JP2005013122A - Method for stabilizing reagent for amplifying gene - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は遺伝子増幅反応における試薬およびキットの安定性・操作条件の簡便化の改良に関し、特に等温遺伝子増幅法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、目的の遺伝子を増幅する技術は、数多く報告されている。
例えば、PCR(Polymerase Chain Reaction)法(例えば、特許文献1〜3参照)、LCR(Ligase Chain Reaction)法(例えば、特許文献4参照)、さらに最近では温度サイクリングを必要とせず、一定温度で遺伝子を増幅する遺伝子増幅法である、SDA(Strand Displacement Amplification)法(例えば、特許文献5参照)、改良SDA法(例えば、特許文献6〜8参照)、LAMP(Loop−mediated isothermal AMPlification)法(例えば、特許文献9参照)、ICAN(Isothermal and Chimeric primer−initiated Amplification of Nucleic acids)法(例えば、特許文献10または11参照)など様々な方法が報告されている。
【0003】
上記遺伝子増幅法においては、頻繁に非特異的増幅が生じるという問題点を解決するため、色々な解決策がとられてきた。例えば、PCR法においては、その一つとしてホットスタート法とよばれる高温になって初めて核酸ポリメラーゼを働かすことによって非特異的増幅を解決しようとする方法がある。この方法には、ポリメラーゼに対する抗体を使用する方法(例えば、非特許文献1参照)、高温で融解するワックス内にマグネシウムをトラップさせる方法(例えば、特許文献12または13参照)、ある種の核酸によって核酸ポリメラーゼを可逆的に阻害させる方法(AmpliTaq Gold(パーキンエルマー社製))などが存在する。
これらの方法は、65℃〜98℃という変性・増幅温度を用いるPCR法においては有用な改良法であるが、40℃〜65℃という中程度高温で等温で遺伝子増幅反応を行う上記遺伝子増幅方法などには活用できない技術であった。
【0004】
また、増幅反応における特異性を高める、つまり希望しない副反応を阻害する方法としては、非伸長性のオリゴブロッカーを増幅用プライマー間に設定しこの共存下でPCR反応を実施する方法(例えば、特許文献14参照)、ペプチド核酸を用いるPCR法(例えば、非特許文献2または特許文献15参照)などが開示されている。しかしながら、これらの方法は中程度高温での等温遺伝子増幅法には適応し難い方法である。そして上記に挙げた改良法は、特にPCR法においての非特異的増幅を阻害することに限定されており、等温遺伝子増幅法における試薬混合物の安定性や煩雑な操作の改善を可能にするものではなかった。
【0005】
その他の増幅反応における特異性を高める方法としては、伸長反応温度以下ではセルフアニーリング(自己ループ化)するプライマーを用いるPCR法(例えば、非特許文献3参照)がある。しかしながら、このようなループプライマーを作成するためにはプライマー配列そのものに加え、10mer程度のループ形成用オリゴヌクレオチド部分を追加合成しなければならない。また、該方法に使用するプライマーは30〜40mer必要であり、ループ部分と合わせると計40〜50merと非常に長いものとなり、一般的に使用されるプライマーの使用条件にそぐわず、工業的でもない。さらに、該方法は、60〜72℃のアニーリング温度が必要であり、さらにPCR1サイクル毎に2℃ずつアニーリング温度を上昇させていかなければならない。このように、該方法は非常に煩雑でありかつ等温遺伝子増幅法には使用できない方法である。
【0006】
また、2本鎖プライマー対および鎖置換型DNAポリメラーゼを用いるPCR法(例えば、特許文献16参照)がある。該方法は、ホモジニアス遺伝子増幅法であり、プライマーの鋳型鎖への非特異的結合を阻害するための伸長できない少なくとも1つのエネルギー衰弱型オリゴヌクレオチドを共存させる方法である。しかしながら、試薬混合物の安定性に関しては何ら言及されていない。
【0007】
さらに、中程度高温での等温遺伝子増幅法に使用される核酸ポリメラーゼは、40℃から65℃に至適な温度を持っているが、5℃から37℃においてもそれなりのプライマー伸長活性を示す。従って、中程度高温での等温遺伝子増幅法を実施する場合は、非特異的な増幅が生じるのを防止するために、増幅混合物は氷上で取り扱いさらに核酸を含有する検体を該増幅混合物に添加した後も氷上で取り扱い予め適温に加熱されたヒーターあるいは温浴中に一気に入れて反応を開始するという、大変面倒な取り扱いを余儀なくされていた。
また、多検体を一度に測定する場合には、全検体の反応液を調製するための所要時間がかなりかかり、最初に調製された反応液では、予定の反応開始、すなわち所定の温度でのインキュベーション開始までの間に反応が進んだり、副反応が進行したりして再現性に乏しい結果となる場合があった。
さらに、一度調製した試薬は通常の冷蔵庫で保存しておいても、数時間から数日で増幅反応が起ってしまい、調製後の試薬の保存性が悪いといった問題点があった。
そして、再現性を改善するため、これら多くの増幅法では標的遺伝子とプライマーをあらかじめ変性アニーリングさせるため加熱後冷却したり、アルカリ処理後中和したりといった面倒な前処理を余儀なくされていた。
【0008】
【特許文献1】
米国特許第4,683,195号
【0009】
【特許文献2】
米国特許第4,683,202号
【0010】
【特許文献3】
米国特許第4,800,159号
【0011】
【特許文献4】
欧州特許出願第320308号
【0012】
【特許文献5】
特公平7−114718号
【0013】
【特許文献6】
米国特許第5,196,777号
【0014】
【特許文献7】
国際公開第95/25180号パンフレット
【0015】
【特許文献8】
国際公開第99/49081号パンフレット
【0016】
【特許文献9】
国際公開第00/28082号パンフレット
【0017】
【特許文献10】
国際公開第00/56877号パンフレット
【0018】
【特許文献11】
国際公開第02/16639号パンフレット
【0019】
【特許文献12】
米国特許第5,599,660号
【特許文献13】
米国特許第6,403,341号
【特許文献14】
米国特許第5,849,497号
【特許文献15】
米国特許第5,891,625号
【特許文献16】
米国特許第5,348,853号
【非特許文献1】
バイオテクニークズ(Biotechniques)、第25巻、第716〜722ページ(1998年)
【非特許文献2】
ヌクレイック・アシッズ・リサーチ(Nucleic Acids Research)、第20巻、第2493〜2496ページ(1992年)
【非特許文献3】
バイオテクニークズ(Biotechniques)、第29巻、第1018〜1024ページ(2000年)
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、試薬の操作中ならびに保存中に、4℃という低温であっても増幅反応が進んでしまうという問題を克服し、等温での核酸増幅に使用される試薬の安定性、性能ならびに使用操作の簡便性を大幅に改善することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】
【0022】
本発明者らは、増幅に使用するキメラオリゴヌクレオチドプライマーに対して標的遺伝子配列と競合する配列を有するオリゴヌクレオチドであり、かつ、当該オリゴヌクレオチドと前記キメラオリゴヌクレオチドプライマーの間のTm値に対する、前記キメラオリゴヌクレオチドプライマーと該プライマーの塩基配列と実質的に相補的な標的遺伝子の核酸配列との間のTm値の比が、1.2〜3.3の範囲であり、さらに当該オリゴヌクレオチドの3’末端が伸長できないようにブロックされたオリゴヌクレオチドを少なくとも一つ、遺伝子増幅反応液中に共存させることにより、上記課題を解決できることを見出した。
【0023】
さらに本発明者らは、核酸ポリメラーゼの至適温度までは伸長できないオリゴヌクレオチドがキメラオリゴヌクレオチドプライマーに結合しており、該至適温度になった時点で該オリゴヌクレオチドは前記プライマーから解離し、該プライマーが標的遺伝子に結合し、核酸ポリメラーゼによって伸長し、増幅を行うことで、標的遺伝子とプライマーとが室温下で共存していても、試薬の安定性が改善されることを見出し、本発明を完成させた。
【0024】
本発明の第1の発明は、遺伝子増幅試薬の安定化方法であって、遺伝子増幅反応に使用するキメラオリゴヌクレオチドプライマーと実質的に相補的な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを使用し、当該オリゴヌクレオチドと前記キメラオリゴヌクレオチドプライマーの間のTm値に対する、前記キメラオリゴヌクレオチドプライマーと該プライマーの塩基配列と実質的に相補的な標的遺伝子の核酸配列との間のTm値の比が、1.2〜3.3の範囲であり、さらに当該オリゴヌクレオチドの3’末端が伸長できないようにブロックされたオリゴヌクレオチドを少なくとも一つ、遺伝子増幅反応液中に共存させることを特徴とする方法に関する。
【0025】
本発明の第1の発明において、オリゴヌクレオチドがDNA又はRNAオリゴヌクレオチド、あるいはDNA−RNAキメラオリゴヌクレオチドであってもよい。
【0026】
本発明の第2の発明は、本発明の第1の発明の方法のためのキットに関する。
【0027】
【発明の実施の形態】
本明細書においてデオキシリボヌクレオチド(本明細書中ではdNとも記載する)とは、糖部分がD−2−デオキシリボースで構成されたヌクレオチドのことをいい、例えば、塩基部分にアデニン、シトシン、グアニン、チミンを有するものが挙げられる。さらに、7−デアザグアノシン等の修飾塩基を有するデオキシリボヌクレオチドやデオキシイノシンヌクレオチドのようなデオキシリボヌクレオチドアナログも上記のデオキシリボヌクレオチドに包含される。
【0028】
本明細書においてリボヌクレオチド(本明細書中ではNとも記載する)とは、糖部分がD−リボースで構成されたヌクレオチドのことをいい、塩基部分にアデニン、シトシン、グアニン、ウラシルを有するものが挙げられる。さらに、当該リボヌクレオチドには修飾リボヌクレオチドが包含され、例えばα位のリン酸基の酸素原子を硫黄原子に置き換えた修飾リボヌクレオチド[(α−S)リボヌクレオチド、(α−S)Nとも記載する]やこの他の誘導体等も含まれる。
【0029】
本明細書において3’末端側とは、核酸、例えば、プライマーにおいてその中央より3’末端にかけての部分を指す。同様に5’末端側とは、核酸においてその中央より5’末端にかけての部分を指す。
【0030】
本明細書においてDNAポリメラーゼとは、DNA鎖を鋳型として新たなDNA鎖を合成する酵素のことを言い、天然型のDNAポリメラーゼの他、前記活性を有する変異体酵素も包含される。当該酵素としては、例えば鎖置換(Strand displacement)活性を有するDNAポリメラーゼ、5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有していないDNAポリメラーゼ、逆転写酵素活性やエンドヌクレアーゼ活性を併せ持つDNAポリメラーゼが挙げられる。
【0031】
本明細書において「鎖置換活性」とは、鋳型となる核酸配列に従ってDNA複製を行う際、DNA鎖を置き換えながら進行し、鋳型鎖にアニーリングしている相補鎖を遊離させる、即ち鎖置換(strand displacement)することができる活性のことをいう。また、本明細書においては、鎖置換により鋳型となる核酸配列から遊離したDNA鎖のことを「置換鎖」と称する。
【0032】
本明細書において「Tm値」とは、DNAの2本鎖が熱変性して1本鎖になる温度のことをいう。言い換えれば、鋳型DNAとオリゴヌクレオチドが2本鎖を形成する理論的な限界温度のことを言う。当該Tm値は計算により算出する事ができる。特に限定はされないが、例えば最近接塩基対法(Nearest Neighbor method)、Wallance法、あるいはGC%法が例示される。
【0033】
最近接塩基対法では、
Tm = (1000ΔH)/(−10.8 + ΔS + Rln(Ct/4)) −273.15 + 16.6log[Na+]
ΔH ; ハイブリッドにおける最近接エンタルピー変化の合計[kcal/mol]
−10.8 ; ΔS(initiation)[cal/mol・K]
ΔS ; ハイブリッドにおける最近接エントロピー変化の合計[cal/mol・K]
R ;気体定数(1.987cal/deg・mol)
Ct ;オリゴのtotalモル濃度[mol/l]
Na+; Na+のモル濃度[mol/l]
で算出でき、特に限定はされないが、パラメーターをオリゴのtotalモル濃度は0.5μM、Na+のモル濃度は50mMに設定する場合が例示される。
【0034】
Wallance法では、
Tm = 2( A + T ) + 4( G + C )
(A,T,G,C・・・各ヌクレオチドの発生数)
で算出できる。
【0035】
GC%法では、
Tm = 81.5+16.6log[Na+] + 41( XG + XC ) − 500/L−0.62F
Na+;Na+のモル濃度[mol/l]
XG,XC;GおよびCのモル分率
L;二本鎖を形成する部分のオリゴヌクレオチドの長さ
F;ホルムアミドのモル濃度
で算出できる。
【0036】
本発明の方法においてTm値の調節は、例えば(1)Sensible decoyの配列に変異を持たせる、(2)核酸アナログを導入する、(3)プライマーよりも短い配列を設定する、(4)使用するバッファーの塩濃度を調整する、などといった方法が利用できる。
【0037】
以下、本発明を詳細に説明する。
(1)本発明の方法
本発明の方法は、遺伝子増幅試薬の安定化のためのオリゴヌクレオチドの使用を特徴とする。即ち、遺伝子増幅反応に使用するキメラオリゴヌクレオチドプライマーと実質的に相補的な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドであって、当該オリゴヌクレオチドと前記キメラオリゴヌクレオチドプライマーの間のTm値に対する、前記キメラオリゴヌクレオチドプライマーと該プライマーの塩基配列と実質的に相補的な標的遺伝子の核酸配列との間のTm値の比が、1.2〜3.3の範囲であり、さらに当該オリゴヌクレオチドの3’末端は使用される条件において核酸鎖が伸長されないよう修飾されているオリゴヌクレオチドを遺伝子増幅反応に共存させることが好ましい。なお、ここで「実質的に相補的な核酸配列」とは、使用される反応条件において鋳型となるDNAにアニーリング可能な核酸配列を意味する。以下、本発明の当該オリゴヌクレオチドをSensible decoyと称する。
【0038】
上記Sensible decoyは、デオキシリボヌクレオチドからなるオリゴヌクレオチドであるものが好ましい。該Sensible decoyは、特に限定されるものではないが、核酸増幅反応に使用されるキメラオリゴヌクレオチドプライマーにアニーリング可能な配列であればよく、その長さはプライマー長と同等あるいはそれ以上またはそれ未満でもよい。好ましくは、使用するプライマー長未満のオリゴヌクレオチドであり、かつ該Sensible decoyとキメラオリゴヌクレオチドプライマーとの間のTm値に対する、前記キメラオリゴヌクレオチドプライマーと該プライマーの塩基配列と実質的に相補的な標的遺伝子の核酸配列との間のTm値の比[(キメラオリゴヌクレオチドプライマーと該プライマーの塩基配列と実質的に相補的な標的遺伝子の核酸配列との間のTm値)/(Sensible decoyとキメラオリゴヌクレオチドプライマーとの間のTm値)]は、好ましくは1.2〜3.3の範囲、さらに好ましくは1.5〜2.5の範囲である。前記Tm値は、最近接塩基対法、Wallance法、あるいはGC%法で算出する事ができ、特に、最近接塩基対法、Wallance法が好適である。
【0039】
本発明のSensible decoyには、Sensible decoyとしての機能を失わない範囲で1以上の核酸アナログを含有させることができ、さらに当該核酸アナログは複数の種類を組み合わせて使用することもできる。該核酸アナログとしては、特に限定するものではないが、例えば、デオキシイノシンヌクレオチド、デオキシウラシルヌクレオチド、あるいは7−デアザグアニンなどの修飾塩基を有するデオキシリボヌクレオチドアナログ、リボース誘導体を有する核酸アナログ等を使用することができる。
【0040】
また、本発明のSensible decoyは、その3’末端が使用される条件において核酸鎖が伸長されないよう修飾されている。修飾方法は特に限定されるものではないが、公知の化学合成法を使用することができ、アミノ化、ビオチン化、リン酸化等の方法を使用することができる。
【0041】
本発明に使用されるSensible decoyは、任意の核酸配列を持つように、例えばアプライド バイオシステムズ社(ABI社、Applied Biosystems Inc.)のDNAシンセサイザー394型を用いて、ホスホアミダイト法により合成できる。また、別法としてリン酸トリエステル法、H−ホスホネート法、チオホスホネート法等があるが、いかなる方法で合成されたものであっても良い。
【0042】
本発明の方法において上記Sensible decoyは、目的の遺伝子の核酸断片を複製あるいは増幅させる際に使用するプライマーと実質的に相補的な塩基配列を有するため、プライマーとアニーリングすることができる。また、上記複製あるいは増幅反応中においては、Sensible decoyは当該プライマーがハイブリダイズする目的の遺伝子の核酸鎖と競合する。その結果、本発明の方法において、目的の遺伝子の核酸断片を特異的に、言い換えれば、非特的な複製あるいは増幅を抑制させることができる。
【0043】
本発明の方法において、DNAポリメラーゼには、DNAの鎖置換(strand displacement)活性を有するDNAポリメラーゼを使用することができる。また、実質的に5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有しないものが特に好適に使用することができる。
本発明に使用されるDNAポリメラーゼは、上記の鎖置換活性を有するものであれば特に限定はなく、例えば、バチルス カルドテナックス(Bacillus caldotenax、以下、B.caと称す)やバチルス ステアロサーモフィラス(Bacillus stearothermophilus、以下B.stと称す)等の好熱性バチルス属細菌由来DNAポリメラーゼの5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を欠失した変異体や、大腸菌(Escherichia coli 以下、E.coliと称す)由来のDNAポリメラーゼIのラージ フラグメント(クレノウ断片)等が挙げられる。また、本発明に使用できるDNAポリメラーゼは、常温性から耐熱性のいずれのものも好適に使用できる。
【0044】
B.caは生育至適温度が約70℃である好熱性細菌であり、この細菌由来のBca DNAポリメラーゼは、DNA依存DNAポリメラーゼ活性、RNA依存DNAポリメラーゼ活性(逆転写活性)、5’→3’エキソヌクレアーゼ活性、3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を持つことが知られている。上記の酵素は、その本来の起源より精製して取得されたもの、あるいは遺伝子工学的に生産された組み換えタンパク質の何れであっても良い。また、該酵素は、遺伝子工学的あるいはその他の手法によって置換、欠失、付加、挿入等の改変を加えたものであっても良く、このような酵素の例として、5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を欠損させたBca DNAポリメラーゼである、BcaBEST DNAポリメラーゼ(タカラバイオ社製)等が挙げられる。
【0045】
また、本発明におけるRNaseHは、本発明の方法に使用できるものであれば特に限定はなく、例えば、種々のウイルス、ファージ、原核、真核生物由来のいずれであってもよい。さらに、細胞性RNaseHあるいはウイルス性RNaseHのいずれであってもよい。例えば、上記細胞性RNaseHとしては大腸菌RNaseHIが、ウイルス性RNaseHとしてはHIV−1由来RNaseHが例示される。本発明の方法においてRNaseHは、I型、II型、III型のいずれもが使用できる。特に限定はされないが、例えば大腸菌由来RNaseHI、ピロコッカス属細菌由来、アルカエオグロバス属細菌由来あるいはサーモコッカス属細菌由来のRNaseHII、あるいはバチルス・カルドテナクス(Bacillus caldotenax)、サーモトガ・マリチマ(Thermotoga maritima)、メタノコッカス・ヤナシ(Methanococcus jannashi)、サーモコッカス・リトラリス(Thermococcus litoralis)由来のリボヌクレアーゼHが好適に使用できる。
【0046】
また、本発明の方法に使用するエンドヌクレアーゼ、例えば、RNaseHの切断反応の効率はプライマーの3’末端近傍の塩基配列に左右され、所望のDNAの増幅効率に影響することが考えられるので、使用するRNaseHに最適なプライマーをデザインすることは当然のことである。
【0047】
本発明に使用される反応バッファーには、緩衝成分、マグネシウム塩やその他の金属塩、dNTPを含有するものが使用される。また、使用する酵素の金属要求性等に応じて塩の種類及び濃度を最適化するのは当然のことである。緩衝成分は、特に限定はないが、例えば、ビシン、トリシン、ヘペス、トリス、リン酸塩(リン酸ナトリウム、リン酸カリウム等)が好適に使用できる。特にビシン、トリシン、ヘペス、あるいはリン酸塩を緩衝成分として含有するバッファーが本発明に好適である。従って、反応温度、使用するエンドヌクレアーゼあるいはDNAポリメラーゼ等によって、最適な緩衝液を選択すればよい。
【0048】
該緩衝成分の最終濃度は5mM〜100mMの範囲、特に好ましくは 15mM〜50mMの範囲であり、またpH6.0〜9.5、特に好ましくはpH7.0〜9.2の範囲のものが使用される。例えば、22mM〜46mMのトリシンを含有するpH7.5〜9.2のバッファー、25mM〜50mMのリン酸カリウムを含有するpH7.0〜8.0のバッファー、16mM〜40mMのヘペス−水酸化カリウムを含有するpH7.0〜8.0のバッファーが好適に使用できる。また、マグネシウム塩としては、特に限定はないが、例えば、塩化マグネシウム、酢酸マグネシウムあるいは硫酸マグネシウムが好適に使用でき、その濃度は、最終濃度で1mM〜20mM、特に好ましくは2mM〜10mMの範囲である。また、カリウム塩を含んでいても良く、例えば酢酸カリウムの場合、最終濃度で80mM〜120mMの範囲が好ましい。さらに、DNA伸長反応の基質となるdNTPs(dATP、dCTP、dGTP、dTTP混合物)は、最終濃度で、それぞれ0.1mM〜3.0mM、特に好ましくは0.2mM〜1.2mMの範囲である。使用するプライマーの量は、反応液量50μl当たり1pmol〜1000pmolの範囲であり、特に10pmol〜150pmolの範囲が好ましい。さらに、反応液中には増幅反応の安定化等を目的とした添加物を共存させることができ、それぞれ最終濃度として0.1%以下のウシ血清アルブミン(BSA)、10%以下のジメチルスルホキシド(DMSO)、4mM以下のプトレスシン2塩酸塩あるいは0.01%以下のプロピレンジアミンを添加してもよい。この他、NMP(1−メチル−2−ピロロリジノン)、グリセロール、ポリエチレングリコール、ジメチルスルホキシドおよび/またはホルムアミドを含んでもよく、これらの有機溶媒の添加により、オリゴヌクレオチドプライマーの非特異的なアニーリングが軽減されることが期待される。
【0049】
本明細書において、鋳型となる核酸、すなわちDNAまたはRNAは、当該核酸を含む可能性のあるあらゆる試料から調製、あるいは単離したものでもよい。さらに、上記試料を直接、本発明の核酸増幅反応に使用してもよい。このような核酸を含む試料には特に限定はないが、例えば、全血、血清、バフィーコート、尿、糞便、脳脊髄液、精液、唾液、組織(例えば、癌組織、リンパ節等)、細胞培養物(例えば、哺乳動物細胞培養物及び細菌培養物等)のような生体由来試料、ウイロイド、ウイルス、細菌、カビ、酵母、植物及び動物のような核酸含有試料、ウイルス又は細菌のような微生物が混入もしくは感染している可能性のある試料(食品、生物学的製剤等)、あるいは土壌、排水のような生物を含有する可能性のある試料が挙げられる。また、前記試料等を公知の方法で処理することによって得られる核酸含有調製物であっても良い。該調製物としては、例えば細胞破砕物やそれを分画して得られる試料、該試料中の核酸、あるいは特定の核酸分子群、例えば、mRNAを富化した試料等が本発明に使用できる。さらに上記試料中に含まれる核酸が公知方法で増幅されたDNAあるいはRNA等の核酸等も好適に使用できる。
【0050】
これら材料からの核酸含有調製物の調製には特に限定はなく、例えば、界面活性剤による溶解処理、超音波処理、ガラスビーズを用いた振盪撹拌、フレンチプレスの使用等により行うことができる。幾つかの例においては、さらに操作を加えて核酸を精製することが有利である(例えば、内在性ヌクレアーゼが存在するとき)。これらの例において、核酸の精製はフェノール抽出、クロマトグラフィー、イオン交換、ゲル電気泳動または密度勾配遠心分離等の公知方法により実施される。
【0051】
本発明に使用される核酸増幅反応としては、特に限定されるものではないが、PCR法、LCR法、SDA法、改良SDA法、LAMP法、ICAN法など公知の核酸増幅方法を使用することができ、好適にはICAN法が使用できる。
【0052】
RNA由来の配列を有する核酸を増幅したい場合には、当該RNAを鋳型とした逆転写反応によって合成されたcDNAを鋳型として本発明の方法を実施すればよい。本発明の方法に適用することができるRNAには、逆転写反応に使用されるプライマーが作製可能なものであれば特に制限はなく、試料中の全RNAの他、mRNA、tRNA、rRNA等のRNA分子群、あるいは特定のRNA分子種が挙げられる。
【0053】
(2)本発明のキット
本発明は、標的遺伝子の核酸の増幅あるいは検出方法に使用されるキットを提供する。1つの実施態様において、該キットは、パッケージされた形態において、本発明の方法におけるDNAポリメラーゼおよびエンドヌクレアーゼの使用のための指示書を含むことを特徴とする。さらに、鎖置換活性を有するDNAポリメラーゼ、エンドヌクレアーゼならびに鎖置換反応用緩衝液を含むキットは本発明の方法に好適に使用される。あるいは、市販の鎖置換活性を有するDNAポリメラーゼおよび/またはエンドヌクレアーゼを指示書に従って選択し、使用してもよい。さらに、RNAを鋳型とする場合の逆転写反応用試薬を含んでもよい。
【0054】
上記「指示書」とは、当該キットの使用方法、例えば本発明の方法のための試薬液の調製方法、推奨される反応条件等を記載した印刷物であり、パンフレットまたはリーフレット形式の取り扱い説明書のほか、キットに添付されたラベル、キットが納められたパッケージ等に記載されたものを含む。さらに、インターネットのような電子媒体を通し、開示、提供された情報も含まれる。
【0055】
さらに、本発明のキットにおいては、ビシン、トリシン、ヘペス、リン酸塩あるいはトリス緩衝成分を含有する反応バッファー、及びアニーリング溶液が含まれていてもよい。また、鎖置換能を有するDNAポリメラーゼやRNaseHが含まれていてもよい。さらに、修飾されたデオキシリボヌクレオチドあるいはデオキシヌクレオチド3リン酸のアナログを含有していてもよい。
【0056】
さらに、標的核酸の検出方法に使用されるキットは、上記の指示書、増幅反応のための試薬類の他、標的核酸の増幅に適したキメラオリゴヌクレオチドプライマー、Sensible decoy、増幅された標的核酸を検出するための試薬、例えばプローブ等を含むものであってもよい。
また、本発明のキットは、上記の本発明に使用されるキメラオリゴヌクレオチドプライマー、Sensible decoy、及び/又は本発明のプローブを含有するキットも包含する。
【0057】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明の範囲はこれら実施例に何ら限定されるものではない。
なお、以下の実施例において用いた合成DNAは、ABI社の合成機によって製造した。
ICAN法は、国際公開第02/16639号パンフレット記載の方法で行った。また、本発明で用いたAfu(Archaeoglobus fulgidus)由来RNaseHは、国際公開第02/22831号パンフレット記載の方法で調製した。
【0058】
実施例1 Sensible decoyによるICAN法におけるICAN増幅試薬ミックスチャーの安定化
実施例1
(1)クラミジア/リン菌遺伝子のICAN法による増幅における室温放置での増幅試薬ミックスチャーの安定化の検討
クラミジア(CT) criptic plasmid領域より、センスプライマー(配列番号1)および5’末端をビオチン標識したアンチセンスプライマー(配列番号2)を設計、合成した。また、Sensible decoyとして、3’末端をアミノ修飾したセンスプライマー(配列番号3)および3’末端をアミノ修飾したアンチセンスプライマー(配列番号4)を設計、合成した。
リン菌(NG)cppB遺伝子より、センスプライマー(配列番号5)および5’末端をビオチン標識したアンチセンスプライマー(配列番号6)を設計、合成した。また、Sensible decoyとして、3’末端をアミノ修飾したセンスプライマー(配列番号7)および3’末端をアミノ修飾したアンチセンスプライマー(配列番号8)を設計、合成した。
【0059】
上記プライマーのみを含む増幅試薬ミクスチャー、およびプライマーおよびSensible decoyを含む増幅試薬ミクスチャーをそれぞれ調製した。以下の表1にその組成を示す。(18反応あたりの容量を表示)
【0060】
【表1】
【0061】
この増幅試薬に40μlの90mM酢酸マグネシウム液および20μlの内部標準(Internal control)DNA(0.9pg/μl)を加え、室温に70分間放置した。その後、1反応あたり25μlずつ分注し、等容量のテンプレートDNAを加え、変性・アニーリング操作をすることなく55℃、1時間の増幅反応を行った。増幅後、固層プレート発光法により増幅産物を検出した。以下の表2に結果を示す。
【0062】
【表2】
【0063】
表2に示したように、増幅試薬A(従来法)では増幅不良を起こし目的の遺伝子を検出することができなかった。一方、増幅試薬Bでは安定した増幅反応を示し、目的遺伝子を検出することが可能であった。すなわち、本発明の方法が増幅反応の安定化に寄与することが確認できた。
【0064】
(2)クラミジア/リン菌遺伝子のICAN法による増幅における冷蔵での増幅試薬ミックスチャーの安定化の検討
上記実施例1―(1)と同様の方法で、増幅試薬A、Bそれぞれに40μlの90mM酢酸マグネシウム液および20μlの内部標準DNA(0.9pg/μl)を加え、4℃、1週間保存し、冷蔵保存試験を行った。以下の表3に結果を示す。
【0065】
【表3】
【0066】
表3に示したように、増幅試薬Aにおいては目的遺伝子CTおよびNGの検出は可能であったが、IC(内部標準)の増幅不良を起こし、0コピー区画においてさえICは検出されなかった。一方、増幅試薬Bにおいては変性・アニーリング操作をすることなく安定した増幅を示し、全て目的遺伝子を検出することができた。すなわち、本発明の方法が、低温、長期期間の保存・安定化に好適であることが確認できた。
【0067】
実施例2 クラミジア/リン菌遺伝子のICAN法による増幅における再現性の改善
上記実施例1―(1)と同様の方法で増幅試薬Aと増幅試薬Bそれぞれに40μlの90mM酢酸マグネシウム液および20μlの内部標準DNA(0.9pg/μl)を加え、低コピー数のCT,NGテンプレートを用いて変性・アニーリング操作をすることなく10回の反応を行い同時再現性を比較した。以下の表4に結果を示す。
【0068】
【表4】
【0069】
表4に示したように、本発明のSensible decoyを含む増幅試薬Bの方が良好な再現性が得られた。
【0070】
実施例3 HPV6、11遺伝子ICAN増幅における増幅の安定化
HPV6遺伝子より、5’末端をビオチン標識したセンスプライマー(配列番号9)およびアンチセンスプライマー(配列番号10)を設計、合成した。また、Sensible decoyとして、3’末端をアミノ修飾したセンスプライマー(配列番号12)および3’末端をアミノ修飾したアンチセンスプライマー(配列番号13)を設計、合成した。
HPV11遺伝子より、アンチセンスプライマー(配列番号11)を設計、合成した。センスプライマーは、HPV6遺伝子の5’末端をビオチン標識したセンスプライマー(配列番号9)を用いた。また、Sensible decoyとして、3’末端をアミノ修飾したアンチセンスプライマー(配列番号14)を設計、合成した。センスプライマーは、HPV6遺伝子の3’末端をアミノ修飾したセンスプライマー(配列番号12)を用いた。
【0071】
上記実施例1−(1)と同様の方法で、Sensible decoyを含まない増幅試薬A、 Sensible decoyを含む増幅試薬Bを調製し、それぞれに40μlの90mM酢酸マグネシウム液および20μlの内部標準DNA(0.9pg/μl)を加え、変性・アニーリング操作することなく等温増幅させた。以下の表5に結果を示す。
【0072】
【表5】
【0073】
表5に示したようにHPV6、11DNAの増幅を比較した結果、本発明の方法を用いることにより低コピー数での増幅に改善が認められた。
【0074】
【発明の効果】
上記の、本発明のオリゴヌクレオチド(Sensible decoy )を使用する遺伝子増幅方法は、中程度高温における等温遺伝子増幅方法に有用である。また、本発明の方法は、増幅試薬の保存・安定化方法として有効である。
【0075】
【配列表フリーテキスト】
SEQ ID NO:1 ; Chimeric oligonucleotide to detect Chlamydia trachomatis criptic plasmid gene. ”Nucleotides 19 to 22 are ribonucleotides− other nucleotides are deoxyribonucleotides.”
SEQ ID NO:2 ; Chimeric oligonucleotide to detect Chlamydia trachomatis criptic plasmid gene. ”Nucleotides 16 to 18 are ribonucleotides− other nucleotides are deoxyribonucleotides, and 5’ end is labeled by biotin.”
SEQ ID NO:3 ; The 3’−OH group of nucleotide at 3’ end is protected with amino group.
SEQ ID NO:4 ; The 3’−OH group of nucleotide at 3’ end is protected with amino group.
SEQ ID NO:5 ; Chimeric oligonucleotide to detect Neisseria gonorrhoea cppB gene. ”Nucleotides 18 to 20 are ribonucleotides− other nucleotides are deoxyribonucleotides.”
SEQ ID NO:6 ; Chimeric oligonucleotide to detect Neisseria gonorrhoea cppB gene. ”Nucleotides 15 to 17 are ribonucleotides− other nucleotides are deoxyribonucleotides, and 5’ end is labeled by biotin.”
SEQ ID NO:7 ; The 3’−OH group of nucleotide at 3’ end is protected with amino group.
SEQ ID NO:8 ; The 3’−OH group of nucleotide at 3’ end is protected with amino group.
SEQ ID NO:9 ; Chimeric oligonucleotide to detect HPV6 gene. ”Nucleotides 18 to 20 are ribonucleotides− other nucleotides are deoxyribonucleotides, and 5’ end is labeled by biotin.”
SEQ ID NO:10 ; Chimeric oligonucleotide to detect HPV6 gene. ”Nucleotides 20 to 22 are ribonucleotides− other nucleotides are deoxyribonucleotides.”
SEQ ID NO:11 ; Chimeric oligonucleotide to detect HPV11 gene. ”Nucleotides 20 to 22 are ribonucleotides− other nucleotides are deoxyribonucleotides.”
SEQ ID NO:12 ; The 3’−OH group of nucleotide at 3’ end is protected with amino group.
SEQ ID NO:13 ; The 3’−OH group of nucleotide at 3’ end is protected with amino group.
SEQ ID NO:14 ; The 3’−OH group of nucleotide at 3’ end is protected with amino group.
【0076】
【配列表】
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in the stability and operating conditions of reagents and kits in gene amplification reactions, and in particular to an improvement in isothermal gene amplification.
[0002]
[Prior art]
In recent years, many techniques for amplifying a target gene have been reported.
For example, PCR (Polymerase Chain Reaction) method (for example, refer to Patent Documents 1 to 3), LCR (Ligase Chain Reaction) method (for example, refer to Patent Document 4), and more recently, temperature cycling is not required, and gene is maintained at a constant temperature. The SDA (Strand Displacement Amplification) method (for example, see Patent Document 5), the improved SDA method (for example, see Patent Documents 6 to 8), the LAMP (Loop-mediated isometric Amplification) method (for example, , Patent Document 9), ICAN (Isothermal and Chimeric primer-initiated Amplification of Nucleica ids) method (for example, Patent Document 10 or 11 reference) and various methods have been reported.
[0003]
In the gene amplification method, various solutions have been taken in order to solve the problem that nonspecific amplification frequently occurs. For example, in the PCR method, as one of them, there is a method of solving non-specific amplification by using a nucleic acid polymerase only at a high temperature called a hot start method. This method includes a method using an antibody against a polymerase (for example, see Non-Patent Document 1), a method for trapping magnesium in a wax that melts at a high temperature (for example, see Patent Document 12 or 13), and a certain nucleic acid. There is a method of reversibly inhibiting a nucleic acid polymerase (AmpliTaq Gold (Perkin Elmer)) and the like.
These methods are useful improvements in the PCR method using a denaturation / amplification temperature of 65 ° C. to 98 ° C., but the gene amplification method described above performs a gene amplification reaction at a moderately high temperature of 40 ° C. to 65 ° C. It was a technology that could not be used for such purposes.
[0004]
In addition, as a method for increasing the specificity in the amplification reaction, that is, inhibiting unwanted side reactions, a method in which a non-extendible oligo blocker is set between amplification primers and a PCR reaction is carried out in the presence of the primers (for example, patents) Reference 14), PCR methods using peptide nucleic acids (for example, see Non-Patent Document 2 or Patent Document 15) and the like are disclosed. However, these methods are difficult to adapt to the isothermal gene amplification method at moderately high temperatures. The improved methods listed above are limited to inhibiting non-specific amplification in the PCR method in particular, and do not allow improvement of the stability of the reagent mixture and complicated operation in the isothermal gene amplification method. There wasn't.
[0005]
As another method for increasing the specificity in the amplification reaction, there is a PCR method using a primer that self-anneales (self-looping) at a temperature equal to or lower than the extension reaction temperature (for example, see Non-Patent Document 3). However, in order to prepare such a loop primer, it is necessary to additionally synthesize a 10-mer loop-forming oligonucleotide part in addition to the primer sequence itself. In addition, the primer used in the method requires 30 to 40 mer, and when combined with the loop portion, the total length is 40 to 50 mer, which is not suitable for the use conditions of commonly used primers and is not industrial. . Furthermore, the method requires an annealing temperature of 60 to 72 ° C., and the annealing temperature must be increased by 2 ° C. for each PCR cycle. Thus, this method is very complicated and cannot be used for the isothermal gene amplification method.
[0006]
There is also a PCR method using a double-stranded primer pair and a strand displacement type DNA polymerase (see, for example, Patent Document 16). This method is a homogeneous gene amplification method and is a method in which at least one energy-decay oligonucleotide that cannot be extended to inhibit non-specific binding of a primer to a template strand coexists. However, nothing is said about the stability of the reagent mixture.
[0007]
Furthermore, the nucleic acid polymerase used in the isothermal gene amplification method at moderately high temperatures has an optimum temperature from 40 ° C. to 65 ° C., but exhibits a reasonable primer extension activity even at 5 ° C. to 37 ° C. Therefore, when performing isothermal gene amplification at moderately high temperatures, the amplification mixture is handled on ice and a sample containing nucleic acid is added to the amplification mixture to prevent non-specific amplification from occurring. Later, they were handled on ice, and the reaction was started by putting them in a heater or warm bath heated to a suitable temperature in advance.
Also, when measuring multiple samples at the same time, it takes a considerable amount of time to prepare reaction solutions for all the samples. The reaction solution prepared at the beginning takes the planned reaction start, that is, incubation at a predetermined temperature. In some cases, the reaction progressed before the start or the side reaction progressed, resulting in poor reproducibility.
Furthermore, even if the reagent once prepared is stored in a normal refrigerator, an amplification reaction occurs in several hours to several days, and there is a problem that the storage stability of the prepared reagent is poor.
In order to improve reproducibility, in many of these amplification methods, a target gene and a primer are preliminarily subjected to denaturation annealing, and thus, it is necessary to carry out troublesome pretreatment such as cooling after heating or neutralizing after alkali treatment.
[0008]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 4,683,195
[0009]
[Patent Document 2]
U.S. Pat.No. 4,683,202
[0010]
[Patent Document 3]
US Pat. No. 4,800,159
[0011]
[Patent Document 4]
European Patent Application No. 320308
[0012]
[Patent Document 5]
Japanese Patent Publication 7-114718
[0013]
[Patent Document 6]
US Pat. No. 5,196,777
[0014]
[Patent Document 7]
WO95 / 25180 pamphlet
[0015]
[Patent Document 8]
WO99 / 49081 pamphlet
[0016]
[Patent Document 9]
International Publication No. 00/28082 Pamphlet
[0017]
[Patent Document 10]
International Publication No. 00/56877 Pamphlet
[0018]
[Patent Document 11]
WO 02/16639 pamphlet
[0019]
[Patent Document 12]
US Pat. No. 5,599,660
[Patent Document 13]
US Pat. No. 6,403,341
[Patent Document 14]
US Pat. No. 5,849,497
[Patent Document 15]
US Pat. No. 5,891,625
[Patent Document 16]
US Pat. No. 5,348,853
[Non-Patent Document 1]
Biotechniques, 25, 716-722 (1998)
[Non-Patent Document 2]
Nucleic Acids Research, Volume 20, pages 2493-2496 (1992)
[Non-Patent Document 3]
Biotechniques, Vol. 29, pp. 1018-1024 (2000)
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to overcome the problem that the amplification reaction proceeds even at a low temperature of 4 ° C. during the operation and storage of the reagent, and the stability and performance of the reagent used for nucleic acid amplification at an isothermal temperature. In addition, it is to greatly improve the ease of use operation.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
[0022]
The present inventors are oligonucleotides having a sequence that competes with a target gene sequence for a chimeric oligonucleotide primer used for amplification, and the Tm value between the oligonucleotide and the chimeric oligonucleotide primer, The ratio of the Tm value between the chimeric oligonucleotide primer and the nucleic acid sequence of the target gene substantially complementary to the base sequence of the primer is in the range of 1.2 to 3.3; It has been found that the above problem can be solved by coexisting at least one oligonucleotide blocked so that the terminal cannot be extended in the gene amplification reaction solution.
[0023]
Furthermore, the present inventors have bound an oligonucleotide that cannot be extended to the optimal temperature of the nucleic acid polymerase to the chimeric oligonucleotide primer, and when the optimal temperature is reached, the oligonucleotide dissociates from the primer, It was found that the primer is bound to the target gene, extended by nucleic acid polymerase, and amplified, so that the stability of the reagent is improved even when the target gene and the primer coexist at room temperature. Completed.
[0024]
A first invention of the present invention is a method for stabilizing a gene amplification reagent, wherein an oligonucleotide having a base sequence substantially complementary to a chimeric oligonucleotide primer used in a gene amplification reaction is used. The ratio of the Tm value between the chimeric oligonucleotide primer and the nucleic acid sequence of the target gene substantially complementary to the base sequence of the primer to the Tm value between the chimeric oligonucleotide primer and the chimeric oligonucleotide primer is 1.2 to The present invention also relates to a method characterized in that at least one oligonucleotide that is in the range of 3.3 and is blocked so that the 3 ′ end of the oligonucleotide cannot be extended is allowed to coexist in the gene amplification reaction solution.
[0025]
In the first invention of the present invention, the oligonucleotide may be a DNA or RNA oligonucleotide, or a DNA-RNA chimeric oligonucleotide.
[0026]
The second invention of the present invention relates to a kit for the method of the first invention of the present invention.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As used herein, deoxyribonucleotide (also referred to herein as dN) refers to a nucleotide whose sugar moiety is composed of D-2-deoxyribose. For example, the base moiety includes adenine, cytosine, guanine, The thing which has thymine is mentioned. Furthermore, deoxyribonucleotide analogs such as deoxyribonucleotides and deoxyinosine nucleotides having modified bases such as 7-deazaguanosine are also included in the above deoxyribonucleotides.
[0028]
In the present specification, ribonucleotide (also referred to as N in the present specification) refers to a nucleotide whose sugar moiety is composed of D-ribose, and whose base moiety has adenine, cytosine, guanine, uracil. Can be mentioned. Furthermore, the ribonucleotide includes a modified ribonucleotide. For example, a modified ribonucleotide in which the oxygen atom of the phosphate group at the α-position is replaced with a sulfur atom [(α-S) ribonucleotide, (α-S) N is also described. And other derivatives.
[0029]
In the present specification, the 3 ′ terminal side refers to a part of a nucleic acid, for example, a primer from the center to the 3 ′ terminal. Similarly, the 5 ′ end side refers to a portion of the nucleic acid from the center to the 5 ′ end.
[0030]
In this specification, DNA polymerase refers to an enzyme that synthesizes a new DNA strand using a DNA strand as a template, and includes naturally occurring DNA polymerase and a mutant enzyme having the above activity. Examples of the enzyme include a DNA polymerase having strand displacement activity, a DNA polymerase not having 5 ′ → 3 ′ exonuclease activity, and a DNA polymerase having both reverse transcriptase activity and endonuclease activity.
[0031]
In this specification, the term “strand displacement activity” means that when DNA replication is performed according to a nucleic acid sequence as a template, it proceeds while replacing the DNA strand to release the complementary strand annealed to the template strand, ie, strand displacement (strand substitution). It refers to an activity that can be displaced. In the present specification, a DNA chain released from a nucleic acid sequence serving as a template by strand replacement is referred to as a “substitution strand”.
[0032]
As used herein, “Tm value” refers to the temperature at which a double strand of DNA is heat denatured to become a single strand. In other words, it refers to the theoretical limit temperature at which the template DNA and oligonucleotide form a double strand. The Tm value can be calculated. Although not particularly limited, for example, the nearest neighbor method, the Wallance method, or the GC% method is exemplified.
[0033]
In the closest base pair method,
Tm = (1000ΔH) / (− 10.8 + ΔS + Rln (Ct / 4)) − 273.15 + 16.6 log [Na +]
ΔH: Sum of nearest enthalpy changes in hybrid [kcal / mol]
−10.8; ΔS (initiation) [cal / mol · K]
ΔS: the sum of nearest entropy changes in the hybrid [cal / mol · K]
R: Gas constant (1.987 cal / deg · mol)
Ct: total molar concentration of oligo [mol / l]
Na + Na + Molar concentration of [mol / l]
Although there is no particular limitation, the parameters are the total molar concentration of the oligo of 0.5 μM, Na + The case where the molar concentration of is set to 50 mM is exemplified.
[0034]
In the Wallance method,
Tm = 2 (A + T) +4 (G + C)
(A, T, G, C: Number of occurrences of each nucleotide)
It can be calculated by
[0035]
In the GC% method,
Tm = 81.5 + 16.6log [Na +] + 41 (XG + XC) −500 / L−0.62F
Na +; molar concentration of Na + [mol / l]
XG, XC; mole fraction of G and C
L: Length of the oligonucleotide forming the double strand
F: molar concentration of formamide
It can be calculated by
[0036]
In the method of the present invention, the Tm value is adjusted by, for example, (1) giving a mutation to the sequence of Sensitive Decoy, (2) introducing a nucleic acid analog, (3) setting a sequence shorter than the primer, (4) use A method such as adjusting the salt concentration of the buffer to be used can be used.
[0037]
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
(1) Method of the present invention
The method of the invention is characterized by the use of oligonucleotides for the stabilization of gene amplification reagents. That is, an oligonucleotide having a base sequence substantially complementary to a chimeric oligonucleotide primer used in a gene amplification reaction, the chimeric oligonucleotide primer for the Tm value between the oligonucleotide and the chimeric oligonucleotide primer The ratio of the Tm value between the nucleotide sequence of the primer and the nucleic acid sequence of the target gene substantially complementary to the primer is in the range of 1.2 to 3.3, and the 3 ′ end of the oligonucleotide is used It is preferable that an oligonucleotide modified so that the nucleic acid chain is not extended under the conditions to be present coexist in the gene amplification reaction. As used herein, “substantially complementary nucleic acid sequence” means a nucleic acid sequence that can be annealed to DNA as a template under the reaction conditions used. Hereinafter, the oligonucleotide of the present invention is referred to as “Sensible decay”.
[0038]
The Sensitive Decoy is preferably an oligonucleotide composed of deoxyribonucleotides. The Sensitive Decoy is not particularly limited as long as it is a sequence that can be annealed to the chimeric oligonucleotide primer used in the nucleic acid amplification reaction, and the length may be equal to, greater than or less than the primer length. Good. Preferably, the target oligonucleotide is shorter than the primer length to be used and substantially complementary to the base sequence of the chimeric oligonucleotide primer and the primer with respect to the Tm value between the Sensitive Decoy and the chimeric oligonucleotide primer. Ratio of Tm value between nucleic acid sequence of gene [(Tm value between chimeric oligonucleotide primer and nucleic acid sequence of target gene substantially complementary to base sequence of the primer) / (Sensible decoy and chimeric oligo The Tm value between the nucleotide primer)] is preferably in the range of 1.2 to 3.3, more preferably in the range of 1.5 to 2.5. The Tm value can be calculated by the closest base pair method, the Wallance method, or the GC% method, and the closest base pair method and the Wallance method are particularly preferable.
[0039]
The Sensitive Decoy of the present invention can contain one or more nucleic acid analogs as long as the Sensitive Decay function is not lost, and the nucleic acid analogs can be used in combination of a plurality of types. The nucleic acid analog is not particularly limited. For example, a deoxyribonucleotide analog having a modified base such as deoxyinosine nucleotide, deoxyuracil nucleotide, or 7-deazaguanine, a nucleic acid analog having a ribose derivative, etc. can be used. it can.
[0040]
In addition, the Sensitive Decoy of the present invention is modified so that the nucleic acid chain is not extended under the condition that the 3 ′ end is used. Although the modification method is not particularly limited, a known chemical synthesis method can be used, and methods such as amination, biotinylation, and phosphorylation can be used.
[0041]
The Sensitive Decoy used in the present invention can be synthesized by the phosphoamidite method using, for example, a DNA synthesizer type 394 of Applied Biosystems Inc. (ABI, Applied Biosystems Inc.) so as to have an arbitrary nucleic acid sequence. As another method, there are a phosphoric acid triester method, an H-phosphonate method, a thiophosphonate method, and the like, but they may be synthesized by any method.
[0042]
In the method of the present invention, the above Sensitive Decoy has a nucleotide sequence substantially complementary to a primer used when replicating or amplifying a nucleic acid fragment of a target gene, and therefore can be annealed with a primer. In addition, during the replication or amplification reaction, Sensitive Decay competes with the nucleic acid chain of the target gene to which the primer hybridizes. As a result, in the method of the present invention, the nucleic acid fragment of the target gene can be specifically suppressed, that is, non-specific replication or amplification can be suppressed.
[0043]
In the method of the present invention, as the DNA polymerase, a DNA polymerase having a DNA strand displacement activity can be used. Those having substantially no 5 ′ → 3 ′ exonuclease activity can be particularly preferably used.
The DNA polymerase used in the present invention is not particularly limited as long as it has the above-mentioned strand displacement activity. For example, Bacillus caldotenax (hereinafter referred to as B.ca) or Bacillus stearothermophilus. (Bacillus stearothermophilus, hereinafter referred to as B.st) and other mutants lacking the 5 ′ → 3 ′ exonuclease activity of DNA polymerases derived from thermophilic Bacillus bacteria, and Escherichia coli (hereinafter referred to as E. coli) And a large fragment (Klenow fragment) of the derived DNA polymerase I. In addition, as the DNA polymerase that can be used in the present invention, any of room temperature to heat resistant can be suitably used.
[0044]
B. ca is a thermophilic bacterium having an optimum growth temperature of about 70 ° C. Bca DNA polymerase derived from this bacterium has DNA-dependent DNA polymerase activity, RNA-dependent DNA polymerase activity (reverse transcription activity), 5 ′ → 3 ′ exo It is known to have nuclease activity, 3 ′ → 5 ′ exonuclease activity. The enzyme may be either purified and obtained from its original origin or a recombinant protein produced by genetic engineering. In addition, the enzyme may be modified by substitution, deletion, addition, insertion or the like by genetic engineering or other methods. Examples of such an enzyme include 5 ′ → 3 ′ exonuclease. Examples thereof include Bca DNA polymerase (manufactured by Takara Bio Inc.), which is a Bca DNA polymerase deficient in activity.
[0045]
Moreover, RNaseH in this invention will not be specifically limited if it can be used for the method of this invention, For example, any of various viruses, phages, prokaryotes, and eukaryotes may be sufficient. Further, it may be either cellular RNase H or viral RNase H. For example, E. coli RNaseHI is exemplified as the cellular RNaseH, and HIV-1-derived RNaseH is exemplified as the viral RNaseH. In the method of the present invention, RNase H can be any of type I, type II, and type III. Although not particularly limited, for example, RNaseHI derived from Escherichia coli, Pyrococcus genus, Arkaeoglobus genus bacterium or Thermococcus genus RNaseHII, Bacillus caldotenax, Thermotoga maritima, Thermotoga maritima, Ribonuclease H from Methanococcus jannashi and Thermococcus litoralis can be suitably used.
[0046]
In addition, the efficiency of the cleavage reaction of an endonuclease used in the method of the present invention, for example, RNase H, depends on the base sequence near the 3 ′ end of the primer and may affect the amplification efficiency of the desired DNA. It is natural to design an optimal primer for RNaseH.
[0047]
As a reaction buffer used in the present invention, a buffer containing a buffer component, a magnesium salt, other metal salt, or dNTP is used. In addition, it is natural to optimize the type and concentration of the salt according to the metal requirement of the enzyme used. The buffer component is not particularly limited, and for example, bicine, tricine, hepes, tris, phosphate (sodium phosphate, potassium phosphate, etc.) can be preferably used. In particular, a buffer containing bicine, tricine, hepes, or phosphate as a buffer component is suitable for the present invention. Therefore, an optimal buffer may be selected depending on the reaction temperature, the endonuclease or DNA polymerase to be used.
[0048]
The final concentration of the buffer component is in the range of 5 mM to 100 mM, particularly preferably in the range of 15 mM to 50 mM, and pH 6.0 to 9.5, particularly preferably in the range of pH 7.0 to 9.2 is used. The For example, a pH 7.5-9.2 buffer containing 22 mM-46 mM tricine, a pH 7.0-8.0 buffer containing 25 mM-50 mM potassium phosphate, 16 mM-40 mM Hepes-potassium hydroxide. The buffer of pH 7.0-8.0 which contains can be used conveniently. Further, the magnesium salt is not particularly limited, but for example, magnesium chloride, magnesium acetate or magnesium sulfate can be suitably used, and its concentration is in the range of 1 mM to 20 mM, particularly preferably 2 mM to 10 mM in the final concentration. . Moreover, the potassium salt may be included, for example, in the case of potassium acetate, the range of 80 mM-120 mM is preferable at final concentration. Furthermore, dNTPs (dATP, dCTP, dGTP, dTTP mixture) serving as a substrate for the DNA elongation reaction are each in the final concentration range of 0.1 mM to 3.0 mM, particularly preferably 0.2 mM to 1.2 mM. The amount of the primer to be used is in the range of 1 pmol to 1000 pmol per 50 μl of the reaction solution, and particularly preferably in the range of 10 pmol to 150 pmol. Furthermore, additives intended to stabilize the amplification reaction and the like can coexist in the reaction solution, each having a final concentration of 0.1% or less bovine serum albumin (BSA), 10% or less dimethyl sulfoxide ( DMSO) 4 mM or less putrescine dihydrochloride or 0.01% or less propylenediamine may be added. In addition, NMP (1-methyl-2-pyrrolididinone), glycerol, polyethylene glycol, dimethyl sulfoxide and / or formamide may be included, and the addition of these organic solvents reduces non-specific annealing of the oligonucleotide primer. It is expected that
[0049]
In this specification, the nucleic acid used as a template, that is, DNA or RNA, may be prepared or isolated from any sample that may contain the nucleic acid. Furthermore, the above sample may be directly used for the nucleic acid amplification reaction of the present invention. The sample containing such nucleic acid is not particularly limited, and examples thereof include whole blood, serum, buffy coat, urine, feces, cerebrospinal fluid, semen, saliva, tissue (eg, cancer tissue, lymph node, etc.), cell, and the like. Biological samples such as cultures (eg mammalian cell cultures and bacterial cultures), nucleic acid containing samples such as viroids, viruses, bacteria, molds, yeasts, plants and animals, microorganisms such as viruses or bacteria May be contaminated or infected (food, biological preparations, etc.), or samples that may contain organisms such as soil and wastewater. Moreover, the nucleic acid containing preparation obtained by processing the said sample etc. by a well-known method may be sufficient. As the preparation, for example, a cell disrupted product, a sample obtained by fractionating the same, a nucleic acid in the sample, or a specific nucleic acid molecule group, for example, a sample enriched with mRNA can be used in the present invention. Furthermore, a nucleic acid such as DNA or RNA obtained by amplifying the nucleic acid contained in the sample by a known method can be suitably used.
[0050]
The preparation of the nucleic acid-containing preparation from these materials is not particularly limited, and can be performed, for example, by dissolution treatment with a surfactant, ultrasonic treatment, shaking and stirring using glass beads, use of a French press, or the like. In some instances, it may be advantageous to further manipulate and purify the nucleic acid (eg, when an endogenous nuclease is present). In these examples, nucleic acid purification is performed by known methods such as phenol extraction, chromatography, ion exchange, gel electrophoresis, or density gradient centrifugation.
[0051]
The nucleic acid amplification reaction used in the present invention is not particularly limited, but a known nucleic acid amplification method such as a PCR method, an LCR method, an SDA method, an improved SDA method, a LAMP method, or an ICAN method may be used. Preferably, the ICAN method can be used.
[0052]
When it is desired to amplify a nucleic acid having a sequence derived from RNA, the method of the present invention may be carried out using as a template cDNA synthesized by reverse transcription using the RNA as a template. The RNA that can be applied to the method of the present invention is not particularly limited as long as the primer used for the reverse transcription reaction can be prepared. In addition to the total RNA in the sample, mRNA, tRNA, rRNA, etc. An RNA molecule group or a specific RNA molecular species can be mentioned.
[0053]
(2) Kit of the present invention
The present invention provides a kit for use in a method for amplifying or detecting a nucleic acid of a target gene. In one embodiment, the kit is characterized in that it contains instructions for use of DNA polymerase and endonuclease in the method of the invention in packaged form. Furthermore, a kit containing a DNA polymerase having strand displacement activity, an endonuclease, and a strand displacement reaction buffer is preferably used in the method of the present invention. Alternatively, a commercially available DNA polymerase and / or endonuclease having strand displacement activity may be selected and used according to the instructions. Furthermore, a reagent for reverse transcription reaction using RNA as a template may be included.
[0054]
The above “instructions” are printed materials that describe how to use the kit, for example, how to prepare reagent solutions for the method of the present invention, recommended reaction conditions, etc. In addition, the label attached to the kit, the one written on the package containing the kit, etc. are included. Furthermore, information disclosed and provided through an electronic medium such as the Internet is also included.
[0055]
Further, the kit of the present invention may contain a reaction buffer containing bicine, tricine, hepes, phosphate, or a tris buffer component, and an annealing solution. Moreover, DNA polymerase and RNaseH which have strand displacement ability may be contained. Further, it may contain a modified deoxyribonucleotide or deoxynucleotide triphosphate analog.
[0056]
Furthermore, the kit used for the target nucleic acid detection method includes the above-mentioned instructions, reagents for amplification reaction, chimeric oligonucleotide primer suitable for target nucleic acid amplification, Sensitive decoy, and amplified target nucleic acid. It may contain a reagent for detection, such as a probe.
The kit of the present invention also includes a kit containing the chimeric oligonucleotide primer, Sensitive decoy and / or the probe of the present invention used in the present invention.
[0057]
【Example】
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the scope of the present invention is not limited to these examples.
In addition, the synthetic DNA used in the following examples was produced by a synthesizer manufactured by ABI.
The ICAN method was carried out by the method described in WO 02/16639 pamphlet. In addition, Afu (Archaeoglobus fulgidus) -derived RNase H used in the present invention was prepared by the method described in WO 02/22831.
[0058]
Example 1 Stabilization of ICAN Amplification Reagent Mixture in ICAN Method by Sensitive Decoy
Example 1
(1) Examination of stabilization of amplification reagent mixture at room temperature in the amplification of Chlamydia / phosphorus gene by ICAN method
A sense primer (SEQ ID NO: 1) and an antisense primer (SEQ ID NO: 2) labeled with biotin at the 5 ′ end were designed and synthesized from the chlamydia (CT) cryptoplasmid region. In addition, a sense primer (SEQ ID NO: 3) in which the 3 ′ end was amino-modified and an antisense primer (SEQ ID NO: 4) in which the 3 ′ end was amino-modified were designed and synthesized as a sensitive decoy.
A sense primer (SEQ ID NO: 5) and an antisense primer (SEQ ID NO: 6) labeled with biotin at the 5 ′ end were designed and synthesized from the gonococcal (NG) cppB gene. In addition, a sense primer (SEQ ID NO: 7) in which the 3 ′ end was amino-modified and an antisense primer (SEQ ID NO: 8) in which the 3 ′ end was amino-modified were designed and synthesized as a sensitive decoy.
[0059]
An amplification reagent mixture containing only the above primer and an amplification reagent mixture containing the primer and Sensitive Decoy were prepared. The composition is shown in Table 1 below. (Displays the volume per 18 reactions)
[0060]
[Table 1]
[0061]
To this amplification reagent, 40 μl of 90 mM magnesium acetate solution and 20 μl of internal control DNA (0.9 pg / μl) were added and left at room temperature for 70 minutes. Thereafter, 25 μl was dispensed per reaction, an equal volume of template DNA was added, and an amplification reaction was carried out at 55 ° C. for 1 hour without denaturation / annealing operation. After amplification, the amplification product was detected by solid-layer plate luminescence. The results are shown in Table 2 below.
[0062]
[Table 2]
[0063]
As shown in Table 2, amplification reagent A (conventional method) caused amplification failure and failed to detect the target gene. On the other hand, amplification reagent B showed a stable amplification reaction and was able to detect the target gene. That is, it was confirmed that the method of the present invention contributes to stabilization of the amplification reaction.
[0064]
(2) Examination of stabilization of amplification reagent mix in refrigeration in the amplification of Chlamydia / phosphorus gene by ICAN method
In the same manner as in Example 1- (1) above, 40 μl of 90 mM magnesium acetate solution and 20 μl of internal standard DNA (0.9 pg / μl) were added to each of amplification reagents A and B, and stored at 4 ° C. for 1 week. A refrigerated storage test was conducted. The results are shown in Table 3 below.
[0065]
[Table 3]
[0066]
As shown in Table 3, the amplification reagent A was able to detect the target genes CT and NG, but caused an IC (internal standard) amplification failure, and no IC was detected even in the 0 copy section. On the other hand, amplification reagent B showed stable amplification without any denaturation / annealing operation, and all target genes could be detected. That is, it was confirmed that the method of the present invention is suitable for storage and stabilization at a low temperature and for a long period.
[0067]
Example 2 Improvement of reproducibility in amplification of Chlamydia / phosphorus gene by ICAN method
In the same manner as in Example 1- (1) above, 40 μl of 90 mM magnesium acetate solution and 20 μl of internal standard DNA (0.9 pg / μl) were added to amplification reagent A and amplification reagent B, respectively, and low copy number CT, Using the NG template, the reaction was repeated 10 times without denaturation / annealing, and the simultaneous reproducibility was compared. The results are shown in Table 4 below.
[0068]
[Table 4]
[0069]
As shown in Table 4, better reproducibility was obtained with the amplification reagent B containing the Sensitive Decoy of the present invention.
[0070]
Example 3 Stabilization of amplification in HPV6, 11 gene ICAN amplification
From the HPV6 gene, a sense primer (SEQ ID NO: 9) and an antisense primer (SEQ ID NO: 10) labeled with biotin at the 5 ′ end were designed and synthesized. In addition, a sense primer (SEQ ID NO: 12) in which the 3 ′ end was amino-modified and an antisense primer (SEQ ID NO: 13) in which the 3 ′ end was amino-modified were designed and synthesized as a sensitive decoy.
An antisense primer (SEQ ID NO: 11) was designed and synthesized from the HPV11 gene. As the sense primer, a sense primer (SEQ ID NO: 9) in which the 5 ′ end of the HPV6 gene was labeled with biotin was used. In addition, an antisense primer (SEQ ID NO: 14) in which the 3 ′ end was amino-modified was designed and synthesized as a sensitive decoy. As the sense primer, a sense primer (SEQ ID NO: 12) obtained by amino-modifying the 3 ′ end of the HPV6 gene was used.
[0071]
In the same manner as in Example 1- (1) above, amplification reagent A not containing Sensitive Decoy and amplification reagent B containing Sensitive Decoy were prepared, and 40 μl of 90 mM magnesium acetate solution and 20 μl of internal standard DNA (0 .9 pg / μl) and isothermal amplification without denaturation / annealing operation. The results are shown in Table 5 below.
[0072]
[Table 5]
[0073]
As shown in Table 5, as a result of comparing the amplification of HPV6 and 11DNA, improvement in amplification at a low copy number was recognized by using the method of the present invention.
[0074]
【The invention's effect】
The above gene amplification method using the oligonucleotide of the present invention is useful for an isothermal gene amplification method at moderately high temperatures. Further, the method of the present invention is effective as a method for storing and stabilizing an amplification reagent.
[0075]
[Sequence Listing Free Text]
SEQ ID NO: 1; Chimeric oligomeric to detect Chlamydia trachomatis cryptoplasmid gene. “Nucleotides 19 to 22 are ribonucleotides—other nucleosides are deoxyribonucleotides.”
SEQ ID NO: 2; Chimeric oligomeric to detect Chlamydia trachomatis cryptographic plasmid gene. “Nucleotides 16 to 18 are ribonucleotides—other nucleosides are deoxyribonucleotides, and 5 ′ end is labeled by biotin.”
SEQ ID NO: 3; The 3′-OH group of nucleotides at 3 ′ end is protected with amino group.
SEQ ID NO: 4; The 3′-OH group of nucleotides at 3 ′ end is protected with amino group.
SEQ ID NO: 5; Chimeric oligonucleotide to detect Neisseria gonorrhoea cppB gene. “Nucleotides 18 to 20 are ribonucleotides—other nucleosides are deoxyribonucleotides.”
SEQ ID NO: 6; Chimeric oligonucleotide to detect Neisseria gonorrhoea cppB gene. “Nucleotides 15 to 17 area ribonucleotides—other nucleosides are deoxyribonucleotides, and 5 ′ end is labeled by biotin.”
SEQ ID NO: 7; The 3′-OH group of nucleotides at 3 ′ end is protected with amino group.
SEQ ID NO: 8; The 3′-OH group of nucleotides at 3 ′ end is protected with amino group.
SEQ ID NO: 9; Chimeric oligonucleotide to detect HPV6 gene. “Nucleotides 18 to 20 are ribonucleotides—other nucleosides are deoxyribonucleotides, and 5 'end is labeled by biotin.”
SEQ ID NO: 10; Chimeric oligonucleotide to detect HPV6 gene. “Nucleotides 20 to 22 area ribonucleotides—other nucleosides are deoxyribonucleotides.”
SEQ ID NO: 11; Chimeric oligonucleotide to detect HPV11 gene. “Nucleotides 20 to 22 area ribonucleotides—other nucleosides are deoxyribonucleotides.”
SEQ ID NO: 12; The 3′-OH group of nucleotides at 3 ′ end is protected with amino group.
SEQ ID NO: 13; The 3′-OH group of nucleotides at 3 ′ end is protected with amino group.
SEQ ID NO: 14; The 3′-OH group of nucleotides at 3 ′ end is protected with amino group.
[0076]
[Sequence Listing]
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