calf serum albumin] 100 μ was added, and the restriction enzyme DdeI (Toyobo, 10 U /
μ) 5μ, and slowly mix at 37 ℃.
Reacted for hours. After the reaction, it was washed 5 times with a washing solution (200 μ). Plasmids pBR322-HβPst and pBR322-H
For each βS, the radioactivity remaining in the carrier before and after DdeI digestion was measured to examine the decrease in radioactivity due to DdeI digestion. As a result, the residual radioactivity due to DdeI digestion was 40% in the case of pBR322-HβPst and pBR322-H.
In the case of βS, it was 92%, and both could be distinguished.
実施例3 この例は、一検体中の2種類の遺伝子を同時に検出する
方法を示すものである。Example 3 This example shows a method for simultaneously detecting two types of genes in one sample.
目的とする遺伝子としてヒトのβ−クロビン遺伝子とヒ
トパピローマウィルス16(HPV−16)を選んだ。β−グ
ロビン遺伝子を増幅するためのプライマーとして、β−
グロビン遺伝子の二本鎖にそれぞれ相補的でビオチン標
識にしたBio−NH−CAACTTCATCCACGTTCAAC(Bio−PG1)
とEITC(エオシンイソチオシアネート)で蛍光標識した
EITC−NH−ACACAACTGTGTTCACTAGC(EITC−PG2)を使用
した。また、HPV−16のE6遺伝子を増幅するためのプラ
イマーとしてビオチン標識したBio−NH−TGAGCAATTAAAT
GACAGC(Bio−PVO1)とFITCで蛍光標識したFITC−NH−T
GTGCTTTGTACGCACAAC(FITC−PVO2)を使用した。また検
出するサンプルとしては正常のヒトの胎盤の遺伝子およ
びCaski細胞(ATCC:CRL1550)を使用した。前者はヒト
グロビン遺伝子を持っているが、パピローマウィルスの
遺伝子は存在しない。後者はヒト由来の細胞で当然、ヒ
トのβ−グロビン遺伝子をもっているが、ヒトパピロー
マウィルス16の遺伝子が増幅されて存在していることも
明らかにされている{The EMBO Journal 6,139−144
(1987)}。The human β-clobin gene and human papillomavirus 16 (HPV-16) were selected as the target genes. As a primer for amplifying the β-globin gene, β-
Bio-NH-CAACTTCATCCACGTTCAAC (Bio-PG1), each of which is complementary to the duplex of the globin gene and labeled with biotin
And fluorescently labeled with EITC (eosin isothiocyanate)
EITC-NH-ACACAACTGTGTTCACTAGC (EITC-PG2) was used. In addition, Bio-NH-TGAGCAATTAAAT labeled with biotin was used as a primer for amplifying the E6 gene of HPV-16.
FITC-NH-T fluorescently labeled with GACAGC (Bio-PVO1) and FITC
GTGCTTTGTACGCACAAC (FITC-PVO2) was used. As a sample to be detected, a normal human placenta gene and Caski cells (ATCC: CRL1550) were used. The former has the human globin gene, but does not have the papillomavirus gene. The latter is naturally derived from human cells and has the human β-globin gene, but it has been clarified that the human papillomavirus 16 gene is amplified and present {The EMBO Journal 6 , 139-144.
(1987)}.
反応1:ヒトの胎盤の遺伝子(1μg)とプライマー{Bi
o−PVO1(300ng)、FITC−PVO2(300ng)、Bio−PG1(3
00ng)、EITC−PG2(300ng)を反応液{67mM Tris・HCl
pH8.8,6.7mM MgCl2,16.6mM (NH4)2SO4・10mM メルカ
プトエタノール、6.7mM EDTA,200μM dATP,200μM dGT
P,200μM dCTP,200μM TTP,10%DMSO}に加え(全液量:
49μl)、95℃で5分間変性した。55℃で1分間アニー
リングしたのち、Taqポリメラーゼ(NEB社,20/μl;1μ
l)を加えて70℃で2分間伸長反応を行った。次に92℃
で1分間変性し、55℃で1分間アニーリングした。この
変性、アニーリングおよび伸長反応を25回繰り返した。Reaction 1: Human placenta gene (1 μg) and primer {Bi
o-PVO1 (300ng), FITC-PVO2 (300ng), Bio-PG1 (3
00ng), EITC-PG2 (300ng) in reaction solution {67mM Tris ・ HCl
pH8.8,6.7mM MgCl 2, 16.6mM (NH4) 2SO 4 · 10mM mercaptoethanol, 6.7mM EDTA, 200μM dATP, 200μM dGT
P, 200 μM dCTP, 200 μM TTP, 10% DMSO} (total volume:
49 μl) and denatured at 95 ° C. for 5 minutes. After annealing at 55 ° C for 1 minute, Taq polymerase (NEB, 20 / µl; 1µ
1) was added and extension reaction was carried out at 70 ° C. for 2 minutes. Next 92 ° C
It was denatured for 1 minute at room temperature and annealed at 55 ° C for 1 minute. This denaturation, annealing and extension reaction was repeated 25 times.
反応2:Caki細胞より得られたDNA(1μg)を使用して
反応1と同様のプライマーでまったく同様に伸長反応を
行った。Reaction 2: Using DNA (1 μg) obtained from Caki cells, the same extension reaction was carried out with the same primers as in Reaction 1.
ストレプトアビジンアガロースの調製: ストレプトアビジンアガロース(BRL社)は洗浄液(10m
M Tris・Hcl pH7.5,1mM EDTA pH8.0,0.1M NaHclO4で2
回洗浄したのち、これにサケ遺伝子(1μg)を加えて
前処理とした。反応液1または反応液2の20μlを前処
理したストレプトアビジンアガロース(50μl)に加え
室温で15分間放置した。これを先の洗浄液(500μl)
で2回洗浄したのち、1M NaHClO4(500μl)で2回洗
浄した。次に、先の洗浄液(500μl)で2回洗浄し、1
0mM Tris・HCl pH7.5,1mM EDTA pH8.0,50mM NaCl(500
μl)で3回洗浄した。これに100mM NaOH(50μl)を
加えてDNAを変性して上澄を得、さらに10mM Tris pH7.
5,1mM EDTA pH8.0,50mM NaCl溶液(450μl)を加えて
蛍光を測定した。FITCの蛍光測定は励起波長489nm、発
光波長520nmで行い、EITCに関しては励起波長520nm、発
光波長540nmで蛍光を測定した。以下にそれぞれの螢光
強度を相対強度で示した。Preparation of Streptavidin Agarose: Streptavidin agarose (BRL) is a washing solution (10m
M Tris ・ Hcl pH7.5,1mM EDTA pH8.0,0.1M NaHclO 4 2
After washing twice, the salmon gene (1 μg) was added to this for pretreatment. 20 μl of reaction solution 1 or reaction solution 2 was added to pretreated streptavidin agarose (50 μl) and left at room temperature for 15 minutes. This is the previous washing solution (500 μl)
It was washed twice with 1 M NaHClO 4 (500 μl) and then twice. Next, wash twice with the previous washing solution (500 μl),
0 mM Tris ・ HCl pH7.5,1 mM EDTA pH8.0,50 mM NaCl (500
μl) and washed 3 times. To this, 100 mM NaOH (50 μl) was added to denature the DNA to obtain a supernatant, and 10 mM Tris pH7.
Fluorescence was measured by adding 5,1 mM EDTA pH8.0, 50 mM NaCl solution (450 μl). FITC fluorescence was measured at an excitation wavelength of 489 nm and an emission wavelength of 520 nm, and EITC was measured at an excitation wavelength of 520 nm and an emission wavelength of 540 nm. The respective fluorescence intensities are shown below as relative intensities.
この結果より正常のヒト胎盤DNA中にはβ−グロビン遺
伝子のみが存在し、Caski細胞ではβ−グロビン遺伝子
とヒトパピローマ遺伝子の両方が存在することが判定で
きた。 From this result, it was possible to determine that only the β-globin gene was present in normal human placental DNA, and both β-globin gene and human papilloma gene were present in Caski cells.
Claims (1)
を特徴とする、検体中の少なくとも一つの目的核酸の検
出法。 (イ)少なくとも一つの目的核酸(以下、核酸(I)と
いう)存在の有無を検知しようとする検体を用意するこ
と。 (ロ)核酸(I)が二本鎖の場合は各鎖に対して相補的
であり、核酸(I)が一本鎖の場合は核酸(I)および
核酸(I)と相補的な核酸の各鎖に対して相補的であ
り、かつ核酸(I)よりは短いが核酸(I)と特異的に
ハイブリダイズするのに充分な長さの一対の一本鎖核酸
であって、その一方に検出可能な標識からなる官能基が
導入され、他方に固相担体と結合可能な部位からなる官
能基が導入されている核酸(以下、核酸(II)という)
を用意すること。 (ハ)工程(イ)の検体を、核酸(I)が一本鎖核酸で
あればそのままで、これが二本鎖核酸であれば一本鎖に
してから次の工程に供すること。 (ニ)前の工程で得られる一本鎖核酸に核酸(II)をハ
イブリダイズさせ、単位核酸の存在下で該一本鎖を鋳型
として鎖長を伸長させて二本鎖核酸を形成させるか、必
要に応じて、該二本鎖核酸を一本鎖にした後に合成核酸
鎖同士をハイブリダイズさせ、上記両官能基を有する二
本鎖核酸を得ること。 (ホ)工程(ニ)で得られる二本鎖核酸を一本鎖にする
こと。 (ヘ)工程(ホ)で得られる一本鎖核酸を用いて、工程
(ニ)の操作を行うか、工程(ニ)および(ホ)の操作
を順次段階的に繰り返し行い、最終的に工程(ニ)に相
当する段階で終了して検出可能な標識および固相担体と
結合可能な部位からなる両官能基を有する二本鎖核酸を
得ること。 (ト)工程(ニ)または(ヘ)の産物である両官能基を
有する二本鎖核酸を、該固相担体と結合可能な部位から
なる官能基を利用して、該検体中において固相担体と結
合させること。 (チ)工程(ト)で得られる固相担体を洗浄して、固相
担体に結合していない核酸を除去すること。 (リ)工程(チ)で得られる固相担体を、該標識からな
る官能基を利用する検出操作に付して、固相担体に結合
している核酸の有無を、検出すべき核酸に対応するもの
として検出すること。1. A method for detecting at least one target nucleic acid in a sample, which comprises carrying out the following steps (a) to (i). (A) To prepare a sample to detect the presence or absence of at least one target nucleic acid (hereinafter referred to as nucleic acid (I)). (B) When the nucleic acid (I) is double-stranded, it is complementary to each strand, and when the nucleic acid (I) is single-stranded, the nucleic acid (I) and the nucleic acid complementary to the nucleic acid (I) A pair of single-stranded nucleic acids that are complementary to each strand and that are shorter than nucleic acid (I) but long enough to specifically hybridize with nucleic acid (I); Nucleic acid having a functional group consisting of a detectable label and a functional group consisting of a site capable of binding to a solid phase carrier (hereinafter referred to as nucleic acid (II))
To prepare. (C) If the nucleic acid (I) is a single-stranded nucleic acid, the sample of the step (a) is left as it is, and if it is a double-stranded nucleic acid, it is single-stranded and then subjected to the next step. (D) Whether the single-stranded nucleic acid obtained in the previous step is hybridized with nucleic acid (II) and the length of the single strand is extended in the presence of a unit nucleic acid to form a double-stranded nucleic acid. If necessary, the double-stranded nucleic acid is made into a single strand, and then the synthetic nucleic acid strands are hybridized to each other to obtain a double-stranded nucleic acid having both functional groups. (E) Making the double-stranded nucleic acid obtained in step (d) single-stranded. (F) Using the single-stranded nucleic acid obtained in the step (e), the step (d) is performed, or the steps (d) and (e) are sequentially repeated step by step, and finally the step To obtain a double-stranded nucleic acid having both functional groups consisting of a detectable label and a site capable of binding to a solid phase carrier, which is completed at the stage corresponding to (d). (G) The double-stranded nucleic acid having both functional groups, which is the product of the step (d) or (f), is solid-phased in the sample using a functional group composed of a site capable of binding to the solid-phase carrier. To be combined with a carrier. (H) Washing the solid phase carrier obtained in step (g) to remove the nucleic acid not bound to the solid phase carrier. (I) The solid-phase carrier obtained in step (h) is subjected to a detection operation using a functional group consisting of the label, and the presence or absence of nucleic acid bound to the solid-phase carrier corresponds to the nucleic acid to be detected. Detect as something to do.
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