JP2008048705A - Method for analyzing base sequence and primer for analyzing base sequence - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、標的核酸中の特定位置の塩基配列を分析するための方法及び該方法において用いる塩基配列分析用プライマーに関する。 The present invention relates to a method for analyzing a base sequence at a specific position in a target nucleic acid and a base sequence analysis primer used in the method.
遺伝子多型には、一塩基多型(SNPs:Single Nucleotide Polymorphism)のほか、二塩基から数十塩基を1単位とする繰り返し塩基配列の反復回数が異なるマイクロサテライト及びVNTR(variable number of tandem repeat)、あるいはA及びTの連続塩基配列の個数が異なるAnTnなどがある。 In addition to single nucleotide polymorphisms (SNPs), gene polymorphisms include microsatellite and VNTR (variable number of tandem repeat), which have different repeat base sequences with two to tens of bases as one unit. Or AnTn having different numbers of consecutive base sequences of A and T.
ヒトのSNPsは、数百塩基に1つ程度の頻度で見られる遺伝子多型である。これらの変異は、コーディングリージョン、ノンコーディングリージョンを問わず広くゲノム上に散在しており塩基の置換のみならず挿入、欠失も見られる。ヒトゲノムの大きさは30億塩基対であるから、1000塩基に1カ所そのような多型があったとしても300万のSNPsがあることになる。今のところ1つの薬剤や疾病の感受性と関係のあるSNPsセットは約300万カ所のうち、多くて数百カ所、数十カ所程度のタイピングが必要であると考えられている。また、マイクロサテライトやVNTR、AnTnについても同時に検出しようとすると、サンガー法でDNAシーケンサを用いてタイピングする方法があるが、これだけの数のタイピングを行うためにはシーケンシング反応の試薬や装置が高く、手間もかかるため操作の簡便化が望まれる。 Human SNPs are genetic polymorphisms found with a frequency of about one in several hundred bases. These mutations are widely scattered in the genome regardless of coding region or non-coding region, and insertions and deletions are seen as well as base substitutions. Since the size of the human genome is 3 billion base pairs, there will be 3 million SNPs even if there is one such polymorphism per 1000 bases. At present, it is considered that the number of SNPs related to one drug or disease susceptibility needs to be typed at several hundreds and several tens at most. In addition, when trying to detect microsatellite, VNTR, and AnTn at the same time, there is a method of typing using a DNA sequencer by the Sanger method. However, in order to perform this type of typing, the reagents and equipment for sequencing reaction are expensive. Since it takes time and effort, it is desirable to simplify the operation.
一塩基伸長法とDNAチップを組み合わせた方法は、一度の反応で多数の遺伝子多型を分析できる点で優れている。しかし、検出については、多型に応じて標識されたプライマーを、単に検出すべき標的核酸の塩基配列に相補的な塩基配列を有するプローブを用いて捕捉するにすぎなかった。このため、各プローブの至適ハイブリダイゼーション条件が一定ではなく、偽陽性ハイブリダイゼーションが起こりやすいため、分析の精度に問題を有していた。加えて、従来は、検出すべき標的核酸の種類が変われば、新たにそれら核酸の相補塩基配列を固相化し直さなければならないので、極めて多種類の核酸が検出対象とされる臨床検査に適用するには汎用性が十分ではないという問題をも有していた。 The method combining the single base extension method and the DNA chip is excellent in that a large number of gene polymorphisms can be analyzed in one reaction. However, for detection, the primer labeled according to the polymorphism was merely captured using a probe having a base sequence complementary to the base sequence of the target nucleic acid to be detected. For this reason, the optimal hybridization conditions of each probe are not constant, and false positive hybridization is likely to occur, which has a problem in the accuracy of analysis. In addition, conventionally, if the type of target nucleic acid to be detected changes, the complementary base sequence of those nucleic acids must be re-immobilized, so it can be applied to clinical tests in which a large number of nucleic acids are targeted for detection. In addition, there was a problem that versatility was not sufficient.
これらの問題を解決するために、検出すべき標的核酸の各塩基配列に、任意に設計したタグ配列、即ちほぼ同じ長さを持ちかつほぼ同じ解離温度を有しさらに標的核酸中に結合しない塩基配列を付加したポリヌクレオチド断片をプライマーとして用い、これを捕捉する方法が開示されている(非特許文献1)。しかし、この方法においても、複数の多型を同時に分析しようとする場合、タグ配列間でのそれぞれの特異性を考慮しなければならない。 In order to solve these problems, each base sequence of the target nucleic acid to be detected has an arbitrarily designed tag sequence, that is, a base that has approximately the same length and approximately the same dissociation temperature and does not bind to the target nucleic acid. A method for capturing a polynucleotide fragment to which a sequence has been added as a primer has been disclosed (Non-patent Document 1). However, even in this method, when analyzing a plurality of polymorphisms at the same time, each specificity between tag sequences must be taken into consideration.
タグ配列の設計方法としては、例えば、ほ乳類の多型分析時には捕捉プローブ配列として、ウイルスなどの遺伝的に遠い種の塩基配列で、ほ乳類に類似していない塩基配列を設計する方法が提案されている(特許文献1、2参照)。しかし、全てのタグ配列がほぼ同じ長さを持ちかつ同程度の解離温度を有し、同時に特異性も保つ条件を満たす必要があり、そのためタグ配列を設計するにはなお複雑な計算が必要であった。
上述のように、一塩基伸長法ではタグ配列の設計が分析の精度に大きな影響を与えるため、複数のタグ配列を設計する際に解離温度を同程度にすること、標的核酸中に結合しない塩基配列であること、全てのタグ配列が特異性を保っていること等を考慮する必要があることから、複数のタグ配列の設計が大変困難であり、それ故に実際に使用可能な塩基配列が制限されるという問題があった。 As described above, in the single base extension method, the design of the tag sequence greatly affects the accuracy of the analysis. Therefore, when designing a plurality of tag sequences, the dissociation temperature should be the same, and the base that does not bind to the target nucleic acid. Since it is necessary to consider the fact that it is a sequence and that all tag sequences maintain specificity, it is very difficult to design multiple tag sequences, and therefore the actual usable nucleotide sequences are limited. There was a problem of being.
本発明は、標的核酸中の特定位置の塩基配列を分析する方法において、上記課題を解決するものである。 This invention solves the said subject in the method of analyzing the base sequence of the specific position in a target nucleic acid.
即ち、本発明は、標的核酸中の特定位置の塩基配列の3’側に隣接する塩基配列に相補的な塩基配列及び天然型核酸とは結合しない塩基配列であるタグ配列を有する塩基配列分析用プライマーを用いることを特徴とする塩基配列の分析方法であって、
該標的核酸と該塩基配列分析用プライマーとを適切な条件下でハイブリダイゼーションして、該塩基配列分析用プライマーと該標的核酸との複合体を形成する第1の工程、
第1の工程で得られた複合体中の塩基配列分析用プライマーに該特定位置の塩基配列に相補的な標識されたヌクレオチドを付加する塩基伸長反応を行って標識産物を得る第2の工程、
第2の工程で得られた標識産物を該タグ配列を介して特異的に捕捉する第3の工程、
該標識産物中に含まれる標識の存在又はシグナル強度を測定し、該標識の存在又はシグナル強度を指標として特定位置の塩基配列を解析する第4の工程、
を含む、塩基配列の分析方法を提供するものである。
That is, the present invention is for base sequence analysis having a base sequence complementary to the base sequence adjacent to the 3 ′ side of the base sequence at a specific position in the target nucleic acid and a tag sequence that is a base sequence that does not bind to a natural nucleic acid. A method for analyzing a base sequence, characterized by using a primer,
A first step of hybridizing the target nucleic acid and the base sequence analysis primer under appropriate conditions to form a complex of the base sequence analysis primer and the target nucleic acid;
A second step of obtaining a labeled product by performing a base extension reaction in which a labeled nucleotide complementary to the base sequence at the specific position is added to the base sequence analysis primer in the complex obtained in the first step;
A third step of specifically capturing the labeled product obtained in the second step via the tag sequence;
A fourth step of measuring the presence or signal intensity of the label contained in the labeled product and analyzing the base sequence at a specific position using the presence or signal intensity of the label as an index;
A method for analyzing a base sequence is provided.
また、本発明は、前記の塩基配列の分析方法において用いる、標的核酸中の特定位置の塩基配列の3’側に隣接する塩基配列に相補的な塩基配列及び天然型核酸とは結合しない塩基配列であるタグ配列を有する塩基配列分析用プライマーを提供する。 The present invention also provides a base sequence complementary to a base sequence adjacent to the 3 ′ side of a base sequence at a specific position in a target nucleic acid and a base sequence that does not bind to a natural nucleic acid, which is used in the base sequence analysis method described above. A primer for base sequence analysis having a tag sequence is provided.
さらに、前記の塩基配列分析用プライマーにおけるタグ配列と選択的な結合が可能な塩基配列を有するタグ捕捉プローブが固定化されたバイオチップを提供する。 Furthermore, the present invention provides a biochip on which a tag capture probe having a base sequence capable of selective binding to the tag sequence in the base sequence analysis primer is immobilized.
本発明の塩基配列分析用プライマーの好ましい1つの形態は、タグ配列が、非天然型のヌクレオチドを有する塩基配列であるものである。より好ましい1つの形態は、前記非天然型のヌクレオチドがL型リボース又はL型デオキシリボース等の非天然型の糖を有するものである。 One preferred form of the primer for base sequence analysis of the present invention is such that the tag sequence is a base sequence having a non-natural nucleotide. In a more preferred embodiment, the non-natural nucleotide has a non-natural sugar such as L-type ribose or L-type deoxyribose.
本発明を用いることにより非常に簡便にタグ配列を設計することができ、しかも標的核酸の特定位置の塩基配列を精度良く分析することが可能になる。本発明は、一塩基配列の分析や繰り返し塩基配列の反復回数の検出など、塩基配列の分析に広く応用できる。 By using the present invention, it is possible to design a tag sequence very simply and to analyze the base sequence at a specific position of the target nucleic acid with high accuracy. The present invention can be widely applied to base sequence analysis such as single base sequence analysis and detection of the number of repetitive base sequence repeats.
本発明は、標的核酸中の特定位置の塩基配列を分析する方法であって、該特定位置の塩基配列の3’側に隣接する塩基配列に相補的な塩基配列及び天然型核酸とは結合しない塩基配列であるタグ配列を有する塩基配列分析用プライマーを用いるものであって、
該標的核酸と該塩基配列分析用プライマーとをハイブリダイゼーションして、該塩基配列分析用プライマーと該標的核酸との複合体を形成する第1の工程、
第1の工程で得られた複合体中の塩基配列分析用プライマーに該特定位置の塩基配列に相補的な標識されたヌクレオチドを付加する塩基伸長反応を行って標識産物を得る第2の工程、
第2の工程で得られた該標識産物を該タグ配列を介して特異的に捕捉する第3の工程、
該標識産物中に含まれる標識の存在又はシグナル強度を測定し、該標識の存在又はシグナル強度を指標として特定位置の塩基配列を解析する第4の工程、
を含む、塩基配列の分析方法である。
The present invention is a method for analyzing a base sequence at a specific position in a target nucleic acid, and does not bind to a base sequence complementary to a base sequence adjacent to the 3 ′ side of the base sequence at the specific position and a natural nucleic acid. Using a primer for base sequence analysis having a tag sequence that is a base sequence,
A first step of hybridizing the target nucleic acid and the base sequence analysis primer to form a complex of the base sequence analysis primer and the target nucleic acid;
A second step of obtaining a labeled product by performing a base extension reaction in which a labeled nucleotide complementary to the base sequence at the specific position is added to the base sequence analysis primer in the complex obtained in the first step;
A third step of specifically capturing the labeled product obtained in the second step via the tag sequence;
A fourth step of measuring the presence or signal intensity of the label contained in the labeled product and analyzing the base sequence at a specific position using the presence or signal intensity of the label as an index;
Is a method for analyzing a base sequence.
本発明の塩基配列分析方法について、各工程の順を追って具体的に説明する。 The base sequence analysis method of the present invention will be specifically described in the order of each step.
第1の工程は、標的核酸と塩基配列分析用プライマーとをハイブリダイゼーションして、該塩基配列分析用プライマーと該標的核酸との複合体を形成する工程である。 The first step is a step of hybridizing a target nucleic acid and a base sequence analysis primer to form a complex of the base sequence analysis primer and the target nucleic acid.
本発明の塩基配列分析方法において用いる塩基配列分析用プライマーは、標的核酸中の特定位置の塩基配列の3’側に隣接する塩基配列に相補的な塩基配列と、天然型核酸とは結合しないタグ配列とを有する塩基配列分析用プライマーである。図1に、塩基配列分析用プライマーを説明するための模式図を示す。標的核酸の分析したい特定位置の塩基配列の3’側に隣接する塩基配列に相補的な塩基配列を持ち、かつ5’末端には天然型核酸とは結合しないタグ配列が付加してある。当該相補的な塩基配列の長さは、通常5〜100塩基が好ましく、ハイブリダイズの特異性と合成コストを考慮すると10〜60塩基がより好ましい。 The primer for base sequence analysis used in the base sequence analysis method of the present invention is a tag that does not bind to a base sequence complementary to the base sequence adjacent to the 3 ′ side of the base sequence at a specific position in the target nucleic acid and the natural nucleic acid. A primer for base sequence analysis having a sequence. FIG. 1 shows a schematic diagram for explaining a primer for base sequence analysis. The target nucleic acid has a base sequence complementary to the base sequence adjacent to the 3 'side of the base sequence at a specific position to be analyzed, and a tag sequence that does not bind to the natural nucleic acid is added to the 5' end. The length of the complementary base sequence is usually preferably 5 to 100 bases, and more preferably 10 to 60 bases in consideration of hybridization specificity and synthesis cost.
本発明の塩基配列分析用プライマーは、天然型核酸とは結合しないタグ配列を有するポリヌクレオチドである。天然型核酸と結合しない塩基配列とは、天然型核酸とハイブリダイズしない塩基配列であれば特に限定されない。該塩基配列中のヌクレオチドとして、その糖部、塩基部のいずれか又は両方に天然型核酸と結合しない修飾がなされたヌクレオチドを用いる方法が利用できる。これらのうち、糖部に修飾を施す場合は、例えば、糖の水酸基に適当な官能基を導入する方法や糖自体として非天然型の糖を用いる方法が挙げられる。これらのうち、非天然型のL型糖を有するヌクレオチド(以下、L型ヌクレオチドということがある。)を用いることが好ましく、L型リボース又はL型デオキシリボース非天然型の糖を有するヌクレオチドがより好ましく用いられる。標的核酸となるゲノムをはじめとする二本鎖の天然型DNAの糖はD型であるため、L型糖を有するポリヌクレオチド(以下、L型ポリヌクレオチドということがある)とはハイブリダイズしない。さらに、L型リボースにさらに修飾されていても良く、例えば2’−フルオロリボース、2’−クロロリボース、2’−o−メチルリボース等を用いることができる。核酸塩基に修飾がなされたヌクレオチドとしては、5−プロピニルウラシル、2−アミノアデニンなどが挙げられる。 The primer for base sequence analysis of the present invention is a polynucleotide having a tag sequence that does not bind to a natural nucleic acid. The base sequence that does not bind to the natural nucleic acid is not particularly limited as long as it does not hybridize with the natural nucleic acid. As the nucleotide in the base sequence, a method using a nucleotide in which either a sugar part or a base part is modified so as not to bind to a natural nucleic acid can be used. Among these, when the sugar part is modified, examples thereof include a method of introducing an appropriate functional group into the hydroxyl group of the sugar and a method of using a non-natural sugar as the sugar itself. Of these, nucleotides having unnatural L-type sugars (hereinafter sometimes referred to as L-type nucleotides) are preferably used, and nucleotides having L-type ribose or L-type deoxyribose non-natural sugars are more preferred. Preferably used. Since the sugar of double-stranded natural DNA including the genome as the target nucleic acid is D-type, it does not hybridize with a polynucleotide having L-type sugar (hereinafter sometimes referred to as L-type polynucleotide). Furthermore, it may be further modified to L-type ribose, and for example, 2'-fluororibose, 2'-chlororibose, 2'-o-methylribose and the like can be used. Examples of nucleotides modified in the nucleobase include 5-propynyluracil, 2-aminoadenine and the like.
また、複数の塩基配列分析用プライマーを使用する場合には、タグ配列の塩基配列は、それぞれのタグ配列同士が同程度の解離温度を有していること、それぞれが特異性を有している塩基配列であることが好ましい。このような塩基配列は、天然型の塩基配列においては、発現解析用DNAチップなどとして一般に公開され又は入手可能であり、天然型核酸とは結合しない修飾、例えば非天然型のL型糖を導入する塩基配列を選択する際においても、その基となる塩基配列としてこれらを利用し、非天然型の塩基配列に変換して転用することが出来る。 Moreover, when using a plurality of primers for base sequence analysis, the base sequences of the tag sequences have the same dissociation temperature between the tag sequences, and each has specificity. A base sequence is preferred. Such a base sequence is publicly available or available as a DNA chip for expression analysis in a natural base sequence, and a modification that does not bind to a natural nucleic acid, for example, a non-natural L-type sugar is introduced. Even when a base sequence to be selected is selected, these can be used as the base sequence to be converted into a non-natural base sequence and used.
タグ配列の塩基配列の長さに特に限定は無いが、通常5〜100塩基が好ましくは、ハイブリダイズの特異性と合成コストを考慮すると10〜60塩基であることがより好ましい。 The length of the base sequence of the tag sequence is not particularly limited, but usually 5 to 100 bases are preferable, and 10 to 60 bases are more preferable in consideration of hybridization specificity and synthesis cost.
天然型核酸とは結合しないタグ配列として用いるL型ヌクレオチドは、公知の方法によって合成することが可能である。また、例えば、市販されているBeta-L-deoxy Adenosine (n-bz) CED phosphoramidite、Beta-L-deoxy Cytidine (n-bz) CED phosphoramidite、Beta-L-deoxy Guanosine (n-ibu) CED phosphoramidite、Beta-L-deoxy Thymidine CED phosphoramidite(ChemGenes Corporation社製)等をそのまま用いることができる。 L-type nucleotides used as tag sequences that do not bind to natural nucleic acids can be synthesized by known methods. Also, for example, commercially available Beta-L-deoxy Adenosine (n-bz) CED phosphoramidite, Beta-L-deoxy Cytidine (n-bz) CED phosphoramidite, Beta-L-deoxy Guanosine (n-ibu) CED phosphoramidite, Beta-L-deoxy Thymidine CED phosphoramidite (ChemGenes Corporation) etc. can be used as it is.
L型ヌクレオチドを用いて、通常のDNA/RNA自動合成機、例えば、Applied Biosystems社製 392 DNA/RNA自動合成機を使用して、本発明の塩基配列分析用プライマーを合成することができる。ここで、合成したオリゴヌクレオチドの3’末端アミノ化は、例えば、DNA/RNA自動合成機により、GLEN RESEARCH社の3’アミノ化修飾用ガラスビーズ支持体(3’−PT Amino−Modifer C6 CPG)を用いることで行うことができる。 The L-type nucleotide can be used to synthesize the nucleotide sequence analysis primer of the present invention using an ordinary DNA / RNA automatic synthesizer, for example, an Applied Biosystems 392 DNA / RNA automatic synthesizer. Here, the 3 ′ terminal amination of the synthesized oligonucleotide is carried out by, for example, a DNA / RNA automatic synthesizer using a glass bead support for 3 ′ amination modification (3′-PT Amino-Modifer C6 CPG) manufactured by GLEN RESEARCH. It can be performed by using.
本発明の塩基配列分析用プライマーには、標的核酸に相補的な塩基配列とタグ配列との間に、スペーサーを設けておくことが好ましい。スペーサーを設けることにより、特にタグ配列を介して特異的に捕捉する第3の工程において、相補的な塩基配列とタグ配列が近い位置に存在することによる立体的混雑を解消し、塩基配列分析用プライマーとタグ捕捉プローブのハイブリダイゼーション効率が上昇する。 In the primer for base sequence analysis of the present invention, a spacer is preferably provided between the base sequence complementary to the target nucleic acid and the tag sequence. By providing a spacer, especially in the third step of capturing specifically via a tag sequence, the steric congestion due to the presence of the complementary base sequence and the tag sequence is eliminated, and for base sequence analysis Hybridization efficiency between the primer and the tag capture probe is increased.
スペーサーとしては、具体的には、天然型または非天然型のポリヌクレオチド鎖、炭化水素鎖、ペプチド鎖、ペプチド核酸糖鎖などがあるが、これらのうち非天然型のポリヌクレオチド鎖が好ましい。ここで用いる非天然型ヌクレオチドとしては、糖が非天然型の糖を有するもの、例えば糖がL型リボース又はL型デオキシリボースからなるL型ヌクレオチドを用いるとよい。L型ポリヌクレオチドとしては、L型ポリチミジンが好適に用いられる。チミジン残基は、その電子配置から高次構造を取りにくい性質があるため、分析プライマーのスペーサーとして機能し、標的核酸に相補的な塩基配列部分、タグ配列部分のそれぞれのハイブリダイゼーションが自由に行われるようにする効果がある。スペーサーとして非天然型ポリヌクレオチド鎖を用いる場合、その残基数に限定はなく、塩基配列分析用プライマーの標的核酸に相補的な塩基配列とタグ配列に応じて適宜決定すればよいが、好ましくは3〜10残基である。 Specific examples of the spacer include natural or non-natural polynucleotide chains, hydrocarbon chains, peptide chains, peptide nucleic acid sugar chains, etc. Among these, non-natural polynucleotide chains are preferable. As the non-natural nucleotide used here, a sugar having a non-natural sugar, for example, an L-nucleotide comprising a sugar consisting of L-type ribose or L-type deoxyribose may be used. L-type polythymidine is preferably used as the L-type polynucleotide. The thymidine residue has a property that it is difficult to take a higher-order structure from its electronic configuration, so it functions as a spacer for the analysis primer, and each of the base sequence portion complementary to the target nucleic acid and the tag sequence portion can be freely hybridized. There is an effect to make it. When a non-natural polynucleotide chain is used as a spacer, the number of residues is not limited, and may be appropriately determined according to the base sequence complementary to the target nucleic acid of the primer for base sequence analysis and the tag sequence. 3 to 10 residues.
ハイブリダイゼーション反応は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)でアニール反応が行われる通常の条件で行うことができる。ハイブリダイゼーション反応の温度は、用いる塩基配列分析用プライマーの特異性が保たれる範囲であればよく、好ましくは酵素の熱耐性、溶液の塩濃度などに応じて設定する。通常は30℃から70℃で実施できる。 The hybridization reaction can be performed under normal conditions in which an annealing reaction is performed by polymerase chain reaction (PCR). The temperature of the hybridization reaction may be in a range where the specificity of the primer for base sequence analysis to be used is maintained, and is preferably set according to the heat resistance of the enzyme, the salt concentration of the solution, and the like. Usually, it can carry out at 30 to 70 degreeC.
第2の工程は、第1の工程で得られた複合体中の塩基配列分析用プライマーに特定位置の塩基配列に相補的な標識ヌクレオチドを付加する塩基伸長反応を行って標識産物を得る工程である。 The second step is a step of obtaining a labeled product by performing a base extension reaction in which a labeled nucleotide complementary to the base sequence at a specific position is added to the base sequence analysis primer in the complex obtained in the first step. is there.
塩基伸長反応は、通常のPCRで行われる条件であればよい。塩基伸長反応の温度は、用いる塩基配列分析用プライマーの特異性が保たれ、かつ酵素の至適活性範囲であればよいが、好ましくは酵素の熱耐性、溶液の塩濃度などに応じて設定する。通常は30℃から70℃で実施できる。 The base extension reaction may be performed under the conditions used in ordinary PCR. The temperature of the base extension reaction may be within the optimum activity range of the enzyme while maintaining the specificity of the primer for base sequence analysis to be used, but is preferably set according to the heat resistance of the enzyme, the salt concentration of the solution, etc. . Usually, it can carry out at 30 to 70 degreeC.
付加する標識ヌクレオチドは、ジデオキシヌクレオチド(ddNTP)、即ちddATP、ddTTP若しくはddUTP、ddGTP、ddCTP、又は、デオキシヌクレオチド(dNTP)、即ちdATP、dTTP若しくはdUTP、dGTP、dCTPである。ジデオキシヌクレオチドは、デオキシヌクレオチドのデオキシリボースの3’位の水酸基が水素基になっている物質で、dNTPの代わりにddNTPが取り込まれるとそれ以上相補鎖が合成されなくなり、特異的なターミネーターの役割を果たす。 The labeled nucleotide to be added is a dideoxynucleotide (ddNTP), ie, ddATP, ddTTP or ddUTP, ddGTP, ddCTP, or a deoxynucleotide (dNTP), ie, dATP, dTTP or dUTP, dGTP, dCTP. The dideoxynucleotide is a substance in which the hydroxyl group at the 3 'position of deoxyribose of the deoxynucleotide is a hydrogen group. When ddNTP is incorporated instead of dNTP, the complementary strand is not synthesized any more and plays a role as a specific terminator. Fulfill.
分析したい標的核酸中の特定位置の塩基配列が一塩基配列である場合には、図2に一例を示すように、4種類のddNTPのみを用い、これらのうち少なくとも1種類には識別可能な標識を付加したddNTPを用いる。塩基配列分析用プライマーから伸長反応が進行し、特定位置の塩基に相補的なddNTP(図2ではddGTP)が取り込まれて塩基伸長反応は一塩基で停止する。この際に取り込まれたddNTPの塩基の種類を、標識の存在の有無を確認して特定することにより、標的核酸中の該特定位置の塩基配列を分析することができる。塩基伸長反応時に、相互に識別可能な複数の標識をそれぞれddNTPに付加してあれば、取り込まれたそれぞれの標識の存在を測定することにより、1種類から4種類の同時塩基配列分析も可能である(図2では4種類の全てのddNTPが標識されている)。 When the base sequence at a specific position in the target nucleic acid to be analyzed is a single base sequence, only four types of ddNTPs are used as shown in FIG. 2, and at least one of these is an identifiable label. DdNTP to which is added is used. The extension reaction proceeds from the primer for base sequence analysis, ddNTP complementary to the base at a specific position (ddGTP in FIG. 2) is incorporated, and the base extension reaction stops at one base. The base sequence of the specific position in the target nucleic acid can be analyzed by identifying the base type of the ddNTP incorporated at this time by confirming the presence or absence of the label. If a plurality of mutually distinguishable labels are added to ddNTP during the base extension reaction, one to four simultaneous base sequence analyzes can be performed by measuring the presence of each incorporated label. Yes (in Fig. 2 all four ddNTPs are labeled).
分析したい標的核酸中の特定位置の塩基配列が、アデニン、グアニン、シトシン及びチミン若しくはウラシルからなる群から選ばれる1乃至3種類の塩基からなる繰り返し塩基配列、例えばマイクロサテライトなどの繰り返し塩基配列である場合には、図3に一例を示すように、相互に識別可能な標識を付加した、繰り返し塩基配列に含まれる塩基と相補的な全てのデオキシヌクレオチド(dNTP)と、繰り返し塩基配列に含まれる塩基と相補的でない全てのジデオキシヌクレオチド(ddNTP)を用いる。塩基配列分析用プライマーから塩基伸長反応が進行し、特定位置に相補的な標識dNTP(図3ではdCTP及びdATP)が取り込まれる。やがて繰り返し塩基配列の後に続く繰り返し塩基配列に存在しない塩基が出現した時点で、ddNTP(図3ではddTTP又はddGTP)が取り込まれて塩基伸長反応は停止する。識別可能な標識を付加したdNTPのシグナル強度を測定することにより、特定位置の繰り返し塩基配列における繰り返し回数を検量することができる。 The base sequence at a specific position in the target nucleic acid to be analyzed is a repetitive base sequence composed of 1 to 3 bases selected from the group consisting of adenine, guanine, cytosine and thymine or uracil, such as a repetitive base sequence such as a microsatellite. In some cases, as shown in FIG. 3, all deoxynucleotides (dNTP) complementary to the bases included in the repetitive base sequence and the bases included in the repetitive base sequence are added with labels that can be distinguished from each other. All dideoxynucleotides (ddNTPs) that are not complementary to are used. A base extension reaction proceeds from the primer for base sequence analysis, and complementary labeled dNTPs (dCTP and dATP in FIG. 3) are incorporated at a specific position. Eventually, when a base that does not exist in the repetitive base sequence following the repetitive base sequence appears, ddNTP (ddTTP or ddGTP in FIG. 3) is taken in and the base extension reaction stops. By measuring the signal intensity of dNTP to which a distinguishable label is added, the number of repetitions in a repetitive base sequence at a specific position can be calibrated.
第2の工程で用いるddNTP又はdNTPに付加する識別可能な標識は、公知の標識物が使用可能である。 As the identifiable label to be added to ddNTP or dNTP used in the second step, a known label can be used.
識別可能な標識物としては、例えば、酵素、蛍光物質、ハプテン、抗原、抗体、放射性物質又は発光団などの標識物が例示される。酵素としては、アルカリフォスファターゼ、ペルオキシダーゼなどが挙げられる。蛍光物質としては、Cy2、Cy3、Cy5などのシアニン系蛍光色素のほか、FITC、6−FAM、HEX、R6G、ROX、R110、TET、TAMRA、テキサスレッド等の蛍光物質、が挙げられる。ハプテンとしては、ビオチン、ジゴキシゲニンなどが挙げられる。放射性物質としては、32P、35Sなどが挙げられる。発光団としては、ルテニウムなどが挙げられる。これらの中でも、酵素への取り込み効率を標識間で一定にするために、シアニン系蛍光色素や半導体微粒子を用いることが好ましい。 Examples of the distinguishable label include labels such as enzymes, fluorescent substances, haptens, antigens, antibodies, radioactive substances, and luminophores. Examples of the enzyme include alkaline phosphatase and peroxidase. Examples of the fluorescent substance include cyanine fluorescent dyes such as Cy2, Cy3, and Cy5, and fluorescent substances such as FITC, 6-FAM, HEX, R6G, ROX, R110, TET, TAMRA, and Texas Red. Examples of haptens include biotin and digoxigenin. Examples of radioactive substances include 32 P and 35 S. Examples of the luminophore include ruthenium. Among these, it is preferable to use a cyanine fluorescent dye or semiconductor fine particles in order to make the incorporation efficiency into the enzyme constant between the labels.
シアニン系蛍光色素としては、異なる励起、蛍光波長をもつCy2、Cy3、Cy3B、Cy3.5、Cy5、Cy5.5、Cy7などが市販されている(GEヘルスケアバイオサイエンス(株))。Cy2は一般式1において、X=O、n=1で表され、Cy3は一般式1において、X=C(CH3)2、n=1で表され、Cy5は一般式1において、X=C(CH3)2、n=2で表され、Cy7は一般式1において、X=C(CH3)2、n=3で表され、Cy3.5は一般式2おいて、n=1で表され、Cy5.5は一般式2おいて、n=2で表され、Cy3Bは一般式3で表される化学構造を有している。ここで、一般式1〜3においてRおよびR’はヌクレオチドと結合する際に適宜選択されて用いられる官能基である。シアニン蛍光色素は、酵素の取り込み効率のばらつきを抑えることができることから好ましく用いることができる。本発明の塩基配列の分析方法においては、励起、蛍光波長や蛍光シグナルの減衰を考慮すると、特にCy2、Cy3、Cy5を用いることが好適である。
As cyanine-based fluorescent dyes, Cy2, Cy3, Cy3B, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, Cy7 and the like having different excitation and fluorescence wavelengths are commercially available (GE Healthcare Bioscience Co., Ltd.). Cy2 is represented by X = O, n = 1 in the
半導体微粒子とは、III−V族原子やII−IV族原子から構成される半導体であって、量子ドットとも呼ばれる。量子サイズによって光学特性が変わることが知られており、多色蛍光標識物として用いられている。例えばZnSe, CdS, CdSe, CdTe, InAs, InP, PbS, Si等が挙げられるが、これに限定されるものではない。CdSeは、結晶径を変えるだけで青から赤まで任意の可視光の波長を作り出すことができるので、好ましく用いられる。また、ZnSe, CdS, CdSe, CdTe, InAs, InP, PbS, Si等は、ZnS, CdSによりコーティングすると蛍光消光が抑えられることから好ましい。 Semiconductor fine particles are semiconductors composed of III-V group atoms or II-IV group atoms, and are also called quantum dots. It is known that optical properties change depending on the quantum size, and is used as a multicolor fluorescent label. For example, ZnSe, CdS, CdSe, CdTe, InAs, InP, PbS, Si and the like can be mentioned, but are not limited thereto. CdSe is preferably used because it can generate an arbitrary visible light wavelength from blue to red by simply changing the crystal diameter. Further, ZnSe, CdS, CdSe, CdTe, InAs, InP, PbS, Si and the like are preferably coated with ZnS and CdS because fluorescence quenching can be suppressed.
上記の標識物は、プライマーの塩基伸長反応に影響を与えることがなければ、ddNTP又はdNTPのどの位置に結合させてもよい。例えば、アデニン、グアニンの場合はプリン骨格の7位または8位、シトシンはピリミジン骨格の5位または6位、チミンはピリミジン骨格の6位、ウラシルのピリミジン骨格の5位または6位に結合させることができる。標識物の結合方法としては特に制限はなく、例えばGEヘルスケアバイオサイエンス(株)の「CyDyeカタログ」(22頁)に記載されているような一般的な方法で標識体を結合することができる。また、市販されているCy3標識ddNTP、Cy5標識ddNTP((株)パーキンエルマージャパン)、Cy3標識dNTP、Cy5標識dNTP((株)パーキンエルマージャパン)など、入手可能又は既知の標識物が結合されているddNTP又はdNTPを用いることも出来る。 The label may be bound to any position of ddNTP or dNTP as long as it does not affect the base extension reaction of the primer. For example, in the case of adenine or guanine, the purine skeleton is linked to the 7th or 8th position, cytosine is linked to the 5th or 6th position of the pyrimidine skeleton, thymine is linked to the 6th position of the pyrimidine skeleton, or the 5th or 6th position of the uracil pyrimidine skeleton. Can do. The labeling method is not particularly limited, and the labeling substance can be bound by a general method as described in, for example, “CyDye catalog” (page 22) of GE Healthcare Biosciences. . In addition, commercially available Cy3 labeled ddNTP, Cy5 labeled ddNTP (Perkin Elmer Japan Co., Ltd.), Cy3 labeled dNTP, Cy5 labeled dNTP (Perkin Elmer Japan Co., Ltd.) and other known or known labeled substances are combined. It is also possible to use ddNTP or dNTP.
塩基伸長反応にはポリメラーゼを用いるが、好ましくは耐熱性のDNAポリメラーゼを用いる。耐熱性のDNAポリメラーゼを用いることにより、温度サイクルで変性、アニール、塩基伸長の工程を複数回繰り返すことによって、取り込み効率の向上を図ることができる。より好ましくは、ジデオキシヌクレオチドの取り込み効率の高いことから、Thermo Sequenase DNA Polymerase(GEヘルスケアバイオサイエンス(株))またはSequenase Version 2.0 T7 DNA Polymerase(GEヘルスケアバイオサイエンス(株))が用いられる。 A polymerase is used for the base extension reaction, but preferably a heat-resistant DNA polymerase is used. By using a heat-resistant DNA polymerase, the incorporation efficiency can be improved by repeating the steps of denaturation, annealing, and base extension a plurality of times in a temperature cycle. More preferably, Thermo Sequenase DNA Polymerase (GE Healthcare Bioscience Co., Ltd.) or Sequenase Version 2.0 T7 DNA Polymerase (GE Healthcare Bioscience Co., Ltd.) is used because of its high dideoxynucleotide incorporation efficiency.
第3の工程は、第2の工程で得られた標識産物を、該標識産物中に含まれる塩基配列分析用プライマーのタグ配列を介して特異的に捕捉する工程である。 The third step is a step of specifically capturing the labeled product obtained in the second step via the tag sequence of the base sequence analysis primer contained in the labeled product.
標識産物の捕捉は、塩基配列分析用プライマーにおけるタグ配列と選択的な結合が可能な塩基配列を有するタグ捕捉プローブを用いることで実施できる。図4に一例を示すように、タグ配列と特異的に結合する相補的な塩基配列を有するタグ捕捉プローブを用いて、塩基配列分析用プライマーをタグ配列を介して特異的に捕捉する。このタグ捕捉プローブは、支持体に固定化し、バイオチップとして用いることが可能である。即ち、塩基配列分析用プライマーにおけるタグ配列と選択的な結合が可能な塩基配列を有するタグ捕捉プローブが固定化されたバイオチップを用いることで、簡便に標識産物を捕捉することができる。 The labeled product can be captured by using a tag capture probe having a base sequence that can selectively bind to the tag sequence in the primer for base sequence analysis. As shown in FIG. 4, a base sequence analysis primer is specifically captured via a tag sequence using a tag capture probe having a complementary base sequence that specifically binds to the tag sequence. This tag capture probe can be immobilized on a support and used as a biochip. That is, by using a biochip on which a tag capture probe having a base sequence capable of selective binding to a tag sequence in a primer for base sequence analysis is used, a labeled product can be easily captured.
本発明においてバイオチップとは、生物の遺伝情報を解析するツールの総称であり、マイクロウェル、マイクロアレイ、DNAチップ等があるがこれに限らない。 In the present invention, a biochip is a general term for tools for analyzing genetic information of organisms, and includes, but is not limited to, microwells, microarrays, DNA chips, and the like.
本発明のタグ捕捉プローブが固定化されたバイオチップとしては、特に構造に限定はないが、ノイズが低減し、ハイブリダイゼーション効率をあげる効果があることから、例えば、図9に示すようなカバーと支持体を有し、図10に示すような固定化領域に微細な凹凸構造を有する支持体を用いて、該凹凸構造の凸部上面にタグ捕捉プローブを固定化したバイオチップが好ましい。 The biochip on which the tag capture probe of the present invention is immobilized is not particularly limited in structure, but has the effect of reducing noise and increasing hybridization efficiency. A biochip having a support and using a support having a fine concavo-convex structure in an immobilization region as shown in FIG. 10 and a tag capturing probe immobilized on the upper surface of the convex part of the concavo-convex structure is preferable.
支持体の材質としては特に制限はないが、例えば、金、ガラス、セラミックス、シリコンなどの無機材料、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート、酢酸セルロース、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリジメチルシロキサン、シリコンゴム、ゲルなどのポリマー、ビーズ、繊維、中空糸などを挙げることができる。好ましくは、成形が容易な合成ポリマーであり、PMMAが、図10に示す微細な凹凸構造と組み合わせて好適に用いられる。 The material of the support is not particularly limited. For example, inorganic materials such as gold, glass, ceramics, and silicon, polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate, cellulose acetate, polycarbonate, polystyrene, polydimethylsiloxane, silicon rubber, Examples thereof include polymers such as gels, beads, fibers, and hollow fibers. Preferably, it is a synthetic polymer that can be easily molded, and PMMA is suitably used in combination with the fine uneven structure shown in FIG.
支持体の成形としては、ポリマー製の場合、射出成形法、ホットエンボス法などの方法、ガラスやセラミックの場合、サンドブラスト法などの方法を用いることができる。また、シリコンの場合は、半導体プロセスで使用される公知の方法が挙げられる。 As the molding of the support, a method such as an injection molding method or a hot embossing method can be used in the case of a polymer, and a sand blasting method or the like can be used in the case of glass or ceramic. In the case of silicon, a known method used in a semiconductor process can be used.
支持体の凸部の上面へのタグ捕捉プローブの固定化は、支持体がポリマー製である場合、凸部上面を化学処理し、タグ捕捉プローブと結合可能な官能基、例えばアミノ基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アルデヒド基、エポキシ基などを生成させ、これとプローブDNAとを化学結合させることによって行うことができる。例えば支持体がPMMA製である場合は、図7に例示するように、アルカリ性溶液及び/又は酸性溶液によって表面処理することにより支持体表面にカルボキシ基を生成させ、図8に例示するように、3’末端をアミノ化したタグ捕捉プローブをこれと化学反応により縮合させることにより、固定化することができる。また、このような官能基の導入は、例えば該表面をプラズマ処理又は放射線処理(例えばγ線、電子線など)するか、これらの処理の後でさらにグラフト重合処理することによって極性基を導入したり、或いは、ポリカチオン(例えばポリーL−リシン、シランカップリング剤など)をコートしたりすることによって行うことができる。 When the support is made of a polymer, the tag capture probe is immobilized on the upper surface of the convex portion of the support by chemically treating the upper surface of the convex portion and capable of binding to the tag capture probe, such as an amino group or a hydroxy group. , A carboxyl group, an aldehyde group, an epoxy group, and the like can be generated and chemically bonded to the probe DNA. For example, when the support is made of PMMA, a carboxy group is generated on the surface of the support by surface treatment with an alkaline solution and / or an acidic solution as illustrated in FIG. 7, and as illustrated in FIG. Immobilization can be achieved by condensing a tag capture probe aminated at the 3 ′ end with a chemical reaction. In addition, such a functional group is introduced by, for example, introducing a polar group by subjecting the surface to plasma treatment or radiation treatment (for example, γ-ray, electron beam, etc.) or further graft polymerization treatment after these treatments. Or by coating with a polycation (for example, poly-L-lysine, a silane coupling agent, etc.).
本発明のタグ捕捉プローブが固定化されたバイオチップにおいては、支持体とカバーの間の凹部にはビーズ6を含むことができる(図10)。ビーズ6が存在することによって、液の効率よい攪拌が可能となり、その結果、反応促進効果がもたらされる。ビーズのサイズは、支持体の凹部に複数個のビーズが自由に動きうるようなサイズであれば該凹部の形状に合わせて適宜選択できるが、例えば直径数十〜数百μmである。ビーズの材質は特に限定されず、例えば、ガラス、セラミック(例えばイットリア安定化ジルコニア)、ステンレス等の金属、ナイロンやポリスチレンなどのポリマーなどが挙げられる。これらの中でも、化学的に安定であり比重も大きいことからセラミックのビーズが好ましい。
In the biochip on which the tag capture probe of the present invention is immobilized, a
本発明のタグ捕捉プローブが固定化されたバイオチップは、通常、固定化領域(スポット)毎にタグ捕捉プローブをそれぞれ一種類ずつ固定化して作製する。例えば、図5に一例を示すように、一つの支持体に複数種類のタグ捕捉プローブを固定化しておくことにより、一塩基配列の分析と繰り返し塩基配列の分析を同時に行うことが可能である。 The biochip on which the tag capture probe of the present invention is immobilized is usually prepared by immobilizing one type of tag capture probe for each immobilization region (spot). For example, as shown in FIG. 5, by immobilizing a plurality of types of tag capture probes on a single support, it is possible to simultaneously analyze a single base sequence and a repeated base sequence.
本発明のバイオチップ上でタグ捕捉プローブと塩基伸長反応により標識を付加された塩基配列分析用プライマーとをハイブリダイゼーションし、余剰物を洗浄することにより、標識産物をバイオチップ上に特異的に捕捉することができる。この場合のハイブリダイゼーションは、一般にはストリンジェントな条件下で行われる。そのような条件は、限定されないが、例えば30〜50℃で、3〜4×SSC、0.1〜0.5%SDS中で1〜24時間のハイブリダイゼーション、その後の2×SSC及び0.1%SDSを含む溶液による洗浄を含むことができる。ここで、1×SSCは、150mM塩化ナトリウム及び15mMクエン酸ナトリウムを含む溶液(pH7.2)である。 The label capture product is specifically captured on the biochip by hybridizing the tag capture probe and the base sequence analysis primer labeled by the base extension reaction on the biochip of the present invention and washing the surplus. can do. In this case, the hybridization is generally performed under stringent conditions. Such conditions include, but are not limited to, for example, hybridization at 30-50 ° C., 3-4 × SSC, 0.1-0.5% SDS for 1-24 hours, followed by 2 × SSC and 0. Washing with a solution containing 1% SDS can be included. Here, 1 × SSC is a solution (pH 7.2) containing 150 mM sodium chloride and 15 mM sodium citrate.
第4の工程は、第3の工程で捕捉した標識産物中に含まれる標識の存在又はシグナル強度を測定することにより、標識の存在又はシグナル強度を指標として特定位置の塩基配列を解析する工程である。 The fourth step is a step of analyzing the base sequence at a specific position using the presence or signal intensity of the label as an index by measuring the presence or signal intensity of the label contained in the labeled product captured in the third step. is there.
分析したい標的核酸中の特定位置の塩基配列が一塩基である場合には、ddNTPの塩基の種類を、標識の存在の有無を確認して特定することにより、標的核酸中の該特定位置の塩基配列を分析することができる。つまり、特定位置の塩基に相補的なddNTPの標識の存在、即ち相補的なddNTPの標識シグナルが測定されれば、該特定位置に該塩基が存在すると判断することができる。 When the base sequence at a specific position in the target nucleic acid to be analyzed is a single base, the base type at the specific position in the target nucleic acid is identified by identifying the base type of ddNTP by confirming the presence or absence of the label. Sequences can be analyzed. That is, if the presence of a ddNTP label complementary to a base at a specific position, that is, a complementary ddNTP label signal is measured, it can be determined that the base is present at the specific position.
分析したい標的核酸中の特定位置の塩基配列がマイクロサテライトなどの繰り返し塩基配列である場合には、相互に識別可能な標識を付加したdNTPのシグナル強度を測定することにより、該特定位置の繰り返し塩基配列における繰り返し回数を検量することができる。例えば、図6に一例を示すように縦軸にシグナル強度、横軸に標的核酸の繰り返し回数をとった検量線を用い、測定して得られた標識を付加したdNTPのシグナル強度から繰り返し回数を検量することができる。 When the base sequence at a specific position in the target nucleic acid to be analyzed is a repetitive base sequence such as a microsatellite, the repetitive base at the specific position is measured by measuring the signal intensity of dNTPs to which a mutually distinguishable label is added. The number of repeats in the sequence can be calibrated. For example, as shown in FIG. 6, using a calibration curve with the signal intensity on the vertical axis and the number of repetitions of the target nucleic acid on the horizontal axis, the number of repetitions is calculated from the signal intensity of the dNTP added with the label obtained by measurement. Can be calibrated.
本発明の塩基配列の分析方法が適用できる標的核酸としては、非天然型核酸とは結合しないものであれば特に制限はなく、天然若しくは人工の任意の塩基配列を有する任意の核酸に適用可能である。ここでいう核酸には、cDNA、ゲノムDNA、合成DNA、mRNA、全RNA、hnRNA、合成RNAを含む全てのDNA又はRNAが含まれる。例えば、薬剤代謝関連遺伝子、遺伝病の原因遺伝子、癌関連遺伝子、その他様々な疾患関連遺伝子又はウイルス由来の核酸など、疾病、治療のマーカーとなり得る核酸は、とりわけ好ましい標的核酸である。 The target nucleic acid to which the base sequence analysis method of the present invention can be applied is not particularly limited as long as it does not bind to a non-natural nucleic acid, and can be applied to any nucleic acid having any natural or artificial base sequence. is there. The nucleic acid referred to here includes all DNA or RNA including cDNA, genomic DNA, synthetic DNA, mRNA, total RNA, hnRNA, and synthetic RNA. Nucleic acids that can serve as markers for diseases and treatments, such as drug metabolism-related genes, genes causing genetic diseases, cancer-related genes, various other disease-related genes or virus-derived nucleic acids, are particularly preferred target nucleic acids.
標的核酸の試料には、血液、尿、唾液等の体液が含まれるが、体液以外の任意の試料を使用し得る。試料が固体であれば、酵素処理、界面活性剤又は有機溶媒の添加等の適切な方法で液体に溶解させればよい。 Samples of the target nucleic acid include body fluids such as blood, urine, saliva, etc., but any sample other than body fluids can be used. If the sample is solid, it may be dissolved in the liquid by an appropriate method such as enzyme treatment, addition of a surfactant or an organic solvent.
上記の他にも、本発明の方法を適用する標的核酸の試料は、随意に変更することができる。例えば、細胞を株化して大量培養したり、末梢血を多めに取得したりすることで本方法に必要なヒトゲノムDNAを大量に調製することにより、直接ゲノムDNA試料とすることができる。また、少量のゲノムDNAを取得し、例えばGEヘルスケアバイオサイエンス(株)の試薬キットGenomiPhiのようなWGA法(Whole Genome Amplification )で、非特異的にゲノムDNAを増幅した試料を用いてもよい。また、PCR法や、マルチプレックスPCR法、アシンメトリックPCR法のようなプライマーを用いて特定の塩基配列を増幅したものを試料としてもよい。特に、ゲノムDNAなどを用いる場合は、予め分析したい特定位置の塩基配列を含む領域をPCRなどで増幅しておいてもよい。例えば、酵素的に増幅する方法により得られた二本鎖試料の場合は、95℃まで加熱してから4℃に急冷して1本鎖化したり、塩濃度のきわめて低い溶液中で95℃まで加熱し断片化したり、超音波で断片化したり、制限酵素で切断したりして、1本鎖化及び/又は断片化操作を加えたものを試料としてもよい。 In addition to the above, the sample of the target nucleic acid to which the method of the present invention is applied can be arbitrarily changed. For example, by preparing a large amount of human genomic DNA necessary for this method by establishing a large number of cells and culturing them in large quantities or by obtaining a large amount of peripheral blood, a direct genomic DNA sample can be obtained. Alternatively, a sample obtained by obtaining a small amount of genomic DNA and amplifying genomic DNA non-specifically by a WGA method (Whole Genome Amplification) such as a reagent kit GenomiPhi of GE Healthcare Biosciences may be used. . A sample obtained by amplifying a specific base sequence using a primer such as a PCR method, a multiplex PCR method, or an asymmetric PCR method may be used. In particular, when genomic DNA or the like is used, a region including a base sequence at a specific position to be analyzed may be amplified in advance by PCR or the like. For example, in the case of a double-stranded sample obtained by the enzymatic amplification method, it is heated to 95 ° C. and then rapidly cooled to 4 ° C. to become a single strand, or up to 95 ° C. in a solution having a very low salt concentration. The sample may be heated and fragmented, or fragmented with ultrasonic waves, or cleaved with a restriction enzyme and subjected to single stranding and / or fragmentation operations.
本発明は、以下の実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されないものとする。 The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.
以下の実施例、比較例に用いたL型糖のヌクレオチドを含むオリゴヌクレオチドは、Applied Biosystems 392 DNA/RNA自動合成機で合成した。 Oligonucleotides containing L-sugar nucleotides used in the following Examples and Comparative Examples were synthesized using an Applied Biosystems 392 DNA / RNA automatic synthesizer.
ヌクレオチドは、D型糖のヌクレオチド(dATP、dGTP、dCTP、dTTP)のみ、L型糖のヌクレオチドのみ、又はD型糖のヌクレオチドとL型糖のヌクレオチドの組合せを用いた。L型糖のヌクレオチドは、公知の方法によって合成したもの、又は市販されている、Beta-L-deoxy Adenosine (n-bz) CED phosphoramidite、Beta-L-deoxy Cytidine (n-bz) CED phosphoramidite、Beta-L-deoxy Guanosine (n-ibu) CED phosphoramidite、Beta-L-deoxy Thymidine CED phosphoramidite(ChemGenes Corporation製)を用いた。 As the nucleotide, only a nucleotide of a D sugar (dATP, dGTP, dCTP, dTTP), a nucleotide of an L sugar, or a combination of a nucleotide of a D sugar and a nucleotide of an L sugar was used. Nucleotide of L-type sugar is synthesized by a known method or commercially available, such as Beta-L-deoxy Adenosine (n-bz) CED phosphoramidite, Beta-L-deoxy Cytidine (n-bz) CED phosphoramidite, Beta -L-deoxy Guanosine (n-ibu) CED phosphoramidite and Beta-L-deoxy Thymidine CED phosphoramidite (manufactured by ChemGenes Corporation) were used.
合成したオリゴヌクレオチドの3’末端にアミノリンカーを付加する場合には、GLEN RESEARCH社の3’アミノ化修飾用ガラスビーズ支持体(3’−PT Amino−Modifer C6 CPG)を用い、DNAシンセサイザーにより行った。 When an amino linker is added to the 3 ′ end of the synthesized oligonucleotide, a glass bead support for 3 ′ amination modification (3′-PT Amino-Modifer C6 CPG) manufactured by GLEN RESEARCH is used with a DNA synthesizer. It was.
(実施例1)
ヒトIL−6遺伝子の一塩基多型で、転写開始点より−174番目に存在する塩基配列(G/C)と−209番目に存在する塩基配列(C)を、同時に分析した。
(Example 1)
In the single nucleotide polymorphism of the human IL-6 gene, the base sequence (G / C) present at the -174th position and the base sequence (C) present at the -209th position were simultaneously analyzed.
分析は、以下の手順(1)〜(8)に沿って行った。 The analysis was performed according to the following procedures (1) to (8).
手順(1)オリゴヌクレオチドの準備
IL−6遺伝子増幅用プライマーとして、配列番号1に示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチド、また配列番号2に示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを合成した。
Procedure (1) Preparation of Oligonucleotide As an IL-6 gene amplification primer, an oligonucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and an oligonucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 were synthesized.
IL−6遺伝子の転写開始点より−174番目の塩基配列分析用プライマーとして配列番号3に示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを、また配列番号3のオリゴヌクレオチドのタグ捕捉プローブとして配列番号4に示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを合成した。 An oligonucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 as a primer for base sequence analysis at -174th from the transcription start point of the IL-6 gene is shown in SEQ ID NO: 4 as a tag capture probe for the oligonucleotide of SEQ ID NO: 3. An oligonucleotide having a base sequence was synthesized.
IL−6遺伝子の転写開始点より−209番目の塩基を標的核酸の特定位置の塩基として分析するための塩基配列分析用プライマーとして、配列番号5に示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを、また配列番号5のオリゴヌクレオチドのタグ捕捉プローブとして配列番号6に示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを合成した。 An oligonucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 5 is also used as a primer for base sequence analysis for analyzing the base at position −209 from the transcription start point of the IL-6 gene as the base at the specific position of the target nucleic acid. An oligonucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 6 was synthesized as a tag capture probe for the oligonucleotide No. 5.
配列番号3及び配列番号5のオリゴヌクレオチドは、5’末端から27塩基はL型ヌクレオチド、28塩基から3’末端まではD型ヌクレオチドからなり、5’末端から22塩基はタグ配列である。なお、5’末端から23〜27塩基は、スペーサーとしてチミジン残基5塩基を配している。D型ポリヌクレオチド領域は、特定位置の塩基配列の3’側に隣接する塩基配列を有している。即ち、配列番号3のオリゴヌクレオチドのD型ポリヌクレオチド領域はIL−6遺伝子の転写開始点より−173〜−147番目の塩基配列に相補的な塩基配列であり、同じく配列番号5のオリゴヌクレオチドのD型ポリヌクレオチド領域は、IL−6遺伝子の転写開始点より−208〜−182番目の塩基配列に相補的な塩基配列である。 In the oligonucleotides of SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 5, 27 bases from the 5 'end are L-type nucleotides, 28 bases to 3' end are D-type nucleotides, and 22 bases from the 5 'end are tag sequences. In addition, 23 to 27 bases from the 5 'end are arranged with 5 bases of a thymidine residue as a spacer. The D-type polynucleotide region has a base sequence adjacent to the 3 'side of the base sequence at a specific position. That is, the D-type polynucleotide region of the oligonucleotide of SEQ ID NO: 3 is a base sequence complementary to the nucleotide sequence of −173 to −147 from the transcription start point of the IL-6 gene. The D-type polynucleotide region is a base sequence complementary to the base sequence of −208 to −182 from the transcription start point of the IL-6 gene.
配列番号4及び配列番号6のオリゴヌクレオチドは、すべてL型ヌクレオチドからなり、それぞれ配列番号3及び5のオリゴヌクレオチドのタグ配列と相補的な塩基配列を有するタグ捕捉プローブで、3’末端にアミノリンカーを有する。 The oligonucleotides of SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 6 are all tag capture probes consisting of L-type nucleotides and having base sequences complementary to the tag sequences of the oligonucleotides of SEQ ID NO: 3 and 5, respectively, and an amino linker at the 3 ′ end Have
なお、配列番号3及び配列番号5のオリゴヌクレオチドのタグ配列は、D型とL型ヌクレオチドの選択性を明確にするために、以下のような特徴的な塩基配列とした。 The oligonucleotide tag sequences of SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 5 had the following characteristic base sequences in order to clarify the selectivity between D-type and L-type nucleotides.
即ち、配列番号3のオリゴヌクレオチドのタグ配列は、配列番号5のオリゴヌクレオチドのD型ポリヌクレオチド領域の一部と同じ塩基配列を有し、配列番号5のオリゴヌクレオチドのタグ配列は、配列番号3のオリゴヌクレオチドのD型ポリヌクレオチド領域の一部と同じ塩基配列を有している。 That is, the tag sequence of the oligonucleotide of SEQ ID NO: 3 has the same base sequence as part of the D-type polynucleotide region of the oligonucleotide of SEQ ID NO: 5, and the tag sequence of the oligonucleotide of SEQ ID NO: 5 is SEQ ID NO: 3 Have the same base sequence as part of the D-type polynucleotide region of the oligonucleotide.
手順(2)タグ捕捉プローブ固定化用支持体の作製
手順(1)で用意したタグ捕捉プローブを固定化する支持体を以下のようにして作製した。
Procedure (2) Production of Support for Immobilizing Tag Capture Probe A support for immobilizing the tag capture probe prepared in Procedure (1) was produced as follows.
公知の方法であるLIGA(Lithographie Galvanoformung Abformung)プロセスを用いて、射出成形用の型を作製し、射出成型法により後述するような形状を有するPMMA製のタグ捕捉プローブ固定化用の支持体を得た。なお、この実施例で用いたPMMAの平均分子量は5万であり、PMMA中には1重量%の割合で、カーボンブラック(三菱化学製 #3050B)を含有させており、支持体は黒色である。この黒色支持体の分光反射率と分光透過率を測定したところ、分光反射率は、可視光領域(波長が400nmから800nm)のいずれの波長でも5%以下であり、また、同範囲の波長で、透過率は0.5%以下であった。分光反射率、分光透過率とも、可視光領域において特定のスペクトルパターン(ピークなど)はなく、スペクトルは一様にフラットであった。なお、分光反射率は、JIS Z 8722の条件Cに適合した照明・受光光学系を搭載した装置(ミノルタカメラ製、CM−2002)を用いて、支持体からの正反射光を取り込んだ場合の分光反射率を測定した。 Using a known method, LIGA (Lithographie Galvanforming Abforming) process, a mold for injection molding is prepared, and a support for fixing a tag capturing probe made of PMMA having a shape as described later is obtained by an injection molding method. It was. The average molecular weight of PMMA used in this example is 50,000, carbon black (Mitsubishi Chemical # 3050B) is contained in PMMA at a ratio of 1% by weight, and the support is black. . When the spectral reflectance and the spectral transmittance of this black support were measured, the spectral reflectance was 5% or less at any wavelength in the visible light region (wavelength of 400 nm to 800 nm), and in the same range of wavelengths. The transmittance was 0.5% or less. Neither spectral reflectance nor spectral transmittance had a specific spectral pattern (such as a peak) in the visible light region, and the spectrum was uniformly flat. The spectral reflectance is the value when specularly reflected light from the support is captured using an apparatus (Minolta Camera, CM-2002) equipped with an illumination / light-receiving optical system that conforms to condition C of JIS Z 8722. Spectral reflectance was measured.
支持体(図9及び図10の符号1)の形状は、大きさが縦76mm、横26mm、厚み1mmであり、支持体の中央部分を除き表面は平坦であった。支持体の中央に、縦・横22mm、深さ0.15mmの凹んだ部分が設けてあり、この凹みの中に、直径0.15mm、高さ0.15mmの凸部を1296(36×36)箇所設けた。凹凸部分の凸部上面の高さ(1296箇所の凸部の高さの平均値)と平坦部分との高さの差を測定したところ、3μm以下であった。また、1296個の凸部上面の高さのばらつき(最も高い凸部上面の高さと最も低い凸部上面との高さの差)、さらには、凸部上面の高さの平均値と平坦部上面の高さの差を測定したところそれぞれ3μm以下であった。さらに、凹凸部凸部のピッチ(凸部中央部から隣接した凸部中央部までの距離)は0.5mmであった。
The shape of the support (
手順(3)タグ捕捉プローブの固定化
手順(2)で得たPMMA支持体を10Nの水酸化ナトリウム水溶液に70℃で12時間浸漬した。これを、純水、0.1NのHCl水溶液、純水の順で洗浄し、支持体表面にカルボキシル基を生成した。この反応スキームを図7に示す。
Procedure (3) Immobilization of Tag Capture Probe The PMMA support obtained in Procedure (2) was immersed in a 10N aqueous sodium hydroxide solution at 70 ° C. for 12 hours. This was washed with pure water, 0.1N HCl aqueous solution, and pure water in this order to generate carboxyl groups on the surface of the support. This reaction scheme is shown in FIG.
配列番号4及び配列番号6で示される塩基配列を有するタグ捕捉プローブ(22塩基、3’末端アミノ化)を、それぞれ純水に0.3nmol/μlの濃度で溶かして、ストックソリューションとした。支持体に点着する際は、PBS(NaClを8g、Na2HPO4・12H2Oを2.9g、KClを0.2g、KH2PO4を0.2g純水に溶かし1lにメスアップしたものにpH調整用の塩酸を加えたもの、pH5.5)でプローブDNAの終濃度を0.03nmol/μlとし、かつ、支持体表面のカルボン酸とプローブDNAの末端のアミノ基とを縮合させるため、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC)を加え、この終濃度を50mg/mlとした。そして、これらの混合溶液をアレイヤー(日本レーザー電子製;Gene Stamp―II)で支持体凸部上面の全てにスポットした。次いで、支持体を密閉したプラスチック容器入れて、37℃、湿度100%の条件で20時間程度インキュベートして、純水で洗浄した。この反応スキームを図8に示す。 Tag capture probes (22 bases, 3 ′ terminal amination) having the base sequences shown in SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 6 were each dissolved in pure water at a concentration of 0.3 nmol / μl to obtain a stock solution. When spotting on a support, PBS (NaCl 8g, Na 2 HPO 4 · 12H 2 O 2.9g, KCl 0.2g, KH 2 PO 4 0.2g in pure water was made up to 1 liter. The final concentration of probe DNA is adjusted to 0.03 nmol / μl by adding hydrochloric acid for adjusting pH to pH 5.5), and the carboxylic acid on the support surface is condensed with the amino group at the end of the probe DNA. Therefore, 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) was added to make the final concentration 50 mg / ml. Then, these mixed solutions were spotted on the entire upper surface of the support convex portion with an arrayer (manufactured by Nippon Laser Electronics; Gene Stamp-II). Next, the support was sealed in a plastic container, incubated at 37 ° C. and humidity of 100% for about 20 hours, and washed with pure water. This reaction scheme is shown in FIG.
手順(4)カバーの作製、及び装着、ビーズの装填
射出成型法により貫通孔(図9及び図10の符号4)を4つ有するカバー(図9及び図10の符号2;外周部にオーバーハング構造有り)を作製した。手順(3)で得られたタグ捕捉プローブ(図9及び図10の符号5)を固定化した支持体にPDMSを塗布し(図9及び図10の符号3)、その上に作製したカバー2を装着して42℃で2時間硬化させ、タグ捕捉プローブを固定化したバイオチップを作製した(図9)。このバイオチップに、カバーの貫通孔4から直径180μmのジルコニアビーズ(図10の符号6;東ソー(株)製;TZB180)を20mg装填した(図10)。
Procedure (4) Production and attachment of cover, loading of beads Cover with four through-holes (
手順(5)特定すべき一塩基多型を含む領域のPCRによる増幅
配列番号1に示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチド及び配列番号2に示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを用いて、核酸抽出キット「QIAmp」(キアゲン)で培養細胞(HEK293 ヒト胎児腎臓由来)より抽出したヒトゲノムDNA試料からIL−6遺伝子の一部をPCRで増幅した。これらのDNA試料は、通常の塩基配列決定方法により、予めIL−6遺伝子の転写開始点より−174番目の塩基配列はG、同じく−209番目の塩基配列はCであることを確認した。PCRにはKOD−Plus−DNA Polymerase(東洋紡績)を用い、メーカー指定の条件で35サイクルの増幅反応を実施した。もっとも、このPCRは単に遺伝子の特定領域を増幅することが目的であるため、PCRの方法や酵素の種類に特段の制限はない。その後、GFX PCR DNA and Gel Band Purification Kit(GEヘルスケアバイオサイエンス(株))により精製し、余剰のdNTPsを除いた。
Procedure (5) Amplification by PCR of region containing single nucleotide polymorphism to be specified Nucleic acid extraction kit using oligonucleotide having base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and oligonucleotide having base sequence shown in SEQ ID NO: 2 A part of IL-6 gene was amplified by PCR from a human genomic DNA sample extracted from cultured cells (derived from HEK293 human fetal kidney) with “QIAmp” (Qiagen). These DNA samples were confirmed in advance by a conventional base sequence determination method to be G for the -174th base sequence and C for the -209th base from the transcription start point of the IL-6 gene. For PCR, KOD-Plus-DNA Polymerase (Toyobo) was used, and 35 cycles of amplification reaction were performed under the conditions specified by the manufacturer. However, since the purpose of this PCR is simply to amplify a specific region of a gene, there are no particular restrictions on the PCR method or the type of enzyme. Thereafter, the residue was purified by GFX PCR DNA and Gel Band Purification Kit (GE Healthcare Bioscience Co., Ltd.) to remove excess dNTPs.
ここで、PCRには、常法に従い、30μMフォワードプライマー(配列番号1) 1μl、30μMリバースプライマー(配列番号2) 1μl、10×PCR buffer for KOD−Plus− 10μl、2mMdNTPs10μl、25mMMgSO4 4μl、KOD−Plus−DNA Polymerase 2units、抽出DNA溶液 450ngを、純粋で100μlにメスアップしたものを用いた。また、PCRは、94℃・2分、94℃・30秒/55℃・30秒/68℃・30秒を35サイクル行い、反応後は4℃で保存した。
Here, for PCR, 30 μM forward primer (SEQ ID NO: 1) 1 μl, 30 μM reverse primer (SEQ ID NO: 2) 1 μl, 10 × PCR buffer for KOD-Plus-10 μl, 2
手順(6)特異的なddNTPの取り込み反応
手順(5)で得られたPCR産物に、配列番号3と5のオリゴヌクレオチド、Cy3またはCy5で標識されたddNTP(Cy3−ddNTPまたはCy5−ddNTP)、非標識ddNTP、DNA Polymeraseなどを加え、ddNTPの取り込みを行った。今回は検出したい塩基種がGまたはCであるため、Cy3−ddGTP、Cy5−ddCTP、ddTTP(ddUTPでも可)、ddATPを使用した。また、DNA Polymeraseにはサンガー法に広く使用されている改変型T7 DNA Polymerase Thermo Sequenase DNA Polymerase」(GEヘルスケアバイオサイエンス)を使用した。
Procedure (6) Specific ddNTP incorporation reaction The PCR product obtained in Procedure (5) was added to the oligonucleotides of SEQ ID NOS: 3 and 5, ddNTP labeled with Cy3 or Cy5 (Cy3-ddNTP or Cy5-ddNTP), Unlabeled ddNTP, DNA Polymerase, and the like were added to incorporate ddNTP. Since the base species to be detected is G or C this time, Cy3-ddGTP, Cy5-ddCTP, ddTTP (ddUTP is also acceptable), and ddATP were used. As DNA Polymerase, modified T7 DNA Polymerase Thermo Sequenase DNA Polymerase (GE Healthcare Bioscience) widely used for the Sanger method was used.
ここで、ddNTP取り込み反応には、0.3μMIL−6−174塩基配列分析用プライマー(配列番号3)及びIL−6−209塩基配列分析用プライマー(配列番号5)各2μl、Reaction Buffer 2μl、PCR産物(カラム精製後)800ng、10μMCy3−ddGTP 1μl、10μMCy5−ddCTP 1μl、10μMddTTP 1μl、10μMddATP 1μl、Thermo Sequenase DNA Polymerase 1.0unitesを、純粋で20μlにメスアップしたものを用いた。また、ddNTPs取り込み反応は、95℃・2分、95℃・15秒/60℃・30秒を30サイクル行い、反応後は4℃で保存した。
Here, for the ddNTP incorporation reaction, 0.3 μMIL-6-174 nucleotide sequence analysis primer (SEQ ID NO: 3) and IL-6-209 nucleotide sequence analysis primer (SEQ ID NO: 5) each 2 μl,
手順(7)ハイブリダイゼーション
終濃度が、1重量%BSA(ウシ血清アルブミン)、5×SSC、0.1重量%SDS(ドデシル硫酸ナトリウム)、0.01重量%サケ精子DNAの溶液となるようにハイブリダイゼーション用のストック溶液を調製した。
Procedure (7) Hybridization The final concentration is 1 wt% BSA (bovine serum albumin), 5 × SSC, 0.1 wt% SDS (sodium dodecyl sulfate), 0.01 wt% salmon sperm DNA solution. A stock solution for hybridization was prepared.
手順(6)の取り込み反応液9.3μlを95℃で5分間熱変性し、氷中で急冷した。これに前記のハイブリダイゼーション用ストック液を30.7μl加え、マイクロピペットを用いてハイブリダイゼーション用の溶液40μlを貫通孔より注入した。その後、カプトンテープ(アズワン 5−5018−01)で貫通孔を塞ぎ、チャンバー(TaKaRa製、Takara Hybridization Chamber 5 No.TX711)にセットした。シェイカー(EYELA製、Multi Shaker MMS)にチャンバーを固定化し、42℃、16時間インキュベートした。シェイカーの回転数は230rpmとし、シェイカーの回転面とチャンバーが平衡になるようにした。
9.3 μl of the uptake reaction solution in the procedure (6) was heat denatured at 95 ° C. for 5 minutes and rapidly cooled in ice. 30.7 μl of the above hybridization stock solution was added thereto, and 40 μl of the hybridization solution was injected from the through hole using a micropipette. Then, the through-hole was closed with Kapton tape (As One 5-5018-01) and set in a chamber (TaKaRa,
インキュベート後、支持体からカバーとPDMSを脱離後に支持体を洗浄、乾燥した。 After the incubation, the support and the PDMS were detached from the support, and the support was washed and dried.
手順(8)蛍光強度の測定
DNAチップ用のスキャナー(Axon Instruments社のGenePix 4000B)に手順(7)の処理後の支持体をセットし、レーザー出力33%、フォトマルチプライヤーの電圧設定を500にした状態で蛍光強度の測定を行った。ここで、蛍光強度とはスポット内の蛍光強度の平均値であり、バックグラウンドノイズとは、プローブDNAを固定化していない凸部の蛍光強度である。
Procedure (8) Measurement of fluorescence intensity A support for the DNA chip scanner (Axon Instruments' GenePix 4000B) after the treatment of the procedure (7) is set, the laser output is set to 33%, and the voltage setting of the photomultiplier is set to 500 In this state, the fluorescence intensity was measured. Here, the fluorescence intensity is an average value of the fluorescence intensity in the spot, and the background noise is the fluorescence intensity of the convex portion where the probe DNA is not immobilized.
蛍光強度の測定結果を図11に示す。縦軸はスキャナーで測定した目的のスポットの蛍光強度を、バックグラウンドノイズで割った値(signal/noise)を示した。分析したいタグ捕捉プローブを固定化したスポットのCy3とCy5のsignal/noiseを計算し、タグ捕捉プローブ毎に、Cy3の値を白い棒、Cy5の値を黒い棒で示した。 The measurement result of fluorescence intensity is shown in FIG. The vertical axis represents a value (signal / noise) obtained by dividing the fluorescence intensity of the target spot measured by the scanner by the background noise. Signal / noise of Cy3 and Cy5 of the spot to which the tag capture probe to be analyzed was immobilized was calculated, and for each tag capture probe, the value of Cy3 was indicated by a white bar and the value of Cy5 was indicated by a black bar.
図11より、配列番号4のタグ捕捉プローブからは、Cy3の蛍光が特異的に検出され、配列番号6のタグ捕捉プローブからはCy5の蛍光が特異的に検出された。これにより、前者がG、後者はCを取り込んだことが判明し、塩基分析が精度良く行われたことが確認できた。 From FIG. 11, the fluorescence of Cy3 was specifically detected from the tag capture probe of SEQ ID NO: 4, and the fluorescence of Cy5 was specifically detected from the tag capture probe of SEQ ID NO: 6. As a result, it was found that the former incorporated G and the latter incorporated C, and it was confirmed that the base analysis was performed with high accuracy.
(比較例1)
配列番号3、配列番号4、配列番号5及び配列番号6のオリゴヌクレオチドの代わりに配列番号17、配列番号18、配列番号19及び配列番号20のオリゴヌクレオチドを用いた以外は、実施例1の手順(1)〜(8)と同様に行った。
(Comparative Example 1)
The procedure of Example 1 except that the oligonucleotides of SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 18, SEQ ID NO: 19 and SEQ ID NO: 20 were used in place of the oligonucleotides of SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6. The same procedure as in (1) to (8) was performed.
結果を図12に示す。図の見方は実施例1の図11と同様である。 The results are shown in FIG. The way of viewing the figure is the same as that of FIG. 11 of the first embodiment.
配列番号4のタグ捕捉プローブからは、Cy3とCy5が共に検出され、また配列番号6のタグ捕捉プローブからもCy3とCy5が共に検出され、塩基配列分析を行うことが出来なかった。 Cy3 and Cy5 were both detected from the tag capture probe of SEQ ID NO: 4, and both Cy3 and Cy5 were detected from the tag capture probe of SEQ ID NO: 6, making it impossible to perform base sequence analysis.
配列番号4のタグ捕捉プローブは、配列番号3のタグ配列部分だけではなく、配列番号5のタグ配列以外の領域とも相補的な塩基配列であるため、両者とクロスハイブリを起こしたと考えられる。 Since the tag capture probe of SEQ ID NO: 4 has a complementary base sequence not only to the tag sequence portion of SEQ ID NO: 3 but also to the region other than the tag sequence of SEQ ID NO: 5, it is considered that cross hybridization occurred with both.
また逆に、配列番号6のタグ捕捉プローブは、配列番号5のタグ配列だけではなく、配列番号3のタグ配列以外の領域とも塩基配列としては相補的であるため、両者とクロスハイブリを起こしたと考えられる。 Conversely, since the tag capture probe of SEQ ID NO: 6 is complementary not only to the tag sequence of SEQ ID NO: 5 but also to the region other than the tag sequence of SEQ ID NO: 3 as a base sequence, Conceivable.
実施例1と比較例1の塩基配列分析用プライマーとタグ捕捉プローブの塩基配列は全く同じであるが、実施例1ではタグ配列とタグ捕捉プローブをL型ヌクレオチドで作製しているので、比較例1の様にクロスハイブリ起こすことはなく、塩基配列分析が精度良く行えることが確認できたのに対し、比較例1のようにタグ配列とタグ捕捉プローブをD型ヌクレオチドで作製する場合には、クロスハイブリに傾注する必要があることが示された。 The base sequence analysis primer of Example 1 and Comparative Example 1 and the base sequence of the tag capture probe are exactly the same, but in Example 1, the tag sequence and the tag capture probe are made of L-type nucleotides. In the case of producing a tag sequence and a tag capture probe with a D-type nucleotide as in Comparative Example 1 while confirming that the base sequence analysis can be performed with high accuracy without causing cross-hybridization as in 1, It was shown that it was necessary to concentrate on cross-hybrid.
(実施例2)
ヒトIL−6遺伝子のAnTn解析、転写開始点より−396番目付近の塩基配列、即ちAnTn配列のAの数を分析した。実施例1の手順(1)〜(8)のうち、手順(1)、(3)、(5)、(6)で使用したオリゴヌクレオチドを変更し、手順(6)で用いる標識ヌクレオチドを変更した以外は、実施例1と同様に行った。
(Example 2)
AnTn analysis of the human IL-6 gene, the base sequence near the −396th position from the transcription start point, ie, the number of A in the AnTn sequence was analyzed. Among the procedures (1) to (8) of Example 1, the oligonucleotide used in the procedures (1), (3), (5) and (6) is changed, and the labeled nucleotide used in the procedure (6) is changed. The procedure was the same as in Example 1 except that.
手順(1)オリゴヌクレオチドの準備
IL−6遺伝子増幅用プライマーとして、配列番号7に示される配列を有するオリゴヌクレオチド、配列番号8に示される配列を有するオリゴヌクレオチドを合成した。
Procedure (1) Preparation of Oligonucleotide As an IL-6 gene amplification primer, an oligonucleotide having the sequence shown in SEQ ID NO: 7 and an oligonucleotide having the sequence shown in SEQ ID NO: 8 were synthesized.
IL−6遺伝子の転写開始点より−396番目の塩基配列分析用プライマーとして配列番号9に示される配列を有するオリゴヌクレオチドを、配列番号9のオリゴヌクレオチドのタグ捕捉プローブとして配列番号10に示される配列を有するオリゴヌクレオチドを合成した。 An oligonucleotide having the sequence shown in SEQ ID NO: 9 as a primer for base sequence analysis at the -396th position from the transcription start point of the IL-6 gene, and a sequence shown in SEQ ID NO: 10 as a tag capture probe of the oligonucleotide of SEQ ID NO: 9 Were synthesized.
配列番号9のオリゴヌクレオチドは、5’末端から27塩基はL型ヌクレオチド、28塩基から3’末端まではD型ヌクレオチドからなり、5’末端から22塩基はタグ配列である。なお、5’末端から23〜27塩基は、スペーサーとしてチミジン残基5塩基を配している。 The oligonucleotide of SEQ ID NO: 9 has 27 nucleotides from the 5 'end and L nucleotides from 28 to 3' end, and 22 nucleotides from the 5 'end is the tag sequence. In addition, 23 to 27 bases from the 5 'end are arranged with 5 bases of a thymidine residue as a spacer.
D型ポリヌクレオチド領域は、特定位置の塩基配列の3’側に隣接する塩基配列を有している。即ち、配列番号9のオリゴヌクレオチドのD型ポリヌクレオチド領域はIL−6遺伝子の転写開始点より−395〜−371番目の塩基配列に相補的な塩基配列である。 The D-type polynucleotide region has a base sequence adjacent to the 3 'side of the base sequence at a specific position. That is, the D-type polynucleotide region of the oligonucleotide of SEQ ID NO: 9 is a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of −395 to −371 from the transcription start point of the IL-6 gene.
また、配列番号9のオリゴヌクレオチドのタグ配列は、配列番号9のオリゴヌクレオチドのD型ポリヌクレオチド領域の一部と同じ塩基配列になるようにした。 Further, the tag sequence of the oligonucleotide of SEQ ID NO: 9 was made to have the same base sequence as a part of the D-type polynucleotide region of the oligonucleotide of SEQ ID NO: 9.
配列番号10のオリゴヌクレオチドは、すべてL型ヌクレオチドからなり、配列番号9のオリゴヌクレオチドのタグ配列と相補的な塩基配列を有するタグ捕捉プローブで、3’末端にアミノリンカーを有する。 The oligonucleotide of SEQ ID NO: 10 is a tag capture probe consisting of all L-type nucleotides and having a base sequence complementary to the tag sequence of the oligonucleotide of SEQ ID NO: 9 and having an amino linker at the 3 'end.
配列番号10のタグ捕捉プローブを実施例1と同様に支持体に固定化した。 The tag capture probe of SEQ ID NO: 10 was immobilized on a support in the same manner as in Example 1.
手順(2)タグ捕捉プローブ固定化用支持体の作製、手順(3)タグ捕捉プローブの固定化、手順(4)カバーの作製、及び装着、ビーズの装填は、実施例1と同様に行った。 Procedure (2) Production of support for immobilizing tag capture probe, Procedure (3) Immobilization of tag capture probe, Procedure (4) Production and attachment of cover and loading of beads were carried out in the same manner as in Example 1. .
手順(5)特定すべきAnTn配列を含む領域のPCRによる増幅
プライマーとして、配列番号1のオリゴヌクレオチド及び配列番号2のオリゴヌクレオチドの代わりに、配列番号7に示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチド及び配列番号8に示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチドをプライマーに用いたこと以外は、実施例1と同様に行った。
Procedure (5) Amplification by PCR of the region containing the AnTn sequence to be identified As a primer, the oligonucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 7 and the sequence instead of the oligonucleotide of SEQ ID NO: 1 and the oligonucleotide of SEQ ID NO: 2 The same procedure as in Example 1 was performed except that an oligonucleotide having the base sequence shown in No. 8 was used as a primer.
これらのDNA試料は、通常の塩基配列決定方法により、あらかじめIL−6AnTnの塩基配列を確認しており、A8T11、即ち、IL−6遺伝子の転写開始点より−396番目の塩基配列はAである。 In these DNA samples, the base sequence of IL-6AnTn has been confirmed in advance by a normal base sequence determination method, and the base sequence of A8T11, that is, the -396th base from the transcription start point of the IL-6 gene is A. .
手順(6)特異的なddNTPの取り込み反応
手順(5)で得られたPCR産物に、配列番号9のオリゴヌクレオチド、Cy3またはCy5で標識したddNTP(Cy3−ddNTPまたはCy5−ddNTP)、非標識ddNTP、DNA Polymeraseなどを加え、ddNTPの取り込みを行った。今回はAnTn配列を決定するので、Cy3−ddATP、Cy5−ddUTP、ddCTP、ddGTPを使用した。また、DNA Polymeraseにはサンガー法に広く使用されている改変型T7 DNA Polymerase「Thermo Sequenase DNA Polymerase」(GEヘルスケアバイオサイエンス)を使用した。
Procedure (6) Specific ddNTP incorporation reaction The PCR product obtained in procedure (5) was added to the oligonucleotide of SEQ ID NO: 9, ddNTP labeled with Cy3 or Cy5 (Cy3-ddNTP or Cy5-ddNTP), unlabeled ddNTP , DNA Polymerase and the like were added, and ddNTP was taken up. Since the AnTn sequence was determined this time, Cy3-ddATP, Cy5-ddUTP, ddCTP, ddGTP were used. As DNA Polymerase, modified T7 DNA Polymerase “Thermo Sequenase DNA Polymerase” (GE Healthcare Bioscience) widely used in the Sanger method was used.
ここで、ddNTP取り込み反応には、0.3μM塩基配列分析用プライマー (配列番号9)2μl、Reaction Buffer 2μl、PCR産物(カラム精製後)800ng、10μMCy3−ddATP 1μl、10μMCy5−ddUTP 1μl、10μMddCTP 1μl、10μMddGTP 1μl、Thermo Sequenase DNA Polymerase 1.0unitesを、純粋で20μlにメスアップしたものを用いた。また、ddNTPs取り込み反応は、実施例1と同様に行った。
Here, for ddNTP incorporation reaction, 0.3 μM base sequence analysis primer (SEQ ID NO: 9) 2 μl,
手順(7)ハイブリダイゼーション、(8)蛍光強度の測定については、実施例1と同様に行った。 Procedure (7) Hybridization and (8) Measurement of fluorescence intensity were carried out in the same manner as in Example 1.
結果を図13に示す。図の見方は実施例1の図11と同様である。 The results are shown in FIG. The way of viewing the figure is the same as that of FIG. 11 of the first embodiment.
配列番号10のタグ捕捉プローブからは、Cy5の光が特異的に検出され、これによりTを取り込んだことが判明し、塩基分析が精度良く行われたことが確認できた。 From the tag capture probe of SEQ ID NO: 10, Cy5 light was specifically detected, which revealed that T was incorporated, and it was confirmed that the base analysis was performed with high accuracy.
(実施例3)
ヒトHeme oxygenase−1(HO−1)のGT繰り返し塩基配列分析、転写開始点より−270番目付近に存在するGT繰り返し塩基配列を分析した。実施例1の手順(1)〜(8)のうち、手順(1)、(3)、(5)、(6)で使用したオリゴヌクレオチドを変更し、手順(6)で用いる標識ヌクレオチドを変更した以外は、実施例1と同様に行った。
(Example 3)
A GT repeat base sequence analysis of human Heme oxygenase-1 (HO-1), and a GT repeat base sequence existing in the vicinity of −270 from the transcription start point were analyzed. Among the procedures (1) to (8) of Example 1, the oligonucleotide used in the procedures (1), (3), (5) and (6) is changed, and the labeled nucleotide used in the procedure (6) is changed. The procedure was the same as in Example 1 except that.
手順(1)オリゴヌクレオチドの準備
HO−1遺伝子増幅用プライマーとして、配列番号11に示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチド、配列番号12に示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを合成した。
Procedure (1) Preparation of oligonucleotide As an HO-1 gene amplification primer, an oligonucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 11 and an oligonucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 12 were synthesized.
HO−1遺伝子の転写開始点より−270番目の塩基配列分析用プライマーとして配列番号13に示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを、配列番号13のオリゴヌクレオチドのタグ捕捉プローブとして配列番号14に示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを合成した。 An oligonucleotide having the base sequence represented by SEQ ID NO: 13 as a primer for base sequence analysis at the -270th position from the transcription start point of the HO-1 gene is represented by SEQ ID NO: 14 as a tag capture probe for the oligonucleotide of SEQ ID NO: 13. An oligonucleotide having a base sequence was synthesized.
さらに、HO−1遺伝子の転写開始点より−270番目の塩基配列分析用プライマーとして配列番号15に示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを、配列番号15のオリゴヌクレオチドのタグ捕捉プローブとして配列番号16に示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを合成した。 Furthermore, an oligonucleotide having the base sequence represented by SEQ ID NO: 15 as a primer for base sequence analysis at the −270th position from the transcription start point of the HO-1 gene is added to SEQ ID NO: 16 as a tag capture probe for the oligonucleotide of SEQ ID NO: 15. An oligonucleotide having the indicated base sequence was synthesized.
配列番号13及び配列番号15のオリゴヌクレオチドは、5’末端から27塩基はL型ヌクレオチド、28塩基から3’末端まではD型ヌクレオチドからなり、5’末端から22塩基はタグ配列である。なお、5’末端から23から27塩基は、スペーサーとしてチミジン残基5塩基を配している。 In the oligonucleotides of SEQ ID NO: 13 and SEQ ID NO: 15, 27 bases from the 5 'end are L-type nucleotides, 28 bases to 3' end are D-type nucleotides, and 22 bases from the 5 'end are tag sequences. In addition, 23 to 27 bases from the 5 'end are arranged with 5 bases of a thymidine residue as a spacer.
D型ポリヌクレオチド領域は、特定位置の塩基配列の3’側に隣接する塩基配列を有している。即ち、配列番号13および配列番号15のオリゴヌクレオチドのD型ポリヌクレオチド領域はHO−1遺伝子のGT塩基配列の下流26塩基に相補的な塩基配列である。 The D-type polynucleotide region has a base sequence adjacent to the 3 'side of the base sequence at a specific position. That is, the D-type polynucleotide region of the oligonucleotides of SEQ ID NO: 13 and SEQ ID NO: 15 is a base sequence complementary to 26 bases downstream of the GT base sequence of the HO-1 gene.
配列番号14及び配列番号16のオリゴヌクレオチドは、すべてL型ヌクレオチドからなり、それぞれ配列番号13及び配列番号15のオリゴヌクレオチドのタグ配列と相補的な塩基配列を有するタグ捕捉プローブで、3’末端にアミノリンカーを有する。 The oligonucleotides of SEQ ID NO: 14 and SEQ ID NO: 16 are all tag capture probes consisting of L-type nucleotides and having base sequences complementary to the tag sequences of the oligonucleotides of SEQ ID NO: 13 and SEQ ID NO: 15, respectively, at the 3 ′ end. Has an amino linker.
また、配列番号13のオリゴヌクレオチドに付加したタグ配列は配列番号13のオリゴヌクレオチドのD型ポリヌクレオチド領域の一部と同じ塩基配列で、配列番号15のオリゴヌクレオチドに付加したタグ配列は配列番号9のオリゴヌクレオチドのタグ配列と全く同じ塩基配列であり、従って、配列番号16と配列番号10のオリゴヌクレオチドの塩基配列は完全に同一であるので、配列番号16のオリゴヌクレオチドはここでは合成していない。 The tag sequence added to the oligonucleotide of SEQ ID NO: 13 has the same base sequence as part of the D-type polynucleotide region of the oligonucleotide of SEQ ID NO: 13, and the tag sequence added to the oligonucleotide of SEQ ID NO: 15 is SEQ ID NO: 9 Since the nucleotide sequences of the oligonucleotides of SEQ ID NO: 16 and SEQ ID NO: 10 are completely identical, the oligonucleotide of SEQ ID NO: 16 is not synthesized here. .
配列番号14及び配列番号16のタグ捕捉プローブを実施例1と同様に支持体に固定化した。 The tag capture probes of SEQ ID NO: 14 and SEQ ID NO: 16 were immobilized on a support in the same manner as in Example 1.
手順(2)タグ捕捉プローブ固定化用支持体の作製、手順(3)タグ捕捉プローブの固定化、手順(4)カバーの作製、及び装着、ビーズの装填は実施例1と同様に行った。 Procedure (2) Production of support for immobilizing tag capture probe, Procedure (3) Immobilization of tag capture probe, Procedure (4) Production and attachment of cover, and loading of beads were carried out in the same manner as in Example 1.
手順(5)特定すべきGT塩基配列を含む領域のPCRによる増幅
プライマーとして、配列番号1のオリゴヌクレオチド及び配列番号2のオリゴヌクレオチドの代わりに、配列番号11に示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチド及び配列番号12に示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチドをプライマーに用いたことと、ヒトゲノム試料としてHEK293細胞に加えて、HL−60(末梢血前骨髄球)も用いたこと以外は、実施例1と同様に行った。
Procedure (5) Amplification by PCR of a region containing a GT base sequence to be specified As a primer, an oligonucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 11 instead of the oligonucleotide of SEQ ID NO: 1 and the oligonucleotide of SEQ ID NO: 2 Example 1 except that the oligonucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 12 was used as a primer and that HL-60 (peripheral blood premyelocytes) was also used in addition to HEK293 cells as a human genome sample. The same was done.
手順(6)特異的なdNTP、ddNTPの取り込み反応
手順(5)で準備したPCR産物に、配列番号13又は配列番号15のオリゴヌクレオチド、Cy3またはCy5標識dNTP(Cy3−dNTPまたはCy5−dNTP)、非標識ddNTP、DNA Polymeraseなどを加え、dNTP、ddNTPの取り込みを行った。今回はGT塩基配列を分析するので、Cy3−dATP、Cy5−dCTP、ddGTP、ddTTPを使用した。また、DNA Polymeraseにはサンガー法に広く使用されている改変型T7 DNA Polymerase「Thermo Sequenase DNA Polymerase」(GEヘルスケアバイオサイエンス)を使用した。
Procedure (6) Specific dNTP, ddNTP uptake reaction The PCR product prepared in procedure (5) was added to the oligonucleotide of SEQ ID NO: 13 or SEQ ID NO: 15, Cy3 or Cy5 labeled dNTP (Cy3-dNTP or Cy5-dNTP), Unlabeled ddNTP, DNA Polymerase, and the like were added to incorporate dNTP and ddNTP. Since the GT base sequence was analyzed this time, Cy3-dATP, Cy5-dCTP, ddGTP, and ddTTP were used. As DNA Polymerase, modified T7 DNA Polymerase “Thermo Sequenase DNA Polymerase” (GE Healthcare Bioscience) widely used in the Sanger method was used.
ここで、dNTP、ddNTP取り込み反応には、HEK293細胞の場合は、0.3μMHO−1 GT塩基配列分析用プライマー(配列番号13)2μl、Reaction Buffer 2μl、PCR反応液(HEK293カラム精製後)800ng、10μMCy3−dATP 1μl、10μMCy3−dCTP 1μl、10μMddGTP 1μl、10μMddTTP 1μl、Thermo Sequenase DNA Polymerase 1.0unitesを、純粋で20μlにメスアップしたものを用いた。HL−60の場合は、0.3μMHO−1 GT塩基配列分析用プライマー(配列番号15)2μl、ReactionBuffer 2μl、PCR反応液(HL−60、カラム精製後)800ng、10μMCy3−dATP 1μl、10μMCy3−dCTP 1μl、10μMddGTP 1μl、10μMddTTP 1μl、Thermo Sequenase DNA Polymerase 1.0unitesを、純粋で20μlにメスアップしたものを用いた。また、dNTP、ddNTPs取り込み反応は、実施例1と同様に行った。
Here, for dNTP and ddNTP incorporation reaction, in the case of HEK293 cells, 0.3 μM HO-1 GT base sequence analysis primer (SEQ ID NO: 13) 2 μl,
手順(7)ハイブリダイゼーションは、手順(6)で行った2種類の取り込み反応液を4.65μlずつ使用したこと以外は、実施例1と同様に行った。 Procedure (7) Hybridization was carried out in the same manner as in Example 1 except that 4.65 μl of each of the two types of uptake reaction solutions performed in Procedure (6) was used.
手順(8)蛍光強度の測定については、実施例1と同様に行った。 Procedure (8) The fluorescence intensity was measured in the same manner as in Example 1.
結果を図14に示す。図の見方は実施例1の図11と同様である。 The results are shown in FIG. The way of viewing the figure is the same as that of FIG. 11 of the first embodiment.
配列番号14のタグ捕捉プローブのCy3、Cy5のsignal/noiseと、配列番号16のタグ捕捉プローブのsignal/noiseを計算し、既知の繰り返し回数を有するサンプルを用いて作製しておいた図6の検量線より繰り返し塩基配列の繰り返し回数を検量すると、HEK293細胞の場合の繰り返し塩基配列の繰り返し回数は28回、HL−60細胞の場合の繰り返し塩基配列の繰り返し回数は20回であることが判明した。 The tag capture probe Cy3 and Cy5 signal / noise of SEQ ID NO: 14 and the signal / noise of tag capture probe SEQ ID NO: 16 were calculated, and prepared using a sample having a known number of repetitions of FIG. It was found from the calibration curve that the number of repetitions of the repeated nucleotide sequence was calibrated, and the number of repeated nucleotide sequences in the case of HEK293 cells was 28 times, and the number of repeated nucleotide sequences in the case of HL-60 cells was 20 times. .
1 支持体
2 カバー
3 接着層(PDMS)
4 貫通孔
5 支持体に固定化されたタグ捕捉プローブ
6 ビーズ
1
4 Through-
Claims (9)
該特定位置の塩基配列の3’側に隣接する塩基配列に相補的な塩基配列及び天然型核酸とは結合しない塩基配列であるタグ配列を有する塩基配列分析用プライマーを用い、
該標的核酸と該塩基配列分析用プライマーとをハイブリダイゼーションして、該塩基配列分析用プライマーと該標的核酸との複合体を形成する第1の工程、
第1の工程で得られた複合体中の塩基配列分析用プライマーに該特定位置の塩基配列に相補的な標識されたヌクレオチドを付加する塩基伸長反応を行って標識産物を得る第2の工程、
第2の工程で得られた標識産物を該タグ配列を介して特異的に捕捉する第3の工程、
該標識産物中に含まれる標識の存在又はシグナル強度を測定し、該標識の存在又はシグナル強度を指標として特定位置の塩基配列を解析する第4の工程、
を含む、塩基配列の分析方法。 A method for analyzing a base sequence at a specific position in a target nucleic acid,
Using a base sequence analysis primer having a base sequence complementary to the base sequence adjacent to the 3 ′ side of the base sequence at the specific position and a tag sequence that is a base sequence that does not bind to a natural nucleic acid,
A first step of hybridizing the target nucleic acid and the base sequence analysis primer to form a complex of the base sequence analysis primer and the target nucleic acid;
A second step of obtaining a labeled product by performing a base extension reaction in which a labeled nucleotide complementary to the base sequence at the specific position is added to the base sequence analysis primer in the complex obtained in the first step;
A third step of specifically capturing the labeled product obtained in the second step via the tag sequence;
A fourth step of measuring the presence or signal intensity of the label contained in the labeled product and analyzing the base sequence at a specific position using the presence or signal intensity of the label as an index;
A method for analyzing a base sequence.
A biochip on which a tag capture probe having a base sequence capable of selective binding to the tag sequence in the primer for base sequence analysis according to claim 8 is immobilized.
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