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JP2021514637A - How to Amplify Nucleic Acids with Improved Specificity - Google Patents

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JP2021514637A
JP2021514637A JP2020544843A JP2020544843A JP2021514637A JP 2021514637 A JP2021514637 A JP 2021514637A JP 2020544843 A JP2020544843 A JP 2020544843A JP 2020544843 A JP2020544843 A JP 2020544843A JP 2021514637 A JP2021514637 A JP 2021514637A
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primer
amplification
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nucleic acid
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JP2020544843A
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チェルカーソフ,ドミートリ
グルンウォルド,クリスチャン
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AGCT GmbH
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AGCT GmbH
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    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844Nucleic acid amplification reactions
    • C12Q1/6848Nucleic acid amplification reactions characterised by the means for preventing contamination or increasing the specificity or sensitivity of an amplification reaction

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Abstract

本発明は、特異的なオリゴヌクレオチドプライマー及びコントローラーヌクレオチドを使用して改善された特異性を有する核酸を増幅する方法に関し、第1の増幅において、該コントローラーオリゴヌクレオチドは、配列特異的な様式で増幅産物の鎖開口を可能にする。本発明はさらに、本発明による方法を実施するための対応するキットに関する。【選択図】図1The present invention relates to a method of amplifying a nucleic acid having improved specificity using specific oligonucleotide primers and controller nucleotides. In the first amplification, the controller oligonucleotide is amplified in a sequence-specific manner. Allows chain opening of products. The present invention further relates to corresponding kits for carrying out the methods according to the invention. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、特異性を改善した核酸を増幅する方法に関する。 The present invention relates to a method for amplifying a nucleic acid with improved specificity.

本出願は、以下の出願の優先権を主張する:ヨーロッパ特許出願、EP18158722.1(2018年2月26日)、EP18195312.6(2018年9月18日)、EP18159337.7(2018年2月28日);ドイツ特許出願10 2018 001586.7(2018年2月28日)。本明細書で言及されるこれら及び他のすべての特許文書は、参照により本明細書に組み込まれる(参照として組み込まれる)と見なされるものとする。 This application claims the priority of the following applications: European Patent Application, EP18158722.1 (February 26, 2018), EP18195312.6 (September 18, 2018), EP18159337.7 (February 2018) 28th); German Patent Application 10 2018 001586.7 (February 28, 2018). These and all other patent documents referred to herein are deemed to be incorporated herein by reference (incorporated as a reference).

核酸鎖の合成は、今日のバイオテクノロジーにおいて中心的な役割を果たしている。PCRなどの方法は、診断や食品業界など、研究の展望及び応用工業分野の両方を大幅に進歩させてきた。PCRと、シーケンシング、リアルタイム検出、マイクロアレイ技術、マイクロ流体管理などの技術の組み合わせは、技術開発に貢献し、元のPCRの欠点を部分的に克服してきた。等温増幅技術などの他の増幅方法も開発されている。それらの使用は、特にPOCT(ポイントオブケアテスト)を目的としていた。この分野での大きな進歩にもかかわらず、PCRは中心的な役割を果たしており、そのためその応用に対する個々の技術的障壁を決定している。 Nucleic acid chain synthesis plays a central role in today's biotechnology. Methods such as PCR have made significant advances in both research prospects and applied industrial fields, such as the diagnostic and food industries. The combination of PCR with technologies such as sequencing, real-time detection, microarray technology, and microfluidic management has contributed to technological development and has partially overcome the shortcomings of the original PCR. Other amplification methods such as isothermal amplification techniques have also been developed. Their use was specifically aimed at POCT (Point of Care Testing). Despite major advances in this area, PCR plays a central role, thus determining individual technical barriers to its application.

増幅手順の間、PCRでは、プライマーの間にある増幅される配列セグメントの制御は行われない。PCR法の最適化の焦点はプライマー結合である。PCRの開始時とその過程とで、主な生成物の合成と副生成物の合成が、例えば、プライマーの非特異的な結合又は伸長により継続的に開始される。逆方向合成反応が発生した場合、非特異的に伸長したプライマーが鋳型として読み取られ、通常は完全なプライマー結合部位が形成することになる。したがって、不完全な配列情報が1つの合成サイクルから次の合成サイクルに転送され、これにより、全体として、初期の形成だけでなく、何よりも副産物の指数関数的な増加につながる。 During the amplification procedure, PCR does not control the amplified sequence segments between the primers. The focus of PCR optimization is primer binding. At the start of PCR and in the process, synthesis of major products and by-products is continuously initiated, for example, by non-specific binding or extension of primers. When a reverse synthetic reaction occurs, the non-specifically elongated primers are read as templates, usually forming a complete primer binding site. Thus, incomplete sequence information is transferred from one synthesis cycle to the next synthesis cycle, which as a whole leads to an exponential increase in by-products as well as early formation.

このような副反応は、主反応(標的配列の増幅)を干渉する断片の指数関数的な増加をもたらし、分析の次のステップでそれぞれ干渉をもたらし得る。そのような副産物は、通常、左右のプライマー配列を含み、そのために、それらの増幅は、主反応と並行して起こり得る。しかしながら、標的配列の代わりに、そのような副産物は別の核酸標的配列を含む。 Such side reactions result in an exponential increase in fragments that interfere with the main reaction (amplification of the target sequence) and can result in interference in the next step of the analysis, respectively. Such by-products usually contain the left and right primer sequences, so their amplification can occur in parallel with the main reaction. However, instead of the target sequence, such a by-product comprises another nucleic acid target sequence.

主に、PCR増幅の特異性は、標的配列へのプライマーの結合を最適化することによって達成される。例えば、プライマーに部分的に結合し、したがって他の核酸鎖へのプライマー結合に競合的に関与することができる追加のオリゴヌクレオチドを使用することができる。 Primarily, the specificity of PCR amplification is achieved by optimizing the binding of primers to the target sequence. For example, additional oligonucleotides can be used that can partially bind to the primer and thus be competitively involved in primer binding to other nucleic acid strands.

そのようなプローブは、一般に、プライマーの配列セグメントに結合し、一本鎖配列セグメントを占有せず、そのため前記セグメントを有するプライマーは、標的核酸に結合して、合成反応を開始することができる。プライマーの鋳型の不一致は、このようなオリゴヌクレオチドによって競合的に置き換えられ、開始の特異性が向上する。そのような追加のオリゴヌクレオチドは、両方のプライマー間の部位で増幅される核酸鎖と相互作用しない。ただし、プライマーのモル過剰により、増幅中にプライマーと鋳型の非特異的相互作用が発生し、副産物の相補鎖の合成の結果として、完全に機能するプライマー結合部位が形成される。副産物中にそのような完全に機能するプライマー結合部位が存在すると、プライマー結合に対するそのような追加のオリゴヌクレオチドの競合効果の低下につながる。したがって、そのようなオリゴヌクレオチドによって鋳型に結合するプライマーの特異性を制御しても、副反応の開始は起こりにくくするだけで、副産物が一度形成されると、その指数関数的増幅にほとんど影響を与えることができない。 Such probes generally bind to the sequence segment of the primer and do not occupy the single-stranded sequence segment, so that the primer with said segment can bind to the target nucleic acid and initiate a synthetic reaction. Primer template mismatches are competitively replaced by such oligonucleotides, improving initiation specificity. Such additional oligonucleotides do not interact with the nucleic acid strand amplified at the site between both primers. However, the molar excess of primers causes non-specific interactions between the primers and the template during amplification, resulting in the synthesis of complementary strands of by-products, resulting in the formation of fully functional primer binding sites. The presence of such a fully functional primer binding site in the by-product leads to a reduced competitive effect of such additional oligonucleotides on primer binding. Therefore, controlling the specificity of the primer that binds to the template with such an oligonucleotide only makes the initiation of side reactions less likely, and once the by-product is formed, it has little effect on its exponential amplification. Can't give.

PCRの副反応は、実行される合成サイクルの数とともに増加し、多くの場合、最大40回のPCRサイクルが実行される。PCR増幅後、他の方法が関わり、例えば、検出、ライブラリー生成、クローニング、配列決定(シーケンシング)などである。前記方法は、PCR増幅中にある範囲で生成される副産物又は配列の相違に耐容することのみが可能である。一般に、このような方法の特異性は、PCR中の副反応の問題によってもまた影響される。 The PCR side reactions increase with the number of synthetic cycles performed, often up to 40 PCR cycles. After PCR amplification, other methods are involved, such as detection, library generation, cloning, sequencing. The method can only tolerate differences in by-products or sequences produced to some extent during PCR amplification. In general, the specificity of such methods is also affected by the problem of side reactions during PCR.

副産物の出現及び共増幅の減少を伴う増幅法の合成の特異性の改善は、診断法の改善に寄与する。 Improving the synthetic specificity of amplification methods with the appearance of by-products and reduced co-amplification contributes to improved diagnostic methods.

本発明の目的は、核酸鎖の酵素的増幅の特異性を改善する方法及び手段を提供することである。 An object of the present invention is to provide methods and means for improving the specificity of enzymatic amplification of nucleic acid chains.

本発明のさらなる目的は、増幅方法とPCR増幅との組み合わせを提供することであり、標的配列のシグナル取得(それぞれモニタリング又は検出)又は増幅は、最初に、コントローラーオリゴヌクレオチド及び対応する特異的プライマーセットを使用する制御された増幅によって行われ、そして特にPCR特異的プライマーを使用して、PCRによって継続される。 A further object of the present invention is to provide a combination of amplification methods and PCR amplification, in which signal acquisition (monitoring or detection, respectively) or amplification of a target sequence is first performed with a controller oligonucleotide and a corresponding specific primer set. It is performed by controlled amplification using, and is continued by PCR, especially using PCR-specific primers.

本発明のさらなる目的は、十分な量のPCR生成物を得るために必要なPCR合成サイクルの数を減らすことである。 A further object of the present invention is to reduce the number of PCR synthesis cycles required to obtain a sufficient amount of PCR product.

本発明のさらなる目的は、核酸鎖の合成及び核酸鎖の増幅のための新しい酵素的方法及び成分を提供することであり、連続的な(オンライン)シグナル取得が提供され、シグナル取得(モニタリング/検出)は、配列特異的なプローブオリゴヌクレオチドによって媒介又は支持される。 A further object of the present invention is to provide new enzymatic methods and components for nucleic acid chain synthesis and nucleic acid chain amplification, providing continuous (online) signal acquisition and signal acquisition (monitoring / detection). ) Is mediated or supported by a sequence-specific probe oligonucleotide.

前記目的は、独立請求項による方法及びキットによって解決される。本発明のさらに有利な実施形態は、従属請求項及び以下の説明に列挙されている。 The object is solved by the method and kit according to the independent claims. Further advantageous embodiments of the present invention are listed in the dependent claims and the following description.

図1は、不均一形式における本発明による増幅方法の特定の実施形態の成分を図式的に示す。A)第1の増幅系;B)第2の増幅系。FIG. 1 graphically shows the components of a particular embodiment of the amplification method according to the invention in a heterogeneous form. A) First amplification system; B) Second amplification system. 図2は、第1の増幅系の特定の実施形態の成分を図式的に示す。FIG. 2 graphically shows the components of a particular embodiment of the first amplification system. 図3は、不均一形式における本発明による方法の特定の実施形態の温度プロファイルを示す。FIG. 3 shows the temperature profile of a particular embodiment of the method according to the invention in a heterogeneous form. 図4は、不均一形式における本発明による方法の特定の実施形態の温度プロファイルを示す。FIG. 4 shows the temperature profile of a particular embodiment of the method according to the invention in a heterogeneous form. 図5は、均一形式における本発明による増幅方法の特定の実施形態の成分を示す。A)第1の増幅系;B)第2の増幅系。FIG. 5 shows the components of a particular embodiment of the amplification method according to the invention in uniform form. A) First amplification system; B) Second amplification system. 図6〜11は、本発明による方法の実施形態の温度プロファイルを示す。6-11 show temperature profiles of embodiments of the method according to the invention. 図6〜11は、本発明による方法の実施形態の温度プロファイルを示す。6-11 show temperature profiles of embodiments of the method according to the invention. 図6〜11は、本発明による方法の実施形態の温度プロファイルを示す。6-11 show temperature profiles of embodiments of the method according to the invention. 図6〜11は、本発明による方法の実施形態の温度プロファイルを示す。6-11 show temperature profiles of embodiments of the method according to the invention. 図6〜11は、本発明による方法の実施形態の温度プロファイルを示す。6-11 show temperature profiles of embodiments of the method according to the invention. 図6〜11は、本発明による方法の実施形態の温度プロファイルを示す。6-11 show temperature profiles of embodiments of the method according to the invention. 図12は、(A)第1のオリゴヌクレオチドプライマーの構造、(B)増幅される核酸鎖への第1のプライマーの相補的な結合、(C)増幅される核酸鎖への第1のプライマーの相補的な結合、及びプライマーの伸長を図式的に示す。FIG. 12 shows (A) the structure of the first oligonucleotide primer, (B) complementary binding of the first primer to the amplified nucleic acid strand, and (C) the first primer to the amplified nucleic acid strand. The complementary binding of and the extension of the primer are shown graphically. 図13は、(A)第1のプライマー伸長産物の合成時の個々の成分間の関係、(B)第1のプライマー伸長産物の合成(1=第1の増幅における増幅される核酸、2=コントローラーオリゴヌクレオチド、3=第1のオリゴヌクレオチドプライマー、4=第1のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長産物)を図式的に示す。FIG. 13 shows (A) the relationship between individual components during the synthesis of the first primer extension product, (B) the synthesis of the first primer extension product (1 = nucleic acid amplified in the first amplification, 2 = The controller oligonucleotide, 3 = first oligonucleotide primer, 4 = extension product of the first oligonucleotide primer) is shown graphically. 図14は、第2のプライマー伸長産物の合成を図式的に示す。図13のとおり、マーク1〜4を参照;5=第2のオリゴヌクレオチドプライマー;6=第2のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長産物。FIG. 14 schematically shows the synthesis of the second primer extension product. As shown in FIG. 13, see marks 1-4; 5 = second oligonucleotide primer; 6 = extension product of the second oligonucleotide primer. 図15は、第3及び第4のプライマー伸長産物の合成を図式的に示す;P3.1−Ext part1=鋳型としてP2.1−Extで合成されたP3.1の伸長産物(中間産物)、P4.1−Ext part1=鋳型としてp1.1−Extで合成されたP4.1の伸長産物(中間産物)、P3.1−Ext=鋳型としてP4.1−Ext−part1又はP4.1−Extを使用して合成されたP3.1の伸長産物、P4.1−Ext=鋳型としてP3.1−Ext−part1を使用して又はP3.1−Extで合成されたP4.1の伸長産物。FIG. 15 schematically shows the synthesis of the third and fourth primer extension products; P3.1-Ext part1 = extension product (intermediate product) of P3.1 synthesized in P2.1-Ext as a template. P4.1-Ext part1 = extension product (intermediate product) of P4.1 synthesized by p1.1-Ext as a template, P3.1-Ext = P4.1-Ext-part1 or P4.1-Ext as a template P3.1 extension product synthesized using P4.1-Ext = P4.1 extension product synthesized using P3.1-Ext-part1 as a template or P3.1-Ext. 図16は、部分的な第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext part1)の合成を図式的に示す;7=第2のプライマーの伸長産物(P2.1−Ext)に相補的なP3.1のセグメント;8=第2のプライマーの伸長産物(P2.1−Ext)に相補的ではないP3.1のセグメント、P3.1−Ext−part1=鋳型としてP2.1ーExtを使用して合成された第3のプライマー(P3.1)の伸長産物。FIG. 16 graphically illustrates the synthesis of a partial third primer extension product (P3.1-Ext part1); 7 = P3 complementary to the second primer extension product (P2.1-Ext). Segment of .1; 8 = segment of P3.1 that is not complementary to the extension product (P2.1-Ext) of the second primer, P3.1-Ext-part1 = using P2.1-Ext as a template The extension product of the third primer (P3.1) synthesized in the above. 図17は、完全な第4のプライマー伸長産物の合成を図式的に示す;P2.1−Ext=セグメント5及び6;P3.1−Ext−part1=鋳型としてP2.1−Extで合成されたP3.1の伸長産物;P4.1=第4のプライマー;9=P3.1−Ext−part1に相補的に結合できるP4.1のセグメント;10=P3.1−Ext−part1に相補的に結合できないP4.1のセグメント;P4.1−Ext=鋳型としてP3.1−Ext−part1で合成されたP4.1の伸長産物。FIG. 17 graphically illustrates the synthesis of the complete fourth primer extension product; P2.1-Ext = segments 5 and 6; P3.1-Ext-part1 = synthesized in P2.1-Ext as a template. Extension product of P3.1; P4.1 = 4th primer; 9 = segment of P4.1 capable of complementarily binding to P3.1-Ext-part1; 10 = complementary to P3.1-Ext-part1 Unbound P4.1 segment; P4.1-Ext = extension of P4.1 synthesized in P3.1-Ext-part1 as a template. 図18は、第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)を使用した第3のプライマー伸長産物の中間産物(P3.1−Ext−part1)の合成(A)を図式的に示す。(B)鋳型としてP4.1−Extを使用した完全な第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext);P4.1−Ext=鋳型としてP3.1−Ext part1で合成されたP4.1の伸長産物;P3.1−Ext=鋳型としてP4.1−Extで合成されたP3.1の伸長産物。FIG. 18 schematically shows the synthesis (A) of the intermediate product (P3.1-Ext-part1) of the third primer extension product using the second primer extension product (P2.1-Ext). (B) Complete third primer extension product (P3.1-Ext) using P4.1-Ext as a template; P4.1-Ext = P4.1 synthesized on P3.1-Ext part1 as a template. Extension product of P3.1-Ext = Extension product of P3.1 synthesized by P4.1-Ext as a template. 図19〜26は、第1のプライマー伸長産物及び第3のPCRプライマーの合成中の個々の成分間の関係を図式的に示す;1=第1の増幅におけるP2.1の伸長;2=コントローラーオリゴヌクレオチド;3=第1のオリゴヌクレオチドプライマー;4=プライマー3.1。Figures 19-26 graphically show the relationship between the individual components of the first primer extension product and the third PCR primer during synthesis; 1 = extension of P2.1 in the first amplification; 2 = controller. Oligonucleotide; 3 = 1st oligonucleotide primer; 4 = primer 3.1. 図19〜26は、第1のプライマー伸長産物及び第3のPCRプライマーの合成中の個々の成分間の関係を図式的に示す;1=第1の増幅におけるP2.1の伸長;2=コントローラーオリゴヌクレオチド;3=第1のオリゴヌクレオチドプライマー;4=プライマー3.1。Figures 19-26 graphically show the relationship between the individual components of the first primer extension product and the third PCR primer during synthesis; 1 = extension of P2.1 in the first amplification; 2 = controller. Oligonucleotide; 3 = 1st oligonucleotide primer; 4 = primer 3.1. 図19〜26は、第1のプライマー伸長産物及び第3のPCRプライマーの合成中の個々の成分間の関係を図式的に示す;1=第1の増幅におけるP2.1の伸長;2=コントローラーオリゴヌクレオチド;3=第1のオリゴヌクレオチドプライマー;4=プライマー3.1。Figures 19-26 graphically show the relationship between the individual components of the first primer extension product and the third PCR primer during synthesis; 1 = extension of P2.1 in the first amplification; 2 = controller. Oligonucleotide; 3 = 1st oligonucleotide primer; 4 = primer 3.1. 図19〜26は、第1のプライマー伸長産物及び第3のPCRプライマーの合成中の個々の成分間の関係を図式的に示す;1=第1の増幅におけるP2.1の伸長;2=コントローラーオリゴヌクレオチド;3=第1のオリゴヌクレオチドプライマー;4=プライマー3.1。Figures 19-26 graphically show the relationship between the individual components of the first primer extension product and the third PCR primer during synthesis; 1 = extension of P2.1 in the first amplification; 2 = controller. Oligonucleotide; 3 = 1st oligonucleotide primer; 4 = primer 3.1. 図19〜26は、第1のプライマー伸長産物及び第3のPCRプライマーの合成中の個々の成分間の関係を図式的に示す;1=第1の増幅におけるP2.1の伸長;2=コントローラーオリゴヌクレオチド;3=第1のオリゴヌクレオチドプライマー;4=プライマー3.1。Figures 19-26 graphically show the relationship between the individual components of the first primer extension product and the third PCR primer during synthesis; 1 = extension of P2.1 in the first amplification; 2 = controller. Oligonucleotide; 3 = 1st oligonucleotide primer; 4 = primer 3.1. 図19〜26は、第1のプライマー伸長産物及び第3のPCRプライマーの合成中の個々の成分間の関係を図式的に示す;1=第1の増幅におけるP2.1の伸長;2=コントローラーオリゴヌクレオチド;3=第1のオリゴヌクレオチドプライマー;4=プライマー3.1。Figures 19-26 graphically show the relationship between the individual components of the first primer extension product and the third PCR primer during synthesis; 1 = extension of P2.1 in the first amplification; 2 = controller. Oligonucleotide; 3 = 1st oligonucleotide primer; 4 = primer 3.1. 図19〜26は、第1のプライマー伸長産物及び第3のPCRプライマーの合成中の個々の成分間の関係を図式的に示す;1=第1の増幅におけるP2.1の伸長;2=コントローラーオリゴヌクレオチド;3=第1のオリゴヌクレオチドプライマー;4=プライマー3.1。Figures 19-26 graphically show the relationship between the individual components of the first primer extension product and the third PCR primer during synthesis; 1 = extension of P2.1 in the first amplification; 2 = controller. Oligonucleotide; 3 = 1st oligonucleotide primer; 4 = primer 3.1. 図19〜26は、第1のプライマー伸長産物及び第3のPCRプライマーの合成中の個々の成分間の関係を図式的に示す;1=第1の増幅におけるP2.1の伸長;2=コントローラーオリゴヌクレオチド;3=第1のオリゴヌクレオチドプライマー;4=プライマー3.1。Figures 19-26 graphically show the relationship between the individual components of the first primer extension product and the third PCR primer during synthesis; 1 = extension of P2.1 in the first amplification; 2 = controller. Oligonucleotide; 3 = 1st oligonucleotide primer; 4 = primer 3.1. 図27〜31は、第1の増幅系の異なる実施形態の成分を図式的に示す;(A)第1の増幅系の成分;(B)第2の増幅系の成分。図27〜29:第4のプライマーは第2のプライマーと同一であり、第3のプライマーは第1のプライマーとは異なる。その結合は、第1のオリゴヌクレオチドプライマーと比較してシフトされ得る。27-31 schematically show the components of different embodiments of the first amplification system; (A) components of the first amplification system; (B) components of the second amplification system. FIGS. 27-29: The fourth primer is the same as the second primer, and the third primer is different from the first primer. The binding can be shifted as compared to the first oligonucleotide primer. 図27〜31は、第1の増幅系の異なる実施形態の成分を図式的に示す;(A)第1の増幅系の成分;(B)第2の増幅系の成分。図27〜29:第4のプライマーは第2のプライマーと同一であり、第3のプライマーは第1のプライマーとは異なる。その結合は、第1のオリゴヌクレオチドプライマーと比較してシフトされ得る。27-31 schematically show the components of different embodiments of the first amplification system; (A) components of the first amplification system; (B) components of the second amplification system. FIGS. 27-29: The fourth primer is the same as the second primer, and the third primer is different from the first primer. The binding can be shifted as compared to the first oligonucleotide primer. 図27〜31は、第1の増幅系の異なる実施形態の成分を図式的に示す;(A)第1の増幅系の成分;(B)第2の増幅系の成分。図27〜29:第4のプライマーは第2のプライマーと同一であり、第3のプライマーは第1のプライマーとは異なる。その結合は、第1のオリゴヌクレオチドプライマーと比較してシフトされ得る。27-31 schematically show the components of different embodiments of the first amplification system; (A) components of the first amplification system; (B) components of the second amplification system. FIGS. 27-29: The fourth primer is the same as the second primer, and the third primer is different from the first primer. The binding can be shifted as compared to the first oligonucleotide primer. 図30は、第4のプライマーは第2のオリゴヌクレオチドプライマーとは異なる。第4のプライマーの3’末端は、第2のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端に対してシフトされ得る。第4のプライマーは、標的配列に相補的でない、又はP1.1−Extに結合しないコピー可能な配列セグメントを含む。In FIG. 30, the fourth primer is different from the second oligonucleotide primer. The 3'end of the fourth primer can be shifted relative to the 3'end of the second oligonucleotide primer. The fourth primer contains a copyable sequence segment that is not complementary to the target sequence or does not bind to P1.1-Ext. 図31は、第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、標的配列に相補的でない、又はP2.1−Extに結合しないコピー可能な配列セグメントを含む。In FIG. 31, the third oligonucleotide primer contains a copyable sequence segment that is not complementary to the target sequence or does not bind to P2.1-Ext. 図32は、(A)第1のオリゴヌクレオチドプライマー及び(B)増幅される核酸(P1.1−Ext及びP2.1−Ext)を図式的に示す。FIG. 32 schematically shows (A) the first oligonucleotide primer and (B) the amplified nucleic acids (P1.1-Ext and P2.1-Ext). 図33は、コントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換を図式的に示す。FIG. 33 graphically illustrates chain substitution with a controller oligonucleotide. 図34は、本発明による方法の反応における成分間の相互作用を図式的に示し、第2のプライマー伸長産物を、第1のプライマー伸長産物とコントローラーオリゴヌクレオチドを含む二重鎖を有する複合体から分離する中間ステップを視覚化したものである。FIG. 34 schematically illustrates the interaction between the components in the reaction of the method according to the invention, with the second primer extension product from a complex having a duplex containing the first primer extension product and a controller oligonucleotide. It is a visualization of the intermediate steps to be separated. 図35は、2本鎖の同時合成による増幅及び合成された増幅断片の分離を図式的に示す。FIG. 35 schematically shows amplification by simultaneous synthesis of double strands and separation of the synthesized amplified fragments. 図36〜49は、試料の実験の結果を示す。FIGS. 36-49 show the experimental results of the sample. 図36〜49は、試料の実験の結果を示す。FIGS. 36-49 show the experimental results of the sample. 図36〜49は、試料の実験の結果を示す。FIGS. 36-49 show the experimental results of the sample. 図36〜49は、試料の実験の結果を示す。FIGS. 36-49 show the experimental results of the sample. 図36〜49は、試料の実験の結果を示す。FIGS. 36-49 show the experimental results of the sample. 図36〜49は、試料の実験の結果を示す。FIGS. 36-49 show the experimental results of the sample. 図36〜49は、試料の実験の結果を示す。FIGS. 36-49 show the experimental results of the sample. 図36〜49は、試料の実験の結果を示す。FIGS. 36-49 show the experimental results of the sample. 図36〜49は、試料の実験の結果を示す。FIGS. 36-49 show the experimental results of the sample. 図36〜49は、試料の実験の結果を示す。FIGS. 36-49 show the experimental results of the sample. 図36〜49は、試料の実験の結果を示す。FIGS. 36-49 show the experimental results of the sample. 図36〜49は、試料の実験の結果を示す。FIGS. 36-49 show the experimental results of the sample. 図36〜49は、試料の実験の結果を示す。FIGS. 36-49 show the experimental results of the sample. 図36〜49は、試料の実験の結果を示す。FIGS. 36-49 show the experimental results of the sample. 図50及び51は、ゲノムDNAからの開始核酸鎖の特定の種類の調製を図式的に示す。Figures 50 and 51 schematically show the preparation of a particular type of starting nucleic acid strand from genomic DNA. 図50及び51は、ゲノムDNAからの開始核酸鎖の特定の種類の調製を図式的に示す。Figures 50 and 51 schematically show the preparation of a particular type of starting nucleic acid strand from genomic DNA. 図52〜54は、本発明に基づく増幅の特定の実施形態を図式的に示す。52-54 schematically show a particular embodiment of amplification according to the present invention. 図52〜54は、本発明に基づく増幅の特定の実施形態を図式的に示す。52-54 schematically show a particular embodiment of amplification according to the present invention. 図52〜54は、本発明に基づく増幅の特定の実施形態を図式的に示す。52-54 schematically show a particular embodiment of amplification according to the present invention. 図55〜57は、第1の増幅系及び第2の増幅系の成分のトポグラフィーの特定の実施形態を図式的に示す。FIGS. 55-57 graphically show a particular embodiment of topography of the components of the first amplification system and the second amplification system. 図55〜57は、第1の増幅系及び第2の増幅系の成分のトポグラフィーの特定の実施形態を図式的に示す。FIGS. 55-57 graphically show a particular embodiment of topography of the components of the first amplification system and the second amplification system. 図55〜57は、第1の増幅系及び第2の増幅系の成分のトポグラフィーの特定の実施形態を図式的に示す。FIGS. 55-57 graphically show a particular embodiment of topography of the components of the first amplification system and the second amplification system. 図58〜59は、プローブオリゴヌクレオチドの可能な局在領域の特定の実施形態を図式的に示す。Figures 58-59 graphically show specific embodiments of possible localized regions of probe oligonucleotides. 図58〜59は、プローブオリゴヌクレオチドの可能な局在領域の特定の実施形態を図式的に示す。Figures 58-59 graphically show specific embodiments of possible localized regions of probe oligonucleotides. 図60は、第3の(及び場合により第1の)プライマー伸長産物(P3.1−Ext及びP1.1−Ext)に相補的様式で主に結合することができる、プローブセグメントの局在の特定の実施形態を図式的に示す。FIG. 60 shows the localization of probe segments that can predominantly bind to the third (and optionally the first) primer extension products (P3.1-Ext and P1.1-Ext) in a complementary manner. Specific embodiments are shown graphically. 図61は、第4の(及び場合により第2の)プライマー伸長産物(P4.1−Ext及びP2.1−Ext)に相補的に主に結合することができる、プローブセグメントの局在の特定の実施形態を図式的に示す。FIG. 61 identifies the localization of probe segments that can predominantly bind complementarily to fourth (and optionally second) primer extension products (P4.1-Ext and P2.1-Ext). The embodiment of the above is shown graphically. 図62〜67は、プローブの特定の実施形態を図式的に示す。Figures 62-67 graphically show specific embodiments of the probe. 図62〜67は、プローブの特定の実施形態を図式的に示す。Figures 62-67 graphically show specific embodiments of the probe. 図62〜67は、プローブの特定の実施形態を図式的に示す。Figures 62-67 graphically show specific embodiments of the probe. 図62〜67は、プローブの特定の実施形態を図式的に示す。Figures 62-67 graphically show specific embodiments of the probe. 図62〜67は、プローブの特定の実施形態を図式的に示す。Figures 62-67 graphically show specific embodiments of the probe. 図62〜67は、プローブの特定の実施形態を図式的に示す。Figures 62-67 graphically show specific embodiments of the probe. 図68〜71は、開始核酸1.1、増幅断片1.1(P1.1−Ext及びP2.1−Ext)、及び第2の増幅断片2.1(P3.1−Ext及びP4.1−Ext)における標的配列1〜3の局在の特定の実施形態を図式的に示す。Figures 68-71 show the starting nucleic acid 1.1, the amplified fragment 1.1 (P1.1-Ext and P2.1-Ext), and the second amplified fragment 2.1 (P3.1-Ext and P4.1). Specific embodiments of localization of target sequences 1 to 3 in −Ext) are shown graphically. 図68〜71は、開始核酸1.1、増幅断片1.1(P1.1−Ext及びP2.1−Ext)、及び第2の増幅断片2.1(P3.1−Ext及びP4.1−Ext)における標的配列1〜3の局在の特定の実施形態を図式的に示す。Figures 68-71 show the starting nucleic acid 1.1, the amplified fragment 1.1 (P1.1-Ext and P2.1-Ext), and the second amplified fragment 2.1 (P3.1-Ext and P4.1). Specific embodiments of localization of target sequences 1 to 3 in −Ext) are shown graphically. 図68〜71は、開始核酸1.1、増幅断片1.1(P1.1−Ext及びP2.1−Ext)、及び第2の増幅断片2.1(P3.1−Ext及びP4.1−Ext)における標的配列1〜3の局在の特定の実施形態を図式的に示す。Figures 68-71 show the starting nucleic acid 1.1, the amplified fragment 1.1 (P1.1-Ext and P2.1-Ext), and the second amplified fragment 2.1 (P3.1-Ext and P4.1). Specific embodiments of localization of target sequences 1 to 3 in −Ext) are shown graphically. 図68〜71は、開始核酸1.1、増幅断片1.1(P1.1−Ext及びP2.1−Ext)、及び第2の増幅断片2.1(P3.1−Ext及びP4.1−Ext)における標的配列1〜3の局在の特定の実施形態を図式的に示す。Figures 68-71 show the starting nucleic acid 1.1, the amplified fragment 1.1 (P1.1-Ext and P2.1-Ext), and the second amplified fragment 2.1 (P3.1-Ext and P4.1). Specific embodiments of localization of target sequences 1 to 3 in −Ext) are shown graphically.

発明の概要
本発明の第1の態様は、核酸を増幅するための方法に関し、該方法は以下のステップを含む:
a)第1の増幅のステップであり、次のステップを含む:
− 第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)を、標的配列を含む増幅される核酸にハイブリダイズさせるステップであり、第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)は以下の領域を含む:
・ 増幅される核酸の領域が、少なくとも標的配列の5’末端を含む、又は標的配列の5’方向に位置する、増幅される核酸の領域に配列特異的に結合できる第1の領域(P1.1.1);
・ 第2領域が、コントローラーオリゴヌクレオチドによって結合されることができ、選択した反応条件下で使用されるポリメラーゼによって本質的にコピーされないままである、第1領域の5’末端に隣接する、又はリンカーを介して接続される第2領域(P1.1.2);
− 第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)に加えて増幅される核酸又は標的配列に本質的に相補的である合成領域を含む、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)を得るための第1のポリメラーゼによる第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)の伸長のステップであり、第1のプライマー伸長産物及び増幅される核酸が、二本鎖として存在する;
− 第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)へのコントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)の結合のステップであり、コントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)は以下の領域を含む;
・ 第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)の第2の領域(オーバーハング)に結合できる第1の領域(C1.1.1)、
・ 第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)の第1の領域に本質的に相補的である第2の領域(C1.1.2)、及び
・ 第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)の合成領域の少なくとも一部に本質的に相補的な第3の領域(C1.1.3);そして
ここで、コントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)は、第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)のプライマー伸長の鋳型として機能せず、かつ第1のコントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)は、増幅される核酸(第1及び第2の領域に相補的な領域)を置き換えながら、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)の第1及び第2の領域に結合する;
− 第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)を第1のプライマー伸長産物にハイブリダイズするステップであり、第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)は、標的配列の5’末端に少なくとも相補的である、又はその3’方向に位置する、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)の合成領域に配列特異的に結合できる領域(P2.1.1)を含む;
− 第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P.2.1)に加えて増幅される核酸又は標的配列に本質的に同一である合成領域を含む、第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)を得るための第1のポリメラーゼによる第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)の伸長のステップであり、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)及び第2のプライマー伸長産物(P2.1)が、第1の二本鎖増幅生成物を形成する;
b)第2の増幅のステップであり、次のステップを有する:
− 第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.1;P3.2)を第1の増幅産物の第2プライマー伸長産物(P1.1−Ext)にハイブリダイズするステップであって、第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.1;P3.2)が、第2のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)の領域に配列特異的に結合でき、標的配列の5’末端を少なくとも含む、又はその5’方向に位置する、第1の領域(P3.1.1)を有する;
− 第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.1;P3.2)に加えて、第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)又は標的配列に本質的に相補的である合成領域を含む第3のプライマー伸長産物(P3.1/2−Ext)を得るための第2のポリメラーゼによる第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.1;P3.2)の伸長のステップであって、第2のプライマー伸長産物(P2.1)及び第3のプライマー伸長産物(P3.1)が二本鎖として存在する;
− 第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.1;P4.2)を第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)にハイブリダイズするステップであって、第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.1;P4.2)は、標的配列の5’末端に少なくとも相補的である、又はその3’方向に位置する、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)の合成領域に配列特異的に結合できる第1の領域(P4.1.1)を有する;
− 第4のオリゴヌクレオチドプライマーに加えて、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)に本質的に相補的である、又は標的配列と同一である合成領域を含む、第4のプライマー伸長産物(P4.1/2−Ext)を得るための、第2のポリメラーゼによる第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.1;P4.2)の伸長のステップであって、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)及び第4のプライマー伸長産物(P4.1/2−Ext)は二本鎖として存在する;
− 第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)及び第4のプライマー伸長産物(P4.1/ 2−Ext)からの二本鎖と、第2のプライマー伸長産物(P2.1)及び第3のプライマー伸長産物(P3.1)からの二本鎖の分離のステップ;
− 第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)を第4のプライマー伸長産物(P4.2−Ext)にハイブリダイズし、第2のポリメラーゼによって第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)を伸長するステップ;及び
− 第4のオリゴヌクレオチドプライマーを第3のプライマー伸長産物(P3.2−Ext)にハイブリダイズし、第2のポリメラーゼによって第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.1;P4.2)を伸長するステップ。
Description of the Invention A first aspect of the invention relates to a method for amplifying nucleic acids, which method comprises the following steps:
a) The first amplification step, which includes the next step:
-The step of hybridizing the first oligonucleotide primer (P1.1) to the amplified nucleic acid containing the target sequence, the first oligonucleotide primer (P1.1) contains the following regions:
A first region (P1.) In which the region of the nucleic acid to be amplified contains at least the 5'end of the target sequence or is located in the 5'direction of the target sequence and can be sequence-specifically bound to the region of the nucleic acid to be amplified. 1.1);
The second region can be attached by a controller oligonucleotide and remains essentially uncopied by the polymerase used under selected reaction conditions, adjacent to the 5'end of the first region, or a linker. Second region (P1.1.2) connected via
-Obtain a first primer extension product (P1.1-Ext) containing a synthetic region that is essentially complementary to the amplified nucleic acid or target sequence in addition to the first oligonucleotide primer (P1.1). It is a step of extension of the first oligonucleotide primer (P1.1) by the first polymerase for the purpose, and the first primer extension product and the amplified nucleic acid are present as double strands;
-A step of binding the controller oligonucleotide (C1.1) to the first primer extension product (P1.1-Ext), the controller oligonucleotide (C1.1) contains the following regions;
The first region (C1.1.1), which can bind to the second region (overhang) of the first primer extension product (P1.1-Ext),
A second region (C1.1.2) that is essentially complementary to the first region of the first oligonucleotide primer (P1.1), and a first primer extension product (P1.1-). A third region (C1.1.3) that is essentially complementary to at least a portion of the synthetic region of Ext); and where the controller oligonucleotide (C1.1) is the first oligonucleotide primer (P1). The first controller oligonucleotide (C1.1), which does not function as a template for primer extension in 1), replaces the amplified nucleic acid (region complementary to the first and second regions). It binds to the first and second regions of the primer extension product (P1.1-Ext) of 1.
-The step of hybridizing the second oligonucleotide primer (P2.1) to the first primer extension product, where the second oligonucleotide primer (P2.1) is at least complementary to the 5'end of the target sequence. Includes a region (P2.1.1) capable of sequence-specific binding to the synthetic region of the first primer extension product (P1.1-Ext), which is, or is located in the 3'direction thereof;
-A second primer extension product (P2.1-Ext) containing a synthetic region that is essentially identical to the nucleic acid or target sequence to be amplified in addition to the second oligonucleotide primer (P.2.1). It is a step of extension of the second oligonucleotide primer (P2.1) by the first polymerase to obtain, the first primer extension product (P1.1-Ext) and the second primer extension product (P2.1). ) Form the first double-stranded amplification product;
b) The second amplification step, which has the following steps:
-A step of hybridizing a third oligonucleotide primer (P3.1; P3.2) to a second primer extension product (P1.1-Ext) of the first amplification product, which is a third oligonucleotide primer. (P3.1; P3.2) can bind specifically to the region of the second primer extension product (P1.1-Ext) and contains at least the 5'end of the target sequence, or in the 5'direction thereof. It has a first region (P3.1.1) in which it is located;
-A third oligonucleotide containing a third oligonucleotide primer (P3.1; P3.2) plus a second primer extension product (P2.1-Ext) or a synthetic region that is essentially complementary to the target sequence. It is a step of extension of the third oligonucleotide primer (P3.1; P3.2) by the second polymerase to obtain the primer extension product (P3.1 / 2-Ext) of the second primer extension. The product (P2.1) and the third primer extension product (P3.1) are present as double strands;
-A step of hybridizing a fourth oligonucleotide primer (P4.1; P4.2) to a first primer extension product (P1.1-Ext), which is a step of hybridizing a fourth oligonucleotide primer (P4.1; P4.1; P4.2) binds specifically to the synthetic region of the first primer extension product (P1.1-Ext), which is at least complementary to the 5'end of the target sequence or located in the 3'direction thereof. Has a first region (P4.1.1) capable of;
-In addition to the fourth oligonucleotide primer, a fourth primer extension that contains a synthetic region that is essentially complementary to the first primer extension product (P1.1-Ext) or is identical to the target sequence. A step of extension of a fourth oligonucleotide primer (P4.1; P4.2) by a second polymerase to obtain a product (P4.1 / 2-Ext), which is a step of extension of the first primer extension product (P4.1; P4.2). P1.1-Ext) and the fourth primer extension product (P4.1 / 2-Ext) are present as double strands;
-Double strands from the first primer extension product (P1.1-Ext) and the fourth primer extension product (P4.1 / 2-Ext), and the second primer extension product (P2.1) and the second Step of double-stranded separation from primer extension product (P3.1) of 3;
-Hybrid the third oligonucleotide primer (P3.2) to the fourth primer extension product (P4.2-Ext) and extend the third oligonucleotide primer (P3.2) with the second polymerase. Step; and − Hybridize the 4th oligonucleotide primer to the 3rd primer extension product (P3.2-Ext) and use the 2nd polymerase to obtain the 4th oligonucleotide primer (P4.1; P4.2). Steps to extend.

あるいは、本発明の態様はまた、核酸を増幅する方法として構成することもでき(図1、55〜56)、第1の標的配列M1[及びM1に相補的な配列M1’]を含む第1の核酸ポリマーを含む試料であって、5’−3’方向においてMは、配列セグメントM1.5、M1.4、M1.3、M1.2、及びM1.1を直後に連続して含む前記試料を、第1の増幅ステップにおいて、以下の成分と接触する:
i. 第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼ、特にDNAポリメラーゼ、及び鋳型依存性核酸ポリメラーゼの基質(特にリボヌクレオシド三リン酸又はデオキシリボヌクレオシド三リン酸)及びMg塩などの適切な補因子、
ii. 5’−3’方向に配列セグメントP1.1.2及びP1.1.1を直近に連続して含む第1の(右)オリゴヌクレオチドプライマーP1.1であって、P1.1.1が、[本質的に配列特異的に結合できる]M1.1に相補的に[ハイブリダイズする]配列を有し、及び配列セグメントP1.1.2がM1[又は配列M1に関して3’のM1.1の直後の配列]に結合できない、そして
ここで、P1.1(特にセグメントP1.1.2において)は、P1.1.2が第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼを活性化するための鋳型として機能できないように、修飾ヌクレオチドビルディングブロックを含む;及び
iii. M1.5と(本質的に)同一である[及びM1の反対側の鎖上のM1.5の逆相補配列又はP1.1の伸長産物、P1.1−Ext(P1.1E1と呼ばれる)に配列特異的に結合できる]第2(左)のオリゴヌクレオチドプライマーP2.1;
iv. 5’−3’方向において配列セグメントC1.2.3、C1.2.2、C1.2.1が直近に連続して含むコントローラーオリゴヌクレオチドC1.2であって、C1.2.3は、M1のセグメントM1.2と同一であり、これは、M1.1の5’方向に位置し[及びP1.1のポリメラーゼの開始時に最初に読み取られ、したがってC1.2.3はプライマーP1.1−Extの重合産物に結合できる]、C1.2.2はP1.1.1と相補的であり(及びM1.1に同一である)及びC1.2.1はP1.1.2に相補的であり、
そしてここで、C1.2は、C1.2.1で修飾されたヌクレオチドビルディングブロックを含み、それにより、C1.2.1が鋳型依存性核酸ポリメラーゼを活性化するための鋳型として機能できない、
及び、該試料を、第2の増幅ステップにおいて、以下の成分と接触する:
v. M1のM1.1に(逆)相補的である[P2.1−Extに相補的に結合できる]、3’末端に配列セグメント3.1.1を含み、[又は本質的に3.1.1からなる]、第3(右)のオリゴヌクレオチドプライマーP3.1、
vi. M1のM1.5と同一及び/又は本質的に同一である[P1.1−Extへ相補的に結合できる]、3’末端に配列セグメント4.1.1を含む[又は本質的に4.1.1からなる]第4(左)のオリゴヌクレオチドプライマーP4.1、
vii. 第2の鋳型依存性核酸ポリメラーゼ、特にDNAポリメラーゼ、及び任意に鋳型依存性核酸ポリメラーゼの基質(特にリボヌクレオシド三リン酸又はデオキシリボヌクレオシド三リン酸)及び適切な補因子。
Alternatively, aspects of the invention can also be configured as a method of amplifying nucleic acid (FIGS. 1, 55-56), including a first target sequence M1 [and a sequence M1'complementary to M1]. In the sample containing the nucleic acid polymer of the above, in the 5'-3'direction, M contains the sequence segments M1.5, M1.4, M1.3, M1.2, and M1.1 in succession immediately after. The sample is contacted with the following components in the first amplification step:
i. Suitable cofactors such as the first template-dependent nucleic acid polymerase, especially DNA polymerase, and substrates for template-dependent nucleic acid polymerases (particularly ribonucleoside triphosphate or deoxyribonucleoside triphosphate) and Mg salts.
ii. The first (right) oligonucleotide primer P1.1, which contains the sequence segments P1.1.2 and P1.1.1 in the 5'-3'direction in the immediate vicinity, is P1.1. It has a sequence [hybridizing] complementary to M1.1 [which can bind essentially sequence-specifically], and the sequence segment P1.1.2 is M1 [or 3'with respect to sequence M1 of M1.1. Immediately after sequence] cannot be attached, and here P1.1 (especially in segment P1.1.2) serves as a template for P1.1.2 to activate the first template-dependent nucleic acid polymerase. Includes modified nucleotide building blocks to prevent; and iii. To (essentially) identical to M1.5 [and to the reverse complementary sequence of M1.5 on the opposite strand of M1 or an extension of P1.1, P1.1-Ext (called P1.1E1). Can bind sequence-specifically] Second (left) oligonucleotide primer P2.1;
iv. In the 5'-3'direction, the sequence segments C1.2.3, C1.2.2, and C1.2.1 are the controller oligonucleotides C1.2 containing the most recent sequence, and C1.2.3 is a controller oligonucleotide C1.2. Identical to segment M1.2 of M1, which is located in the 5'direction of M1.1 [and first read at the start of polymerase of P1.1, thus C1.2.3 is primer P1.1. Can bind to Polymerase of −Ext], C1.2.2 is complementary to P1.1.1 (and is identical to M1.1) and C1.2.1 is complementary to P1.1.2. Being targeted
And here, C1.2 contains a nucleotide building block modified with C1.2.1 so that C1.2.1 cannot function as a template for activating a template-dependent nucleic acid polymerase.
And the sample is contacted with the following components in the second amplification step:
v. It is (reverse) complementary to M1.1 of M1 [can complementarily bind to P2.1-Ext] and contains a sequence segment 3.1.1 at the 3'end [or essentially 3.1. Consists of 1], 3rd (right) oligonucleotide primer P3.1,
vi. Identical and / or essentially identical to M1.5 of M1 [can complementarily bind to P1.1-Ext], containing sequence segment 4.1.1 at the 3'end [or essentially 4. Consisting of 1.1] Fourth (left) oligonucleotide primer P4.1,
vii. A second template-dependent nucleic acid polymerase, in particular a DNA polymerase, and optionally a substrate for the template-dependent nucleic acid polymerase (particularly ribonucleoside triphosphate or deoxyribonucleoside triphosphate) and suitable cofactors.

第1の増幅ステップでは、第1のプライマー伸長産物P1.1−Extが得られ、これは、配列領域P1.1.2及びP1.1.1に加えて、5’−3’方向で配列セグメントP1.1E4、P1.1E3、P1.1E2、及びP1.1E1を含む合成領域を5’−3’方向で含み、P1.1E4は、本質的に標的配列M1の配列セクションM1.2に相補的であり、P1.1E3は本質的にM1.3に相補的であり、P1.1E2は本質的にM1.4に相補的であり、P1.1E1は本質的にM1.5に相補的である。同様に、配列領域P2.1.1に加えて、合成領域P2.1−Extを含む第2のプライマー伸長産物P2.1−Extが得られ、これは、3’のM1.5に続く領域の標的配列M1と本質的に同一である。第1の増幅ステップのP1.1.2及び任意にM1.4、M1.3、M1.2及びM1.1の反応条件及び/又は長さ又は融解温度は、M1と、又はP2.1−ExtとP1.1−Extは二本鎖を形成でき、P1.1−ExtはC1.2と二本鎖を形成でき、そしてC1.2とのP1.1−Extの二本鎖の形成がP1.1−ExtとP2.1−Extとの二本鎖の形成より優先するように、選択される。 In the first amplification step, the first primer extension product P1.1-Ext is obtained, which sequences in the 5'-3'direction in addition to the sequence regions P1.1.2 and P1.1.1. Containing a synthetic region containing segments P1.1E4, P1.1E3, P1.1E2, and P1.1E1 in the 5'-3'direction, P1.1E4 essentially complements the sequence section M1.2 of target sequence M1. P1.1E3 is essentially complementary to M1.3, P1.1E2 is essentially complementary to M1.4, and P1.1E1 is essentially complementary to M1.5. is there. Similarly, in addition to the sequence region P2.1, a second primer extension product P2.1-Ext containing the synthetic region P2.1-Ext was obtained, which is the region following M1.5 in 3'. It is essentially the same as the target sequence M1 of. The reaction conditions and / or length or melting temperature of P1.1.2 and optionally M1.4, M1.3, M1.2 and M1.1 of the first amplification step are M1 and, or P2.1-. Ext and P1.1-Ext can form a double strand, P1.1-Ext can form a double strand with C1.2, and P1.1-Ext can form a double strand with C1.2. It is selected to take precedence over the formation of the double strand of P1.1-Ext and P2.1-Ext.

より一般的な形態では、本発明はまた、核酸を増幅するための方法として構成することができ、第1の標的配列M1を含む第1の核酸ポリマーを含む試料を、第1の増幅ステップにおいて以下の成分と接触する:
a. 第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼ、特に第1のDNAポリメラーゼ、及び鋳型依存性核酸ポリメラーゼの基質(特にリボヌクレオシド三リン酸又はデオキシリボヌクレオシド三リン酸)及び適切な補因子、
b. 5’−3’方向に、配列セグメントP1.1.2とP1.1.1が直近に連続して含まれる第1(右)のオリゴヌクレオチドプライマーP1.1であって、P1.1.1の少なくとも3’セグメントは(本質的に)配列特異的に、M1のセグメントに結合でき、配列セグメントP1.1.2はM1に結合できない、そして
ここで、P1.1(特にセグメントP1.1.2において)は、P1.1.2が第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼを活性化するための鋳型として機能できないように、修飾ヌクレオチドビルディングブロックを含む;及び
c. P1.1の結合部位の5’方向に位置するM1の配列セグメントと(本質的に)同一である、又はM1の反対鎖上の逆相補配列又はP1.1の伸長産物(P1.1E1として、P1.1−Extと呼ばれる)を結合することができる少なくとも1つの3’セグメントを含む第2(左)のオリゴヌクレオチドプライマーP2.1;
d. 5’−3’方向に配列セグメントC1.2.3、C1.2.2及びC1.2.1を直近に連続して含むコントローラーオリゴヌクレオチドC1.2:
i. 増幅反応中に形成される第1のプライマーの伸長産物(P1.1−Ext)の合成領域の少なくとも一部に本質的に相補的なコントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域(C1.2.3)であって、言い換えれば第3の領域は、読み取られる鎖の極性に関して第1のプライマーの結合部位の5’方向にあるM1のセグメントと同一である[及びP1.1のポリメラーゼの開始時に最初に読み取られ、したがって、コントローラーの第3の領域は、第1のプライマーの重合産物に結合したオリゴヌクレオチド[P1.1−Ext]の少なくとも一部に結合することができる、
ii. 第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)の第1の領域に本質的に相補的な(及び少なくとも部分的に標的配列M1上の第1のプライマーの結合部位と同一)コントローラーオリゴヌクレオチドの第2の領域(C1.2.2)及び
iii. 第1のプライマーの配列セグメントP1.1.2又は増幅反応中に形成された第1のプライマーの伸長産物(P1.1−Ext)の5’末端領域に結合できるコントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域(C1.2.1)であって、そして
ここで、C1.2は、C1.2.1が鋳型依存性核酸ポリメラーゼを活性化するための鋳型として機能できないように、少なくともC1.2.1 C1.2.3で修飾されたヌクレオチドビルディングブロックを含む;
第1の増幅を可能にする条件下で、該試料は、上記の成分とインキュベートされ、第1のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー伸長産物(P1.1−Ext)及び第2オリゴヌクレオチドプライマーのプライマー伸長産物(P2.1−Ext)を含む増幅産物が形成され、これは、標的配列M又は少なくともそれらの部分及び対応する相補的配列を含む;そして、該試料を、その後に又は同時に、第2の増幅ステップにおいて以下の成分と接触する:
e. 第1の増幅ステップで形成された増幅産物に(逆)相補的である、言い換えれば、これは配列特異的であり、第1の増幅反応で形成された第2のプライマーの伸長産物の3’末端領域に結合することができる、3’末端に配列セグメント3.1.1を含む[又は本質的に3.1.1からなる]第3(右)のオリゴヌクレオチドプライマーP3.1、
f. 第1の増幅ステップで形成された増幅産物に(逆)相補的に結合できる、言い換えれば、これは第1の増幅反応で形成された第1のプライマーの伸長産物の3’末端領域に特異的に結合することができる、3’末端に配列セグメント4.1.1を含む[又は本質的に4.1.1からなる]第4(左)のオリゴヌクレオチドプライマーP4.1、
g. 第2の鋳型依存性核酸ポリメラーゼ、特にDNAポリメラーゼ、及び任意に鋳型依存性核酸ポリメラーゼの基質(特にリボヌクレオシド三リン酸又はデオキシリボヌクレオシド三リン酸)及び適切な補因子。
In a more general form, the invention can also be configured as a method for amplifying nucleic acids, with a sample containing a first nucleic acid polymer containing a first target sequence M1 in a first amplification step. Contact with the following ingredients:
a. First template-dependent nucleic acid polymerases, especially the first DNA polymerase, and substrates for template-dependent nucleic acid polymerases (particularly ribonucleoside triphosphate or deoxyribonucleoside triphosphate) and suitable cofactors.
b. The first (right) oligonucleotide primer P1.1 containing the sequence segments P1.1.2 and P1.1.1 in the 5'-3'direction in the immediate vicinity, P1.1.1. At least the 3'segment of is (essentially) sequence-specific and can bind to the segment of M1, the sequence segment P1.1.2 cannot bind to M1, and here P1.1 (particularly the segment P1.1. (2) includes a modified nucleotide building block such that P1.1.2 cannot function as a template for activating the first template-dependent nucleic acid polymerase; and c. It is (essentially) identical to the sequence segment of M1 located in the 5'direction of the binding site of P1.1, or is an inverse complementary sequence on the opposite strand of M1 or an extension of P1.1 (as P1.1E1). A second (left) oligonucleotide primer P2.1 containing at least one 3'segment capable of binding (called P1.1-Ext);
d. Controller oligonucleotide C1.2 containing the sequence segments C1.2.3, C1.2.2 and C1.2.1 in the 5'-3'direction in the most recent sequence:
i. A third region of the controller oligonucleotide (C1.2.3) that is essentially complementary to at least a portion of the synthetic region of the extension product (P1.1-Ext) of the first primer formed during the amplification reaction. Thus, in other words, the third region is identical to the segment of M1 in the 5'direction of the binding site of the first primer with respect to the polarity of the strand to be read [and first at the start of the polymerase of P1.1. Read, therefore, the third region of the controller can bind to at least a portion of the oligonucleotide [P1.1-Ext] bound to the polymerization product of the first primer.
ii. A second of controller oligonucleotides that is essentially complementary (and at least partially identical to the binding site of the first primer on target sequence M1) to the first region of the first oligonucleotide primer (P1.1). Region (C1.2.2) and iii. The first region of the controller oligonucleotide that can bind to the sequence segment P1.1.2 of the first primer or the 5'end region of the extension product (P1.1-Ext) of the first primer formed during the amplification reaction. (C1.2.1), and where C1.2 is at least C1.2.1 so that C1.2.1 cannot function as a template for activating template-dependent nucleic acid polymerases. Includes C1.2.3 modified nucleotide building blocks;
Under conditions that allow the first amplification, the sample is incubated with the above components and the primer extension product of the first oligonucleotide primer (P1.1-Ext) and the primer extension product of the second oligonucleotide primer. An amplification product containing (P2.1-Ext) is formed, which contains the target sequence M or at least a portion thereof and the corresponding complementary sequence; and the sample is subsequently or simultaneously subjected to a second amplification. Contact with the following ingredients in the step:
e. It is (reverse) complementary to the amplification product formed in the first amplification step, in other words, it is sequence-specific and 3'of the extension product of the second primer formed in the first amplification reaction. Third (right) oligonucleotide primer P3.1, which can bind to the terminal region and contains the sequence segment 3.1.1 at the 3'end [or consists essentially of 3.1.1],
f. It can (reversely) complementarily bind to the amplification product formed in the first amplification step, in other words, it is specific to the 3'end region of the extension product of the first primer formed in the first amplification reaction. Fourth (left) oligonucleotide primer P4.1, which contains the sequence segment 4.1.1 at the 3'end and [or essentially consists of 4.1.1] capable of binding to.
g. A second template-dependent nucleic acid polymerase, in particular a DNA polymerase, and optionally a substrate for the template-dependent nucleic acid polymerase (particularly ribonucleoside triphosphate or deoxyribonucleoside triphosphate) and suitable cofactors.

試料は、第2の増幅を可能にする条件下で上記の成分とインキュベートされ、第3のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー伸長産物(P3.1−Ext)及び第4のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー伸長産物(P4.1−Ext)を含む増幅産物が形成され、これは、標的配列M又は少なくともそれらの部分及び対応する相補的配列を含む。 The sample was incubated with the above components under conditions that allowed a second amplification, and the primer extension product of the third oligonucleotide primer (P3.1-Ext) and the primer extension product of the fourth oligonucleotide primer (P3.1-Ext). An amplification product containing P4.1-Ext) is formed, which comprises the target sequence M or at least a portion thereof and the corresponding complementary sequence.

しかしながら、本発明は、図50から56に示されるトポロジーに必ずしも限定されない。 However, the present invention is not necessarily limited to the topologies shown in FIGS. 50-56.

発明のさらなる態様は、次の成分を含むキットに関する:
a. 5’−3’方向に2つの配列セグメントP1.1.2及びP1.1.1を直近に連続して含む第1(右)のオリゴヌクレオチドプライマーP1.1であって、
i. P1.1.1は、増幅される配列[M1.1]に相補的に[ハイブリダイズ]する任意の配列セグメントであり、及び
ii. 配列セグメントP1.1.2は、増幅される配列[又は増幅される配列に関して3’の直後の配列]に結合できない;及び
iii. P1.1.2は、P1.1.2が鋳型依存性核酸ポリメラーゼの活性に鋳型として機能することができないように修飾ヌクレオチドビルディングブロックを含む;及び
b. 配列特異的な様式で第1のオリゴヌクレオチドプライマーが結合した配列の対向鎖上の配列に結合できる第2(左)のオリゴヌクレオチドプライマーP2.1;
c. 配列セグメントC1.2.3、C1.2.2及びC1.2.1を5’−3’方向に直近に連続して含むコントローラーオリゴヌクレオチドC1.2であって、
i. C1.2.3は、増幅される配列[M1]のセグメントM1.2と同一であり、[M1.1の]P1.1.1の結合部位の5’に位置し[及びP1.1のポリメラーゼの開始時に最初に読み取られ、したがって、C1.2.3は、オリゴヌクレオチドプライマーの重合産物P1.1−Extに結合することができる]、
ii. C1.2.2はP1.1.1に相補的であり(及びM1.1と同一)、及び
iii. C1.2.1はp1.1.2に相補的であり、
そして、C1.2は、C1.2.1が、鋳型依存性核酸ポリメラーゼを活性化するための鋳型として機能できないように、C1.2.1で修飾されたヌクレオチドビルディングブロックを含む;
d. 第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼ、特にDNAポリメラーゼ、及び任意に鋳型依存性核酸ポリメラーゼの基質(特にリボヌクレオシド三リン酸又はデオキシリボヌクレオシド三リン酸)及びMg塩のような適切な補因子;
e. 第1のオリゴヌクレオチドプライマーP1.1とは異なり、特にセクションP1.1.2を持たず、かつ標的配列[M1]の[セクションM1.1]に(逆)相補的である、3’末端に配列セグメント3.1.1を含む[又は本質的に3.1.1からなる]第3(右)のオリゴヌクレオチドプライマーP3.1;
f. 第3のオリゴヌクレオチドプライマーが結合された配列の反対鎖の配列に配列特異的に結合できる、3’末端に配列セグメント4.1.1を含む[又は本質的に4.1.1からなる]第4(左)のオリゴヌクレオチドプライマーP4.1;
g. 第2の鋳型依存性核酸ポリメラーゼ、特にDNAポリメラーゼ、及び任意に鋳型依存性核酸ポリメラーゼの基質(特にリボヌクレオシド三リン酸又はデオキシリボヌクレオシド三リン酸)及び適切な補因子。
A further aspect of the invention relates to a kit containing the following ingredients:
a. The first (right) oligonucleotide primer P1.1 containing two sequence segments P1.1.2 and P1.1.1 in the 5'-3'direction in the immediate vicinity.
i. P1.1.1 is an arbitrary sequence segment that complementarily [hybridizes] to the amplified sequence [M1.1], and ii. The sequence segment P1.1.2 cannot bind to the amplified sequence [or the sequence immediately following 3'with respect to the amplified sequence]; and iii. P1.1.2 contains a nucleotide building block modified such that P1.1.2 cannot function as a template for the activity of a template-dependent nucleic acid polymerase; and b. A second (left) oligonucleotide primer P2.1 that can bind to the sequence on the opposite strand of the sequence to which the first oligonucleotide primer is bound in a sequence-specific manner;
c. A controller oligonucleotide C1.2 containing the sequence segments C1.2.3, C1.2.2 and C1.2.1 in the immediate vicinity in the 5'-3'direction.
i. C1.2.3 is identical to segment M1.2 of the amplified sequence [M1] and is located at 5'of the binding site of [M1.1] P1.1.1 [and of P1.1]. First read at the start of the polymerase, therefore C1.2.3 can bind to the polymerization product P1.1-Ext of the oligonucleotide primer],.
ii. C1.2.2 is complementary to P1.1.1 (and identical to M1.1), and iii. C1.2.1 is complementary to p1.1.2 and
And C1.2 contains a nucleotide building block modified with C1.2.1 so that C1.2.1 cannot function as a template for activating a template-dependent nucleic acid polymerase;
d. Suitable cofactors such as the first template-dependent nucleic acid polymerase, especially DNA polymerase, and optionally the substrate of the template-dependent nucleic acid polymerase (particularly ribonucleoside triphosphate or deoxyribonucleoside triphosphate) and Mg salt;
e. Unlike the first oligonucleotide primer P1.1, it does not specifically have section P1.1.2 and is (reverse) complementary to [section M1.1] of the target sequence [M1] at the 3'end. Third (right) oligonucleotide primer P3.1, which contains the sequence segment 3.1.1 [or consists essentially of 3.1.1];
f. It contains a sequence segment 4.1.1 at the 3'end [or essentially consists of 4.1.1] capable of sequence-specific binding to the sequence opposite to the sequence to which the third oligonucleotide primer is attached. Fourth (left) oligonucleotide primer P4.1;
g. A second template-dependent nucleic acid polymerase, in particular a DNA polymerase, and optionally a substrate for the template-dependent nucleic acid polymerase (particularly ribonucleoside triphosphate or deoxyribonucleoside triphosphate) and suitable cofactors.

本発明のさらなる態様は、核酸を増幅するための方法に関し、第1の標的配列M1を含む核酸を含有する試料であって、5’−3’方向に配列セグメントM1.5、M1.4、M1.3、M1.2、及びM1.1を直後に連続して含む前記試料を、第1の増幅ステップにおいて、以下の成分と接触する;
− 第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼ、特にDNAポリメラーゼ、及び鋳型依存性核酸ポリメラーゼの基質、
− 5’−3’方向に配列セグメントP1.1.2及びP1.1.1を直近に連続して含む第1の(右)オリゴヌクレオチドプライマーP1.1であって、P1.1.1はM1.1に相補的に[ハイブリダイズ]する配列を有し、及び配列セグメントP1.1.2はM1に結合できない、及び
ここで、P1.1(特に部位P1.1.2において)は、P1.1.2が第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼを活性化するための鋳型として機能できないように、修飾ヌクレオチドビルディングブロックを含む;及び
− (本質的に)M1.5と同一である、第2(左)のオリゴヌクレオチドプライマーP2.1、
− 5’−3’方向に配列セグメントC1.2.3、C1.2.2、C1.2.1が直後に連続して含まれるコントローラーオリゴヌクレオチドC1.2であって、C1.2.3は、M1.1の5’方向に位置するM1のセグメントM1.2と同一であり、C1.2.2はP1.1.1と相補的であり(及びM1.1と同一であり)、及びC1.2.1はP1.1.2と相補的であり、
そしてここで、C1.2は、C1.2.1が、鋳型依存性核酸ポリメラーゼを活性化するための鋳型として機能できないように、C1.2.1で修飾されたヌクレオチドビルディングブロックを含み、
そして、該試料を、第1のプローブオリゴヌクレオチドにさらに接触し、該第1のプローブオリゴヌクレオチドは:
a. 配列セグメントを含み、該配列セグメントは
i. 配列セグメント M1.2、M1.3、及びM1.4に位置するM1の配列と同一である;又は
ii. 配列セグメントM1.3及びM1.4に位置するM1配列に相補的である、
b. 蛍光色素に結合し、該蛍光色素は、
i. 第1のプローブオリゴヌクレオチドに連結された第2のプローブオリゴヌクレオチドを持つドナークエンチャー対又はFRET対を形成する;又は
ii. 第1のプローブオリゴヌクレオチドの結合部位に十分近接して結合できる第2のプローブオリゴヌクレオチドに連結される蛍光色素を持つドナークエンチャー対又はFRET対を形成する。
A further aspect of the present invention relates to a method for amplifying nucleic acid, which is a sample containing nucleic acid containing the first target sequence M1 in the 5'-3'direction with sequence segments M1.5, M1.4, The sample containing M1.3, M1.2, and M1.1 in succession immediately after is contacted with the following components in the first amplification step;
-The first template-dependent nucleic acid polymerase, especially the DNA polymerase, and the substrate for the template-dependent nucleic acid polymerase,
The first (right) oligonucleotide primer P1.1, which contains the sequence segments P1.1.2 and P1.1.1 in the most recent sequence in the −5'-3'direction, is P1.1.1. It has a sequence that [hybridizes] complementary to M1.1, and the sequence segment P1.1.2 cannot bind to M1, and where P1.1 (especially at site P1.1.2) Includes a modified nucleotide building block such that P1.1.2 cannot function as a template for activating the first template-dependent nucleic acid polymerase; and-is (essentially) identical to M1.5, the second. 2 (left) oligonucleotide primer P2.1,
A controller oligonucleotide C1.2 in which the sequence segments C1.2.3, C1.2.2, and C1.2.1 are consecutively contained immediately after the sequence segment C1.2.3, C1.2.2, and C1.2.1 in the −5'-3'direction, and C1.2.3. Is the same as the segment M1.2 of M1 located in the 5'direction of M1.1, C1.2.2 is complementary to P1.1.1 (and is the same as M1.1), and And C1.2.1 are complementary to P1.1.2,
And here, C1.2 comprises a nucleotide building block modified with C1.2.1 so that C1.2.1 cannot function as a template for activating a template-dependent nucleic acid polymerase.
Then, the sample is further contacted with the first probe oligonucleotide, and the first probe oligonucleotide is:
a. Containing a sequence segment, the sequence segment is i. The sequence is identical to the sequence of M1 located in the sequence segments M1.2, M1.3, and M1.4; or ii. Complementary to the M1 sequence located in sequence segments M1.3 and M1.4,
b. It binds to a fluorescent dye, and the fluorescent dye is
i. Form a donor quencher pair or FRET pair with a second probe oligonucleotide linked to a first probe oligonucleotide; or ii. It forms a donor quencher pair or FRET pair with a fluorescent dye linked to a second probe oligonucleotide that can bind in close proximity to the binding site of the first probe oligonucleotide.

さらに、本発明の態様は、次のステップを含む方法として構成することができる:
A)(第1の標的配列)を含む核酸断片(以下、開始核酸鎖とも呼ばれる)を提供するステップ。
B)第1のオリゴヌクレオチドプライマー、第2のオリゴヌクレオチドプライマー、コントローラーオリゴヌクレオチド、第1のDNAポリメラーゼ、及び第1のポリメラーゼの基質(dNTP)、適切な緩衝溶液を含む第1の増幅系(増幅システム)を提供するステップ。
C)第3のオリゴヌクレオチドプライマー、第4のオリゴヌクレオチドプライマー、第2の熱安定性ポリメラーゼ及び第2のポリメラーゼの基質(dNTP)、及び適切な緩衝溶液を含む第2の増幅系を提供するステップ。
任意に、本発明の目的が、特にプローブを用いて、第1及び/又は第2の増幅系によって増幅された核酸断片の検出も含む限り、検出系がさらに提供される。
D)第1の標的配列を含み、相補的二重鎖を形成できる第1のプライマー伸長産物及び第2のプライマー伸長産物を含む、第1の増幅断片1.1を得るために、最初の鋳型鎖として開始増幅鎖を使用し、第1の増幅を実行するステップであって、第1のプライマー伸長産物は、鋳型としての開始核酸鎖及び/又は第2のプライマー伸長産物を使用するポリメラーゼによる第1のプライマーの鋳型依存性伸長から生じる、及び第2のプライマー伸長産物は、第1のプライマー伸長産物を鋳型として使用するポリメラーゼによる第2のプライマーの鋳型依存性伸長から生じ、ここで前記第1及び第2のプライマー伸長産物は、それぞれのプライマー伸長の鋳型として相互に機能し、そして第1の増幅産物1.1の両方の相補鎖は、新たなプライマーが合成されたプライマー伸長産物のそれぞれの相補的セグメントに結合することが可能であるように、コントローラーオリゴヌクレオチドの協調により、少なくとも部分的に一本鎖形態に変換することができる。
第1の増幅に使用される反応条件は、第1の増幅系の両方のプライマーのハイブリダイズ及び鋳型依存プライマー伸長を可能にする少なくとも1つの温度ステップ、及び第1のプライマー伸長産物がコントローラーオリゴヌクレオチドの関与により、第2のプライマー伸長産物から分離される少なくとも1つの温度ステップを含む。使用される反応条件は、コントローラーオリゴヌクレオチドの非存在下での第2のプライマー伸長産物からの第1のプライマー伸長産物の自然分離を可能にしない。第1の増幅は、第1の増幅生成物1.1の所望の量が合成されるまで実施される。
E)相補的な二本鎖を形成できる、第3のプライマー伸長産物及び第4のプライマー伸長産物を含む第2の増幅断片2.1を得るために、最初の鋳型鎖としての第1の増幅断片1.1の2つの鎖の少なくとも一つを使用し、かつ第2の増幅系を使用し、第2の増幅を実行するステップであって、増殖断片2.1の両鎖は、プライマー伸長中に相互に鋳型として機能することができ、第2の増幅で使用される反応条件により、少なくとも1つの温度ステップにおいて相補的領域に結合する、第2の増幅系の2つのプライマーのハイブリダイズ及び第2の増幅系のプライマーの鋳型依存プライマー伸長を可能にし、かつ第3のプライマー伸長産物及び第4のプライマー伸長産物を含む、少なくとも1つのさらなる温度ステップにおいて二本鎖の分離を可能にし、第3及び第4のプライマー伸長産物が、再プライマー結合及び伸長が行われるように、一本鎖に変換される。第2の増幅は、第2の増幅産物2.1の所望の量が合成されるまで行われる。
Further, aspects of the invention can be configured as methods involving the following steps:
A) A step of providing a nucleic acid fragment (hereinafter, also referred to as a starting nucleic acid chain) containing (first target sequence).
B) A first amplification system (amplification) containing a first oligonucleotide primer, a second oligonucleotide primer, a controller oligonucleotide, a first DNA polymerase, and a substrate (dNTP) for the first polymerase, a suitable buffer solution. Steps to provide the system).
C) A step of providing a second amplification system containing a third oligonucleotide primer, a fourth oligonucleotide primer, a second thermostable polymerase and a substrate for the second polymerase (dNTP), and a suitable buffer solution. ..
Optionally, a detection system is further provided as long as the object of the present invention also includes the detection of nucleic acid fragments amplified by the first and / or second amplification system, especially using a probe.
D) The first template to obtain a first amplified fragment 1.1 containing a first target sequence and containing a first primer extension product and a second primer extension product capable of forming complementary duplexes. In the step of performing the first amplification using the starting amplification chain as the strand, the first primer extension product is the first with a polymerase using the starting nucleic acid chain as a template and / or the second primer extension product. The first primer extension results from the template-dependent extension of the first primer, and the second primer extension product results from the template-dependent extension of the second primer by a polymerase that uses the first primer extension product as a template. And the second primer extension products act as templates for their respective primer extensions, and both complementary strands of the first amplification product 1.1 are the respective primer extension products from which new primers have been synthesized. Coordination of controller oligonucleotides can at least partially convert to a single-stranded form so that it can bind to complementary segments.
The reaction conditions used for the first amplification are at least one temperature step that allows hybridization of both primers in the first amplification system and template-dependent primer extension, and the first primer extension product is the controller oligonucleotide. Includes at least one temperature step that is separated from the second primer extension product by the involvement of. The reaction conditions used do not allow spontaneous separation of the first primer extension product from the second primer extension product in the absence of the controller oligonucleotide. The first amplification is carried out until the desired amount of the first amplification product 1.1 is synthesized.
E) First amplification as the first template strand to obtain a second amplification fragment 2.1 containing a third primer extension product and a fourth primer extension product capable of forming complementary duplexes. In the step of performing the second amplification using at least one of the two strands of fragment 1.1 and using the second amplification system, both strands of the growth fragment 2.1 are primer extension. Hybridization of the two primers of the second amplification system and binding to the complementary region in at least one temperature step, depending on the reaction conditions used in the second amplification, which can act as templates for each other in. Allows template-dependent primer extension of the primers of the second amplification system and allows double-stranded separation in at least one additional temperature step, including a third primer extension product and a fourth primer extension product. The third and fourth primer extension products are converted to single strands for reprimer binding and extension. The second amplification is carried out until the desired amount of the second amplification product 2.1 is synthesized.

詳細には、それぞれの増幅系の成分の特性、第1の標的配列を含む核酸断片の特性、及び使用される反応条件の特性は、2つの増幅反応の過程を決定する。 Specifically, the properties of the components of each amplification system, the properties of the nucleic acid fragment containing the first target sequence, and the properties of the reaction conditions used determine the process of the two amplification reactions.

一般的に、第1の増幅はコントローラーオリゴヌクレオチドの関与によって行われる。2つの合成プライマー伸長産物の分離は、少なくとも第1のプライマー伸長産物の配列、及びコントローラーオリゴヌクレオチドの配列に対するその相補性に部分的に依存する。 Generally, the first amplification is done with the involvement of controller oligonucleotides. Separation of the two synthetic primer extension products depends in part on the sequence of at least the first primer extension product and its complementarity to the sequence of the controller oligonucleotide.

第2の増幅中では、コントローラーオリゴヌクレオチドを関与させることなく、第2の増幅断片が本質的に増幅される。 During the second amplification, the second amplified fragment is essentially amplified without the involvement of the controller oligonucleotide.

どちらの増幅反応の過程も、目的の増幅産物(増幅断片 1.1及び増幅断片 2.1)及びそれらの中間体(中間体産物)の両方を形成することができる。 Both amplification reaction processes can form both the amplification products of interest (amplification fragment 1.1 and amplification fragment 2.1) and their intermediates (intermediate products).

中間体の組成は、提供される第1及び第2の増幅系の成分に本質的に依存する。 The composition of the intermediate is essentially dependent on the components of the first and second amplification systems provided.

発明の詳細な説明
初めに述べた本発明の目的は、特に2つの連続する増幅の組み合わせによって解決され、PCR増幅が最終ステップである。
Detailed Description of the Invention The object of the invention mentioned at the beginning is particularly solved by a combination of two consecutive amplifications, with PCR amplification being the final step.

本発明の他の目的は、特定の態様及び実施形態において以下に説明されるプローブ系を使用することによって解決される。 Another object of the invention is solved by using the probe system described below in certain embodiments and embodiments.

以下では、いくつかの分子プロセスとその得られる産物、及びそれらの可能な中間の段階について、例示的かつ概略的な方法で説明する。本発明の態様1によれば、増幅の方法が提供される。この方法は次のステップを含む:
1)次のステップを含む第1の増幅のステップ
1.A)標的配列を含む、増幅される第1の核酸の鋳型(鋳型鎖、開始核酸鎖)として機能する核酸断片の3’セグメントに第1オリゴヌクレオチドプライマーをハイブリダイズするステップであって、第1のオリゴヌクレオチドプライマーは以下の領域を含む:
− 増幅される第1の核酸の鋳型鎖の3’セグメントに配列特異的に結合でき、かつ標的配列の少なくとも一部に相補的な第1の領域;
− 第2領域が、コントローラーオリゴヌクレオチドによって結合されることができ、選択した反応条件下で第1の増幅に使用されるポリメラーゼによって本質的にコピーされないままである、第1の領域の5’末端に隣接する、又はリンカーを介して接続される第2領域;
1.B) 第1のオリゴヌクレオチドプライマーに加えて、標的配列の鋳型鎖に本質的に相補的である、ポリメラーゼによって合成される領域を含む第1のプライマー伸長産物を得るために、第1の鋳型依存性ポリメラーゼによって増幅される第1の核酸の相補的セグメントにハイブリダイズした場合の、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長のステップであって、第1プライマー伸長産物及び増幅される第1核酸の鋳型鎖は、第1の増幅で使用される反応条件下で本質的に二本鎖として存在する;
1.C) 第1のプライマー伸長産物へのコントローラーオリゴヌクレオチドの結合のステップであり、コントローラーオリゴヌクレオチドは以下の領域を含む;
・ 第1オリゴヌクレオチドプライマー及び/又は第1のプライマー伸長産物の第2の領域に結合できる第1の領域;
・ 第1のオリゴヌクレオチドプライマー及び/又は第1のプライマー伸長産物の第1領域に本質的に相補的又は完全に相補的な第2領域、及び
・ ポリメラーゼによって合成されるプライマー伸長産物の領域に少なくとも部分的に相補的又は本質的に相補的である第3の領域;
ここで、コントローラーオリゴヌクレオチドは、第1のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー伸長のための鋳型として機能しない、及び
コントローラーオリゴヌクレオチドは、鋳型鎖(標的配列)の一方の鎖と同一又は本質的に同一である配列セグメントを含む、及び
コントローラーオリゴヌクレオチドは、第1のプライマー伸長産物の第1の領域に結合する、及び
コントローラーオリゴヌクレオチドは、第1のプライマー伸長産物の第2の領域、及び第1のプライマー伸長産物の合成領域に少なくとも部分的に結合し、それにより、増幅される第1の核酸の鋳型鎖の相補的部分を置換する;ここで、第2のオリゴヌクレオチドプライマーに相補的な第1のプライマー伸長産物のセグメントを含む、第1のプライマー伸長産物のポリメラーゼ合成領域は、反応条件下で一本鎖になる;
1.D) 第2のオリゴヌクレオチドプライマーを、第1のプライマー伸長産物の一本鎖相補的セグメントにハイブリダイズするステップであり、第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1のプライマー伸長産物の合成領域に配列特異的にハイブリダイズできる領域を含み、標的配列の少なくとも一部を含む;
1.E) 第2のオリゴヌクレオチドプライマーに加えて、第1の標的配列の少なくとも一部を含むポリメラーゼ合成領域を含む第2のプライマー伸長産物を得るために、鋳型として第1のプライマー伸長産物を使用する、第1のポリメラーゼによる第2のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長のステップであって、第1のプライマー伸長産物及び第2のプライマー伸長産物は、第1の増幅の反応条件下で第1の二本鎖増幅産物を形成する、及び
1.F) 必要に応じて、複数の繰り返しを含む第1の増幅のステップを繰り返すステップ。
2) 次のステップを含む第2の増幅のステップ(図15):
2.A) 第3のオリゴヌクレオチドプライマーを第1の増幅産物の第2のプライマー伸長産物にハイブリダイズするステップであって、第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、第2のプライマー伸長産物のセグメントに本質的に配列特異的に結合できる第1の領域を含む;
2.B) 第3オリゴヌクレオチドプライマーに加えて、第2オリゴヌクレオチドプライマー又は増幅される核酸又は標的配列の一部に本質的に相補的な配列セグメントを含むポリメラーゼによって合成される領域を含む第3プライマー伸長産物(P3.1−Ext part1)を得るために、第2のプライマー伸長産物を鋳型として使用する第2のポリメラーゼによる第3オリゴヌクレオチドプライマーの伸長のステップであって、第2オリゴヌクレオチドプライマー及び第3プライマー伸長産物(P3.1−Ext part1)は二本鎖である;
2.C)第4オリゴヌクレオチドプライマーを、第1の増幅産物の第1プライマー伸長産物にハイブリダイズするステップであって、第4オリゴヌクレオチドプライマーは、第1のプライマー伸長産物のポリメラーゼ合成領域に本質的に配列特異的に結合できる第1の領域を含む;
2.D) 第4オリゴヌクレオチドプライマーに加えて、第1のオリゴヌクレオチドプライマーに本質的に相補的であり、かつ標的配列の部分を含む、ポリメラーゼによって合成される領域を含む、第4プライマー伸長産物(P4.1−Ext part1)を得るために、第1プライマー伸長産物を鋳型として使用する第2ポリメラーゼによる第4のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長のステップであって、第1のプライマー伸長産物及び第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext part1)は、二本鎖として存在する;
2.E) 第1のプライマー伸長産物と第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext part1)から二本鎖を分離し、第2のプライマー伸長産物と第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext part1)から二本鎖を分離するステップ;
2.F) 第3のオリゴヌクレオチドプライマーを、第4のプライマー伸長産物(ステップ2.Dで取得、P4.1−Ext part1)にハイブリダイズするステップであって、第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、本質的に配列特異的に第4のプライマー伸長産物のセグメント(P4.1−Ext part1)に結合できる第1の領域を含む;
2.G) 完全な第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)を得るための、第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext part1)を鋳型として使用する第2のポリメラーゼによる第3のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長のステップであって、第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)及び第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext part1)は、二本鎖として存在する;
2.H) 第4のオリゴヌクレオチドプライマーを、第3のプライマー伸長産物(ステップ2Bで取得、P3.1−Ext part1)にハイブリダイズするステップであって、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、第3のプライマー伸長産物のポリメラーゼ合成領域に配列特異的に本質的に結合することができる第1の領域を含む;
2.I) 完全な第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext)を得るための、第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext part1)を鋳型として使用する、第2のポリメラーゼによる第4のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長のステップであって、第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext part1)及び第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext)が、二本鎖として存在する;
2.J) 第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext part1)及び完全な第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext)による二本鎖を分離する、及び第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext part1)及び完全な第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)による二本鎖を分離するステップ;
2.K) 第3のオリゴヌクレオチドプライマーを、完全な第4のプライマー伸長産物(ステップ2Iで取得、P4.1−Ext)にハイブリダイズするステップであって、第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、本質的に配列特異的に第4のプライマー伸長産物のセグメント(P4.1−Ext)に結合できる第1の領域を含む;
2.L) 完全な第3プライマー伸長産物(P3.1−Ext)を得るための、完全な第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext)を鋳型として使用する、第2のポリメラーゼによる第3のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長のステップであって、完全な第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)及び完全な第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext)は、二本鎖として存在する;
2.M) 第4のオリゴヌクレオチドプライマーを、完全な第3のプライマー伸長産物(ステップ2Gで取得、P3.1−Ext)にハイブリダイズするステップであって、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、完全な第3のプライマー伸長産物のポリメラーゼ合成領域に配列特異的に本質的に結合することができる第1の領域を含む;
2.N) 完全な第4プライマー伸長産物(P4.1−Ext)を得るための、完全な第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)を鋳型として使用する、第2のポリメラーゼによる第4のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長のステップであって、第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)及び完全な第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext)は、二本鎖として存在する;
2.O) 完全な第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)及び完全な第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext)で構成されるステップ2.L及び2.Nで形成される二本鎖を分離するステップ;
2.P) 任意に、必要に応じて、第2の増幅のステップを繰り返し、完全な第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)及び完全な第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext)を増加させ、任意に数回繰り返すステップ。
In the following, some molecular processes and their resulting products, and possible intermediate steps thereof, will be described in an exemplary and schematic manner. According to aspect 1 of the present invention, a method of amplification is provided. This method involves the following steps:
1) First amplification step including the next step 1. A) A step of hybridizing the first oligonucleotide primer to the 3'segment of a nucleic acid fragment that functions as a template (template chain, starting nucleic acid chain) of the first nucleic acid to be amplified, including the target sequence. Oligonucleotide Primers contain the following regions:
-A first region that can sequence-specifically bind to the 3'segment of the template strand of the first nucleic acid to be amplified and is complementary to at least a portion of the target sequence;
-The 5'end of the first region, where the second region can be bound by the controller oligonucleotide and remains essentially uncopied by the polymerase used for the first amplification under selected reaction conditions. Second region adjacent to or connected via a linker;
1. 1. B) In addition to the first oligonucleotide primer, a first template-dependent to obtain a first primer extension product containing a region synthesized by the polymerase that is essentially complementary to the template strand of the target sequence. A step of extension of the first oligonucleotide primer when hybridized to a complementary segment of the first nucleic acid amplified by sex polymerase, which is a template chain of the first primer extension product and the first nucleic acid to be amplified. Exists essentially as a double strand under the reaction conditions used in the first amplification;
1. 1. C) The step of binding the controller oligonucleotide to the first primer extension product, the controller oligonucleotide contains the following regions;
A first region capable of binding to a second region of a first oligonucleotide primer and / or a first primer extension product;
At least in the second region, which is essentially complementary or completely complementary to the first region of the first oligonucleotide primer and / or the first primer extension product, and in the region of the primer extension product synthesized by the polymerase. A third region that is partially complementary or essentially complementary;
Here, the controller oligonucleotide does not function as a template for primer extension of the first oligonucleotide primer, and the controller oligonucleotide is identical or essentially identical to one strand of the template strand (target sequence). The sequence segment is included, and the controller oligonucleotide binds to the first region of the first primer extension product, and
The controller oligonucleotide at least partially binds to the second region of the first primer extension product and the synthetic region of the first primer extension product, thereby complementing the template strand of the first nucleic acid to be amplified. Substitute the target portion; where the polymerase synthesis region of the first primer extension product, which comprises a segment of the first primer extension product complementary to the second oligonucleotide primer, becomes single-stranded under reaction conditions. Become;
1. 1. D) The step of hybridizing the second oligonucleotide primer to the single-stranded complementary segment of the first primer extension product, the second oligonucleotide primer being sequenced in the synthetic region of the first primer extension product. Contains regions that can specifically hybridize and contains at least a portion of the target sequence;
1. 1. E) In addition to the second oligonucleotide primer, the first primer extension product is used as a template to obtain a second primer extension product containing a polymerase synthesis region containing at least a portion of the first target sequence. , The step of extension of the second oligonucleotide primer by the first polymerase, in which the first primer extension product and the second primer extension product are the first double strand under the reaction conditions of the first amplification. Form amplification products, and 1. F) A step of repeating the first amplification step, including a plurality of iterations, as needed.
2) Second amplification step including the next step (FIG. 15):
2. A) A step of hybridizing a third oligonucleotide primer to a second primer extension product of the first amplification product, wherein the third oligonucleotide primer is essentially in the segment of the second primer extension product. Contains a first region that can bind sequence-specifically;
2. B) In addition to the third oligonucleotide primer, a third primer extension containing a region synthesized by a polymerase containing a second oligonucleotide primer or a sequence segment that is essentially complementary to a portion of the amplified nucleic acid or target sequence. A step of extension of a third oligonucleotide primer by a second polymerase using a second primer extension product as a template to obtain a product (P3.1-Ext part1), wherein the second oligonucleotide primer and the second The 3-primer extension product (P3.1-Ext part1) is double-stranded;
2. C) A step of hybridizing the fourth oligonucleotide primer to the first primer extension product of the first amplification product, wherein the fourth oligonucleotide primer is essentially in the polymerase synthesis region of the first primer extension product. Contains a first region that can bind sequence-specifically;
2. D) In addition to the 4th oligonucleotide primer, a 4th primer extension product (P4) that is essentially complementary to the 1st oligonucleotide primer and contains a region of the target sequence that is synthesized by the polymerase. A step of extension of a fourth oligonucleotide primer by a second polymerase using the first primer extension product as a template to obtain 1-Ext part1), the first primer extension product and the fourth primer. The extension product (P4.1-Ext part1) exists as a double strand;
2. E) The double strand was separated from the first primer extension product and the fourth primer extension product (P4.1-Ext part1), and the second primer extension product and the third primer extension product (P3.1-Ext) were separated. Step to separate double strand from part1);
2. F) The step of hybridizing the third oligonucleotide primer to the fourth primer extension product (obtained in step 2.D, P4.1-Ext part1), wherein the third oligonucleotide primer is essentially. Contains a first region that is sequence-specific and capable of binding to the fourth primer extension product segment (P4.1-Ext part1);
2. G) A third oligo by a second polymerase using a fourth primer extension product (P4.1-Ext part1) as a template to obtain a complete third primer extension product (P3.1-Ext). In the step of nucleotide primer extension, the third primer extension product (P3.1-Ext) and the fourth primer extension product (P4.1-Ext part1) exist as double strands;
2. H) The step of hybridizing the fourth oligonucleotide primer to the third primer extension product (obtained in step 2B, P3.1-Ext part1), wherein the fourth oligonucleotide primer is the third primer. Includes a first region that can essentially bind sequence-specifically to the polymerase synthesis region of the elongation product;
2. I) A fourth primer extension product (P3.1-Ext part1) by a second polymerase using a third primer extension product (P3.1-Ext part1) as a template to obtain a complete fourth primer extension product (P4.1-Ext). In the step of oligonucleotide primer extension, a third primer extension product (P3.1-Ext part1) and a fourth primer extension product (P4.1-Ext) are present as double strands;
2. J) Separation of the duplex by the third primer extension product (P3.1-Ext part1) and the complete fourth primer extension product (P4.1-Ext), and the fourth primer extension product (P4. Separation of double strands with 1-Ext part1) and complete third primer extension product (P3.1-Ext);
2. K) The step of hybridizing the third oligonucleotide primer to the complete fourth primer extension product (obtained in step 2I, P4.1-Ext), wherein the third oligonucleotide primer is essentially. Contains a first region that is sequence-specific and capable of binding to the fourth primer extension product segment (P4.1-Ext);
2. L) A third with a second polymerase using the complete fourth primer extension product (P4.1-Ext) as a template to obtain the complete third primer extension product (P3.1-Ext). In the step of oligonucleotide primer extension, the complete third primer extension product (P3.1-Ext) and the complete fourth primer extension product (P4.1-Ext) are present as double strands. ;
2. M) The step of hybridizing the fourth oligonucleotide primer to the complete third primer extension product (obtained in step 2G, P3.1-Ext), wherein the fourth oligonucleotide primer is the complete third primer. Includes a first region that is sequence-specific and essentially capable of binding to the polymerase synthesis region of the primer extension of 3;
2. N) A fourth with a second polymerase using the complete third primer extension product (P3.1-Ext) as a template to obtain the complete fourth primer extension product (P4.1-Ext). In the step of oligonucleotide primer extension, the third primer extension product (P3.1-Ext) and the complete fourth primer extension product (P4.1-Ext) are present as double strands;
2. O) Step 2. Consisting of a complete third primer extension product (P3.1-Ext) and a complete fourth primer extension product (P4.1-Ext). L and 2. The step of separating the double strand formed by N;
2. P) Optionally, repeat the second amplification step to complete the third primer extension product (P3.1-Ext) and the complete fourth primer extension product (P4.1-Ext). Steps to increase and repeat arbitrarily several times.

特にプローブを有する得られる増幅産物の検出に関する態様及び実施形態では、反応混合物に検出系を追加することが目的とされ得る。 In particular, aspects and embodiments relating to the detection of the resulting amplification product with a probe may be aimed at adding a detection system to the reaction mixture.

あるいは、本発明の前記態様はまた、核酸を増幅する方法として構成され得る(図1、5):
1)標的配列を含む第1の増幅断片1.1の増殖の伝播ための第1の増幅を実行することであって、第1の増幅は以下のステップを含む:
a) 第1のオリゴヌクレオチドプライマーを、増幅される核酸鎖の鎖の3’セグメントにハイブリダイズするステップであって、増幅される核酸鎖は標的配列を含み、
第1のオリゴヌクレオチドプライマーは以下の領域を含む:
・ 増幅される核酸鎖の鎖に配列特異的に結合できる第1のオリゴヌクレオチドプライマーの3’セグメントの第1のプライマー領域
・ コントローラーオリゴヌクレオチドを結合すること、及びコントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換(ステップc)を支持することに適したポリヌクレオチドテールを含む、直接又はリンカーを介して第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1のプライマー領域の5’末端に結合される第2の領域であって、ポリメラーゼのポリヌクレオチドテールは、選択された反応条件下で本質的にコピーされないままである。
b) 増幅される核酸鎖の標的配列(a)に相補的な配列を含む第1のプライマー伸長産物を形成するためのポリメラーゼによる第1のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長のステップ、
c) コントローラーオリゴヌクレオチドを、第1の伸長オリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域のポリヌクレオチドテールに結合するステップであって、コントローラーオリゴヌクレオチドは以下の領域を含む:
・ 第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域のポリヌクレオチドテールに結合できる第1の一本鎖領域、
・ 第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域に本質的に相補的であり、それに結合できる第2の一本鎖領域、
・ 第1のプライマー伸長産物のポリメラーゼ合成伸長産物の少なくとも1つのセグメントに本質的に相補的な第3の一本鎖領域、
ここで、コントローラーオリゴヌクレオチドは、第1のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー伸長のための鋳型として機能しない、
d) 第1の伸長オリゴヌクレオチドプライマーの第1のプライマー領域へのコントローラーオリゴヌクレオチドを結合し、それにより増幅された核酸鎖の前記第1のプライマー領域へ相補鎖を置換するステップ、
e) 第1の伸長オリゴヌクレオチドプライマーの伸長産物の相補的セグメントへのコントローラーオリゴヌクレオチドを結合し、それにより前記伸長産物に相補的な増幅された核酸鎖の鎖を置換するステップであって、第1のプライマー伸長産物の3’セグメントが一本鎖になる、
f) 第2のオリゴヌクレオチドプライマーを、第1のプライマー伸長産物にハイブリダイズするステップであって、第2のオリゴヌクレオチドプライマーの3’セグメントは、第1のプライマー伸長産物にハイブリダイズできる配列を含む、及び
g) 第2のプライマー伸長産物を形成するために、第2のオリゴヌクレオチドプライマーをポリメラーゼで伸長するステップであって、伸長は、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1のプライマー領域を含み、前記第1のプライマー領域はポリメラーゼによってコピーされ、第2の領域のポリヌクレオチドテールはコピーされないままである、
(h) 望ましいレベルの増幅が達成されるまで、ステップ(a)〜(g)を繰り返すステップ。
2)第1の増幅反応で得られる第1の増幅断片1.1を鋳型として使用し、第3プライマー及び第4プライマー及び第2ポリメラーゼ、及び適切な補因子を使用して、標的配列又は標的配列の少なくともセグメント(又はその相補配列)を含む第2の増幅断片2.1の増加につながる第2の増幅を実行するステップであって、ここで
・ 第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、第2のプライマー伸長産物及び/又は第4のプライマー伸長産物に本質的に配列特異的な様式で結合でき、第2のポリメラーゼによって伸長できる、
・ 第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1のプライマー伸長産物及び/又は第3のプライマー伸長産物に本質的に配列特異的な様式で結合でき、第2のポリメラーゼによって伸長できる、
かつ第3及び第4のプライマーから得られるプライマー伸長産物は、第2の増幅断片2.1の指数関数的増幅のための鋳型として機能することができる。
Alternatively, said aspect of the invention can also be configured as a method of amplifying nucleic acid (FIGS. 1, 5):
1) Performing a first amplification to propagate the growth of the first amplification fragment 1.1 containing the target sequence, the first amplification comprising the following steps:
a) The step of hybridizing the first oligonucleotide primer to the 3'segment of the chain of the amplified nucleic acid chain, wherein the amplified nucleic acid chain comprises the target sequence.
The first oligonucleotide primer contains the following regions:
-The first primer region of the 3'segment of the first oligonucleotide primer that can be sequence-specifically bound to the strand of the amplified nucleic acid chain-Binding the controller oligonucleotide and substituting the strand with the controller oligonucleotide (step c) ), A second region attached to the 5'end of the first primer region of the first oligonucleotide primer, either directly or via a linker, comprising a polynucleotide tail suitable for supporting the polymerase. The polynucleotide tail remains essentially uncopied under selected reaction conditions.
b) The step of extension of the first oligonucleotide primer by a polymerase to form a first primer extension product containing a sequence complementary to the target sequence (a) of the amplified nucleic acid chain,
c) In the step of attaching the controller oligonucleotide to the polynucleotide tail of the second region of the first extended oligonucleotide primer, the controller oligonucleotide contains the following regions:
A first single-stranded region that can bind to the polynucleotide tail of the second region of the first oligonucleotide primer,
A second single-stranded region that is essentially complementary to and can bind to the first region of the first oligonucleotide primer,
A third single-stranded region that is essentially complementary to at least one segment of the polymerase synthetic extension of the first primer extension,
Here, the controller oligonucleotide does not function as a template for primer extension of the first oligonucleotide primer.
d) The step of binding the controller oligonucleotide to the first primer region of the first extended oligonucleotide primer and substituting the complementary strand for the first primer region of the nucleic acid strand amplified thereby.
e) The step of binding the controller oligonucleotide to the complementary segment of the extension product of the first extension oligonucleotide primer, thereby substituting the strand of the amplified nucleic acid chain complementary to the extension product. The 3'segment of the primer extension product of 1 becomes a single strand,
f) In the step of hybridizing the second oligonucleotide primer to the first primer extension product, the 3'segment of the second oligonucleotide primer contains a sequence capable of hybridizing to the first primer extension product. , And g) A step of extending a second oligonucleotide primer with a polymerase to form a second primer extension product, the extension comprising the first primer region of the first oligonucleotide primer. The first primer region is copied by the polymerase and the polynucleotide tail of the second region remains uncopied.
(H) A step of repeating steps (a) to (g) until a desired level of amplification is achieved.
2) Using the first amplified fragment 1.1 obtained in the first amplification reaction as a template, and using the third primer, the fourth primer, the second polymerase, and an appropriate cofactor, the target sequence or target A step of performing a second amplification leading to an increase in the second amplification fragment 2.1 containing at least a segment of the sequence (or a complementary sequence thereof), wherein the third oligonucleotide primer is a second. It can bind to the primer extension product and / or the fourth primer extension product in an essentially sequence-specific manner and can be extended by the second polymerase.
The fourth oligonucleotide primer can bind to the first primer extension product and / or the third primer extension product in an essentially sequence-specific manner and can be extended by the second polymerase.
And the primer extension products obtained from the third and fourth primers can function as a template for exponential amplification of the second amplification fragment 2.1.

さらに、前述の態様のいずれかによる方法は、第2の増幅がPCR(ポリメラーゼ連鎖反応、PCR増幅とも呼ばれる)であり、標的配列を含む第2の増幅断片2.1の増幅を可能にする条件下で行われることを特徴とし得る。 Further, in the method according to any of the above-described embodiments, the condition that the second amplification is PCR (polymerase chain reaction, also referred to as PCR amplification) and enables the amplification of the second amplification fragment 2.1 containing the target sequence. It can be characterized by being done below.

さらに、前述の態様のいずれか1つによる方法は、少なくとも第2の増幅が、プローブオリゴヌクレオチドを含む検出系の存在下で行われるPCR増幅であることを特徴とし得る。 Furthermore, the method according to any one of the aforementioned embodiments may be characterized in that at least the second amplification is PCR amplification performed in the presence of a detection system containing probe oligonucleotides.

さらに、前述の態様のいずれか1つによる方法は、第2の増幅がPCR増幅であり、プライマーがポリメラーゼによってハイブリダイズ及び/又は伸長される少なくとも1つのステップ、及び得られるプライマー伸長産物が一本鎖形態に変換(変性)される少なくとも1つのステップを含む条件下で行われることを特徴とし得る。 Further, in the method according to any one of the above embodiments, the second amplification is PCR amplification, at least one step in which the primers are hybridized and / or extended by the polymerase, and one primer extension product obtained. It can be characterized by being performed under conditions involving at least one step of conversion (modification) to chain form.

さらに、前述の態様のいずれか1つによる方法は、第2の増幅がPCR増幅であり、所望の量の増幅断片2.1が合成されるまで行われることを特徴とし得る。 Furthermore, the method according to any one of the above embodiments may be characterized in that the second amplification is PCR amplification and is carried out until a desired amount of amplification fragment 2.1 is synthesized.

さらに、前述の態様のいずれか1つによる方法は、第2の増幅の第3のオリゴヌクレオチドプライマーが、第2のプライマー伸長産物の3’セグメント及び/又は第4のプライマー伸長産物の3’セグメントに結合でき,ポリメラーゼによって伸長することができることを特徴とし得る。 Further, in the method according to any one of the above-described embodiments, the third oligonucleotide primer of the second amplification is the 3'segment of the second primer extension product and / or the 3'segment of the fourth primer extension product. It can be characterized in that it can bind to and can be extended by a polymerase.

さらに、前述の態様のいずれか1つによる方法は、第2の増幅の第4のオリゴヌクレオチドプライマーが、第1のプライマー伸長産物の3’セグメント及び/又は第3のプライマー伸長産物の3’セグメントに結合でき、ポリメラーゼによって伸長することができることを特徴とし得る。 Further, in the method according to any one of the above-described embodiments, the fourth oligonucleotide primer of the second amplification is the 3'segment of the first primer extension product and / or the 3'segment of the third primer extension product. It can be characterized in that it can bind to and can be extended by a polymerase.

さらに、前述の態様のいずれか1つによる方法は、第2の増幅の第3のオリゴヌクレオチドプライマーが、その3’セグメントで第2のプライマー伸長産物及び/又は第4のプライマー伸長産物に結合でき、ポリメラーゼによって伸長することができることを特徴とし得る。 In addition, the method according to any one of the aforementioned embodiments allows the third oligonucleotide primer of the second amplification to bind to the second primer extension product and / or the fourth primer extension product in its 3'segment. , Can be characterized in that it can be extended by a polymerase.

さらに、前述の態様のいずれか1つによる方法は、第2の増幅の第4のオリゴヌクレオチドプライマーが、その3’セグメントで第1のプライマー伸長産物及び/又は第3のプライマー伸長産物に結合でき、ポリメラーゼによって伸長することができることを特徴とすることができる。 In addition, the method according to any one of the aforementioned embodiments allows the fourth oligonucleotide primer of the second amplification to bind to the first primer extension product and / or the third primer extension product in its 3'segment. , Can be characterized in that it can be extended by a polymerase.

さらに、前述の態様のいずれか1つによる方法は、第2の増幅の第3のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長産物及び/又は第4のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長産物が、標的配列の少なくとも1つのセグメント又はその相補的な配列を含むことを特徴とし得る。 Further, in the method according to any one of the above-described embodiments, the extension product of the third oligonucleotide primer and / or the extension product of the fourth oligonucleotide primer of the second amplification is at least one segment of the target sequence or It may be characterized by containing its complementary sequence.

前述の態様のいずれか1つによる方法は、コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の一本鎖領域が、ポリメラーゼによって合成される第1のプライマー伸長産物の伸長産物のセグメント(第1のプライマー領域の直後に隣接する)に本質的に相補的であることを特徴とする。 In the method according to any one of the above embodiments, the third single-stranded region of the controller oligonucleotide is a segment of the extension product of the first primer extension product synthesized by the polymerase (immediately after the first primer region). It is characterized by being essentially complementary to (adjacent).

さらに、前述の態様のいずれか1つによる方法は、第1のプライマー伸長産物に相補的な増幅される核酸の鎖の置換が、増幅される核酸の前記相補的な鎖が第1のプライマー伸長産物から離脱するまで行われることを特徴とすることができる。 Further, in the method according to any one of the above-described embodiments, the substitution of the amplified nucleic acid strand complementary to the first primer extension product is carried out, and the complementary strand of the amplified nucleic acid is the first primer extension. It can be characterized by being carried out until it leaves the product.

さらに、前述の態様のいずれか1つによる方法は、方法のステップ(f)が、第2のオリゴヌクレオチドプライマーの第1のプライマー伸長産物へのハイブリダイゼーションを含む点で改変され、第1の伸長産物との結合からのコントローラーオリゴヌクレオチドの少なくとも部分的な置換は、鎖置換によって同時に達成されることを特徴とすることができる。 In addition, the method according to any one of the aforementioned embodiments is modified in that step (f) of the method comprises hybridization of the second oligonucleotide primer to the first primer extension product, the first extension. At least partial substitution of the controller oligonucleotide from binding to the product can be characterized by being simultaneously achieved by strand substitution.

さらに、前述の態様のいずれか1つによる方法は、方法のステップ(g)が、ポリメラーゼの制御下で、コントローラーオリゴヌクレオチドの、第1のプライマー伸長産物との結合からの置換を含むように改変されることを特徴とすることができる。 In addition, the method according to any one of the aforementioned embodiments is modified such that step (g) of the method involves substitution of the controller oligonucleotide from binding to a first primer extension product under the control of a polymerase. It can be characterized by being done.

さらに、前述の態様のいずれか1つによる方法は、方法のステップ(h)が、コントローラーオリゴヌクレオチドが、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の特異的伸長産物のセグメントと同時に相補的な二本鎖を形成しながら、第1の伸長オリゴヌクレオチドプライマーのコピーされていないポリヌクレオチドテールへのコントローラーオリゴヌクレオチドの結合、及び第1のプライマー伸長産物への結合からの第2のプライマー伸長産物の置換を含むように改変されることを特徴とし得る。 Further, in the method according to any one of the above-described embodiments, the step (h) of the method is that the controller oligonucleotide is complementary to the segment of the first specific extension product of the first oligonucleotide primer. Binding of the controller oligonucleotide to the uncopied polynucleotide tail of the first extension oligonucleotide primer and substitution of the second primer extension product from binding to the first primer extension product while forming a chain. It may be characterized by being modified to include.

さらに、前述の態様のいずれか1つによる方法は、ステップ(a)から(g)の繰り返しを可能にする条件下でステップの繰り返しが実行されることを特徴とすることができる。 Further, the method according to any one of the above-described embodiments can be characterized in that the step repetition is performed under conditions that allow the repetition of steps (a) to (g).

さらに、前述の態様のいずれか1つによる方法は、第1及び第2のオリゴヌクレオチドプライマー及びコントローラーオリゴヌクレオチドを使用する指数反応における第1及び第2のプライマー伸長産物の同時増幅を含むことを特徴とし得、プライマー伸長産物は相互合成の鋳型として機能する。 Furthermore, the method according to any one of the above embodiments is characterized by including simultaneous amplification of the first and second primer extension products in an exponential reaction using first and second oligonucleotide primers and controller oligonucleotides. The primer extension product functions as a template for mutual synthesis.

個々の産物及び中間体の収率は、いくつかの要因に依存する。例えば、個々のオリゴヌクレオチドプライマーの濃度が高いほど、一般的に産物/中間体の収量が高くなる。さらに、産物/中間体の形成は、反応温度の選択、及び個々の反応物の相互への結合親和性(鋳型鎖内の相補的プライマー結合部位への個々のプライマーの結合の親和性)によって影響を受けることが可能であり:例えば、より長いオリゴヌクレオチドは一般に、より高い温度でより短いオリゴヌクレオチドよりも良好に結合し、CGレベルも相補的な配列セグメントで役割を果たすことができる:CGが豊富な配列はまた、ATが豊富な配列よりも高温で強く結合する。さらに、MGB又は2−アミノ−dA又はLNAなどの修飾は、プライマーのそれぞれの相補的セグメントへの結合強度を高めることができ、これによりまた、高温でオリゴヌクレオチドプライマーが優先的に結合する。 Yields of individual products and intermediates depend on several factors. For example, the higher the concentration of individual oligonucleotide primers, the higher the yield of the product / intermediate in general. In addition, product / intermediate formation is influenced by the choice of reaction temperature and the mutual binding affinity of the individual reactants (the affinity of individual primer binding to complementary primer binding sites within the template strand). It is possible to receive: For example, longer oligonucleotides generally bind better than shorter oligonucleotides at higher temperatures, and CG levels can also play a role in complementary sequence segments: CG Rich sequences also bind more strongly at higher temperatures than AT-rich sequences. In addition, modifications such as MGB or 2-amino-dA or LNA can increase the binding strength of the primers to their respective complementary segments, which also preferentially binds the oligonucleotide primers at elevated temperatures.

したがって、個々のプライマー配列の配列セグメントを設計することにより、特定の産物/中間産物の収量に影響を与え、したがって増幅中のそれらの富化に影響を与えることができると推定することができる。 Therefore, it can be inferred that by designing the sequence segments of the individual primer sequences, it is possible to influence the yield of specific products / intermediates and thus their enrichment during amplification.

さらに、本発明による核酸の増幅方法(図1、5、55〜57)は、以下のステップの結果として構成することができる:
a)次のステップを含む第1の増幅のステップ:
− 標的配列を含む開始核酸1.1の提供のステップ
− 第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)を標的配列(開始核酸1.1又はP2.1−Extのいずれか)を有する増幅される核酸にハイブリダイズさせるステップであり、第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)は以下の領域を含む:
・ 増幅するべき核酸の領域(P2.1E1)に配列特異的に結合できる第1の領域(P1.1.1)、
・ 第1領域の5’末端に隣接する、又はリンカーを介して接続される第2領域(P1.1.2)であり、第2領域が、コントローラーオリゴヌクレオチドによって結合されることができ、選択した反応条件下で使用されるポリメラーゼによって本質的にコピーされないままである;
− 第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)に加えて、増幅される核酸又は標的配列に本質的に相補的である合成領域(P1.1E1からP1.1E4)を含む、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)を得るための、第1のポリメラーゼによる第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)の伸長のステップであり、第1のプライマー伸長産物及び増幅される核酸が、二本鎖として存在する;
− 第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)へのコントローラーオリゴヌクレオチド(C1.2)の結合のステップであり、コントローラーオリゴヌクレオチド(C1.2)は以下の領域を含む;
・ 第1のプライマー伸長産物(P1.1E6)の第2の領域(オーバーハング)に結合できる第1の領域(C1.2.1)、
・ 第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1.1)の第1の領域に相補的である第2の領域(C1.2.2)、及び
・ 第1のプライマー伸長産物(P1.1E4)の合成領域の少なくとも一部に本質的に相補的な第3の領域(C1.2.3);及び
ここで、コントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)は、第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)のプライマー伸長の鋳型として機能せず、かつコントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)は、第1のプライマー伸長産物(P1.1E6,P1.1E5,P1.1E4)に結合し、それにより、増幅される核酸の相補的領域(P2.1E1,P2.1E2)を置き換える;
− 第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)を第1のプライマー伸長産物にハイブリダイズするステップであり、第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)は、第1のプライマー伸長産物(P1.1E1)の合成領域に配列特異的に結合できる領域(P2.1.1)を含む、
− 第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)に加えて増幅される核酸又は標的配列に本質的に同一である合成領域(P2.1E4からP2.1E1)を含む、第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)を得るための第1のポリメラーゼによる第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)の伸長のステップであり、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)及び第2のプライマー伸長産物(P2.1)が、第1の二本鎖増幅産物を形成する;及び
− 所望の量の第1の増幅産物が合成されるまで、第1の増幅のステップが繰り返される。
b)次のステップを含む第2の増幅のステップ:
− 第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)を第2のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)にハイブリダイズするステップであり、第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)は、第2のプライマー伸長産物(P2.1E1)の領域に配列特異的に結合できる第1の領域(P3.1.1)を含む、
− 第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)に加えて、第2のプライマー伸張産物(P2.1−Ext)又は標的配列に本質的に相補的である合成領域(P3.1E5からP3.1E2又はP3.1E5からP3.1E1)を有する第3のプライマー伸張産物(P3.2−Ext)を得るための第2のポリメラーゼによる第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)の伸長のステップであって、第2のプライマー伸張産物(P2.1)及び第3のプライマー伸張産物(P3.1)が二本鎖として存在する;
− 第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)及び/又は第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)に第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)をハイブリダイズするステップであって、第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)は、第1のプライマー伸長産物(P1.1E1)及び第3のプライマー伸長産物(P3.1E2)の合成領域に配列特異的に結合できる第1の領域(P4.1.1)を含む、
− 第4のオリゴヌクレオチドプライマーに加えて、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)に本質的に相補的である、又は標的配列と本質的に同一である合成領域(P4.1E5からP4.1E2又はP4.1E5からP4.1E1)を含有する第4のプライマー伸長産物(P4.2−Ext)を得るための、第2のポリメラーゼによる第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)の伸長のステップであり、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)及び第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext)は二本鎖として存在する;
− 第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)及び第4のプライマー伸長産物(P4.2−Ext)による二本鎖を分離し、第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)及び第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)による二本鎖を分離し、及び第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext)及び第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)による二本鎖を分離するステップ;
− 第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)を、第4のプライマー伸長産物(P4.2−Ext)にハイブリダイズし、第2のポリメラーゼによって第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)を伸長するステップ;及び
− 第4のオリゴヌクレオチドプライマーを、第3のプライマー伸長産物(P3.2−Ext)にハイブリダイズし、第2のポリメラーゼによって第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)を伸長するステップ。
In addition, the nucleic acid amplification method according to the invention (FIGS. 1, 5, 55-57) can be constructed as a result of the following steps:
a) First amplification step, including the next step:
-Step of providing the starting nucleic acid 1.1 containing the target sequence-The first oligonucleotide primer (P1.1) is amplified with the target sequence (either the starting nucleic acid 1.1 or P2.1-Ext). In the step of hybridizing to nucleic acid, the first oligonucleotide primer (P1.1) contains the following regions:
The first region (P1.1.1), which can be sequence-specifically bound to the region of nucleic acid to be amplified (P2.1E1),
A second region (P1.1.2) adjacent to the 5'end of the first region or connected via a linker, the second region can be attached by a controller oligonucleotide and selected. It remains essentially uncopied by the polymerase used under the reaction conditions that were used;
-A first primer extension containing a synthetic region (P1.1E1 to P1.1E4) that is essentially complementary to the amplified nucleic acid or target sequence in addition to the first oligonucleotide primer (P1.1). It is a step of extension of the first oligonucleotide primer (P1.1) by the first polymerase to obtain the product (P1.1-Ext), and the first primer extension product and the amplified nucleic acid are two. Exists as a main chain;
-A step of binding the controller oligonucleotide (C1.2) to the first primer extension product (P1.1-Ext), the controller oligonucleotide (C1.2) contains the following regions;
The first region (C1.2.1), which can bind to the second region (overhang) of the first primer extension product (P1.1E6),
The second region (C1.2.2), which is complementary to the first region of the first oligonucleotide primer (P1.1.1), and the first primer extension product (P1.1E4). A third region (C1.2.3) that is essentially complementary to at least a portion of the synthetic region; and where the controller oligonucleotide (C1.1) is the first oligonucleotide primer (P1.1). Does not function as a template for primer extension, and the controller oligonucleotide (C1.1) binds to and is amplified by the first primer extension products (P1.1E6, P1.1E5, P1.1E4). Replaces complementary regions of nucleic acids (P2.1E1, P2.1E2);
-The step of hybridizing the second oligonucleotide primer (P1.1) to the first primer extension product, the second oligonucleotide primer (P2.1) is the first primer extension product (P1.1E1). ) Includes a region (P2.1.1) that can be sequence-specifically bound to the synthetic region.
-A second primer extension product (P2.1E4 to P2.1E1) containing a synthetic region (P2.1E4 to P2.1E1) that is essentially identical to the nucleic acid or target sequence to be amplified in addition to the second oligonucleotide primer (P2.1). A step of extension of the second oligonucleotide primer (P2.1) by the first polymerase to obtain P2.1-Ext), the first primer extension product (P1.1-Ext) and the second. The primer extension product (P2.1) forms the first double-stranded amplification product; and-the first amplification step is repeated until the desired amount of the first amplification product is synthesized.
b) Second amplification step, including the next step:
− The step of hybridizing the third oligonucleotide primer (P3.2) to the second primer extension product (P1.1-Ext), the third oligonucleotide primer (P3.2) is the second primer. A first region (P3.1.1) capable of sequence-specific binding to the region of the primer extension product (P2.1E1) is included.
-In addition to the third oligonucleotide primer (P3.2), a synthetic region (P3.1E5 to P3.1E2) that is essentially complementary to the second primer extension product (P2.1-Ext) or target sequence. Alternatively, it is a step of extension of the third oligonucleotide primer (P3.2) by the second polymerase to obtain a third primer extension product (P3.2-Ext) having P3.1E5 to P3.1E1). The second primer extension product (P2.1) and the third primer extension product (P3.1) are present as double strands;
-A step of hybridizing a fourth oligonucleotide primer (P4.2) to a first primer extension product (P1.1-Ext) and / or a third primer extension product (P3.1-Ext). , The fourth oligonucleotide primer (P4.2) can bind specifically to the synthetic region of the first primer extension product (P1.1E1) and the third primer extension product (P3.1E2). Includes region (P4.1.1),
-From the synthetic region (from P4.1E5) that is essentially complementary to the first primer extension product (P1.1-Ext) or essentially identical to the target sequence, in addition to the fourth oligonucleotide primer. A fourth oligonucleotide primer (P4.2) with a second polymerase to obtain a fourth primer extension product (P4.2-Ext) containing P4.1E2 or P4.1E5 to P4.1E1). In the extension step, the first primer extension product (P1.1-Ext) and the fourth primer extension product (P4.1-Ext) exist as double strands;
-Separate the double strand by the first primer extension product (P1.1-Ext) and the fourth primer extension product (P4.2-Ext), and separate the second primer extension product (P2.1-Ext) and The double strand by the third primer extension product (P3.1-Ext) is separated, and by the fourth primer extension product (P4.1-Ext) and the third primer extension product (P3.1-Ext). Steps to separate double strands;
-The third oligonucleotide primer (P3.2) is hybridized to the fourth primer extension product (P4.2-Ext), and the third oligonucleotide primer (P3.2) is extended by the second polymerase. Steps; and-The fourth oligonucleotide primer is hybridized to the third primer extension product (P3.2-Ext) and the fourth oligonucleotide primer (P4.2) is extended by the second polymerase. Step.

さらに、本発明は次の態様を含む: Furthermore, the present invention includes the following aspects:

核酸断片が一本鎖形態の標的配列を含む、態様1に記載の方法。 The method of aspect 1, wherein the nucleic acid fragment comprises a single-stranded form of the target sequence.

態様1による方法であって、標的配列を含む核酸断片が二本鎖形態で提供され(第1の標的配列、開始核酸鎖、及びそれに相補的な核酸断片を含む)、及び前記二本鎖核酸断片は、第1の増幅の前に一本鎖形態に変換される。 The method according to aspect 1, wherein the nucleic acid fragment comprising the target sequence is provided in double-stranded form (including the first target sequence, the starting nucleic acid strand, and a nucleic acid fragment complementary thereto), and the double-stranded nucleic acid. Fragments are converted to single-stranded form prior to the first amplification.

態様1による方法であって、第2の増幅が、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)として第3及び第4のプライマーを使用して行われる。 In the method according to aspect 1, the second amplification is carried out using the third and fourth primers as the polymerase chain reaction (PCR).

態様1による方法であって、第1の増幅中の合成された鎖の分離が、主にコントローラーオリゴヌクレオチドの関与を伴い配列特異的である。 In the method according to aspect 1, the separation of the synthesized strand during the first amplification is sequence-specific, mainly with the involvement of the controller oligonucleotide.

態様1による方法であって、第2の増幅中の合成された鎖の分離が、合成された鎖の分離を引き起こし得る温度を使用して実行される。例えば、そのような温度は、80℃〜105℃の温度範囲を含む。 The method according to aspect 1, wherein the separation of the synthesized strands during the second amplification is performed using a temperature that can cause the separation of the synthesized strands. For example, such temperatures include a temperature range of 80 ° C to 105 ° C.

態様1による方法であって、第2の増幅中のハイブリダイゼーション及びプライマー伸長が、合成された鎖の相補的配列セグメントへのプライマーの主に相補的な結合、及び第2のポリメラーゼによるプライマー伸長を可能にする温度で行われる。例えば、そのような温度は、20℃〜約80℃の温度範囲を含む。 In the method according to aspect 1, hybridization and primer extension during the second amplification result in predominantly complementary binding of the primer to the complementary sequence segment of the synthesized strand, and primer extension by the second polymerase. It is done at a temperature that allows it. For example, such temperatures include a temperature range of 20 ° C to about 80 ° C.

態様1による方法であって、第2の増幅の前に、第1の増幅中に合成された第1及び第2のプライマー伸長産物の分離が行われ、両方のプライマー伸長産物が一本鎖になる。 In the method according to the first aspect, the first and second primer extension products synthesized during the first amplification are separated before the second amplification, and both primer extension products are single-stranded. Become.

態様1による方法であって、第1のオリゴヌクレオチドプライマーが、その第1の領域に、その3’セグメントの第1の標的配列に相補的に結合することができる配列セグメントを含む。 In the method according to aspect 1, the first oligonucleotide primer comprises a sequence segment in its first region capable of complementarily binding to the first target sequence of its 3'segment.

態様1による方法であって、第2のオリゴヌクレオチドプライマーがその3’領域に、第1の標的配列の一部と本質的に同一である配列セグメントを含み、前記部分が標的配列の5’セグメントに位置する。 The method according to aspect 1, wherein the second oligonucleotide primer contains a sequence segment in its 3'region that is essentially identical to a portion of the first target sequence, the portion of which is the 5'segment of the target sequence. Located in.

態様1による方法であって、コントローラーオリゴヌクレオチドが、その第2及び第3の領域に、標的配列の一部と本質的に同一である配列セグメントを含む。 In the method according to aspect 1, the controller oligonucleotide contains a sequence segment in its second and third regions that is essentially identical to a portion of the target sequence.

態様1による方法であって、第1の標的配列及び前記第1の標的配列に相補的な鎖が、第1のオリゴヌクレオチドプライマー及び第2のオリゴヌクレオチドプライマーを含むプライマー対の両側に含まれる。 In the method according to aspect 1, a first target sequence and a strand complementary to the first target sequence are contained on both sides of a primer pair containing a first oligonucleotide primer and a second oligonucleotide primer.

態様1による方法であって、第3のオリゴヌクレオチドプライマーがその3’領域に、第1の増幅断片1.1の第2のプライマー伸長産物に本質的に相補的に結合できる配列セグメントを含む。 The method according to aspect 1, wherein the third oligonucleotide primer comprises a sequence segment in its 3'region that is capable of binding essentially complementaryly to the second primer extension product of the first amplified fragment 1.1.

態様1による方法であって、第3オリゴヌクレオチドプライマーが、その3’領域に第1の増幅断片1.1の第2のプライマー伸長産物に本質的に相補的に結合できる配列セグメントを含み、さらに前記3’領域が第1の標的配列に相補的なセグメントを含む。 In the method according to aspect 1, the third oligonucleotide primer comprises a sequence segment in its 3'region that is capable of binding essentially complementary to the second primer extension product of the first amplified fragment 1.1. The 3'region contains a segment complementary to the first target sequence.

態様1による方法であって、第4のオリゴヌクレオチドプライマーがその3’領域に、第1の増幅断片1.1の第1のプライマー伸長産物に本質的に相補的に結合できる配列セグメントを含む。 The method according to aspect 1, wherein the fourth oligonucleotide primer comprises a sequence segment in its 3'region that is capable of binding essentially complementaryly to the first primer extension product of the first amplified fragment 1.1.

態様1による方法であって、第4のオリゴヌクレオチドプライマーが、その3’領域に、第1の増幅断片1.1の第1のプライマー伸長産物に本質的に相補的に結合できる配列セグメントを含み、さらに前記3’領域が、本質的に第1の標的配列の部分と同一であるセグメントを含み、前記部分は標的配列の5’領域にある。 In the method according to aspect 1, the fourth oligonucleotide primer comprises a sequence segment in its 3'region that is capable of binding essentially complementaryly to the first primer extension product of the first amplified fragment 1.1. Further, the 3'region contains a segment that is essentially identical to a portion of the first target sequence, which portion is in the 5'region of the target sequence.

態様1による方法であって、第1の標的配列及び前記標的配列に相補的な鎖が、第3のオリゴヌクレオチドプライマー及び第4のオリゴヌクレオチドプライマーによって形成されるプライマー対の両側に少なくとも部分的に含まれる。 In the method according to aspect 1, the first target sequence and the strand complementary to the target sequence are formed at least partially on both sides of the primer pair formed by the third oligonucleotide primer and the fourth oligonucleotide primer. included.

態様1による方法であって、第1のオリゴヌクレオチドプライマー及び第3のオリゴヌクレオチドプライマーが同一である。 In the method according to the first aspect, the first oligonucleotide primer and the third oligonucleotide primer are the same.

態様1による方法であって、第1のオリゴヌクレオチドプライマー及び第3のオリゴヌクレオチドプライマーが同一であり、第2の増幅中に生じるプライマー伸長産物(P4.1−Ext part1)及び(P4.1−Ext)が同一である。 In the method according to the first aspect, the first oligonucleotide primer and the third oligonucleotide primer are the same, and the primer extension products (P4.1-Ext part1) and (P4.1-) generated during the second amplification. Ext) is the same.

態様1による方法であって、第1のオリゴヌクレオチドプライマー及び第3のオリゴヌクレオチドプライマーは同一であるが、第2及び第4のプライマーは異なる。 In the method according to the first aspect, the first oligonucleotide primer and the third oligonucleotide primer are the same, but the second and fourth primers are different.

態様1による方法であって、第1のオリゴヌクレオチドプライマー及び第3のオリゴヌクレオチドプライマーが同一であり、第2の増幅中に生じるプライマー伸長産物(P4.1−Ext part1)及び(P4.1−Ext)が同一であるが、第2及び第4のプライマーのプライマー伸長産物は異なる。 In the method according to the first aspect, the first oligonucleotide primer and the third oligonucleotide primer are the same, and the primer extension products (P4.1-Ext part1) and (P4.1-) generated during the second amplification. Ext) is the same, but the primer extension products of the second and fourth primers are different.

態様1による方法であって、第2のオリゴヌクレオチドプライマー及び第4のオリゴヌクレオチドプライマーが同一である。 In the method according to the first aspect, the second oligonucleotide primer and the fourth oligonucleotide primer are the same.

態様1による方法であって、第2のオリゴヌクレオチドプライマー及び第4のオリゴヌクレオチドプライマーが同一であり、第2の増幅中に生じるプライマー伸長産物(P3.1−Ext part1)及び(P3.1−Ext)が同一である。 In the method according to the first aspect, the second oligonucleotide primer and the fourth oligonucleotide primer are the same, and the primer extension products (P3.1-Ext part1) and (P3.1-) generated during the second amplification. Ext) is the same.

態様1による方法であって、第2のオリゴヌクレオチドプライマー及び第4のオリゴヌクレオチドプライマーは同一であるが、第1及び第3のオリゴヌクレオチドプライマーは異なる。 In the method according to the first aspect, the second oligonucleotide primer and the fourth oligonucleotide primer are the same, but the first and third oligonucleotide primers are different.

態様1による方法であって、第2のオリゴヌクレオチドプライマー及び第4のオリゴヌクレオチドプライマーが同一であり、第2の増幅中に生じるプライマー伸長産物(P3.1−Ext part1)及び(P3.1−Ext)が同一であるが、第1及び第3のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー伸長産物は異なる。 In the method according to the first aspect, the second oligonucleotide primer and the fourth oligonucleotide primer are the same, and the primer extension products (P3.1-Ext part1) and (P3.1-) generated during the second amplification. Ext) is the same, but the primer extension products of the first and third oligonucleotide primers are different.

態様1による方法であって、第1のオリゴヌクレオチドプライマー及び第3のオリゴヌクレオチドプライマー、並びに第2及び第4のオリゴヌクレオチドプライマーが同一である。 In the method according to the first aspect, the first oligonucleotide primer, the third oligonucleotide primer, and the second and fourth oligonucleotide primers are the same.

態様1による方法であって、第1のオリゴヌクレオチドプライマー及び第3のオリゴヌクレオチドプライマー、並びに第2及び第4のオリゴヌクレオチドプライマーが同一であり、第2の増幅中に得られるプライマー伸長産物(P4.1−Ext part1)及び(P4.1−Ext)は同一であり、得られるプライマー伸長産物(P3.1−Ext part1)と(P3.1−Ext)は同一である。 A primer extension product (P4) obtained during the second amplification in which the first oligonucleotide primer, the third oligonucleotide primer, and the second and fourth oligonucleotide primers are the same in the method according to the first aspect. .1-Ext part1) and (P4.1-Ext) are the same, and the obtained primer extension products (P3.1-Ext part1) and (P3.1-Ext) are the same.

態様1による方法であって、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域が、第1の標的配列に結合しないポリヌクレオチドテールを含む。 In the method according to aspect 1, the second region of the first oligonucleotide primer comprises a polynucleotide tail that does not bind to the first target sequence.

態様1に関する前述の実施形態は、互いに組み合わせることができる。 The aforementioned embodiments with respect to aspect 1 can be combined with each other.

第1の増幅で増幅される核酸は、第1の標的配列を含む。第1の増幅を開始する前に、標的配列を含み、第1の増幅断片の合成の鋳型として機能する少なくとも1つの開始核酸鎖1.1が反応に付加される。 The nucleic acid amplified by the first amplification comprises a first target sequence. Prior to initiating the first amplification, at least one starting nucleic acid chain 1.1 containing the target sequence and acting as a template for the synthesis of the first amplified fragment is added to the reaction.

第1の増幅(第1の増幅断片1.1)の合成プライマー伸長産物は、標的配列を含む。前記第1の増幅断片1.1は、第2の増幅のための鋳型機能を有する開始核酸鎖2.1として機能することができる。 The synthetic primer extension product of the first amplification (first amplification fragment 1.1) comprises the target sequence. The first amplified fragment 1.1 can function as a starting nucleic acid chain 2.1 having a template function for the second amplification.

第2の増幅(第2の増幅断片2.1)で合成されるプライマー伸長産物(P3.1−Ext及びP4.1−Ext)は、第1の標的配列の少なくとも一部を含む。 The primer extension products (P3.1-Ext and P4.1-Ext) synthesized in the second amplification (second amplification fragment 2.1) contain at least a portion of the first target sequence.

本開示の文脈における「本質的に相補的」という用語は、2つの核酸、特にそれらの相互に相補的な領域が、互いの不一致が5、4、3、2、又は1を超えないことを意味する。 The term "essentially complementary" in the context of the present disclosure means that two nucleic acids, in particular their mutually complementary regions, do not disagree with each other more than 5, 4, 3, 2, or 1. means.

本発明による方法の特定の実施形態では、第1の増幅のステップは、第1の増幅断片(1.1)が10から1E12、特に100から10E9、特に1,000から10E9(10E9=1,000,000,000)の範囲のコピー数で存在するまで繰り返されることが提供される。 In a particular embodiment of the method according to the invention, the first amplification step is that the first amplification fragment (1.1) is 10 to 1E12, especially 100 to 10E9, especially 1,000 to 10E9 (10E9 = 1,). It is provided that it is repeated until it exists with a copy number in the range of Million (,000,000).

本発明による方法の特定の実施形態では、第1の増幅のステップが少なくとも2回繰り返されることが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, it is provided that the first amplification step is repeated at least twice.

本発明による方法の特定の実施形態において、第2の増幅は、第1の増幅断片(1.1)が10から1E12、特に100から1E10、特に10E3から10E9の範囲のコピー数から開始されることが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, the second amplification begins with a copy number of the first amplified fragment (1.1) in the range of 10 to 1E12, particularly 100 to 1E10, particularly 10E3 to 10E9. That is provided.

本発明による方法の特定の実施形態では、第2の増幅のステップは、増幅断片(2.1)が10E5から1E16、特に10E5から1E14、特に10E6から1E14の範囲のコピー数で存在するまで繰り返されることが提供される。 In a particular embodiment of the method according to the invention, the second amplification step is repeated until the amplified fragment (2.1) is present in copy numbers in the range 10E5 to 1E16, in particular 10E5 to 1E14, in particular 10E6 to 1E14. Is provided.

本発明による方法の特定の実施形態では第2の増幅のステップが少なくとも2回繰り返されることが提供される。 Certain embodiments of the method according to the invention provide that the second amplification step is repeated at least twice.

さらなる実施形態では、検出系は、蛍光レポーターで標識された少なくとも1つのプローブオリゴヌクレオチドを含む。 In a further embodiment, the detection system comprises at least one probe oligonucleotide labeled with a fluorescent reporter.

さらなる実施形態では、検出系は、蛍光レポーター及び蛍光クエンチャーで標識された少なくとも1つのプローブオリゴヌクレオチドを含む。 In a further embodiment, the detection system comprises at least one probe oligonucleotide labeled with a fluorescent reporter and a fluorescent quencher.

さらなる実施形態では、検出系は、蛍光レポーターとFRET対を形成することができるドナー蛍光色素分子で標識された少なくとも1つのプローブオリゴヌクレオチドを含む。 In a further embodiment, the detection system comprises at least one probe oligonucleotide labeled with a donor fluorochrome molecule capable of forming a FRET pair with the fluorescent reporter.

さらなる実施形態では、プローブオリゴヌクレオチドは、形成されるプライマー伸長産物(P1.1−Ext、P2.1−Ext、P3.1−Ext、P4.1−Ext)の少なくとも1つに本質的に相補的な配列セグメントを含み、これは、形成されたプライマー伸長産物の少なくとも1つに適切な条件下(ハイブリダイゼーション条件)でハイブリダイズできる。 In a further embodiment, the probe oligonucleotide is essentially complementary to at least one of the primer extension products formed (P1.1-Ext, P2.1-Ext, P3.1-Ext, P4.1-Ext). Sequence segment, which can hybridize to at least one of the formed primer extension products under suitable conditions (hybridization conditions).

さらなる実施形態では、前記配列セグメントは、第1及び/又は第3のプライマー伸長産物に相補的である。 In a further embodiment, the sequence segment is complementary to the first and / or third primer extension products.

さらなる実施形態では、前記配列セグメントは、第1及び/又は第3のプライマー伸長産物に相補的であり、プローブオリゴヌクレオチドは、コントローラーオリゴヌクレオチドにより相補的に結合されないそれぞれのプライマー伸長産物の3’セグメントで相補的に結合できる。 In a further embodiment, the sequence segment is complementary to the first and / or third primer extension products, and the probe oligonucleotide is a 3'segment of each primer extension product that is not complementarily bound by the controller oligonucleotide. Can be complementarily combined with.

さらなる実施形態では、前記配列セグメントは、第2及び/又は第4のプライマー伸長産物に相補的である。 In a further embodiment, the sequence segment is complementary to a second and / or fourth primer extension product.

さらなる実施形態では、プローブオリゴヌクレオチドの前記配列セグメントは、10ヌクレオチド〜50、特に15〜40、特に15〜30のヌクレオチドの範囲の長さを含む。 In a further embodiment, the sequence segment of the probe oligonucleotide comprises a length in the range of 10 nucleotides to 50, in particular 15-40, in particular 15-30 nucleotides.

さらなる実施形態では、プローブオリゴヌクレオチドの前記配列セグメントは、コントローラーオリゴヌクレオチドに本質的に相補的である配列セグメントを含まない。 In a further embodiment, the sequence segment of the probe oligonucleotide does not include a sequence segment that is essentially complementary to the controller oligonucleotide.

さらなる実施形態では、プローブオリゴヌクレオチドの前記配列セグメントは、コントローラーオリゴヌクレオチドに本質的に相補的な配列セグメントを含み、前記セグメントの長さは、20ヌクレオチド未満であり、特に15ヌクレオチド未満を含み、特に10ヌクレオチド未満を含む。 In a further embodiment, the sequence segment of the probe oligonucleotide comprises a sequence segment that is essentially complementary to the controller oligonucleotide, the length of which segment is less than 20 nucleotides, particularly less than 15 nucleotides, particularly. Contains less than 10 nucleotides.

さらなる実施形態では、プローブオリゴヌクレオチドの前記配列セグメントは、オリゴヌクレオチドプライマーの1つに本質的に相補的である配列セグメントを含まない。 In a further embodiment, the sequence segment of the probe oligonucleotide does not include a sequence segment that is essentially complementary to one of the oligonucleotide primers.

さらなる実施形態では、プローブオリゴヌクレオチドの前記配列セグメントは、オリゴヌクレオチドプライマーの1つに本質的に相補的な配列領域を含み、前記セグメントの長さは、20ヌクレオチド未満であり、特に15ヌクレオチド未満,特に10ヌクレオチド未満、特に5ヌクレオチド未満を含む。 In a further embodiment, the sequence segment of the probe oligonucleotide comprises a sequence region that is essentially complementary to one of the oligonucleotide primers, and the length of the segment is less than 20 nucleotides, particularly less than 15 nucleotides. In particular, it contains less than 10 nucleotides, especially less than 5 nucleotides.

さらなる実施形態では、プローブオリゴヌクレオチドの前記配列セグメントは、コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域の配列と本質的に同一である配列領域を含まない。 In a further embodiment, the sequence segment of the probe oligonucleotide does not include a sequence region that is essentially identical to the sequence of the third region of the controller oligonucleotide.

さらなる実施形態では、プローブオリゴヌクレオチドの前記配列セグメントは、コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域の配列と本質的に同一である配列領域を含み、前記セグメントの長さは、20ヌクレオチド未満であり、特に15ヌクレオチド未満、特に10ヌクレオチド未満を含む。 In a further embodiment, the sequence segment of the probe oligonucleotide comprises a sequence region that is essentially identical to the sequence of the third region of the controller oligonucleotide, and the length of the segment is less than 20 nucleotides, in particular. Includes less than 15 nucleotides, especially less than 10 nucleotides.

一実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドは、以下の成分(蛍光レポーター及び/又は蛍光クエンチャー及び/又はドナー蛍光色素分子)の1つを含み、前記成分の少なくとも1つは、コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域に位置する。 In one embodiment, the controller oligonucleotide comprises one of the following components (fluorescent reporter and / or fluorescent quencher and / or donor fluorochrome molecule), at least one of the components being a third of the controller oligonucleotides. Located in the area of.

一実施形態では、プローブオリゴヌクレオチドは、5’−3’ヌクレアーゼによって少なくとも部分的に切断可能である。 In one embodiment, the probe oligonucleotide is at least partially cleaved by a 5'-3'nuclease.

さらなる実施形態では、プローブオリゴヌクレオチドは、増幅産物の1つにより含まれる標的配列又はその部分に本質的に相補的な配列セグメントを含み、前記セグメントの長さは5〜50ヌクレオチド、特に10〜40ヌクレオチド、特に15〜30ヌクレオチドの範囲である。 In a further embodiment, the probe oligonucleotide comprises a sequence segment that is essentially complementary to the target sequence or portion thereof contained by one of the amplification products, the segment length being 5 to 50 nucleotides, particularly 10 to 40. Nucleotides, especially in the range of 15-30 nucleotides.

さらなる実施形態では、プローブオリゴヌクレオチドは、標的配列又はその相補鎖に本質的に相補的な配列セグメントを含まない。 In a further embodiment, the probe oligonucleotide does not contain a sequence segment that is essentially complementary to the target sequence or its complementary strand.

さらなる実施形態では、プローブオリゴヌクレオチドは、標的配列又はその相補鎖に本質的に相補的でない配列セグメントを含む。 In a further embodiment, the probe oligonucleotide comprises a sequence segment that is not essentially complementary to the target sequence or its complementary strand.

適切なハイブリダイゼーション条件下で形成されたプライマー伸長産物のそれぞれの相補的セグメントへのプローブオリゴヌクレオチドの結合は、二本鎖の形成をもたらす。ハイブリダイゼーション条件は、方法の間に存在する。 Binding of probe oligonucleotides to their respective complementary segments of primer extension products formed under appropriate hybridization conditions results in the formation of double strands. Hybridization conditions exist between the methods.

方法の間の適切な時点で、反応を適切な波長の光で照射して、蛍光シグナルを生成し、蛍光シグナルを蛍光レポーターで検出し、蛍光シグナルの強度が測定される。 At the appropriate time between methods, the reaction is irradiated with light of the appropriate wavelength to generate a fluorescent signal, the fluorescent signal is detected with a fluorescent reporter, and the intensity of the fluorescent signal is measured.

蛍光シグナルの検出は、蛍光シグナルの増加又は蛍光シグナルの減少が測定される適切な光学的/物理的手段によって行われる。適切なセンサーを使用して、適切なキャリブレーションの後に、反応混合物中に所望の標的配列が存在するかどうかを決定することが可能である測定値に、蛍光シグナルの強度が変換され得る。 Fluorescence signal detection is performed by appropriate optical / physical means by which an increase in fluorescence signal or a decrease in fluorescence signal is measured. Using the appropriate sensor, after proper calibration, the intensity of the fluorescent signal can be converted to a measurement that can determine if the desired target sequence is present in the reaction mixture.

蛍光検出系の重要な態様は、レポーターとクエンチャーの対である。クエンチャーがレポーターに近接している場合、励起光にさらされてもシグナルは発せられない。レポーター分子とクエンチャー分子が相補的なステム配列により近接している場合、照明下でも蛍光シグナルは発生しない。ただし、レポーターとクエンチャーの間にあるヌクレオチド配列が標的配列とハイブリダイズできるように蛍光系が変更される場合、反応混合物が励起光源で照射されると、レポーター分子が蛍光放射線を放出するレポーター分子からクエンチャーが遠く離れるように、レポーターとクエンチャーとが空間的距離へもたらされる。レポーターとクエンチャーとの距離は、使用する分子によって異なる。通常、クエンチャーとレポーターの間隔が25ヌクレオチド未満の場合、蛍光レポーターの照射後の光の放出は減少する、又はほぼ完全になくなる。この距離は、ヌクレオチド配列、又はリンカーやスペーサーなどの距離をもたらす特定の分子によってのいずれかによりもたらすことができる。 An important aspect of the fluorescence detection system is a pair of reporter and quencher. If the quencher is in close proximity to the reporter, no signal will be emitted when exposed to excitation light. When the reporter molecule and the quencher molecule are closer together by the complementary stem sequence, no fluorescent signal is generated even under illumination. However, if the fluorescence system is modified so that the nucleotide sequence between the reporter and the quencher can hybridize with the target sequence, the reporter molecule emits fluorescent radiation when the reaction mixture is irradiated with an excitation source. The reporter and the quencher are brought to a spatial distance so that the quencher is far away from. The distance between the reporter and the quencher depends on the molecule used. Generally, when the distance between the quencher and the reporter is less than 25 nucleotides, the emission of light after irradiation with the fluorescent reporter is reduced or almost completely eliminated. This distance can be provided either by the nucleotide sequence, or by a particular molecule that provides the distance, such as a linker or spacer.

さらなる実施形態では、蛍光レポーターは、吸収されたエネルギーを蛍光共鳴エネルギー転移(FRET)によって蛍光レポーターに転移することができるドナー蛍光色素分子と特定のレポーター−ドナー対(FRET対)を形成することができる。 In a further embodiment, the fluorescent reporter can form a particular reporter-donor pair (FRET pair) with a donor fluorochrome molecule that can transfer the absorbed energy to the fluorescent reporter by fluorescence resonance energy transfer (FRET). it can.

蛍光レポーター及び一致するドナー蛍光色素分子を含み、かつ蛍光共鳴エネルギー転移対を形成するレポーター−ドナー対は、そのようなFRET対のパートナーの1つだけがプローブオリゴヌクレオチドに結合され、他のパートナーがコントローラーオリゴヌクレオチドに結合されるようになり得る。蛍光レポーター及びドナー蛍光色素分子の両方は、プローブオリゴヌクレオチドの非ハイブリダイズ状態において、ドナー蛍光色素分子が吸収されたエネルギーを蛍光レポーターに転移できない程度でそれぞれのオリゴヌクレオチドに結合される。 For a reporter-donor pair that contains a fluorescent reporter and a matching donor fluorochrome molecule and forms a fluorescence resonance energy transfer pair, only one such FRET pair partner is attached to the probe oligonucleotide and the other partner It can become bound to a controller oligonucleotide. Both the fluorescent reporter and the donor fluorochrome molecule are bound to their respective oligonucleotides in the non-hybridized state of the probe oligonucleotide to the extent that the energy absorbed by the donor fluorochrome molecule cannot be transferred to the fluorescent reporter.

一実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドは、検出系の構成成分であり、蛍光レポーター及び/又は蛍光クエンチャー及び/又はドナー蛍光色素分子を含む。コントローラーオリゴヌクレオチドを合成された第1又は第3のプライマー伸長産物に同時にハイブリダイズし、プローブオリゴヌクレオチドを同じ第1及び/又は第3プライマー伸長産物の3’セグメントに同時にハイブリダイズさせることにより、結合が、第1及び/又は第3のプライマー伸長産物の隣接配列位置で発生し、ドナー蛍光色素分子及び蛍光レポーターが空間的に近接することになる。これにより、ドナー蛍光色素分子から蛍光レポーターにFRETが実行される程度に、蛍光レポーターとドナー蛍光色素分子との間の距離が短くなる。これは、蛍光レポーターの蛍光シグナルの生成につながり、蛍光レポーターの蛍光シグナルの検出可能な増加をもたらす。 In one embodiment, the controller oligonucleotide is a component of the detection system and comprises a fluorescent reporter and / or a fluorescent quencher and / or a donor fluorescent dye molecule. Binding by simultaneously hybridizing the controller oligonucleotide to the synthesized first or third primer extension product and simultaneously hybridizing the probe oligonucleotide to the 3'segment of the same first and / or third primer extension product. Will occur at adjacent sequence positions of the first and / or third primer extension products, resulting in spatial proximity of the donor fluorochrome molecule and the fluorescent reporter. As a result, the distance between the fluorescent reporter and the donor fluorescent dye molecule is shortened to the extent that FRET is executed from the donor fluorescent dye molecule to the fluorescent reporter. This leads to the generation of the fluorescent signal of the fluorescent reporter, resulting in a detectable increase in the fluorescent signal of the fluorescent reporter.

ハイブリダイズ後のドナー蛍光色素分子と蛍光レポーターとの間の距離は、25ヌクレオチド未満、特に15ヌクレオチド未満、特に5ヌクレオチド未満である必要がある。励起時の光の波長は、ドナー蛍光色素分子によって吸収され、レポーターに送達され、これにより、検出可能な光が放出される。増幅産物における検出系の配置に関する限りは、以下の実施形態が好ましく、蛍光レポーター又は蛍光クエンチャー又はドナー蛍光色素分子のいずれかが、コントローラーオリゴヌクレオチド、特にコントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域に結合される:
− コントローラーオリゴヌクレオチドでの結合は、好ましくは、コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域で行われる、
− コントローラーオリゴヌクレオチドでの結合は、好ましくは、5’末端又は第3の領域又はその近傍で、例えば第3の領域の5’末端から2〜約10ヌクレオチドで行われる、
− プローブオリゴヌクレオチドへの結合は、好ましくはプローブオリゴヌクレオチドの中央領域で行われる、
− プローブオリゴヌクレオチドへの結合は、好ましくは、プローブオリゴヌクレオチドの3’セグメントで行われる。
The distance between the donor fluorochrome molecule and the fluorescent reporter after hybridization should be less than 25 nucleotides, especially less than 15 nucleotides, especially less than 5 nucleotides. The wavelength of light at the time of excitation is absorbed by the donor fluorochrome molecule and delivered to the reporter, which emits detectable light. As far as the placement of the detection system in the amplification product is concerned, the following embodiments are preferred, where either the fluorescent reporter or fluorescent quencher or the donor fluorochrome molecule is attached to a third region of the controller oligonucleotide, particularly the controller oligonucleotide. Ru:
-Binding with the controller oligonucleotide is preferably done in the third region of the controller oligonucleotide.
-Binding with the controller oligonucleotide is preferably carried out at or near the 5'end or the third region, eg, 2 to about 10 nucleotides from the 5'end of the third region.
− Binding to the probe oligonucleotide is preferably carried out in the central region of the probe oligonucleotide.
-Binding to the probe oligonucleotide is preferably carried out in the 3'segment of the probe oligonucleotide.

本発明の出願において、以下の実施形態が特に有利であることが判明している:
− 第1のプライマー伸長産物にハイブリダイズしたオリゴヌクレオチドのハイブリダイズの状態でのFRET対の2つの要素間の距離は、約30ヌクレオチド未満である、
− プライマー伸長産物の1つに相補的な3’セグメントを含むプローブオリゴヌクレオチドは、ポリメラーゼが前記3’末端を伸長できないように修飾される、
− プローブオリゴヌクレオチドは、ポリメラーゼが前記3’末端を伸長できるように、プライマー伸長産物の1つに相補的な3’セグメントを含み、プローブオリゴヌクレオチドはPCRプライマーとして機能する。
− 2つ以上の核酸鎖が増幅される増幅を検出する方法であって、増幅される各核酸鎖に対して特定の検出系が使用される。
− 増幅される2つ以上の核酸鎖を増幅する増幅の検出方法であって、増幅される2つ以上の核酸鎖の増幅の検出が、均一な検出系によって行われる。
− 増幅には、プライマー伸長産物の1つの非対称増幅を含む。
− 蛍光レポーターの励起及び蛍光レポーターの蛍光シグナルの測定は、増幅中に行われる。
− ドナー蛍光色素分子の励起及び蛍光レポーターの蛍光シグナルの測定は、増幅中に行われる。
− 蛍光レポーターの励起及び蛍光レポーターの蛍光シグナルの測定は、増幅後に行われる。
− ドナー蛍光色素分子の励起及び蛍光レポーターの蛍光シグナルの測定は、増幅後に行われる。
− プローブオリゴヌクレオチドはDNAオリゴヌクレオチドである。
− プローブオリゴヌクレオチドはDNAオリゴヌクレオチドであり、ポリメラーゼは伸長できないように、3’末端はブロックされる。
− プローブオリゴヌクレオチドは、第1及び/又は第3のプライマー伸長産物に対する相補的配列セグメントを含み、前記配列セグメントは8〜約60ヌクレオチドの長さを含む。
− プローブオリゴヌクレオチドは、第1及び/又は第3プライマー伸長産物の3’セグメントに相補的な配列セグメントを含み、相補的配列セグメントはコントローラーオリゴヌクレオチドによって結合されず、前記セグメントは8〜約40ヌクレオチドの長さを含む。
In the application of the present invention, the following embodiments have been found to be particularly advantageous:
-The distance between the two elements of the FRET pair in the hybridized state of the oligonucleotide hybridized to the first primer extension product is less than about 30 nucleotides.
-Probe oligonucleotides containing a 3'segment complementary to one of the primer extension products are modified so that the polymerase cannot extend the 3'end.
-The probe oligonucleotide contains a 3'segment complementary to one of the primer extension products so that the polymerase can extend the 3'end, and the probe oligonucleotide serves as a PCR primer.
-A method of detecting amplification in which two or more nucleic acid strands are amplified, a specific detection system is used for each amplified nucleic acid strand.
-A method for detecting amplification that amplifies two or more nucleic acid chains to be amplified, and detection of amplification of two or more nucleic acid chains to be amplified is performed by a uniform detection system.
-Amplification involves one asymmetric amplification of the primer extension product.
-Excitation of the fluorescence reporter and measurement of the fluorescence signal of the fluorescence reporter are performed during amplification.
-Excitation of the donor fluorochrome molecule and measurement of the fluorescence signal of the fluorescence reporter are performed during amplification.
-Excitation of the fluorescence reporter and measurement of the fluorescence signal of the fluorescence reporter are performed after amplification.
-Excitation of the donor fluorescent dye molecule and measurement of the fluorescent signal of the fluorescent reporter are performed after amplification.
-The probe oligonucleotide is a DNA oligonucleotide.
-The probe oligonucleotide is a DNA oligonucleotide and the 3'end is blocked so that the polymerase cannot be extended.
-The probe oligonucleotide contains a complementary sequence segment to the first and / or third primer extension product, said sequence segment having a length of 8 to about 60 nucleotides.
-The probe oligonucleotide contains a sequence segment complementary to the 3'segment of the 1st and / or 3rd primer extension products, the complementary sequence segment is not bound by the controller oligonucleotide, and the segment is 8 to about 40 nucleotides. Including the length of.

プローブオリゴヌクレオチドは、次の群:リンカー(HEG、C3、C6など)、リン酸糖骨格修飾(PTO、2’−O−Me、RNA、PNA、LNA修飾など)から選択される少なくとも1つの追加修飾を含む。 The probe oligonucleotide is at least one addition selected from the following groups: linkers (HEG, C3, C6, etc.), phosphate sugar backbone modifications (PTO, 2'-O-Me, RNA, PNA, LNA modifications, etc.) Includes modification.

本発明による方法の特定の実施形態において、第3のオリゴヌクレオチドプライマー及び/又は第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1の領域の5’末端に隣接する、又はリンカーを介して接続される第2の領域を有し、第1のプライマー伸長産物又は第2のプライマー伸長産物に相補的に結合することはできないことが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, the third oligonucleotide primer and / or the fourth oligonucleotide primer is adjacent to the 5'end of the first region or is connected via a linker. It is provided that it has a region of 1 and cannot be complementarily bound to a first primer extension product or a second primer extension product.

本発明による方法の特定の実施形態では、第3及び/又は第4のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域は、第3及び/又は第4のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域の5’方向に位置することが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, the second region of the third and / or fourth oligonucleotide primer is oriented in the 5'direction of the first region of the third and / or fourth oligonucleotide primer. Provided to be located.

本発明による方法の特定の実施形態では、第3のオリゴヌクレオチドプライマー及び/又は第4のオリゴヌクレオチドプライマーがバーコード配列を含むことが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, it is provided that the third oligonucleotide primer and / or the fourth oligonucleotide primer comprises a barcode sequence.

本発明による方法の特定の実施形態では、第1のプライマー伸長産物及び第4のプライマー伸長産物からの二本鎖の分離、並びに第2のプライマー伸長産物及び第3のプライマー伸長産物からの二本鎖の分離が、特に85℃〜105℃の範囲の温度で熱変性によって行われることが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, double strand separation from the first primer extension product and the fourth primer extension product, and two from the second primer extension product and the third primer extension product. It is provided that chain separation is carried out by thermal denaturation, especially at temperatures in the range of 85 ° C to 105 ° C.

本発明による方法の特定の実施形態では、第1のポリメラーゼが合成中に鎖置換が可能であることが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, it is provided that the first polymerase is capable of strand substitution during synthesis.

本発明による方法の特定の実施形態では、第2のポリメラーゼが熱安定性ポリメラーゼであることが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, it is provided that the second polymerase is a thermostable polymerase.

本発明による方法の特定の実施形態では、第1のポリメラーゼ及び第2のポリメラーゼが同一であることが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, it is provided that the first polymerase and the second polymerase are identical.

本発明による方法の特定の実施形態では、第1のオリゴヌクレオチドプライマー及び第3のオリゴヌクレオチドプライマーが本質的に同一であることが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, it is provided that the first oligonucleotide primer and the third oligonucleotide primer are essentially identical.

本発明による方法の特定の実施形態では、第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)及び第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)が本質的に同一であることが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, it is provided that the second oligonucleotide primer (P2.1) and the third oligonucleotide primer (P4.2) are essentially identical.

本開示の文脈における「本質的に同一」という用語は、特に、2つの核酸配列が互いに5、4、3、2、又は1個を超える不一致がないことを意味する。 The term "essentially identical" in the context of the present disclosure specifically means that the two nucleic acid sequences do not have more than 5, 4, 3, 2, or 1 mismatch with each other.

本発明による方法の特定の実施形態では、第1の増幅の反応条件は、第1の増幅産物の自然解離が起こり得ないように選択されることが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, it is provided that the reaction conditions for the first amplification are selected so that spontaneous dissociation of the first amplification product cannot occur.

本発明による方法の特定の実施形態では、第2の増幅が2つ又は複数の温度で実行され、第1の温度で、第3及び/又は第4のオリゴヌクレオチドプライマーの第1及び/又は第2及び/又は第3及び/又は第4のオリゴヌクレオチドプライマー伸長産物へのハイブリダイゼーション及び伸長が起こり、第2の温度で、得られた二本鎖の分離が起こることが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, the second amplification is performed at two or more temperatures, at which the first and / or first and / or first of the third and / or fourth oligonucleotide primers are at the first temperature. It is provided that hybridization and extension to the second and / or third and / or fourth oligonucleotide primer extension products occur and the resulting double-stranded separation occurs at the second temperature.

本発明による方法の特定の実施形態では、第2の増幅が3つ以上の温度で行われ、第1の温度では第3及び/又は第4のオリゴヌクレオチドプライマーの第1及び/又は第2及び/又は第3及び/又は第4のオリゴヌクレオチドプライマー伸長産物へのハイブリダイゼーションが起こり、第2の温度では、第3及び/又は第4のプライマーの伸長が起こり、そして第3の温度では、得られた二本鎖の分離が起こることが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, the second amplification takes place at three or more temperatures, at the first temperature the first and / or second and / or second and / or fourth oligonucleotide primers of the third and / or fourth oligonucleotide primers. Hybridization to the / or third and / or fourth oligonucleotide primer extension product occurs, at the second temperature extension of the third and / or fourth primer occurs, and at the third temperature the gain It is provided that the resulting double-stranded separation occurs.

本発明による方法の特定の実施形態では、第1の増幅及び第2の増幅が同じ反応バッチで実施されることが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, it is provided that the first amplification and the second amplification are carried out in the same reaction batch.

本発明による方法の特定の実施形態では、第2のポリメラーゼ、第3のオリゴヌクレオチドプライマー及び/又は第4のオリゴヌクレオチドプライマーが活性化されることが可能であり、及び/又はコントローラーオリゴヌクレオチドが不活性化されることが可能であることが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, a second polymerase, a third oligonucleotide primer and / or a fourth oligonucleotide primer can be activated and / or the controller oligonucleotide is absent. It is provided that it can be activated.

活性化可能なポリメラーゼは、例えば、熱安定性ポリメラーゼ(ホットスタートポリメラーゼ)又は抗体又は化学的修飾により可逆的に不活性化されるポリメラーゼなどの可逆的不活性化ポリメラーゼであり得る。 The activable polymerase can be, for example, a thermostable polymerase (hot start polymerase) or a reversible inactivating polymerase such as an antibody or a polymerase that is reversibly inactivated by chemical modification.

活性化可能プライマーは、可逆的不活性化プライマー、例えば保護された3’−OH基を有するオリゴヌクレオチドであり得、保護基は、特に5’−エキソヌクレアーゼ活性を有するポリメラーゼによって除去され得る。ここで、第1の増幅において5’−エキソヌクレアーゼ活性のないポリメラーゼを使用することは有利であろう。 The activable primer can be a reversible inactivating primer, eg, an oligonucleotide having a protected 3'-OH group, and the protecting group can be removed particularly by a polymerase having 5'-exonuclease activity. Here, it would be advantageous to use a polymerase without 5'-exonuclease activity in the first amplification.

コントローラーオリゴヌクレオチドは、例えば、5’エキソヌクレアーゼ活性を有するポリメラーゼによって不活性化又は切断され得る。あるいは、コントローラーオリゴヌクレオチドはまた、第2の増幅の前に他の酵素的又は化学的方法によって切断され得、そしてしたがって、除去され得る。 The controller oligonucleotide can be inactivated or cleaved, for example, by a polymerase having 5'exonuclease activity. Alternatively, the controller oligonucleotide can also be cleaved by other enzymatic or chemical methods prior to the second amplification and thus removed.

本発明による方法の特定の実施形態では、第2の増幅が行われる前に第1のポリメラーゼが不活性化されることが提供される。これは、例えば、第1のポリメラーゼが非耐熱性ポリメラーゼである場合、熱変性によって達成することができる。 In certain embodiments of the method according to the invention, it is provided that the first polymerase is inactivated before the second amplification takes place. This can be achieved, for example, by thermal denaturation when the first polymerase is a non-thermostatic polymerase.

本発明による方法の特定の実施形態では、第1の増幅は第1の反応バッチで行われ、第2の増幅は第2の反応バッチで行われることが意図されている。 In certain embodiments of the method according to the invention, it is intended that the first amplification is performed in the first reaction batch and the second amplification is performed in the second reaction batch.

本発明による方法の特定の実施形態において、第1の反応混合物のアリコートが第2の反応混合物に添加されることが意図される。 In certain embodiments of the method according to the invention, it is intended that an aliquot of the first reaction mixture is added to the second reaction mixture.

本発明による方法の特定の実施形態において、完全な第1の反応混合物が第2の反応混合物に添加されることが意図される。 In certain embodiments of the method according to the invention, it is intended that the complete first reaction mixture is added to the second reaction mixture.

本発明による方法の特定の実施形態において、コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域は、第1のオリゴヌクレオチド伸長産物のオリゴヌクレオチドプライマー部分に直後に隣接する第1のプライマー伸長産物の合成領域のその部分に本質的に相補的であることが提供される。これは、増幅される核酸の配列特異的置換を改善するという利点を有する。 In certain embodiments of the method according to the invention, the third region of the controller oligonucleotide is that portion of the synthetic region of the first primer extension product immediately adjacent to the oligonucleotide primer portion of the first oligonucleotide extension product. Is provided to be essentially complementary to. This has the advantage of improving sequence-specific substitutions of the amplified nucleic acid.

本発明による方法の特定の実施形態において、コントローラーオリゴヌクレオチドは、第3のオリゴヌクレオチドプライマーの3’領域に配列特異的に本質的に結合することができる第4の領域を含むことが意図される。第4の領域は、コントローラーオリゴヌクレオチドの第2の領域及び/又は第3の領域内に位置することができ、又は第2及び/又は第3の領域の配列セグメントを含むことができ、第4の領域は、特に9〜30ヌクレオチド、特に10〜20ヌクレオチド、又は12〜16ヌクレオチドの長さを有する。 In certain embodiments of the method according to the invention, the controller oligonucleotide is intended to include a fourth region that is sequence-specific and essentially capable of binding to the 3'region of the third oligonucleotide primer. .. The fourth region can be located within the second and / or third region of the controller oligonucleotide, or can contain sequence segments of the second and / or third region, and the fourth region. The region has a length of 9 to 30 nucleotides in particular, 10 to 20 nucleotides in particular, or 12 to 16 nucleotides in length.

本明細書の文脈における「本質的に配列特異的」という用語は、互いに本質的に相補的である、増幅されるオリゴヌクレオチドプライマー及び核酸の領域が、5、4、3、2又は1つを超える不一致を含まないことを意味する。 The term "essentially sequence-specific" in the context of the present specification refers to 5, 4, 3, 2 or one region of an amplified oligonucleotide primer and nucleic acid that is essentially complementary to each other. Means that it does not include any discrepancies that exceed.

本発明の特定の実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドが、コントローラーオリゴヌクレオチドに結合したプライマーの伸長を防ぐように適合された1つ又は複数のヌクレオチド修飾を含むことが提供される。例えば、複数の2’−O−アルキル修飾は、そのような伸長を阻止又は防止することができる。特に、複数のヌクレオチド修飾は、コントローラーオリゴヌクレオチドの第2及び/又は第3の領域に位置する。特に、コントローラーオリゴヌクレオチドは、そのような修飾の少なくとも5つ、より良好には少なくとも10個の修飾を含む。 In certain embodiments of the invention, it is provided that the controller oligonucleotide comprises one or more nucleotide modifications adapted to prevent extension of the primer bound to the controller oligonucleotide. For example, multiple 2'-O-alkyl modifications can prevent or prevent such extension. In particular, the plurality of nucleotide modifications are located in the second and / or third region of the controller oligonucleotide. In particular, the controller oligonucleotide contains at least 5 such modifications, and better at least 10 such modifications.

特定の実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドは、完全にヌクレオチド修飾からなる。 In certain embodiments, the controller oligonucleotide consists entirely of nucleotide modifications.

本発明による方法の特定の実施形態において、コントローラーヌクレオチドの第3の領域に本質的に相補的である、ポリメラーゼによって合成される第1のプライマー伸長産物の領域の部分は、5ヌクレオチド〜70ヌクレオチドの範囲の長さを有する。 In certain embodiments of the method according to the invention, the portion of the region of the first primer extension product synthesized by the polymerase, which is essentially complementary to the third region of the controller nucleotide, is 5 to 70 nucleotides. Has a range length.

特定の実施形態において、コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の一本鎖領域は、第1のプライマー伸長産物の5’セグメントに完全に相補的であり、前記相補的配列セグメントの長さは、次の長さ:少なくとも3〜70ヌクレオチド、又は少なくとも5〜50ヌクレオチド、特に5〜40ヌクレオチド、5〜30ヌクレオチド、特に5〜20ヌクレオチドを有し得る。 In certain embodiments, the third single-stranded region of the controller oligonucleotide is completely complementary to the 5'segment of the first primer extension product, the length of the complementary sequence segment being the following length: S: It can have at least 3 to 70 nucleotides, or at least 5 to 50 nucleotides, especially 5 to 40 nucleotides, 5 to 30 nucleotides, especially 5 to 20 nucleotides.

本発明による方法の特定の実施形態では、第1の増幅が本質的に等温で行われることが意図されている。 In certain embodiments of the method according to the invention, it is intended that the first amplification is essentially isothermal.

本発明による方法の特定の実施形態では、第2の増幅が3つの温度で行われ、第1の温度では、第3又は第4のオリゴヌクレオチドプライマーのハイブリダイズ及び任意に該プライマーの初期伸長が行われ、そして第2の温度では、該プライマーの完全な伸長が行われ、第3の温度では、形成されたプライマー伸長産物のそれらのそれぞれの鋳型鎖からの分離が行われることが提供される。特に、第1の温度は25℃〜65℃の範囲で、第2の温度は65℃〜80℃の範囲で、第3の温度は85℃〜105℃の範囲である。 In certain embodiments of the method according to the invention, the second amplification takes place at three temperatures, at which the hybridization of the third or fourth oligonucleotide primer and optionally the initial extension of the primer. It is provided that, at a second temperature, complete elongation of the primers takes place, and at a third temperature, separation of the formed primer extension products from their respective template chains takes place. .. In particular, the first temperature is in the range of 25 ° C. to 65 ° C., the second temperature is in the range of 65 ° C. to 80 ° C., and the third temperature is in the range of 85 ° C. to 105 ° C.

本発明による方法の特定の実施形態では、増幅される核酸は、20ヌクレオチド〜300ヌクレオチドの範囲の長さを有することが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, the amplified nucleic acid is provided to have a length in the range of 20 nucleotides to 300 nucleotides.

本発明による方法の特定の実施形態において、オリゴヌクレオチドプライマーの第1のセグメントは、15ヌクレオチド〜100ヌクレオチドの範囲の長さを有することが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, it is provided that the first segment of the oligonucleotide primer has a length in the range of 15 to 100 nucleotides.

本発明による方法の特定の実施形態では、第2のオリゴヌクレオチドプライマーが15ヌクレオチド〜100ヌクレオチドの範囲の長さを有することが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, it is provided that the second oligonucleotide primer has a length in the range of 15 to 100 nucleotides.

本発明による方法の特定の実施形態において、コントローラーオリゴヌクレオチドは、20ヌクレオチド〜100ヌクレオチドの範囲の長さを有することが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, the controller oligonucleotide is provided to have a length in the range of 20 to 100 nucleotides.

本発明による方法の特定の実施形態では、第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、15ヌクレオチド〜60ヌクレオチドの範囲の長さを有することが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, the third oligonucleotide primer is provided to have a length in the range of 15 to 60 nucleotides.

本発明による方法の特定の実施形態では、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、15ヌクレオチド〜60ヌクレオチドの範囲の長さを有することが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, the fourth oligonucleotide primer is provided to have a length in the range of 15 to 60 nucleotides.

本発明による方法の特定の実施形態では、第3のオリゴヌクレオチドプライマーが少なくとも1つのヌクレアーゼ耐性ヌクレオチド修飾、例えば、PTO(ホスホチオエート)又は2’−O−アルキル修飾を有することが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, it is provided that the third oligonucleotide primer has at least one nuclease-resistant nucleotide modification, such as a PTO (phosphothioate) or 2'-O-alkyl modification.

本発明による方法の特定の実施形態では、第4のオリゴヌクレオチドプライマーが少なくとも1つのヌクレアーゼ耐性ヌクレオチド修飾、例えば、PTO又は2’−O−アルキル修飾を有することが提供される。 In certain embodiments of the method according to the invention, it is provided that the fourth oligonucleotide primer has at least one nuclease-resistant nucleotide modification, such as a PTO or 2'-O-alkyl modification.

本発明による方法の特定の実施形態では、第1のオリゴヌクレオチドプライマーが第2の領域、特に第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域の直後に、使用されるポリメラーゼの第2の領域のコピーを停止/防止する1つ以上の修飾を有することが提供される。第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域のみがコピーされることが有利である。 In certain embodiments of the method according to the invention, the first oligonucleotide primer is a copy of the second region of the polymerase used immediately after the first region of the second region, particularly the first region of the first oligonucleotide primer. It is provided to have one or more modifications to stop / prevent. It is advantageous that only the first region of the first oligonucleotide primer is copied.

これは、特定の実施形態では、第1のプライマー伸長産物と相補的な結合を形成することができるヌクレオチド修飾を使用することによって達成することができ、ヌクレオチド修飾は、ポリメラーゼによって鋳型として許容されない。そのようなヌクレオチド修飾の例は、例えば、2’−O−アルキルRNA修飾(2’−OMeなど)、LNA修飾又はモルホリノ修飾など、修飾されたリン酸−糖骨格部分を有するヌクレオチド化合物である。一般に、鎖にそのような修飾が存在すると、DNA依存性ポリメラーゼがそのような鎖を転写することを防止する。そのような修飾の数は変動し得、通常、いくつかの修飾(1から20の間)で、ポリメラーゼがこのような鎖を読み取るのを防ぐのに十分である。そのようなヌクレオチド修飾は、例えば、コントローラーオリゴヌクレオチドへの第1のオリゴヌクレオチドプライマーの結合部位で又はその周辺で、及び/又は第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域の構成成分として使用できる。 This can be achieved in certain embodiments by using a nucleotide modification that can form a complementary bond with the first primer extension product, and the nucleotide modification is not allowed as a template by the polymerase. Examples of such nucleotide modifications are nucleotide compounds having a modified phosphate-sugar backbone moiety, such as, for example, 2'-O-alkylRNA modification (such as 2'-OMe), LNA modification or morpholino modification. In general, the presence of such modifications on strands prevents DNA-dependent polymerases from transcribing such strands. The number of such modifications can vary, and usually some modifications (between 1 and 20) are sufficient to prevent the polymerase from reading such strands. Such nucleotide modifications can be used, for example, at or around the binding site of the first oligonucleotide primer to the controller oligonucleotide and / or as a component of the second region of the first oligonucleotide primer.

そのような修飾の使用のおかげで、使用される構造の特定のセグメントがポリメラーゼによってコピーされず、主に一本鎖のままであるように、ポリメラーゼ機能は局所的に妨げられる。前記一本鎖形態では、それらはさらなる反応成分に結合することができ、したがってそれらの機能を実行することができる。 Thanks to the use of such modifications, polymerase function is locally impeded so that certain segments of the structure used are not copied by the polymerase and remain predominantly single-stranded. In the single chain form, they can bind to additional reaction components and thus perform their function.

本発明による方法の個々の特徴が特定の実施形態に存在するものとして上述されている限り、当業者は、前記特徴がより具体的な実施形態に組み合わされ得ることを承知している。これは、それらの組み合わせが無意味である(例えば、相互に排他的なパラメーターの重複の場合など)ことが明らかでない限り、本説明の文脈で議論されたすべての特徴に適用される。 Those skilled in the art are aware that the features can be combined with more specific embodiments, as long as the individual features of the method according to the invention are described as present in a particular embodiment. This applies to all features discussed in the context of this description, unless it is clear that their combination is meaningless (eg, in the case of overlapping parameters that are mutually exclusive).

本発明の別の態様によれば、上述の態様又はそれらの具体的な実施形態もしくは代替物による、本発明による方法を実行するためのキットが提供される。本発明によるキットは以下を含む:
− 第1のオリゴヌクレオチドプライマーであって、以下の領域を含む:
・ 増幅するべき核酸の領域に配列特異的に結合できる第1の領域、
・ 第1の領域の5’末端に近接する、又はリンカーを介して接続される第2領域であり、第2領域が、第1のコントローラーオリゴヌクレオチドによって結合されることができ、選択した反応条件下で増幅に使用されるポリメラーゼによって本質的にコピーされないままである;
ここで、前記第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、合成領域及び第1のオリゴヌクレオチドプライマーを含む第1のプライマー伸長産物へポリメラーゼによって伸長されることができる;
− 第2のオリゴヌクレオチドプライマーであって、第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1のプライマー伸長産物の合成領域に配列特異的に結合でき、第2のオリゴヌクレオチドプライマーに加えて、ポリメラーゼにより、合成領域を含む第2のプライマー伸長産物に伸長できる領域を含む、
− コントローラーオリゴヌクレオチドであって、以下の領域を含む:
・ 第1のプライマー伸長産物の第2の領域に結合できる第1の領域、
・ 第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域に本質的に又は完全に相補的である第2の領域;及び
・ プライマー伸長産物の合成領域の少なくとも一部に本質的に相補的又は完全に相補的である第3の領域;
ここで、コントローラーオリゴヌクレオチドは、第1のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー伸長のための鋳型として機能せず、かつコントローラーオリゴヌクレオチドは、第2のプライマー伸長産物の相補的領域を置換しながらプライマー伸長産物に結合することができる、
− 第3のオリゴヌクレオチドプライマーであって、前記第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、前記第2のプライマー伸長産物のセグメントに配列特異的に結合でき、ポリメラーゼによって、合成領域及び第3のオリゴヌクレオチドプライマーを含む第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)に伸長可能な第1の領域を含む;及び
− 第4のオリゴヌクレオチドプライマーであって、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1のプライマー伸長産物の合成領域に配列特異的に結合でき、ポリメラーゼにより、合成領域及び第4のオリゴヌクレオチドプライマーを含む第4のプライマー伸長産物へ伸長されることができる第1の領域を含む。
According to another aspect of the invention, there is provided a kit for carrying out the method according to the invention according to the above aspects or specific embodiments or alternatives thereof. The kit according to the invention includes:
-The first oligonucleotide primer, which contains the following regions:
A first region that can be sequence-specifically bound to the region of nucleic acid to be amplified,
A second region that is close to the 5'end of the first region or is connected via a linker, the second region can be bound by the first controller oligonucleotide and selected reaction conditions. It remains essentially uncopyed by the polymerase used for amplification below;
Here, the first oligonucleotide primer can be extended by the polymerase to a synthetic region and a first primer extension product containing the first oligonucleotide primer;
-A second oligonucleotide primer that can bind sequence-specifically to the synthetic region of the first primer extension product and is synthesized by a polymerase in addition to the second oligonucleotide primer. A second primer extension product containing a region containing a region that can be extended.
− A controller oligonucleotide that contains the following regions:
A first region that can bind to a second region of the first primer extension product,
A second region that is essentially or completely complementary to the first region of the first oligonucleotide primer; and that is essentially complementary or completely complementary to at least a portion of the synthetic region of the primer extension product. Third area of interest;
Here, the controller oligonucleotide does not function as a template for primer extension of the first oligonucleotide primer, and the controller oligonucleotide becomes a primer extension product while substituting the complementary region of the second primer extension product. Can be combined,
− Third oligonucleotide primer, the third oligonucleotide primer can bind sequence-specifically to the segment of the second primer extension product, and the polymerase can be used to bind the synthetic region and the third oligonucleotide primer. The containing third primer extension product (P3.1-Ext) contains an extendable first region; and-a fourth oligonucleotide primer, the fourth oligonucleotide primer is a first primer extension. It contains a first region that can be sequence-specifically attached to the synthetic region of the product and can be extended by the polymerase to the synthetic region and a fourth primer extension product containing a fourth oligonucleotide primer.

本発明によるキットの特定の実施形態では、キットは少なくとも1つのポリメラーゼをさらに含む。 In certain embodiments of the kit according to the invention, the kit further comprises at least one polymerase.

本発明のキットの特定の実施形態において、キットは、第1及び第2のオリゴヌクレオチドプライマーを伸長することが意図される第1のポリメラーゼ並びに第3及び第4のプライマーを伸長することが意図される第2のポリメラーゼを含む。 In certain embodiments of the kits of the invention, the kit is intended to extend the first polymerase and the third and fourth primers intended to extend the first and second oligonucleotide primers. Contains a second polymerase.

本発明によるキットの特定の実施形態では、第1のポリメラーゼは5’エキソヌクレアーゼ活性を有さず、かつ第2のポリメラーゼは5’エキソヌクレアーゼ活性を有さない。特に、第2のポリメラーゼは、熱安定性ポリメラーゼであり得る。 In certain embodiments of the kit according to the invention, the first polymerase does not have 5'exonuclease activity and the second polymerase does not have 5'exonuclease activity. In particular, the second polymerase can be a thermostable polymerase.

本発明によるキットの特定の実施形態では、第2のポリメラーゼ、第3のオリゴヌクレオチドプライマー及び/又は第4のオリゴヌクレオチドプライマーが活性化されることが可能であり、及び/又はコントローラーオリゴヌクレオチドが不活性化されることが可能であることが提供される。 In certain embodiments of the kit according to the invention, a second polymerase, a third oligonucleotide primer and / or a fourth oligonucleotide primer can be activated and / or the controller oligonucleotide is absent. It is provided that it can be activated.

本発明の別の態様によれば、上記の態様によるキットの使用は、上記の態様又はそれらの具体的な実施形態又は代替物による、本発明による方法を実施するために提供される。 According to another aspect of the invention, the use of the kit according to the above aspects is provided to carry out the method according to the invention according to the above aspects or specific embodiments or alternatives thereof.

本発明のさらなる詳細及び利点は、図及び選択された実施形態の詳細な説明によって非限定的に説明されるものとする。 Further details and advantages of the present invention shall be explained in a non-limiting manner by means of figures and detailed description of selected embodiments.

本発明による組み合わせは、次々に実行される2つの増幅方法を含む。第1の部分増幅(第1の増幅方法)中に、標的配列を含む核酸鎖が増幅される。これにより、増幅された核酸鎖が得られ、これはその後、第2の部分増幅(第2の増幅方法)で鋳型として使用される。前記第2の部分増幅は、多くの場合、従来のPCRである。第2の部分増幅の間、第1の部分増幅で増幅された標的核酸又は標的核酸を含む核酸から増幅が継続される。PCR断片は増幅される。前記PCR断片は、特に標的配列又は標的配列の部分を含む。さらに、第2の増幅手順中に、増幅可能な核酸鎖に特定の変更を加えることができる。例えば、標的配列は、バーコーディングプライマー又は検出特異的オリゴヌクレオチドプライマーの使用により隣接され得る。PCRプローブ(いわゆるTaqmanプローブなど)を使用した検出も検出できる。さらに、PCR段階の間、固定化オリゴヌクレオチドプライマーを使用する標的配列の固相への固定化が使用され得、その結果、PCRは、固相PCRとして実行される。 The combination according to the invention includes two amplification methods performed one after the other. During the first partial amplification (first amplification method), the nucleic acid chain containing the target sequence is amplified. This gives the amplified nucleic acid chain, which is then used as a template in the second partial amplification (second amplification method). The second partial amplification is often conventional PCR. During the second partial amplification, amplification is continued from the target nucleic acid amplified in the first partial amplification or the nucleic acid containing the target nucleic acid. The PCR fragment is amplified. The PCR fragment specifically comprises a target sequence or a portion of the target sequence. In addition, certain changes can be made to the amplifyable nucleic acid strand during the second amplification procedure. For example, target sequences can be flanked by the use of barcoding primers or detection-specific oligonucleotide primers. Detection using a PCR probe (such as the so-called Taqman probe) can also be detected. In addition, during the PCR step, immobilization of the target sequence to the solid phase using immobilized oligonucleotide primers can be used, so that the PCR is performed as a solid phase PCR.

本発明による第1の増幅方法により、規定された配列組成を有する核酸鎖を合成又は増幅することが可能であるべきであり、生成された産物は、後続のPCRのための鋳型機能を有する開始核酸鎖として働き得、PCR増幅が少なくとも1つの特定のPCRプライマーを使用して行われる。 The first amplification method according to the invention should be able to synthesize or amplify a nucleic acid chain having a defined sequence composition, and the product produced will start with a template function for subsequent PCR. It can act as a nucleic acid chain and PCR amplification is performed using at least one particular PCR primer.

本発明の目的は、第1の増幅方法(第1の部分増幅)及びその実行のための対応する手段を提供することによってさらに解決される。前記第1の増幅手順の実行は、PCT出願PCT/EP2017/0711011及び欧州出願16185624.0にすでに記載されている。増幅の実行の詳細については、前記出願が参照される。 An object of the present invention is further solved by providing a first amplification method (first partial amplification) and corresponding means for carrying it out. The implementation of the first amplification procedure is already described in PCT application PCT / EP2017 / 0711011 and European application 16185624.0. See the application above for details on performing amplification.

第2の増幅方法(第2の部分増幅)は、特にPCRとして行うことができ、使用されるプライマーの少なくとも1つは、第1の増幅方法で使用されるオリゴヌクレオチドプライマーとは異なる組成及び/又は構造を有する。これは、特異的な標的配列又はその部分を含む少なくとも1つの核酸鎖の増幅をもたらす。 The second amplification method (second partial amplification) can be carried out specifically as PCR, and at least one of the primers used has a different composition and / / from the oligonucleotide primer used in the first amplification method. Or has a structure. This results in amplification of at least one nucleic acid strand containing the specific target sequence or portion thereof.

PCR増幅自体は通常、初期鋳型の約1,000コピー以上、より良くは、約100,000コピー以上から、十分に特徴付けが可能な増幅産物を生成すること、又はリアルタイムモードで特定のシグナルを生成することが可能である。コピー数が1000未満(100又は10コピーなど)に減少した場合、PCRはより多くの合成サイクルを含む必要があり、増幅産物又はシグナルの欠陥が増加することが可能である。これは、PCRがバッチに少量存在する配列異形(例えば、配列の突然変異又は対立遺伝子異形)を増幅する必要があり、大量の別の配列異形(例えば、野生型配列又は対立遺伝子異形)の存在下でPCR増幅が実行される場合に特に当てはまる。PCRの特異性を改善するために多くの方法がすでに開発されているが、増幅依存検出法は、例えば液体生検の分野で、増幅方法の特異性をさらに向上させることで恩恵を受けることができる。特に臨床診断では、測定方法の特異性を改善する必要性がある。 The PCR amplification itself usually produces a well-characterizable amplification product from about 1,000 copies or more of the initial template, or better, about 100,000 copies or more, or a specific signal in real-time mode. It is possible to generate. If the copy number is reduced to less than 1000 (such as 100 or 10 copies), the PCR needs to include more synthetic cycles and defects in the amplification product or signal can be increased. This requires PCR to amplify sequence variants that are present in small amounts in the batch (eg, sequence mutations or allelic variants) and the presence of large amounts of other sequence variants (eg, wild-type sequences or allelic variants). This is especially true when PCR amplification is performed below. Although many methods have already been developed to improve the specificity of PCR, amplification-dependent detection methods can benefit from further improving the specificity of amplification methods, for example in the field of liquid biopsies. it can. Especially in clinical diagnosis, it is necessary to improve the specificity of the measurement method.

PCR技術が広く使用されているため、分子生物学の多くの分野で使用されている、前記技術又は本質的なPCR法の拡張に多くの改変がなされている。別の第1の増幅方法の上流接続により、例えば、シグナル特異性又はPCR産物特異性は、前記適用において改善され得る。 Due to the widespread use of PCR techniques, many modifications have been made to the techniques or extensions of the essential PCR methods used in many areas of molecular biology. By upstream connection of another first amplification method, for example, signal specificity or PCR product specificity can be improved in the application.

本発明は、前述の非常に特異的な増幅方法と下流PCRとの組み合わせを説明する。この組み合わせにより、第1の増幅方法の選択性の高い増幅条件下で、目的の量まで核酸鎖の初期コピー数を増幅し、次いで必要に応じて、PCR増幅の特異性の低い条件下でさらに増幅することができる。このように、第1の増幅方法(第1の部分増幅)は、特異性の高い第1の増幅の機能を有する。第1のセグメントにおける合成されるコピー量は、例えば、約10コピー〜約1E11コピー、より良好には約100コピー〜約1.0E10コピー、好ましくは約1000〜約10E8コピーの範囲を含む。標的配列の量は、第1の増幅によって増加する。前記増幅(バッチ中の標的配列の初期量に基づく)は、例えば、以下の範囲であり、約2倍〜約1E10倍、より良好には約10倍〜約10E9倍、さらに良好には約10倍〜約10E8倍、好ましくは約10倍〜約10E7倍、特に好ましくは約100倍〜10E6倍である。反応の容量に基づいて、次の濃度範囲が達成される:約10amol/l〜約10nmol/l、より良好には約1fmol/l〜約1nmol/l、さらに良好には約10fmol/l〜約0.1nmol/l、特に約10fmol/l〜約10pmol/l。 The present invention describes a combination of the highly specific amplification method described above with downstream PCR. This combination amplifies the initial copy number of the nucleic acid strand to the desired amount under highly selective amplification conditions of the first amplification method, and then, if necessary, further under less specific PCR amplification conditions. It can be amplified. As described above, the first amplification method (first partial amplification) has a highly specific first amplification function. The amount of copies synthesized in the first segment includes, for example, a range of about 10 copies to about 1E11 copies, better preferably about 100 copies to about 1.0E10 copies, preferably about 1000 to about 10E8 copies. The amount of target sequence is increased by the first amplification. The amplification (based on the initial amount of target sequence in the batch) is, for example, in the range of about 2-fold to about 1E10-fold, better about 10-fold to about 10E9-fold, and even better about 10 times. It is about 10 times to about 10E8 times, preferably about 10 times to about 10E7 times, and particularly preferably about 100 times to 10E6 times. Based on the volume of the reaction, the following concentration ranges are achieved: from about 10 amol / l to about 10 nmol / l, better from about 1 fmol / l to about 1 nmol / l, and even better from about 10 fmol / l to about. 0.1 nmol / l, especially from about 10 fmol / l to about 10 pmol / l.

第2の増幅方法(第2の部分増幅、PCR方法又はその改変型として使用される)は第2の増幅として機能し、第1の増幅の特定の産物と組み合わせにおけるNGSライブラリー調製又は固相PCRでのプローブ挿入又はバーコーディング又は配列コーディングなどの既存のPCRに基づく方法を使用できる。 The second amplification method (used as a second partial amplification, PCR method or a variant thereof) functions as a second amplification and NGS library preparation or solid phase in combination with a particular product of the first amplification. Existing PCR-based methods such as probe insertion or barcoding or sequence coding in PCR can be used.

前記組み合わせの利点は、一方で、最終産物の所望の量まで増幅を行うために必要なPCRサイクルの数の減少である。これにより、PCRによる欠陥産物の合成の確率又は程度が減少する。したがって、合成結果は、PCR増幅単独の場合よりも高い特異性を持つことができる。 The advantage of the combination, on the other hand, is the reduction in the number of PCR cycles required to perform amplification to the desired amount of the final product. This reduces the probability or degree of synthesis of defective products by PCR. Therefore, the synthetic result can have higher specificity than the case of PCR amplification alone.

特定の実施形態において、第1の増幅系の必要な成分を用いた第1の増幅は、第1の増幅反応の間、同じ反応バッチにおいて第2の増幅系の必須の成分の少なくとも1つの不在下で最初に実行される。例えば、PCRプライマー又は熱安定性ポリメラーゼは、PCR増幅の前にのみ添加される。 In certain embodiments, the first amplification with the required components of the first amplification system is at least one non-existence of the essential components of the second amplification system in the same reaction batch during the first amplification reaction. First executed in the presence. For example, PCR primers or thermostable polymerases are added only prior to PCR amplification.

第1の増幅反応の完了後、反応混合物を、第2の増幅系の構成成分と接触し、PCR増幅が行われる。 After completion of the first amplification reaction, the reaction mixture is brought into contact with the components of the second amplification system for PCR amplification.

特定の実施形態において、特定の増幅系の反応成分は、増幅が始まる前に、別個の反応バッチ及び/又は別個の反応容器中に存在する。 In certain embodiments, the reaction components of a particular amplification system are present in separate reaction batches and / or separate reaction vessels prior to the initiation of amplification.

例えば、第1の増幅反応は1つの反応容器内で行われ、次いで前記反応の合成物が(完全に又は部分的に)第2の反応容器に移され、次に第2の増幅が行われる。 For example, the first amplification reaction is carried out in one reaction vessel, then the compound of the reaction is transferred (completely or partially) to the second reaction vessel, and then the second amplification is carried out. ..

さらなる実施形態では、最初に、第1の増幅系の成分が添加され、第1の増幅反応が実行されるように、反応成分は順次添加される。次に、第2の増幅を行うことができるように、第2の増幅系の構成成分が添加される。さらなる実施形態において、第2の増幅系の成分は、反応が本質的に同じ反応容器内で行われるように、第1の増幅系に添加される。したがって、両方の増幅方法の配列は、個々の成分の添加の時間的順序によって測定される。 In a further embodiment, first, the components of the first amplification system are added, and the reaction components are added sequentially so that the first amplification reaction is carried out. Next, the components of the second amplification system are added so that the second amplification can be performed. In a further embodiment, the components of the second amplification system are added to the first amplification system so that the reaction takes place in essentially the same reaction vessel. Therefore, the sequences of both amplification methods are measured by the temporal order of addition of the individual components.

汚染の可能性を減らすために、両方の反応は特に閉鎖系で行うことができる。そのような系は、例えば、少なくとも2つの別個の反応容器を含むことができる。ある反応容器から他の反応容器へのバッチの移送もまた、特定の実施形態では、閉鎖系を使用して行われる。閉鎖反応容器系における2つの反応のそのような分離は、例えば、カートリッジ系、又はアレイ系、又はマイクロ流体系を形成するために組み合わされる別個の反応容器として公知である。 Both reactions can be carried out, especially in closed systems, to reduce the potential for contamination. Such a system can include, for example, at least two separate reaction vessels. The transfer of batches from one reaction vessel to another is also carried out using a closed system in certain embodiments. Such separation of the two reactions in a closed reaction vessel system is known as a separate reaction vessel combined to form, for example, a cartridge system, or an array system, or a microfluidic system.

特定の実施形態では、第1の増幅の増幅された核酸を含む第1の増幅アプローチは、第1のアプローチを分割することなく第2の増幅に使用される。したがって、第1のバッチは、本質的に完全に第2の増幅反応に移される。第1の増幅手順から合成されたコピーの量は、それとともに第2の増幅系に移され、例えば、約10コピー〜約1E11コピー、より良好には約100コピー〜約1E10コピー、好ましくは約1000〜約10E9コピーの範囲を含む。それにより、標的配列の量は、第1の増幅によって増加する。前記増加(バッチ中の標的配列の初期量と比較して)は、例えば、以下の範囲であり、約2倍〜約1E11倍、より良好には約10倍〜約1,000,000,000倍、さらに良好には約10倍〜約1,00,000,000倍、好ましくは約10倍〜約1,000,000,000倍、特に好ましくは約100倍〜1,000,000倍である。次の濃度範囲は、反応の容量に関連して達成できる:約10amol/l〜約10nmol/l、より良好には約1fmol/l〜約1nmol/l、さらに良好には約10fmol/l〜約0.1nmol/l、好ましくは約10fmol/l〜約10pmol/l。 In certain embodiments, the first amplification approach, which comprises the amplified nucleic acid of the first amplification, is used for the second amplification without splitting the first approach. Therefore, the first batch is essentially completely transferred to the second amplification reaction. The amount of copy synthesized from the first amplification procedure is then transferred to a second amplification system, eg, about 10 copies to about 1E11 copies, better about 100 copies to about 1E10 copies, preferably about. Includes a range of 1000 to about 10E9 copies. Thereby, the amount of target sequence is increased by the first amplification. The increase (compared to the initial amount of target sequence in batch) is, for example, in the following range, from about 2-fold to about 1E11-fold, and better from about 10-fold to about 1,000,000,000. Double, even better, about 10 to about 1,000,000, preferably about 10 to about 1,000,000,000,000, especially preferably about 100 to 1,000,000. is there. The following concentration range can be achieved in relation to the volume of the reaction: from about 10 amol / l to about 10 nmol / l, better from about 1 fmol / l to about 1 nmol / l, and even better from about 10 fmol / l to about. 0.1 nmol / l, preferably from about 10 fmol / l to about 10 pmol / l.

さらなる特定の実施形態において、第1の増幅バッチの一部(アリコート又は部分的な量)のみが、好ましくは、第2の増幅反応において使用される。第1の増幅系による増幅により、少なくとも1つの標的配列を含む核酸鎖の量の増加が起こる。第2の増幅反応では、前記量の一部を出発物質として使用することができる。前記部分は、例えば、第2の反応バッチに移す、又は加えることができる。この部分は、例えば、比較的小さく、所望の用途の要件に本質的に依存することが可能である。PCRの増幅効果により、第2の増幅は、特に第1の増幅手順で配列特異的に増幅された核酸鎖の約1000コピーを超える数から開始できる。 In a further specific embodiment, only a portion (alliquot or partial amount) of the first amplification batch is preferably used in the second amplification reaction. Amplification by the first amplification system results in an increase in the amount of nucleic acid chains containing at least one target sequence. In the second amplification reaction, a part of the above amount can be used as a starting material. The portion can be transferred or added to, for example, a second reaction batch. This portion is, for example, relatively small and can be essentially dependent on the requirements of the desired application. Due to the amplification effect of PCR, the second amplification can be initiated, especially with more than about 1000 copies of sequence-specifically amplified nucleic acid chains in the first amplification procedure.

したがって、第1の増幅手順で十分な量の増幅された核酸鎖が合成された場合に、PCR増幅は開始することができる。前記合成された核酸鎖の量は、以下の範囲を含むことができる:例えば、約10,000コピー〜約1E11コピー、より良好には約10,000コピー〜約1E10コピー、特に約10,000〜約1E9コピーの範囲である。標的配列の量は、前記第1の増幅によって所望のとおり増加される。前記増幅(バッチ中の標的配列の初期量と比較して)は、初期量のN倍として測定することができ、例えば、以下の範囲内:約2倍〜約1E11倍、より良好には約10倍〜約1E10倍、さらにより良好には約10倍〜約1E9倍、特に約10倍〜約1E8倍、特に約100倍〜約1E6倍である。反応の容量に基づいて、次の濃度範囲が達成される:約10amol/l〜約10nmol/l、より良好には約1fmol/l〜約1nmol/l、さらに良好には約10fmol/l〜約0.1nmol/l、特に約10fmol/l〜約10pmol/l。 Therefore, PCR amplification can be initiated when a sufficient amount of amplified nucleic acid strand is synthesized in the first amplification procedure. The amount of the synthesized nucleic acid chain can include the following ranges: for example, from about 10,000 copies to about 1E11 copies, better from about 10,000 copies to about 1E10 copies, especially about 10,000 copies. It is in the range of about 1E9 copy. The amount of target sequence is increased as desired by the first amplification. The amplification (compared to the initial amount of target sequence in batch) can be measured as N times the initial amount, eg, within the following range: about 2 times to about 1E11 times, better about about. It is 10 times to about 1E10 times, and even better, about 10 times to about 1E9 times, particularly about 10 times to about 1E8 times, particularly about 100 times to about 1E6 times. Based on the volume of the reaction, the following concentration ranges are achieved: from about 10 amol / l to about 10 nmol / l, better from about 1 fmol / l to about 1 nmol / l, and even better from about 10 fmol / l to about. 0.1 nmol / l, especially from about 10 fmol / l to about 10 pmol / l.

標的配列を含む特定の核酸鎖の1000コピーを超える数が第1の増幅反応で生成できるため、前記量の画分(又はアリコート又は部分)を第2の増幅反応に使用できる。 Since more than 1000 copies of a particular nucleic acid chain containing the target sequence can be produced in the first amplification reaction, the amount of fraction (or aliquot or portion) can be used in the second amplification reaction.

例えば、PCRは、以下の範囲を含む量から開始することができる:例えば、約100コピー〜約1E11コピー、より良好には約1,000コピー〜約1E10コピー、特に約1,000〜約1E9コピー。前記量は、第1の増幅によって増幅された標的配列を含む合成された核酸鎖のサブ量として理解することができる。 For example, PCR can be initiated from an amount that includes the following ranges: for example, from about 100 copies to about 1E11 copies, better from about 1,000 copies to about 1E10 copies, especially about 1,000 to about 1E9. copy. The amount can be understood as a sub-amount of the synthesized nucleic acid chain containing the target sequence amplified by the first amplification.

第1の増幅の増幅された合成産物の提供は、反応の量に関して以下の濃度範囲を含む:約10amol/l〜約100nmol/l、より良好には約1fmol/l〜約10nmol/l、さらにより良好には約10fmol/l〜約1nmol/l、特に約10fmol/l〜約10pmol/l。PCR増幅は、第1の増幅の合成産物の前記濃度から開始することができる。PCR増幅の過程で、産物のさらなる増幅が行われ、PCR断片の最終濃度は、0.01nmol/l〜5μmol/l、より良好には1nmol/l〜1μmol/lの範囲の濃度が含まれる。 The provision of the amplified synthetic product of the first amplification comprises the following concentration range with respect to the amount of reaction: from about 10 amol / l to about 100 nmol / l, better from about 1 fmol / l to about 10 nmol / l, and further. Better yet, from about 10 fmol / l to about 1 nmol / l, especially from about 10 fmol / l to about 10 pmol / l. PCR amplification can be initiated from the concentration of the product of the first amplification. In the process of PCR amplification, further amplification of the product takes place, with final concentrations of PCR fragments ranging from 0.01 nmol / l to 5 μmol / l, and better preferably in the range of 1 nmol / l to 1 μmol / l.

また、第2の増幅方法では、第1の増幅方法で特異的に合成された核酸鎖の画分のみ使用することができる。特定の実施形態では、したがって、第1の増幅は、PCRの開始材料として必要又は所望されるコピーの必要な量に関して相対的な余剰を示すコピー量を提供する。 Further, in the second amplification method, only the fraction of the nucleic acid chain specifically synthesized by the first amplification method can be used. In certain embodiments, therefore, the first amplification provides a copy amount that indicates a relative surplus with respect to the required amount of copy required or desired as the starting material for PCR.

前記第1の増幅反応から、一部は第2の増幅反応に移され、そこに含まれる合成された核酸鎖は、PCR反応を開始するための鋳型として働く。 A part of the first amplification reaction is transferred to the second amplification reaction, and the synthesized nucleic acid chain contained therein serves as a template for initiating the PCR reaction.

例えば、第1の反応バッチの一部は、第1の反応バッチを希釈し、合成された核酸鎖を含む特定の容量部分を第2の反応に移すことによって作製することができる。それによって移される、特異的に合成された核酸鎖の量の一部は、PCR断片を生成するための鋳型として機能し、それにより以下の範囲を含むことができる(第1の増幅ステップでの合成産物の総量で計算):約1E−7%〜約90%、より良好には約1E−6%〜約90%、さらに良好には約0.0001%〜約50%、特に約0.001%〜約50%、又は約0.01%〜約50%、特に0.1%〜約20%。 For example, a portion of the first reaction batch can be made by diluting the first reaction batch and transferring a specific volume portion containing the synthesized nucleic acid chain to the second reaction. A portion of the amount of specifically synthesized nucleic acid chains transferred thereby acts as a template for generating PCR fragments, which can include the following ranges (in the first amplification step): Calculated based on the total amount of synthetic products): Approximately 1E-7% to approximately 90%, better from approximately 1E-6% to approximately 90%, and even better from approximately 0.0001% to approximately 50%, particularly approximately 0. 001% to about 50%, or about 0.01% to about 50%, especially 0.1% to about 20%.

これは、標的配列を含む合成された核酸鎖の希釈をもたらすだけでなく、第1の増幅系の構成成分、例えばプライマー及びコントローラーオリゴヌクレオチドの希釈ももたらす。生成された可能性のあるいずれの副産物も希釈される。第1の増幅系の成分の濃度の結果として生じる減少は許容され、PCRの性能にプラスの効果を与えることさえある。例えば、プライマー及びコントローラーオリゴヌクレオチドの希釈は、PCR反応中に使用されるオリゴヌクレオチドプライマー又はオリゴヌクレオチドプローブが、第1の増幅系の移されたオリゴヌクレオチドプライマーよりも高い濃度で存在することをもたらし得る。これにより、PCR反応を促進し、増幅手順への干渉を最小限にすることができる。 This not only results in dilution of the synthesized nucleic acid chain containing the target sequence, but also in dilution of the components of the first amplification system, such as primers and controller oligonucleotides. Any by-product that may have been produced is diluted. The reduction resulting from the concentration of the components of the first amplification system is acceptable and may even have a positive effect on PCR performance. For example, dilution of primers and controller oligonucleotides can result in the oligonucleotide primer or oligonucleotide probe used during the PCR reaction being present at a higher concentration than the transferred oligonucleotide primer of the first amplification system. .. This can facilitate the PCR reaction and minimize interference with the amplification procedure.

さらに、前記コントローラーオリゴヌクレオチドは第2の増幅反応中にバッチに存在するが、第2の増幅中に濃度が低下し、合成生成物又は反応成分へのその結合が十分に遅くなる、又は相補的配列セグメントとの相互作用が減少する、又は不十分に起こり、したがって、全体的な反応配列に対するその効果が前記希釈効果によって減少するように、コントローラーオリゴヌクレオチドの希釈は、PCR反応にプラスの影響を与えることが可能である。 In addition, said controller oligonucleotides are present in the batch during the second amplification reaction, but are reduced in concentration during the second amplification reaction, causing their binding to synthetic products or reaction components to be sufficiently slow or complementary. Dilution of the controller oligonucleotide has a positive effect on the PCR reaction so that the interaction with the sequence segment is diminished or inadequate and therefore its effect on the overall reaction sequence is diminished by the dilution effect. It is possible to give.

したがって、第2の増幅のための核酸鎖を提供する場合、第1の増幅系の反応成分の希釈も、一般に、提供される特定の核酸鎖の希釈と並行して行うことができる。第2の増幅反応に移された第1の増幅系の成分の相対量は、一部分として示すことができる。前記部分は、第1の増幅反応で使用される成分の量(100%)を指す。第2の増幅反応における第1の増幅系の成分の移された部分は、例えば、以下の範囲を含む:約1E−7%〜約50%、より良好には約1E−6%〜約30%、さらに良好約0.0001%〜約20%、特に約0.001%〜約10%、特に好ましくは約0.1%〜約10%。したがって、第1の増幅系の成分の濃度は、第2の増幅ステップにおけるそれらの効果が低減されるか又は無視できるように大幅に低減される。 Therefore, when providing a nucleic acid chain for the second amplification, the dilution of the reaction component of the first amplification system can generally be performed in parallel with the dilution of the specific nucleic acid chain provided. The relative amount of the component of the first amplification system transferred to the second amplification reaction can be shown as a part. The said portion refers to the amount (100%) of the component used in the first amplification reaction. The transferred portion of the components of the first amplification system in the second amplification reaction includes, for example, the following ranges: about 1E-7% to about 50%, better about 1E-6% to about 30. %, Even better about 0.0001% to about 20%, especially about 0.001% to about 10%, particularly preferably about 0.1% to about 10%. Therefore, the concentrations of the components of the first amplification system are reduced or significantly reduced so that their effects in the second amplification step are reduced or negligible.

第1の反応バッチの移された部分は、例えば、使用される濃度又は体積部分を指し得る。例えば、第1の増幅系を含むバッチの1マイクロリットル(1μl)を(増幅の完了後)第2の増幅系を含むバッチの49μlに移すと、2%(v/v)の希釈又は1:50の希釈にすることができる。希釈系列を使用すると、より高い希釈レベルを達成できる。 The transferred portion of the first reaction batch can refer, for example, to the concentration or volume portion used. For example, transferring 1 microliter (1 μl) of a batch containing the first amplification system to 49 μl of the batch containing the second amplification system (after completion of amplification) may result in a 2% (v / v) dilution or 1: It can be diluted to 50. Higher dilution levels can be achieved using the dilution series.

例えば、第1の増幅系におけるコントローラーオリゴヌクレオチドの濃度は、1:1000の希釈での約10μmol/lから約10nmol/lに減少させることができる。したがって、移された部分はわずか0.01%である。そのような希釈では、標的配列を含む同じ割合の合成された核酸鎖を同時に移すことができる。例えば、第1の増幅反応では、約10,000,000コピーの量が増幅され、1:1000の希釈でPCR反応に移された生成物の量は、約10,000コピーの部分的な量になる。前記初期コピー量は、通常、PCRが安定し十分に特異的な増幅反応を行うために十分な量である。 For example, the concentration of controller oligonucleotide in the first amplification system can be reduced from about 10 μmol / l at a dilution of 1: 1000 to about 10 nmol / l. Therefore, the transferred portion is only 0.01%. With such dilution, the same proportion of synthesized nucleic acid chains containing the target sequence can be transferred simultaneously. For example, in the first amplification reaction, an amount of about 10,000,000 copies was amplified, and the amount of product transferred to the PCR reaction at a dilution of 1: 1000 was a partial amount of about 10,000 copies. become. The initial copy amount is usually sufficient for PCR to be stable and to carry out a sufficiently specific amplification reaction.

干渉する可能性がある核酸鎖(例えば、野生型分子又は対立遺伝子変異体)の希釈の場合も同様に有利である。配列特異的な第1の増幅の間、主に標的分子の特異的な増幅が行われる。他の核酸鎖は増幅されない、又は著しく増幅されていない。 Dilution of nucleic acid strands that may interfere (eg, wild-type molecules or allelic variants) is equally advantageous. During the sequence-specific first amplification, the target molecule is mainly specifically amplified. Other nucleic acid chains are not amplified or significantly not amplified.

希釈する場合、希釈効果は、PCR反応を干渉する可能性のある前記配列にも適用される。例えば、野生型配列の量は100,000から約100に削減される。これは、PCR反応の特異性にプラスの効果を与えることができる。 When diluted, the dilution effect is also applied to the sequences that may interfere with the PCR reaction. For example, the amount of wild-type sequences is reduced from 100,000 to about 100. This can have a positive effect on the specificity of the PCR reaction.

特定の実施形態では、特に両方の方法が1つのアプローチで(「均一アッセイ」として)実行される。前記目的のために、両方の増幅系の成分は、第1の増幅の開始時に1つのバッチで利用可能である必要がある。したがって、両方の増幅系に必要な成分は、第1の増幅が始まる前に反応バッチに添加される。 In certain embodiments, in particular both methods are performed in one approach (as a "uniform assay"). For the above purpose, the components of both amplification systems need to be available in one batch at the start of the first amplification. Therefore, the components required for both amplification systems are added to the reaction batch before the first amplification begins.

特定の実施形態において、第1の増幅系の必要な成分を用いた第1の増幅は、第1の増幅反応の間、同じ反応バッチにおいて第2の増幅系の必須の成分の少なくとも1つの在下で最初に実行される。 In certain embodiments, the first amplification with the required components of the first amplification system presents at least one of the essential components of the second amplification system in the same reaction batch during the first amplification reaction. Is executed first.

1つの反応バッチで両方の増幅系を統合するには、個々の成分又は濃度及び反応条件の調整が必要になり得る。 Integrating both amplification systems in one reaction batch may require adjustment of individual components or concentrations and reaction conditions.

第2の増幅系の成分の存在は、第1の増幅反応を妨げるべきではない。 The presence of components of the second amplification system should not interfere with the first amplification reaction.

特定の実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドと相補的結合を形成することができる、第3のオリゴヌクレオチドプライマーの3’セグメントの長さは、前記セグメントがコントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換を妨げないように選択される。これは、コントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換の反応条件下(例えば、第1の増幅中の65℃ステップ)で、コントローラーオリゴヌクレオチドと第3のプライマーの3’セグメントの2本鎖複合体の安定性は、第3プライマーのコントローラーオリゴヌクレオチドへの結合がただ一時的なものであり、鎖置換を妨げないほど十分に低いということによって本質的に達成される。これは、例えば、コントローラーオリゴヌクレオチドとのそのような複合体を形成することができ得る第3のプライマーの3’セグメントの長さによって影響を受けることが可能である。例えば、前記複合体の長さは、8〜20ヌクレオチドである。さらに、第3のプライマーの3’セグメントは、対応するセグメントのコントローラーオリゴヌクレオチドの配列組成と1つ以上の不一致を有し得、その結果、前記複合体が不安定化し得る。特に、1から3の不一致は、第3のプライマーの3’末端ヌクレオチドに対して−10から−20の位置に配置されている。これは、第3のプライマーのプライマー機能に大きな影響を与えることはないが、コントローラーオリゴヌクレオチドとの複合体の安定性を低下させる。 In certain embodiments, the length of the 3'segment of the third oligonucleotide primer, which can form a complementary bond with the controller oligonucleotide, is selected so that the segment does not interfere with strand substitution by the controller oligonucleotide. Will be done. This is because under the reaction conditions of strand substitution with the controller oligonucleotide (eg, 65 ° C. step during the first amplification), the stability of the double-stranded complex of the 3'segment of the controller oligonucleotide and the third primer is , The binding of the third primer to the controller oligonucleotide is only temporary and is essentially achieved by being low enough not to interfere with strand substitution. This can be influenced, for example, by the length of the 3'segment of the third primer, which can form such a complex with the controller oligonucleotide. For example, the complex is 8 to 20 nucleotides in length. In addition, the 3'segment of the third primer can have one or more discrepancies with the sequence composition of the controller oligonucleotide of the corresponding segment, which can destabilize the complex. In particular, the 1 to 3 discrepancies are located at positions -10 to -20 with respect to the 3'terminal nucleotide of the third primer. This does not significantly affect the primer function of the third primer, but reduces the stability of the complex with the controller oligonucleotide.

さらに、第2の増幅系のポリメラーゼ及び両方のプライマーのコントローラーオリゴヌクレオチドは、鋳型として使用されるべきではない。コントローラーオリゴヌクレオチドに相補的に結合できる配列セグメントを含むため、これは、第3のオリゴヌクレオチドプライマーにとって特に重要である。したがって、第3のオリゴヌクレオチドプライマーへのその可能な相補的結合のセグメントにおけるコントローラーオリゴヌクレオチドの構造は、第1のセットの第1のプライマーと類似して設計することができる。特定の実施形態において、第3のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー伸長は、ポリメラーゼがコントローラーオリゴヌクレオチドに結合した第3のプライマーを伸長するのを防ぐためにヌクレオチド修飾を使用するコントローラーオリゴヌクレオチドによって防がれる。例えば、いくつかの2’−O−アルキル修飾は、そのようなブロッキング効果を媒介することができる。 In addition, the polymerase of the second amplification system and the controller oligonucleotides of both primers should not be used as templates. This is of particular importance for the third oligonucleotide primer as it contains sequence segments that can complementarily bind to the controller oligonucleotide. Therefore, the structure of the controller oligonucleotide in the segment of its possible complementary binding to the third oligonucleotide primer can be designed similar to the first primer in the first set. In certain embodiments, primer extension of the third oligonucleotide primer is prevented by the controller oligonucleotide, which uses nucleotide modifications to prevent the polymerase from extending the third primer bound to the controller oligonucleotide. For example, some 2'-O-alkyl modifications can mediate such blocking effects.

2つの増幅系間の不要な干渉を回避するために、第1の部分増幅において、第2の増幅系の成分を完全又は部分的に「不活性」又は「非活性化」又は「可逆的に非活性化」又は「非反応性」状態に保つことも有利であり得る。第2の増幅の実施のためにのみ、そのような成分は活性な、すなわち機能的状態に移行され必要がある。 In order to avoid unnecessary interference between the two amplification systems, in the first partial amplification, the components of the second amplification system are completely or partially "inactivated" or "inactivated" or "reversibly". It may also be advantageous to keep it in a "non-activated" or "non-reactive" state. Only for the performance of the second amplification, such components need to be transferred to an active, i.e., functional state.

特定の実施形態では、前記成分は第1の増幅反応に関与しない、又はその関与は重要ではないように、前記PCR成分の少なくとも1つは、第1の増幅中に可逆的に不活性化された形態で存在する。不活性化が取り除かれ、成分は第2の増幅反応において活性形態で存在し、したがって増幅においてそれらの役割を果たすことができるように、第1の増幅の完了後、前記可逆的に不活性化された成分は次いで最初に活性化される。 In certain embodiments, at least one of the PCR components is reversibly inactivated during the first amplification so that the component is not involved in the first amplification reaction, or its involvement is not important. It exists in a form. The reversibly inactivated after the completion of the first amplification so that the inactivation is removed and the components are present in the active form in the second amplification reaction and thus can play their role in the amplification. The components are then activated first.

例えば、可逆的に不活化されたPCRプライマー又は可逆的に不活化された熱安定性ポリメラーゼ(いわゆるホットスタートポリメラーゼ)が使用される。例えば、第1の増幅から第2の増幅への変換ステップは、前記不活性形態の成分の活性化を可能にする反応条件を使用する。他の実施形態では、成分の活性化は、PCR条件下で連続的に行われる。 For example, reversibly inactivated PCR primers or reversibly inactivated thermostable polymerases (so-called hot start polymerases) are used. For example, the conversion step from the first amplification to the second amplification uses reaction conditions that allow activation of the component of the inactive form. In other embodiments, activation of the components is carried out continuously under PCR conditions.

可逆的に不活性化されたプライマーのいくつかの例は当業者に知られている(例えば、CleanAmpプライマー(Trilink−Technologies)と呼ばれる熱不安定性プライマー)。そのようなプライマーは、ポリメラーゼが前記プライマーから合成を開始できるように、加熱することにより活性化することができる。可逆的に不活性化されたプライマーの他の例には、修飾糖残基を含む3’末端ヌクレオチドを有するプライマーが含まれ、例えば、ブロックされた3’−OH基(例えば、3’位のC3リンカー又は末端ジデオキシヌクレオチドを有するプライマー、Sambrookら、NAR 1998 p.3073)である。 Some examples of reversibly inactivated primers are known to those of skill in the art (eg, thermal instability primers called CleanAmp primers (Trilink-Technologies)). Such primers can be activated by heating so that the polymerase can initiate synthesis from said primers. Other examples of reversibly inactivated primers include primers with 3'terminal nucleotides containing modified sugar residues, eg, blocked 3'-OH groups (eg, at the 3'position). Primers with C3 linkers or terminal dideoxynucleotides, Sambrook et al., NAR 1998 p. 3073).

特定の実施形態では、そのようなプライマーは、鋳型に対して3’末端不一致を示す。このようなプライマーを使用する場合、特に3’−5’エキソヌクレアーゼ活性を示さないポリメラーゼ(例えば、Bstポリメラーゼ又はその修飾体)が第1の増幅に使用される。したがって、そのようなプライマーは、第一段階の間、不活性化状態のままである。したがって、PCR段階でそのようなプライマーを使用する場合は、それらを活性化する必要がある。活性化は通常、修飾された糖残基と一緒に3’末端ヌクレオチドを酵素的に切断することによって行われる。上記の理由により、そのようなプライマーを、3’−5’エキソヌクレアーゼ活性を含む熱安定性ポリメラーゼ(いわゆるプルーフリーディングポリメラーゼ)と組み合わせて使用することが有利である。3’末端不一致を有するプライマーを含む特定の実施形態では、そのような末端不一致は、ポリメラーゼの3’−5’エキソヌクレアーゼの機能を促進する。PCR増幅の開始後、そのような「非活性化」プライマーは、鋳型上の相補的な位置に結合する。鋳型に結合した後、(ポリメラーゼに伴い)エキソヌクレアーゼ活性により、ブロッキング基を含む末端ヌクレオチドを除去することができる。これにより、ポリメラーゼによって伸長できる遊離3’−OH基及び相補的結合オリゴヌクレオチドプライマーが得られる。そのような「活性化された」プライマーは、これより、それぞれの鋳型に相補的な鎖を合成することができるように、ポリメラーゼによって伸長されることができる。PCR条件下でこのようなプライマーを活性化できるポリメラーゼには、Ventポリメラーゼ、Deep Ventポリメラーゼ、Pfuポリメラーゼ、及びPhusionポリメラーゼを含む。それぞれの鋳型に対して3’末端の(又は、例えば、3’末端のヌクレオチドに対して−1又は−2の位置に)不一致があるPCRプライマーを設計することにより、そのようなプライマーの活性化を通常加速できる(例えば、Pfuポリメラーゼ又はPhusionポリメラーゼ)。他の熱安定性ポリメラーゼは、鋳型に相補的であっても、ブロックされた3’−OH基を有する修飾末端ヌクレオチドを切断することもできる(例えば、Ventポリメラーゼ又はDeep Ventポリメラーゼ)。PCRプライマーに対するポリメラーゼの分解効果を制限するために、そのようなプライマーは、3’−5’ヌクレアーゼ非切断可能結合、例えば、1つ以上のホスホロチオエート(PTO)修飾(例えば「マイナス2」又は「マイナス3」の位置、又は「マイナス2」から「マイナス7」の位置)を含み得る。これにより、プライマーの過度の分解を防ぐ。 In certain embodiments, such primers show a 3'end mismatch with the template. When such a primer is used, a polymerase that does not exhibit 3'-5'exonuclease activity (eg, Bst polymerase or a modified product thereof) is used for the first amplification. Therefore, such primers remain inactive during the first step. Therefore, if such primers are used in the PCR step, they need to be activated. Activation is usually carried out by enzymatically cleaving the 3'terminal nucleotide with the modified sugar residue. For the above reasons, it is advantageous to use such primers in combination with thermostable polymerases containing 3'-5'exonuclease activity (so-called proofreading polymerases). In certain embodiments that include primers with 3'end mismatches, such end mismatches promote the function of the polymerase's 3'-5'exonuclease. After initiation of PCR amplification, such "inactivated" primers bind to complementary positions on the template. After binding to the template, exonuclease activity (with polymerase) can remove terminal nucleotides containing blocking groups. This gives a free 3'-OH group that can be extended by the polymerase and a complementary binding oligonucleotide primer. Such "activated" primers can then be extended by the polymerase so that strands complementary to each template can be synthesized. Polymerases capable of activating such primers under PCR conditions include Vent polymerase, Deep Vent polymerase, Pfu polymerase, and Phusion polymerase. Activation of such primers by designing PCR primers that have a mismatch at the 3'end (or, for example, at the -1 or -2 position with respect to the 3'end nucleotide) for each template. Can usually be accelerated (eg, Pfu polymerase or Phusion polymerase). Other thermostable polymerases can also cleave modified terminal nucleotides with blocked 3'-OH groups, even if they are complementary to the template (eg, Vent polymerase or Deep Vent polymerase). To limit the degradation effect of polymerases on PCR primers, such primers are 3'-5'nuclease non-cleavable bindings, eg, one or more phosphorothioate (PTO) modifications (eg, "minus 2" or "minus". The position of "3" or the position of "minus 2" to "minus 7") may be included. This prevents excessive degradation of the primer.

可逆的活性化ポリメラーゼには、例えば、抗体によって可逆的に不活性化される、又は化学的修飾によって可逆的に不活性化されるものが含まれる(AmpliTaqポリメラーゼ)。いくつかの商用的供給会社は、PCR用にこのような「ホットスタート」ポリメラーゼを開発している(Qiagen、Thermofisher、Roche)。特に、Taqポリメラーゼとその修飾体は、いわゆるホットスタートTaqポリメラーゼとして、さまざまな可逆的に不活性化された状態で提供されてきた。特に好ましくは、例えば、調製物を95℃に1分間〜10分間最初に加熱することによって活性型に変換されるホットスタートポリメラーゼである。抗体はポリメラーゼのさまざまなエピトープを遮蔽できるため、ポリメラーゼのさまざまな活性をさまざまな程度に可逆的に不活化できる(Scaliceら、J.Immunol.Methods、1994、p.147−、Lyamichev etら、PNAS、1999、p.6143)。 Reversible activating polymerases include, for example, those that are reversibly inactivated by an antibody or reversibly inactivated by a chemical modification (Amplitaq polymerase). Some commercial suppliers are developing such "hot start" polymerases for PCR (Qiagen, Thermo Fisher, Roche). In particular, Taq polymerase and its modifications have been provided as so-called hot-start Taq polymerases in various reversibly inactivated states. Particularly preferred is, for example, a hot start polymerase that is converted to the active form by first heating the preparation to 95 ° C. for 1-10 minutes. Because the antibody can shield different epitopes of the polymerase, it can reversibly inactivate different activities of the polymerase to varying degrees (Scalice et al., J. Immunol. Methods, 1994, p. 147-, Lyamicev et et al., PNAS. , 1999, p. 6143).

均一形式の特定の種類の増幅では、第1の増幅反応で増幅される核酸鎖の指数関数的増幅を行ったポリメラーゼは、第2の増幅の開始前に加熱することによって不活性化される。前記不活性化は、例えば、調製物を80℃を超えるまで、好ましくは90℃を超えるまで、特に95℃へ、1〜10分間加熱することによって達成することができる。このようにして、中温性ポリメラーゼ(Bstポリメラーゼ又はBsmポリメラーゼ、又はGstポリメラーゼなど)を不活性化できる。このような不活性化は、第1の増幅反応のプロセスから第2の増幅反応への移行を促進する。このような温度ステップは、第1の増幅反応のポリメラーゼの不活性化及び第2の増幅反応のポリメラーゼの活性化が同時に起こることを可能にする。 In a particular type of amplification of uniform form, the polymerase that has undergone exponential amplification of the nucleic acid strand amplified in the first amplification reaction is inactivated by heating prior to the initiation of the second amplification. The inactivation can be achieved, for example, by heating the preparation above 80 ° C., preferably above 90 ° C., especially to 95 ° C. for 1-10 minutes. In this way, the mesophilic polymerase (such as Bst polymerase or Bsm polymerase, or Gst polymerase) can be inactivated. Such inactivation facilitates the transition from the process of the first amplification reaction to the second amplification reaction. Such a temperature step allows the inactivation of the polymerase of the first amplification reaction and the activation of the polymerase of the second amplification reaction to occur simultaneously.

第1のポリメラーゼのそのような熱的不活性化のために、第1のポリメラーゼはもはや同じ程度にプライマー又は鋳型に結合することができない。したがって、第2の増幅反応の間、プライマー−鋳型複合体は、特に、第2の増幅ステップで合成を行うポリメラーゼによって使用される。 Due to such thermal inactivation of the first polymerase, the first polymerase can no longer bind to the primer or template to the same extent. Therefore, during the second amplification reaction, the primer-template complex is used specifically by the polymerase that synthesizes in the second amplification step.

このように一方のポリメラーゼから別のポリメラーゼへの切り替えにより、Bstポリメラーゼによる鎖置換など、ポリメラーゼに関する他の活性を「切り替えオフにする」、又はTaqポリメラーゼの5’−3’エキソヌクレアーゼ活性を「切り替えオンにする」ことも可能である。 Switching from one polymerase to another thus "switches off" other activities related to the polymerase, such as strand substitution with Bst polymerase, or "switches" the 5'-3'exonuclease activity of Taq polymerase. It is also possible to "turn it on".

特定の実施形態では、第1のプライマー伸長産物にハイブリダイズしたコントローラーオリゴヌクレオチドの5’セグメントは、第2の増幅中に、ポリメラーゼの5’−3ヌクレアーゼ(例えば、Taqポリメラーゼの5’−3’ヌクレアーゼ)によって切断されることができる。前記プロセスはよく知られており、プローブ分解及びPCR反応のリアルタイムモニタリングに使用されることが多い(米国特許第5,210,015号)。ここで、ポリメラーゼは、第3のプライマー伸長産物を使用して適切な反応条件下でヌクレオチドを組み込むことにより、第4のPCRプライマーを相補的に伸長でき、同時に、ポリメラーゼは、第3のプライマー伸長産物にハイブリダイズした第3の領域のその5’セグメントでコントローラーオリゴヌクレオチドを酵素的に切断できる。合成中に、使用される反応条件下でTaqポリメラーゼの5’−3’ヌクレアーゼ活性を認識できる構造が形成され、前記構造は切断されることができるように、ポリメラーゼによって伸長された鎖は、少なくとも1つの3’末端ヌクレオチドによってコントローラーオリゴヌクレオチドと特に重複を形成する。5’−3’−エキソヌクレアーゼ活性により、コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域のヌクレオチド間のホスホジエステル結合が切断されることになる。5’−3’−エキソヌクレアーゼ誘導切断は、特にDNA鎖で起こるが、2’−OMeリボヌクレオチド又はPTO修飾又はPNAなどのいくつかの糖リン酸骨格修飾は、前記切断を遅延又は、さらに防止する。上記の理由により、5’−3’エキソヌクレアーゼ活性を含むポリメラーゼ(例えば、Taqポリメラーゼ)とコントローラーオリゴヌクレオチドとの組み合わせは、特に前記実施形態で特に使用され、第3の領域のその5’セグメントのコントローラーオリゴヌクレオチドはヌクレアーゼによって切断可能なヌクレオチド又はそれらの類似体(例えば、DNA)を主に含む。コントローラーオリゴヌクレオチドの前記5’セグメントの長さは、例えば、5〜50、特に10〜30ヌクレオチドを含む。 In certain embodiments, the 5'segment of controller oligonucleotide hybridized to the first primer extension product is a 5'-3 nuclease of polymerase (eg, 5'-3' of Taq polymerase) during the second amplification. It can be cleaved by nuclease). The process is well known and is often used for probe degradation and real-time monitoring of PCR reactions (US Pat. No. 5,210,015). Here, the polymerase can complementarily extend the fourth PCR primer by incorporating the nucleotide under appropriate reaction conditions using the third primer extension product, and at the same time, the polymerase can extend the third primer. The controller oligonucleotide can be enzymatically cleaved in its 5'segment of the third region hybridized to the product. During synthesis, a structure capable of recognizing the 5'-3'nuclease activity of Taq polymerase is formed under the reaction conditions used, and the strand extended by the polymerase is at least so that the structure can be cleaved. One 3'terminal nucleotide forms a particular overlap with the controller oligonucleotide. 5'-3'-exonuclease activity results in the cleavage of phosphodiester bonds between nucleotides in the third region of the controller oligonucleotide. 5'-3'-exonuclease induced cleavage occurs specifically in the DNA strand, but some glycophosphate skeleton modifications such as 2'-OMe ribonucleotide or PTO modification or PNA delay or further prevent such cleavage. To do. For the above reasons, a combination of a polymerase containing 5'-3'exonuclease activity (eg, Taq polymerase) and a controller oligonucleotide is particularly used in said embodiments and of the 5'segment of the third region. Controller oligonucleotides mainly contain nucleotides that can be cleaved by nucleases or their analogs (eg, DNA). The length of the 5'segment of the controller oligonucleotide includes, for example, 5 to 50, especially 10 to 30 nucleotides.

第1のプライマー伸長産物に結合したコントローラーオリゴヌクレオチドを分解することにより、ポリメラーゼは、鎖置換特性がなくても第2のプライマーを伸長させ、よって第2のプライマー伸長産物を合成することができる。 By degrading the controller oligonucleotide bound to the first primer extension product, the polymerase can extend the second primer even without strand substitution properties, thus synthesizing the second primer extension product.

特定の実施形態において、第1の増幅中の第2の増幅系の成分の存在は、以下のように考慮に入れられる: In certain embodiments, the presence of components of the second amplification system during the first amplification is taken into account as follows:

1つには、第2の増幅系の成分の効果は、第1の増幅の前のそれらの可逆的な不活性化によって低減することができる。一方、個々の配列要素は、第1の増幅中にプライマー伸長のための非特異的なマトリックスとして出現するべきではない。上記の理由により、第1及び第2の増幅系のプライマーは、プライマー二量体の形成を回避するために自己相補的構造の存在について確認されるべきである。 For one thing, the effects of the components of the second amplification system can be reduced by their reversible inactivation prior to the first amplification. On the other hand, the individual sequence elements should not appear as a non-specific matrix for primer extension during the first amplification. For the above reasons, the primers of the first and second amplification systems should be confirmed for the presence of self-complementary structures to avoid the formation of primer dimers.

第3のPCRプライマーは通常、その3’セグメントに配列セグメントを含み、それはコントローラーオリゴヌクレオチドに相補的な領域を含む。これにより、第3のPCRプライマーがコントローラーオリゴヌクレオチドに相補的に結合することを可能にする。第1の増幅を実行するために、第3のPCRプライマーは、第1の増幅中にコントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換を防ぐべきではない。この目的のために、第3のPCRプライマーの3’セグメントの配列長又は配列組成は、鎖置換ステップの反応条件下(65℃など)でコントローラーオリゴヌクレオチドに本質的に結合しないように調整される。これは、例えば、コントローラーオリゴヌクレオチド及び第3のオリゴヌクレオチドプライマーの3’セグメントからなる複合体の融解温度が、鎖置換ステップの反応温度、例えば、45°〜60℃の間を本質的に下回る。そのような第3のPCRプライマーは、その3’セグメントがその鋳型になお結合することができ、プライマー伸長反応を開始できる。これは、達成することができ、例えば、コントローラーオリゴヌクレオチドに相補的に結合することができる第3のPCRプライマーの3’セグメントが、長さ9〜30ヌクレオチドの間、より良好には12〜20ヌクレオチドの間、特に12〜16ヌクレオチドの間である領域を含む。第3のPCRプライマーの前記3’セグメントは、結合強度は減少し続けるように、コントローラーオリゴヌクレオチドの対応する位置との1つ又は複数の不一致を含み得る。 The third PCR primer usually contains a sequence segment in its 3'segment, which contains a region complementary to the controller oligonucleotide. This allows the third PCR primer to complementarily bind to the controller oligonucleotide. To perform the first amplification, the third PCR primer should not prevent strand substitution by the controller oligonucleotide during the first amplification. For this purpose, the sequence length or sequence composition of the 3'segment of the third PCR primer is adjusted so that it does not essentially bind to the controller oligonucleotide under the reaction conditions of the strand replacement step (eg 65 ° C.). .. This is because, for example, the melting temperature of the complex consisting of the controller oligonucleotide and the 3'segment of the third oligonucleotide primer is essentially below the reaction temperature of the chain replacement step, eg, between 45 ° and 60 ° C. Such a third PCR primer can still bind its 3'segment to its template and initiate a primer extension reaction. This can be achieved, for example, the 3'segment of the third PCR primer, which can complementarily bind to the controller oligonucleotide, is between 9-30 nucleotides in length, better 12-20. Includes regions between nucleotides, especially between 12-16 nucleotides. The 3'segment of the third PCR primer may contain one or more discrepancies with the corresponding position of the controller oligonucleotide such that the binding strength continues to decrease.

第3のPCRプライマーに本質的に相補的であるコントローラーオリゴヌクレオチドの配列セグメントは、コントローラーオリゴヌクレオチドの第4の領域を指す。コントローラーオリゴヌクレオチドの前記第4の領域は、第2の領域及び/又は第3の領域の配列セグメントを含み得る。 The sequence segment of the controller oligonucleotide that is essentially complementary to the third PCR primer points to the fourth region of the controller oligonucleotide. The fourth region of the controller oligonucleotide may include sequence segments of a second region and / or a third region.

コントローラーオリゴヌクレオチドの第4の領域は、9〜30ヌクレオチド、より良くは12〜20ヌクレオチド、特に12〜16ヌクレオチドの間である長さの領域を含む。コントローラーオリゴヌクレオチドの第4の領域は、第3のPCRプライマーの3’セグメントとの1つ以上の不一致を含むことができる。特に、前記第4の領域は、コントローラーオリゴヌクレオチドを鋳型として使用して、第3のPCRプライマーが第1及び/又は第2の増幅系のポリメラーゼによって伸長されることを防ぐヌクレオチド修飾を含む。そのような修飾は、第1のプライマーとコントローラーオリゴヌクレオチドとの組み合わせについて既に記載されている。それらは、例えば、2’−O−アルキル修飾を有する配列セグメントを含み、前記セグメントの長さは6〜30修飾であり得、第3のPCRプライマーの3’末端ヌクレオチドに対するコントローラーオリゴヌクレオチドの相補的ヌクレオチドは、特にそのような修飾自体を含み、さらにそのような修飾を有する少なくとも3つのヌクレオチドが両側に隣接される。これにより、第3及び第4のプライマーのコントローラーオリゴヌクレオチド及び第2の増幅系のポリメラーゼが鋳型として使用されないことを確実にする。 A fourth region of the controller oligonucleotide comprises a region of length between 9-30 nucleotides, better 12-20 nucleotides, particularly 12-16 nucleotides. The fourth region of the controller oligonucleotide can contain one or more discrepancies with the 3'segment of the third PCR primer. In particular, the fourth region comprises a nucleotide modification that uses a controller oligonucleotide as a template to prevent the third PCR primer from being extended by the polymerase of the first and / or second amplification system. Such modifications have already been described for the combination of the first primer and the controller oligonucleotide. They include, for example, a sequence segment with a 2'-O-alkyl modification, the length of which segment can be 6-30 modifications and is complementary to the controller oligonucleotide against the 3'end nucleotide of the third PCR primer. Nucleotides specifically include such modifications themselves, and at least three nucleotides with such modifications are flanked on both sides. This ensures that the controller oligonucleotides of the third and fourth primers and the polymerase of the second amplification system are not used as templates.

規定された長さを有する第1及び第2のプライマー伸長産物の生成は、コントローラーオリゴヌクレオチドを用いた前記2つの産物の分離において役割を果たす。したがって、第1の増幅反応中の鋳型としての第2の増幅系の第3又は第4のプライマーによる(それぞれ第1及び第2のプライマー伸長産物の)3’末端の可能な時期尚早の伸長を防ぐことに有利である。 The production of first and second primer extension products with defined lengths plays a role in the separation of the two products using controller oligonucleotides. Therefore, possible premature extension of the 3'end (of the first and second primer extension products, respectively) by the third or fourth primer of the second amplification system as a template during the first amplification reaction. It is advantageous to prevent it.

鋳型として第4のPCRプライマーを使用する第1のプライマー伸長産物の3’末端の望ましくない過剰な伸長の低減又は防止は、さまざまな方法で実現できる。特定の実施形態では、これは、第4のPCRプライマーが、第1のプライマー伸長産物の3’セグメントに結合する場合に、前記合成された第1のプライマー伸長産物の3’末端ヌクレオチドと完全に一致する相補的結合を形成することができないことによって達成される。これは、第1のプライマー伸長産物の3’末端ヌクレオチドの過剰な伸長を防止又は少なくとも低減するはずである。 Reduction or prevention of unwanted excessive extension of the 3'end of the first primer extension product using the fourth PCR primer as a template can be achieved in a variety of ways. In certain embodiments, this is complete with the 3'terminal nucleotide of the synthesized first primer extension product when the fourth PCR primer binds to the 3'segment of the first primer extension product. Achieved by the inability to form matching complementary bonds. This should prevent or at least reduce the over-extension of the 3'terminal nucleotides of the first primer extension product.

特定の実施形態では、これは、第4のPCRプライマーが、第1のプライマー伸長産物の3’セグメントに結合したときに、前記合成された第1の末端ヌクレオチドの少なくとも1つと完全に一致する相補的結合を形成できないという事実によって達成される。得られる少なくとも1つの不一致の位置は、第1のプライマー伸長産物の末端ヌクレオチドに対して特に−1〜−5の位置にある。 In certain embodiments, this is a complement that perfectly matches at least one of the synthesized first terminal nucleotides when the fourth PCR primer binds to the 3'segment of the first primer extension product. Achieved by the fact that no target can be formed. The resulting at least one discrepancy position is particularly at positions -1 to -5 with respect to the terminal nucleotide of the first primer extension product.

第3のPCRプライマーを鋳型として使用して、第2のプライマー伸長産物の3’末端の望ましくない過剰な伸長を低減又は防止するには、さまざまな方法で達成することができる。特定の実施形態では、これは、第3のPCRプライマーが、第2のオリゴヌクレオチド伸長産物の3’セグメントに結合する場合に、前記合成された第1のプライマー伸長産物の3’末端ヌクレオチドと完全に一致する相補的結合を形成できないという事実によって達成される。これは、第2のプライマー伸長産物の3’末端ヌクレオチドの過剰な伸長を防止又は少なくとも低減するはずである。 Using the third PCR primer as a template, reducing or preventing unwanted over-extension of the 3'end of the second primer extension product can be achieved in a variety of ways. In certain embodiments, this is complete with the 3'terminal nucleotide of the synthesized first primer extension product when the third PCR primer binds to the 3'segment of the second oligonucleotide extension product. Achieved by the fact that complementary bonds that match are not formed. This should prevent or at least reduce the over-extension of the 3'terminal nucleotides of the second primer extension product.

特定の実施形態では、これは、第3のPCRプライマーが、第2のプライマー伸長産物の3’セグメントに結合する場合に、前記合成された第2の末端ヌクレオチドの少なくとも1つと完全に一致する相補的結合を形成することができないことによって達成される。得られる少なくとも1つの不一致の位置は、第2のプライマー伸長産物の末端ヌクレオチドに対して特に−1〜−5の位置にある。 In certain embodiments, this is a complement that perfectly matches at least one of the synthesized second terminal nucleotides when the third PCR primer binds to the 3'segment of the second primer extension product. It is achieved by the inability to form a primer. The resulting at least one discrepancy position is particularly at positions -1 to -5 with respect to the terminal nucleotide of the second primer extension product.

第2の増幅中の第1の増幅系の成分の存在は、次のように考慮される:
1つには、第2の増幅の前にそれらを希釈することにより、第1の増幅系の成分の効果を低減することができる。一方、個々の要素は、第2の増幅中にプライマー伸長の非特異的な鋳型として現れるべきではない。上記の理由により、第1及び第2の増幅系のプライマーは、プライマー二量体の形成を回避するために自己相補的構造の存在について確認されるべきである。
The presence of components of the first amplification system during the second amplification is considered as follows:
For one thing, diluting them before the second amplification can reduce the effects of the components of the first amplification system. On the other hand, the individual elements should not appear as non-specific templates for primer extension during the second amplification. For the above reasons, the primers of the first and second amplification systems should be confirmed for the presence of self-complementary structures to avoid the formation of primer dimers.

特定の実施形態では、第2の増幅は、第1の増幅系のコントローラーオリゴヌクレオチドの存在下で行われる。上記の理由により、コントローラーオリゴヌクレオチドの設計、第2のセットのプライマー及び反応条件は、第2増幅反応がコントローラーオリゴヌクレオチドの存在によって著しく妨害されないように適合されなければならない。 In certain embodiments, the second amplification is performed in the presence of the controller oligonucleotide of the first amplification system. For the above reasons, the controller oligonucleotide design, the second set of primers and reaction conditions must be adapted so that the second amplification reaction is not significantly disturbed by the presence of the controller oligonucleotide.

まず、第2の増幅系のポリメラーゼ及び両方のプライマーのコントローラーオリゴヌクレオチドは、鋳型として使用されるべきではない。これは、第4の領域のコントローラーオリゴヌクレオチドに相補的に結合できる配列セグメントを含むため、第3のオリゴヌクレオチドプライマーにとって特に重要である。第4の領域におけるコントローラーオリゴヌクレオチドの構造は、可能なプライマー伸長を防ぐ修飾を特に含む。例えば、いくつかの2’−O−アルキル修飾は、そのような合成阻害効果を媒介することができる。 First, the polymerase of the second amplification system and the controller oligonucleotides of both primers should not be used as templates. This is of particular importance for the third oligonucleotide primer as it contains a sequence segment that can complementarily bind to the controller oligonucleotide in the fourth region. The structure of the controller oligonucleotide in the fourth region specifically comprises modifications that prevent possible primer extension. For example, some 2'-O-alkyl modifications can mediate such synthetic inhibitory effects.

コントローラーオリゴヌクレオチドは、第2の増幅中に第3のプライマー伸長産物に結合することができ、したがって、第3のプライマー伸長産物と相補鎖を形成することができる。このような二本鎖断片は、特定の状況下で、第3のプライマー伸長産物の5’セグメントをコピーすることを含めて、第4のPCRプライマーから始まるポリメラーゼが完全に相補鎖を合成することを防ぎ得る。したがって、ポリメラーゼ及び反応条件の選択は、コントローラーオリゴヌクレオチドの結合が第4のプライマー伸長産物の合成を防止しないようなものでなければならない。 The controller oligonucleotide can bind to the third primer extension product during the second amplification and thus form a complementary strand with the third primer extension product. Such double-stranded fragments are such that under certain circumstances, the polymerase starting with the fourth PCR primer synthesizes the fully complementary strand, including copying the 5'segment of the third primer extension product. Can be prevented. Therefore, the choice of polymerase and reaction conditions must be such that binding of the controller oligonucleotide does not prevent the synthesis of the fourth primer extension product.

コントローラーオリゴヌクレオチドに相補的に結合することができる第3のプライマー伸長産物のセグメントの長さは、例えば、第3のプライマーの配置によって決定される。特に、第3のプライマーは、コントローラーオリゴヌクレオチドに対して期待される第3のプライマー伸長産物の得られる完全に相補的な部分の長さが特に以下の範囲:約15ヌクレオチド〜約60ヌクレオチド、又は約20ヌクレオチド〜約40ヌクレオチド、特に約20ヌクレオチド〜約30ヌクレオチドにあるように配置される。 The length of the segment of the third primer extension product that can complementarily bind to the controller oligonucleotide is determined, for example, by the placement of the third primer. In particular, the third primer has the length of the fully complementary portion of the third primer extension product expected for the controller oligonucleotide in the following range: about 15 nucleotides to about 60 nucleotides, or It is arranged to be between about 20 nucleotides and about 40 nucleotides, especially about 20 and about 30 nucleotides.

特定の実施形態では、特に、第2の増幅反応において熱安定性ポリメラーゼが選択され、それは鎖置換活性を含み、例えば、ベントエキソマイナスポリメラーゼ又はパイロファージポリメラーゼのような熱安定性ポリメラーゼを使用することができる。これにより、第2の増幅中にコントローラーオリゴヌクレオチドを第3のプライマー伸長産物から分離し、第4のプライマー伸長産物を完全長で合成することを可能にする。 In certain embodiments, the thermostable polymerase is selected, in particular in the second amplification reaction, which comprises chain substitution activity and uses, for example, a thermostable polymerase such as bentexominus polymerase or pyrophage polymerase. Can be done. This allows the controller oligonucleotide to be separated from the third primer extension product during the second amplification and the fourth primer extension product to be synthesized in full length.

特定の実施形態では、特に、ポリメラーゼの5’−3’エキソヌクレアーゼ活性によりコントローラーオリゴヌクレオチドを切断することができるポリメラーゼが第2の増幅反応において選択され、同時プライマー伸長が起こる(上記参照)。少なくとも5’セグメントで5’−3’エキソヌクレアーゼによって切断できるコントローラーオリゴヌクレオチドが使用される。分解により、第3のプライマー伸長産物にハイブリダイズしたコントローラーオリゴヌクレオチドが段階的に短縮され、これは、適切な反応条件下(例えば、約65℃〜75℃の温度)で、この結合を不安定化させ、最終的に第3のプライマー伸長産物への結合の分離を導く。したがって、第4のプライマー伸長産物を完全長で合成することができる。 In certain embodiments, in particular, a polymerase capable of cleaving the controller oligonucleotide by the 5'-3'exonuclease activity of the polymerase is selected in the second amplification reaction, resulting in simultaneous primer extension (see above). Controller oligonucleotides that can be cleaved by 5'-3'exonuclease in at least the 5'segment are used. Degradation incrementally shortens the controller oligonucleotide hybridized to the third primer extension product, which under suitable reaction conditions (eg, temperatures between about 65 ° C and 75 ° C) make this binding unstable. And finally leads to the separation of binding to the third primer extension product. Therefore, the fourth primer extension product can be synthesized in full length.

特定の実施形態において、コントローラーオリゴヌクレオチドの濃度及び第2のプライマーセットの第4のプライマーの濃度は、選択された反応条件下での第3のプライマー伸長産物へのコントローラーオリゴヌクレオチドの結合よりもプライマー結合及びプライマー伸長が速くなるように選択される。例えば、0.01μmol/l〜0.3μmol/lの範囲のコントローラーオリゴヌクレオチドの濃度が使用される。同時に、約0.5μmol/L〜2μmol/Lの範囲である第4のオリゴヌクレオチドプライマーの濃度が使用される。特に、高度な処理能力を備えたポリメラーゼ(例えば、Phusionポリメラーゼ)は、第2の増幅反応で使用される。プライマーの結合とその伸長は、プライマー伸長反応が速度論的な利点を有するように、通常、コントローラーのオリゴヌクレオチドの結合よりも速い。 In certain embodiments, the concentration of the controller oligonucleotide and the concentration of the fourth primer in the second primer set are more primers than the binding of the controller oligonucleotide to the third primer extension product under selected reaction conditions. It is selected for faster binding and primer extension. For example, concentrations of controller oligonucleotides in the range 0.01 μmol / l to 0.3 μmol / l are used. At the same time, the concentration of the fourth oligonucleotide primer in the range of about 0.5 μmol / L to 2 μmol / L is used. In particular, a polymerase having a high processing capacity (for example, Performance polymerase) is used in the second amplification reaction. Primer binding and its extension are usually faster than controller oligonucleotide binding so that the primer extension reaction has kinetic advantages.

特定の実施形態では、プライマー伸長反応は、第2の増幅反応において2つ以上の温度で行われる。最初は、一般的に低い温度であり、例えば45℃〜65℃の範囲であり、第3のプライマー伸長産物の3’セグメントにおいて第4のプライマーとその相補セグメントへの相補的結合、及びポリメラーゼによる最初の伸長が起こる。これは、第2の範囲の温度、例えば、約70℃〜約80℃の値まで上昇させた後、部分的に伸長された第3のプライマー伸長産物がポリメラーゼによって伸長されるように、第3のプライマー伸長産物と十分に安定である部分的に伸長されたプライマー伸長産物を生成する。前記温度で、コントローラーオリゴヌクレオチドは、第3のプライマー伸長産物との結合から自然に解離することができ、その結果、ポリメラーゼは、第3のプライマー伸長産物の5’セグメントを含んでポリメラーゼによってコピーされるまで、第4のプライマー伸長産物の合成を続けることができる。特に、高度な処理能力を持つポリメラーゼ(例えば、phusionポリメラーゼ)は、第2の増幅反応で使用される。 In certain embodiments, the primer extension reaction is carried out at two or more temperatures in the second amplification reaction. Initially, the temperature is generally low, for example in the range of 45 ° C to 65 ° C, with complementary binding to the fourth primer and its complementary segment in the 3'segment of the third primer extension, and by the polymerase. The first elongation occurs. This is a third such that after raising the temperature in the second range, for example, from about 70 ° C to about 80 ° C, the partially extended third primer extension product is extended by the polymerase. To produce a partially extended primer extension product that is sufficiently stable with the primer extension product of. At said temperature, the controller oligonucleotide can spontaneously dissociate from binding to the third primer extension product, so that the polymerase contains the 5'segment of the third primer extension product and is copied by the polymerase. Until then, the synthesis of the fourth primer extension product can be continued. In particular, a polymerase having a high processing capacity (for example, fusion polymerase) is used in the second amplification reaction.

「均一な形態」において反応混合物の組成を用いて機能する方法は、例えば、「マイクロ又はナノ液滴反応」など、第1の反応バッチの分割が実用的又は技術的に非常に複雑でない場合に特に適する(デジタルPCRとも呼ばれる)。 The method of working with the composition of the reaction mixture in "homogeneous form" is when the division of the first reaction batch is not very complicated practically or technically, for example, "micro or nanodrop reaction". Especially suitable (also called digital PCR).

さらなる要素、例えば、形成された産物の特異的結合に適し、及び/又は固定化プライマーとしても生じるオリゴヌクレオチドを含む固相が増幅のために加えることもでき、その結果、固相PCRが実行され得、プライマー伸長産物は固相に固定化される。特定のオリゴヌクレオチドを含む固相との接触は、第1の増幅の前、間又は後に行うことができる。 A solid phase containing an oligonucleotide that is suitable for specific binding of the formed product, eg, and / or also occurs as an immobilization primer, can be added for amplification, resulting in solid phase PCR being performed. The obtained primer extension product is immobilized on a solid phase. Contact with the solid phase containing the particular oligonucleotide can be made before, during or after the first amplification.

第1の増幅反応の開始前に、反応バッチを多数の反応容量に分割でき(パーティション)、その結果、反応バッチの増幅は同時に約100又は1000以上の等容量のパーティションに分割される。前記パーティションは、液滴の形態で(例えば、エマルションとして)行うことができる。増幅の実行は、前記多数の液滴において(例えば、デジタルPCRとして)並行して行うことができる。 Prior to the initiation of the first amplification reaction, the reaction batch can be divided into multiple reaction volumes (partitions) so that the amplification of the reaction batch is simultaneously divided into about 100 or 1000 or more equal volume partitions. The partition can be done in the form of droplets (eg, as an emulsion). Amplification can be performed in parallel on the large number of droplets (eg, as digital PCR).

増幅反応の順序(第1の配列特異的増幅、その後にのみ行われるPCR)が重要な役割を果たす:コントローラーオリゴヌクレオチドを使用した配列特異的増幅(第1の増幅)は、特にPCR増幅の前に行われる。これは、第1の増幅の前に、標的配列のPCRに基づく変形及び副反応を回避することを目的としている。上記の理由により、PCRに基づく増幅は第2のステップとしてのみ行われる。 The sequence of amplification reactions (first sequence-specific amplification followed by PCR only) plays an important role: sequence-specific amplification using controller oligonucleotides (first amplification) is particularly pre-PCR amplification. Is done in. This is intended to avoid PCR-based deformations and side reactions of the target sequence prior to the first amplification. For the above reasons, PCR-based amplification is performed only as a second step.

したがって、特定の実施形態では、PCR又は任意の他の増幅方法によって生成されたDNA断片は、第1の増幅反応の開始核酸鎖として使用されない。 Therefore, in certain embodiments, the DNA fragment produced by PCR or any other amplification method is not used as the starting nucleic acid strand of the first amplification reaction.

以下では、第1の増幅方法(第1の部分増幅)及び第1の増幅系の必要な成分が概略的に説明され、続いて第2の増幅方法(第2の部分増幅)及び第2の増幅系の成分の説明が続く。次に、第1及び第2の増幅方法の組み合わせが説明され、有利な実施形態が提示される。第1の増幅の後に、第2の増幅手順(PCRとも呼ばれる)が続く。 In the following, the necessary components of the first amplification method (first partial amplification) and the first amplification system will be schematically described, followed by the second amplification method (second partial amplification) and the second. The explanation of the components of the amplification system follows. Next, a combination of the first and second amplification methods will be described and advantageous embodiments will be presented. The first amplification is followed by a second amplification procedure (also called PCR).

特に、第1の増幅は指数関数的増幅として実行され、両方のプライマーの新たに合成された産物(プライマー伸長産物)が、さらなる合成ステップの鋳型として使用される。したがって、プライマー配列は、相補的プライマー結合部位が形成されるように少なくとも部分的にコピーされ、それらは、合成の直後に二本鎖の配列セグメントとして存在する。第1の増幅方法では、両方の鎖の合成ステップと、新しく合成された配列セグメントの二本鎖開口ステップが交互に実行される。合成後の十分な二本鎖分離は、さらなる合成のための重要な前提条件である。全体として、このような合成と二本鎖の分離ステップとを交互に行うことは、指数関数的な増幅を導き得る。 In particular, the first amplification is performed as an exponential amplification and the newly synthesized product of both primers (primer extension product) is used as a template for further synthesis steps. Therefore, the primer sequences are at least partially copied to form complementary primer binding sites, which are present as double-stranded sequence segments immediately after synthesis. In the first amplification method, the synthesis step of both strands and the double-strand opening step of the newly synthesized sequence segment are performed alternately. Sufficient double-strand separation after synthesis is an important prerequisite for further synthesis. Overall, alternating such synthesis and double-stranded separation steps can lead to exponential amplification.

本発明による第1の増幅方法では、増幅(標的配列を含む核酸鎖の増幅)の主産物の二本鎖開口には、とりわけ、コントローラーオリゴヌクレオチドと呼ばれるオリゴヌクレオチドによる。コントローラーオリゴヌクレオチドは、特に、標的配列に対応する配列セグメントを含む。 In the first amplification method according to the present invention, the double-stranded opening of the main product of amplification (amplification of the nucleic acid chain containing the target sequence) is, in particular, by an oligonucleotide called a controller oligonucleotide. The controller oligonucleotide specifically comprises a sequence segment corresponding to the target sequence.

詳細には、本発明による鎖の分離は、両方の特異的なプライマー伸長産物からなる新しく合成された二本鎖を配列依存性核酸媒介鎖分離によって特に分離するそれぞれの所定の配列を有するコントローラーオリゴヌクレオチドを使用することによって達成される。プライマー伸長産物の得られた一本鎖セグメントは、増幅される核酸鎖の指数関数的増幅が達成されるように、標的配列、並びにさらなるオリゴヌクレオチドプライマーの結合部位として機能し得る対応するプライマー結合部位を含む。本質的には、プライマー伸長反応及び鎖置換反応は、同時に起こることが好ましい。増幅は特に、両方の特定の合成されたプライマー伸長産物の自然分離を可能にしない反応条件下で行われる。 In particular, strand separation according to the invention is a controller oligo having a respective predetermined sequence that specifically separates newly synthesized duplexes consisting of both specific primer extension products by sequence-dependent nucleic acid mediated strand separation. Achieved by using nucleotides. The resulting single-stranded segment of the primer extension product can serve as the target sequence, as well as the binding site for additional oligonucleotide primers, such that exponential amplification of the amplified nucleic acid chain is achieved. including. In essence, the primer extension reaction and the chain substitution reaction preferably occur at the same time. Amplification is particularly carried out under reaction conditions that do not allow the natural separation of both specific synthesized primer extension products.

標的配列含有核酸鎖の特定の指数関数的第1の増幅は、核酸鎖の増殖の必須の前提条件として、合成ステップ及び二本鎖開口ステップ(プライマー結合部位の活性化ステップ)の繰り返しを含む。 The particular exponential first amplification of the target sequence-containing nucleic acid strand comprises repeating the synthesis step and the double-strand opening step (primer binding site activation step) as essential prerequisites for the growth of the nucleic acid strand.

合成された二本鎖の開口は、コントローラーオリゴヌクレオチドによって配列特異的に影響を受ける反応ステップとして実行される。前記開口は、両方の相補的プライマー伸長産物の解離まで完全に行うことができ、又は部分的に行うこともできる。 The synthesized double-stranded opening is performed as a reaction step that is sequence-specifically affected by the controller oligonucleotide. The opening can be done completely or partially up to the dissociation of both complementary primer extension products.

本発明によれば、コントローラーオリゴヌクレオチドは、標的配列と相互作用することができる配列セグメントと、それぞれ前記相互作用を引き起こす、許容する、又は良好にするさらなる配列セグメントとを含む。コントローラーオリゴヌクレオチドとの相互作用の過程で、合成されたプライマー伸長産物の二本鎖部位は、配列特異的な鎖置換によって一本鎖の形態に変換される。前記プロセスは、配列依存性である:合成された二本鎖の配列が、コントローラーオリゴヌクレオチドの対応する配列と一定量の相補性を有する場合のみ、十分な二本鎖開口が生じ、その結果、合成を続けるために不可欠な配列セグメントは、例えばプライマー結合部位は、「活性状態」に対応する一本鎖型に変換される。したがって、コントローラーオリゴヌクレオチドは、さらなる合成ステップのために、標的配列を含む新しく合成されたプライマー伸長産物を特異的に「活性化」する。 According to the present invention, the controller oligonucleotide includes a sequence segment capable of interacting with the target sequence and additional sequence segments that induce, tolerate, or improve the interaction, respectively. In the process of interaction with the controller oligonucleotide, the double-stranded site of the synthesized primer extension product is converted to a single-stranded form by sequence-specific strand substitution. The process is sequence-dependent: sufficient double-stranded openings occur only if the synthesized double-stranded sequence has a certain amount of complementarity with the corresponding sequence of controller oligonucleotides, resulting in sufficient double-stranded openings. Sequence segments essential for continued synthesis, such as the primer binding site, are converted to a single-stranded form corresponding to the "active state". Therefore, the controller oligonucleotide specifically "activates" the newly synthesized primer extension product containing the target sequence for further synthetic steps.

対照的に、標的配列を含まない配列セグメントは、一本鎖状態に変換されず、二本鎖のままであり、これは「不活性」状態に対応する。そのような二本鎖の可能なプライマー結合部位は、新しいプライマーとの相互作用が不利である、又は完全に妨げられ、その結果、そのような「非活性化」鎖でのさらなる合成ステップは一般に起こらない。合成ステップ後の合成された核酸鎖の活性化(すなわち、一本鎖状態への変換)の前記欠如又は減少は、その後の合成ステップにおいて、減少した量のプライマーのみが成功してプライマー伸長反応に参加できるという事実をもたらす。 In contrast, sequence segments that do not contain the target sequence are not converted to the single-stranded state and remain double-stranded, which corresponds to the "inactive" state. Possible primer binding sites for such double strands are disadvantageous or completely impeded in interaction with the new primer, and as a result, further synthetic steps on such "inactivated" strands are generally It doesn't happen. The lack or reduction of activation (ie, conversion to a single-stranded state) of the synthesized nucleic acid strand after the synthesis step results in a successful primer extension reaction with only the reduced amount of primers in the subsequent synthesis step. Brings the fact that you can participate.

主産物(標的配列を含む増幅される核酸鎖)の指数関数的な第1の増幅により、いくつかの合成ステップと活性化ステップ(2本鎖開裂ステップ)が1つの増幅方法で組み合わされ、それぞれ目的の量の特定の核酸鎖が提供されるまで、実行又は繰り返される。 The first exponential amplification of the main product (amplified nucleic acid strand containing the target sequence) combines several synthesis steps and activation steps (double strand cleavage steps) in one amplification method, respectively. It is performed or repeated until the desired amount of a particular nucleic acid chain is provided.

第1の増幅方法の過程における反応条件(例えば、温度)は、コントローラーオリゴヌクレオチドの非存在下での相補的プライマー伸長産物の自発的分離が起こりそうにない、又は著しく減速されるように設計される。 The reaction conditions (eg, temperature) in the process of the first amplification method are designed so that spontaneous separation of complementary primer extension products in the absence of the controller oligonucleotide is unlikely or significantly slowed down. To.

したがって、増幅の特異性の増加は、標的配列を含む相補的プライマー伸長産物の分離の配列依存性に起因する:コントローラーオリゴヌクレオチドは、その配列セグメントのプライマー伸長産物の所定の配列セグメントとの一致の結果として、前記二本鎖分離を可能にする、又は有利に働く。前記一致は、コントローラーオリゴヌクレオチドによって各合成サイクル後に検証される。指数関数的増幅は、コントローラーオリゴヌクレオチドによる合成プロセス及び配列特異的鎖置換からの良好な反復の結果をもたらし、すなわち、新たに合成されたプライマー伸長産物の「活性化」(対応するプライマー結合部位の一本鎖形態をもたらす二本鎖開口/二本鎖分離/鎖置換プロセス)をもたらす。 Therefore, the increased specificity of amplification is due to the sequence dependence of the separation of the complementary primer extension product containing the target sequence: the controller oligonucleotide is consistent with a given sequence segment of the primer extension product of that sequence segment. As a result, the double-stranded separation is possible or advantageous. The match is verified after each synthesis cycle by the controller oligonucleotide. Exponential amplification results in good iterations from the synthetic process by controller oligonucleotides and sequence-specific strand substitutions, i.e., "activation" of the newly synthesized primer extension products (corresponding primer binding sites). It results in a double-strand opening / double-strand separation / strand replacement process) that results in a single-stranded form.

したがって、事前所定のコントローラーオリゴヌクレオチドを使用することで、指数関数的な増幅中に個々の合成ステップ間でプライマー伸長産物の内容の配列依存的検証を可能にし、後続の合成ステップで配列の選択又は選別を得ることができる。ここでは、コントローラーオリゴヌクレオチドとの相互作用が成功した結果としての新たに合成された特異的なプライマー伸長産物の「活性」な一本鎖状態と、コントローラーオリゴヌクレオチドとの相互作用の欠陥及び/又は不十分及び/又は減少及び/又は減速の結果としての新しく合成された非特異的なプライマー伸長産物の「不活性」な二本鎖状態とを区別することが可能となる。 Therefore, the use of pre-determined controller oligonucleotides allows sequence-dependent validation of the content of primer extension products between individual synthetic steps during exponential amplification, and sequence selection or sequence selection in subsequent synthetic steps. Sorting can be obtained. Here, the "active" single-stranded state of the newly synthesized specific primer extension product as a result of successful interaction with the controller oligonucleotide and the defective interaction with the controller oligonucleotide and / or It is possible to distinguish the "inactive" double-stranded state of the newly synthesized non-specific primer extension products as a result of inadequacy and / or reduction and / or deceleration.

指数関数的な増幅には、次のような効果をもたらす。
非変性の条件下では、特異的に合成された鎖の分離は、コントローラーオリゴヌクレオチドの協調により行われる。
Exponential amplification has the following effects.
Under non-denaturing conditions, the separation of specifically synthesized strands is carried out by the coordination of controller oligonucleotides.

標的配列含有核酸鎖の指数関数的増幅は、配列制御される(主反応)。前記配列制御は、各合成ステップの後に行われ、プライマー間に存在しかつ標的配列を含む配列セグメントを含む。成功した各合成ステップ後の合成結果の確認は、さらなる特異的な合成ステップの前提条件である、両方の特異的なプライマー伸長産物の分離が起こることである。 Exponential amplification of the target sequence-containing nucleic acid strand is sequence-controlled (main reaction). The sequence control is performed after each synthesis step and includes a sequence segment that exists between the primers and contains the target sequence. Confirmation of the synthesis results after each successful synthesis step is the precondition of a further specific synthesis step, the separation of both specific primer extension products.

第1の増幅中、非特異的プライマー伸長産物の最初の生成は本質的に除外できない(副産物)。鋳型依存性のため、このような非特異的プライマー伸長産物は一般に、合成直後に二本鎖の形態で存在する。しかしながら、コントローラーオリゴヌクレオチドとの相互作用は完全に失敗する、又は制限されることのいずれかであり、結果として、主反応にわたって、鎖の分離はない、又は鎖の分離は減速される。したがって、1つの合成サイクルから次の合成サイクルへの誤った配列情報の移送はない。 During the first amplification, the initial production of non-specific primer extension products cannot be ruled out essentially (by-product). Due to template dependence, such non-specific primer extension products are generally present in double-stranded form immediately after synthesis. However, the interaction with the controller oligonucleotide is either completely unsuccessful or restricted, resulting in no chain separation or slowed chain separation over the main reaction. Therefore, there is no erroneous transfer of sequence information from one synthesis cycle to the next.

したがって、反応条件の選択及びコントローラーオリゴヌクレオチドの設計により、増幅方法中の単一の合成ステップの間の正しい核酸鎖鋳型の再生の効率に特異的に影響を与えることが可能である。一般に、合成された産物の分離及び1つの合成ステップから次のステップへの正しい鋳型の再生がより成功するほど、コントローラーオリゴヌクレオチドの所与の配列と合成された配列との間の一致の度合いが高くなる。一方、副産物の配列の相違により、鋳型鎖の再生が不十分になり、したがって、合成の開始が遅延し、後続の各サイクルでの収率が低下することになる。副産物の指数関数的増幅の全体は、よりゆっくりと進行する、又はまったく発生しない、及び/又は検出不能なレベルのままのいずれかである。 Therefore, the choice of reaction conditions and the design of the controller oligonucleotide can specifically affect the efficiency of regeneration of the correct nucleic acid strand template during a single synthetic step in the amplification method. In general, the more successful the separation of the synthesized product and the regeneration of the correct template from one synthesis step to the next, the degree of agreement between a given sequence of controller oligonucleotides and the synthesized sequence. It gets higher. On the other hand, the difference in the sequence of the by-products results in inadequate regeneration of the template chain, thus delaying the initiation of synthesis and reducing the yield in each subsequent cycle. The overall exponential amplification of the by-products either progresses more slowly, does not occur at all, and / or remains at undetectable levels.

したがって、この方法は、リアルタイムで、すなわち反応を停止することなく、合成された配列の検証を可能にし、したがって、アッセイのすべての成分が反応の始めに反応混合物中にすでに存在する均一なアッセイの発展に可能性を示す。 Therefore, this method allows verification of the synthesized sequence in real time, ie without stopping the reaction, and thus all components of the assay are already present in the reaction mixture at the beginning of the reaction. Show potential for development.

第1の部分増幅の結果として、十分な量の高度に特異的な増幅断片が提供され、これは、第2の部分増幅(PCR)の鋳型として機能する。 As a result of the first partial amplification, a sufficient amount of highly specific amplification fragments are provided, which serve as a template for the second partial amplification (PCR).

十分な反応時間又はサイクル数の後、次いで第1の増幅方法を終了する、又は反応条件を変更して、その結果、第2の増幅方法(PCR)を開始できる。第2の増幅方法では、第1の増幅方法で生成された核酸鎖及び少なくとも1つのさらなるPCR特異的成分(例えば、オリゴヌクレオチドプライマー及び/又はPCRポリメラーゼ)を使用して標的配列が増幅される。特定の核酸鎖の数は、第2の増幅の開始時にすでに十分に多いため、PCRプロセスでは、目的の総量の産物が得られるまでの必要なサイクルが少なくなる。これにより、全体的にエラーの少ないPCR産物が生成される。 After a sufficient reaction time or number of cycles, the first amplification method can then be terminated or the reaction conditions can be modified to initiate the second amplification method (PCR). In the second amplification method, the target sequence is amplified using the nucleic acid strand produced by the first amplification method and at least one additional PCR-specific component (eg, oligonucleotide primer and / or PCR polymerase). The number of specific nucleic acid chains is already high enough at the beginning of the second amplification, so that the PCR process requires fewer cycles to obtain the desired total amount of product. This produces a PCR product with less error overall.

増幅の開始時の非常に特異的な第1の増幅方法及びその後のみのPCRを順次切り替えることにより、生成されたPCR産物の全体的な特異性は、開始からPCR条件下で機能する従来のPCR方法と比較して改善することができる。 By sequentially switching between the highly specific first amplification method at the start of amplification and the PCR only thereafter, the overall specificity of the PCR product produced is conventional PCR that works under PCR conditions from the start. Can be improved compared to the method.

特に、両方の増幅方法の成分は、増幅手順の開始時にすでに利用可能である。 In particular, the components of both amplification methods are already available at the beginning of the amplification procedure.

特定の実施形態では、第1の増幅系の成分は、第2の増幅系(PCR)の成分とは異なる。 In certain embodiments, the components of the first amplification system are different from the components of the second amplification system (PCR).

特定の実施形態において、第1の増幅系の成分は、第2の増幅系の成分とは異なり、(第2の増幅系の)PCR成分は、第1の増幅方法の反応条件下で、少なくとも部分的に非活性形態(例えば、ホットスタートポリメラーゼとして)である。したがって、第1の増幅から第2の増幅への変化は、PCR成分(例えば、ポリメラーゼ)の追加の活性化ステップを必要とする。 In certain embodiments, the components of the first amplification system are different from the components of the second amplification system, and the PCR components (of the second amplification system) are at least under the reaction conditions of the first amplification method. Partially inactive form (eg, as a hot start polymerase). Therefore, the change from the first amplification to the second amplification requires an additional activation step of the PCR component (eg, polymerase).

特定の実施形態では、第1の増幅系のポリメラーゼは、第1の増幅の完了後に不活性化され、その結果、異なるポリメラーゼが第2の増幅(PCR)に使用される。 In certain embodiments, the polymerase of the first amplification system is inactivated after the completion of the first amplification, so that a different polymerase is used for the second amplification (PCR).

特定の実施形態において、第1の増幅系の成分はまた、第2の増幅系によって部分的に使用され、第1の増幅系の一部ではない、少なくとも1つのさらなるPCR特異的成分(例えば、さらなるオリゴヌクレオチドプライマー又はポリメラーゼ)が使用される。 In certain embodiments, the components of the first amplification system are also partially used by the second amplification system and are not part of the first amplification system, at least one additional PCR-specific component (eg, eg). Additional oligonucleotide primers or polymerases) are used.

本発明は、両方の増幅方法を実施するために有利である、両方の方法のいくつかの実施形態、オリゴヌクレオチドプライマーの配置を記載する。標的配列を含む核酸鎖上の第1及び第2の増幅系の個々の要素の適切な配置によって、より高い全体的な特異性を有する均一なアッセイを組み立てることができる。 The present invention describes some embodiments of both methods, the arrangement of oligonucleotide primers, which are advantageous for carrying out both amplification methods. Appropriate placement of individual elements of the first and second amplification systems on the nucleic acid strand containing the target sequence can construct a uniform assay with higher overall specificity.

用語と定義
特に明記しない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語及び科学用語は、平均的な専門家によって一般的に理解されているのと同じ意味を有する。分子生物学的又は生化学的方法には標準的な手法が使用される(Sambrookら、Molecular Cloning:A Laboratory Manual、第2版(1989)Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor,N.Y、及びAusubelら、Short Protocols in Molecular Biology (1999)第4版、John Wiley & Sons, Inc.)
Terms and Definitions Unless otherwise stated, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by the average expert. Standard methods are used for molecular biology or biochemical methods (Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd Edition (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N. et al. And Ausube et al., Short Protocols in Molecular Biology (1999), 4th Edition, John Wiley & Sons, Inc.)

説明に示される配列及び配列表に示される配列が互いに異なる場合、疑わしいときは本説明に示されている配列が適用される。 If the sequences shown in the description and the sequences shown in the sequence listing are different from each other, the sequences shown in this description apply in case of doubt.

本発明の文脈において、使用される用語は以下の意味を有する:
プライマー、コントローラーオリゴヌクレオチド、プローブ、増幅される核酸鎖に関して本明細書で使用される「オリゴヌクレオチド」という用語は、2つ以上、好ましくは3つを超えるデオキシリボヌクレオチド及び/又はリボヌクレオチド及び/又はヌクレオチド修飾及び/又は非ヌクレオチド修飾を含む分子として定義される。その長さは、例えば、3〜300ヌクレオチドユニット又はそのアナログの間の領域、特に5〜200ヌクレオチドユニット又はそのアナログの間の領域を含む。その正確なサイズは、オリゴヌクレオチドの最終的な機能又は使用に依存するいくつかの要因に依存する。
In the context of the present invention, the terms used have the following meanings:
As used herein with respect to primers, controller oligonucleotides, probes, and amplified nucleic acid chains, the term "oligonucleotide" refers to two or more, preferably more than three deoxyribonucleotides and / or ribonucleotides and / or nucleotides. Defined as a molecule containing modified and / or non-nucleotide modifications. Its length includes, for example, a region between 3 and 300 nucleotide units or analogs thereof, in particular a region between 5 to 200 nucleotide units or analogs thereof. Its exact size depends on several factors that depend on the ultimate function or use of the oligonucleotide.

本明細書で使用される「プライマー」という用語は、オリゴヌクレオチドに関し、それが天然に生じるかどうか、例えば、精製された制限切断、又は合成的に生成されるかどうかに関係がない。プライマーは、核酸鎖に相補的なプライマー伸長産物の合成が誘導される条件下で、すなわちヌクレオチド及び誘導剤、例えば、適切な温度及び適切なpH値でのDNAポリメラーゼなどの存在下で使用される場合、合成の開始点として機能することができる。好ましくは、プライマーは、増幅における最大の効力のために一本鎖である。プライマーは、誘導剤の存在下で伸長産物の合成を開始するために十分に長い必要がある。プライマーの正確な長さは、反応温度、プライマー源、方法の適用など、いくつかの要因に依存する。例えば、診断適用におけるオリゴヌクレオチドプライマーの長さは、標的配列の複雑さに応じて、5〜100ヌクレオチド、好ましくは6〜40ヌクレオチド、特に好ましくは7〜30ヌクレオチドの間である。短いプライマー分子は一般に、鋳型と十分に安定な複合体を形成するためのプライマー機能を実行するためにより低い反応温度が必要であり、又は形成されるプライマー鋳型複合体を十分に長くできるように、DNAポリメラーゼなどの他の反応成分の濃度をより高くする必要がある。 As used herein, the term "primer" does not relate to an oligonucleotide whether it is naturally occurring, eg, purified restricted cleavage, or synthetically produced. Primers are used under conditions that induce the synthesis of primer extension products that are complementary to the nucleic acid strand, i.e. in the presence of nucleotides and inducers, such as DNA polymerase at the appropriate temperature and pH value. If so, it can serve as a starting point for synthesis. Preferably, the primer is single strand for maximum potency in amplification. The primer needs to be long enough to initiate the synthesis of the extension product in the presence of the inducer. The exact length of the primer depends on several factors, such as reaction temperature, primer source, and application of the method. For example, the length of the oligonucleotide primer in a diagnostic application is between 5-100 nucleotides, preferably 6-40 nucleotides, particularly preferably 7-30 nucleotides, depending on the complexity of the target sequence. Short primer molecules generally require a lower reaction temperature to perform the primer function to form a sufficiently stable complex with the template, or allow the formed primer template complex to be sufficiently long. It is necessary to increase the concentration of other reaction components such as DNA polymerase.

ここで使用されるプライマーは、増幅される各特異的配列のさまざまな鎖に「本質的に」相補的であるように選択される。これは、プライマーがそれぞれの鎖とハイブリダイズし、プライマー伸長反応を開始するのに十分に相補的である必要があることを意味する。したがって、例えば、プライマー配列は、標的配列の正確な配列を反映する必要はない。例えば、非相補的なヌクレオチド断片をプライマーの5’末端に結合させることができ、残りのプライマー配列は鎖に相補的である。別の実施形態では、単一の非相補的塩基又はより長い非相補的配列をプライマーに挿入することができ、ただし、プライマー配列が、それとハイブリダイズするために、増幅される鎖の配列と十分に大きな相補性を有する場合、伸長産物の合成が可能なプライマー鋳型複合体を生成する。 The primers used herein are selected to be "essentially" complementary to the various strands of each specific sequence to be amplified. This means that the primers need to be sufficiently complementary to hybridize with their respective strands and initiate the primer extension reaction. Thus, for example, the primer sequence need not reflect the exact sequence of the target sequence. For example, a non-complementary nucleotide fragment can be attached to the 5'end of the primer and the remaining primer sequence is complementary to the strand. In another embodiment, a single non-complementary base or a longer non-complementary sequence can be inserted into the primer, provided that the primer sequence is sufficient with the sequence of the amplified strand to hybridize with it. If it has great complementarity to, it produces a primer template complex capable of synthesizing the extension product.

鋳型に相補的な鎖の酵素的合成の過程で、鋳型鎖に完全に相補的であるプライマー伸長産物が生成される。 During the enzymatic synthesis of the template-complementary strand, a primer extension product that is completely complementary to the template strand is produced.

Tm−融解温度
相補的又は部分的に相補的な二本鎖の融解温度は、一般に、鎖の約半分が二本鎖として存在し、残りの半分は一本鎖として存在する反応温度の測定値であると理解されている。この系(鎖の結合及び解離)は平衡状態である。
Tm-Melting Temperature Complementary or partially complementary double-stranded melting temperatures are generally measurements of reaction temperatures in which approximately half of the strands are present as double strands and the other half are present as single strands. Is understood to be. This system (chain binding and dissociation) is in equilibrium.

二本鎖のTmに影響を与える可能性のあるいくつかの要因(例えば、配列の長さ、配列のCGレベル、緩衝液条件、2価金属カチオンの濃度など)により、増幅される核酸のTmは目的の増幅反応と同じ条件下で測定される。 Tm of nucleic acid amplified by several factors that can affect double-stranded Tm (eg, sequence length, sequence CG level, buffer conditions, divalent metal cation concentration, etc.) Is measured under the same conditions as the desired amplification reaction.

測定可能な融解温度は、複数の反応パラメーター、例えば、それぞれの緩衝液条件及び反応相手のそれぞれの濃度に依存するため、融解温度は、指数関数的増幅と同じ反応緩衝液において、二本鎖の両方の相補的成分の濃度が、約0.1μmol/l〜約10μmol/l、好ましくは約0.3μmol/〜約3μmol/lの濃度、好ましくは約1μmol/lの濃度で測定された値であることが意図される。融解温度の各値は、対応する二本鎖の安定性に相関するガイド値である。 Since the measurable melting temperature depends on multiple reaction parameters, such as the respective buffer conditions and the respective concentration of the reaction partner, the melting temperature is double-stranded in the same reaction buffer as exponential amplification. Concentrations of both complementary components measured at a concentration of about 0.1 μmol / l to about 10 μmol / l, preferably about 0.3 μmol / to about 3 μmol / l, preferably about 1 μmol / l. It is intended to be. Each value of melting temperature is a guide value that correlates with the stability of the corresponding double strand.

デオキシリボヌクレオシド三リン酸塩
デオキシリボヌクレオシド三リン酸塩(dNTP)dATP、dCTP、dGTP、及びTTP(又はdUTP、又はdUTP/TTP混合物)が適切な量で合成混合物に添加される。特定の実施形態では、dNTPに加えて、少なくとも1つのさらなる種類のdNTP類似体を合成混合物に加えることができる。特定の実施形態では、前記dNTP類似体は、例えば、核酸鎖に組み込むことができる特徴的な標識(例えば、ビオチン又は蛍光色素)を含む。別の実施形態では、前記dNTP類似体は、ヌクレオチドの糖リン酸比率の少なくとも1つの修飾、例えば、アルファ−ホスホロチオエート−2’−デオキシリボヌクレオシド三リン酸(又は核酸鎖にヌクレアーゼ耐性を付与する他の修飾)、2’,3’−ジデオキシ−リボヌクレオシド三リン酸、アシクロ−ヌクレオシド三リン酸(又は合成の停止をもたらす他の修飾)を含む。特定の実施形態では、前記dNTP類似体は、核酸塩基の少なくとも1つの修飾、例えば、イソシトシン、イソグアノシン(又は伸長遺伝的アルファベットの核酸塩基の他の修飾も含む)、2−アミノアデノシン、2−チオウリジンを含む。イノシン、7−デアザ−アデノシン、7−デアザ−グアノシン、5−me−シトシン、5−プロピル−ウリジン、5−プロピル−シトシン(又は、天然の核酸塩基と比較して、ポリメラーゼによって組み込むことができる核酸塩基の他の修飾もまた含み、鎖の安定性に変化をもたらす)を含む。特定の実施形態では、dNTP類似体は、核酸塩基の修飾及び糖リン酸比率の修飾の両方を含む。特定の実施形態では、少なくとも1つのさらなる種類のdNTP類似体が、少なくとも1つの天然のdNTP基質の代わりに合成混合物に添加される。
Deoxyribonucleoside triphosphate Deoxyribonucleoside triphosphate (dNTP) dATP, dCTP, dGTP, and TTP (or dUTP, or dUTP / TTP mixture) are added to the synthetic mixture in appropriate amounts. In certain embodiments, in addition to dNTPs, at least one additional type of dNTP analog can be added to the synthetic mixture. In certain embodiments, the dNTP analog comprises, for example, a characteristic label that can be incorporated into a nucleic acid chain (eg, biotin or a fluorescent dye). In another embodiment, the dNTP analog confers at least one modification of the sugar phosphate ratio of the nucleotide, eg, alpha-phosphorothioate-2'-deoxyribonucleoside triphosphate (or other nucleic acid chain nuclease resistance). Modifications), including 2', 3'-dideoxy-ribonucleoside triphosphates, acyclo-nucleoside triphosphates (or other modifications that result in cessation of synthesis). In certain embodiments, the dNTP analog comprises at least one modification of the nucleobase, such as isocytosine, isoguanosine (or other modifications of the nucleobase of the extended genetic alphabet), 2-aminoadenosine, 2-. Contains thiouridine. Inosine, 7-deraza-adenosine, 7-deraza-guanosine, 5-me-cytosine, 5-propyl-uridine, 5-propyl-cytosine (or nucleic acids that can be incorporated by the polymerase as compared to the naturally occurring nucleobases. It also includes other modifications of the base, resulting in changes in chain stability). In certain embodiments, the dNTP analog comprises both nucleobase modification and sugar phosphate ratio modification. In certain embodiments, at least one additional type of dNTP analog is added to the synthetic mixture in place of at least one natural dNTP substrate.

核酸合成誘導剤は、結果としてプライマー伸長産物の合成が引き起こされるように作用する酵素又は系であり得る。 Nucleic acid synthesis inducers can be enzymes or systems that act to result in the synthesis of primer extension products.

前記目的のための第1の増幅に適した酵素は、例えば、DNAポリメラーゼ、例えばBstポリメラーゼ及びその修飾体、Ventポリメラーゼ、及び特に正しい様式でのヌクレオチドの組み込みを可能にする熱安定性DNAポリメラーゼを含むが、これらに限定されなく、合成された各核酸鎖に相補的であるプライマー伸長産物が形成される。通常、合成は各プライマーの3’末端で開始され、次いで合成が完了する、又は中断されるまで、鋳型鎖に沿って5’方向に進行する。 Suitable enzymes for the first amplification for the above purpose include, for example, DNA polymerases such as Bst polymerase and its modifications, Vent polymerase, and especially thermostable DNA polymerases that allow the incorporation of nucleotides in the correct manner. Primer extension products are formed that are complementary to, but not limited to, each nucleic acid strand synthesized. Synthesis usually begins at the 3'end of each primer and then proceeds in the 5'direction along the template strand until synthesis is complete or interrupted.

特に、鎖置換可能な鋳型依存性DNAポリメラーゼが第1の増幅で使用される。これには、Bstポリメラーゼの大きな断片又はその修飾体(例えば、Bst 2.0 DNAポリメラーゼ)、クレノウ断片、ベントエキソマイナスポリメラーゼ、ディープベントエキソマイナスDNAポリメラーゼ、Bsu DNAポリメラーゼの大きな断片、及びBsm DNAポリメラーゼの大きな断片を含む。 In particular, strand-substitutable template-dependent DNA polymerases are used in the first amplification. These include large fragments of Bst polymerase or modifications thereof (eg, Bst 2.0 DNA polymerase), Klenow fragment, bent exo-minus polymerase, deep bent exo-minus DNA polymerase, large fragments of Bsu DNA polymerase, and Bsm DNA polymerase. Contains a large fragment of.

特定の実施形態では、特に、5’−3’エキソヌクレアーゼ活性又は5’−3’FEN活性を示さないポリメラーゼが使用される。 In certain embodiments, polymerases that do not exhibit 5'-3'exonuclease activity or 5'-3'FEN activity are used, in particular.

第2の増幅には、特に熱安定性鋳型依存DNAポリメラーゼが使用される。例えば、Taqポリメラーゼ又はその修飾体(Ampli−Taqなど)、又は校正機能を備えたポリメラーゼ:Pfuとその修飾体、又はVentポリメラーゼとその修飾体である。処理能力を高めるために別のタンパク質と融合したポリメラーゼ、例えば、Phusionポリメラーゼを使用できる。多数のポリメラーゼが市販されている。 In particular, a thermostable template-dependent DNA polymerase is used for the second amplification. For example, Taq polymerase or a modified product thereof (Ampli-Taq, etc.), or a polymerase having a calibration function: Pfu and its modified product, or Vent polymerase and its modified product. A polymerase fused with another protein, such as Phusion polymerase, can be used to increase processing power. Many polymerases are commercially available.

ポリメラーゼの組み合わせも使用でき,例えばOneTaq−ポリメラーゼ(NEB)は、Taqポリメラーゼとventポリメラーゼの組み合わせである。ポリメラーゼのそのような組み合わせは、第2の増幅におけるより高い合成精度に寄与することができる。 A combination of polymerases can also be used, for example OneTaq-polymerase (NEB) is a combination of Taq polymerase and vent polymerase. Such a combination of polymerases can contribute to higher synthesis accuracy in the second amplification.

特定の実施形態では、少なくとも2つの異なるポリメラーゼが使用され、例えば、鎖置換が可能なポリメラーゼ及び3’−5’プルーフリーディング活性を有するポリメラーゼが使用される。 In certain embodiments, at least two different polymerases are used, eg, a polymerase capable of strand substitution and a polymerase having 3'-5'proofreading activity.

特定の実施形態では、ホットスタート機能を備えたポリメラーゼが使用され、特定の温度に達したときにのみ機能を発揮することができる。 In certain embodiments, polymerases with a hot start function are used and can only perform their function when a certain temperature is reached.

第1の増幅系は、特定の第1の増幅を実行するために必要な成分:第1のオリゴヌクレオチドプライマー、第2のオリゴヌクレオチドプライマー、コントローラーオリゴヌクレオチド及び第1のポリメラーゼを含む。 The first amplification system comprises the components required to perform a particular first amplification: a first oligonucleotide primer, a second oligonucleotide primer, a controller oligonucleotide and a first polymerase.

さらに、特異的な第1の増幅を実行するために必要である範囲で、ヌクレオチド混合物及び緩衝液系もまた含むことができる(例えば、第1のポリメラーゼのための特異的な緩衝液系)。 In addition, nucleotide mixtures and buffer systems can also be included to the extent necessary to perform a specific first amplification (eg, a specific buffer system for the first polymerase).

第1の増幅系は、第1の増幅(第1の部分増幅とも呼ばれる)中の第1の増幅断片1.1(又は第1の増幅産物1.1、増幅される第1の増幅の核酸鎖とも呼ばれる)の合成をサポートする。 The first amplification system is the first amplification fragment 1.1 (or the first amplification product 1.1, the nucleic acid of the first amplification to be amplified) in the first amplification (also referred to as the first partial amplification). Supports the synthesis of (also called strands).

第2の増幅系は、特異的な第2の増幅を実行するために必要な成分:第3のオリゴヌクレオチドプライマー、第4のオリゴヌクレオチドプライマー及び第2のポリメラーゼを含む。 The second amplification system contains the components required to perform a specific second amplification: a third oligonucleotide primer, a fourth oligonucleotide primer and a second polymerase.

さらに、ヌクレオチド混合物及び緩衝液系もまた、それらが特異的な第2の増幅の実行に必要である限り、含まれ得る(例えば、第2のポリメラーゼのための特定の緩衝液系)。 In addition, nucleotide mixtures and buffer systems can also be included as long as they are necessary to perform a specific second amplification (eg, a particular buffer system for a second polymerase).

第2の増幅系は、第2の増幅(第2の部分増幅とも呼ばれる)中の第2の増幅断片2.1(又は第2の増幅産物2.1)の合成をサポートする。 The second amplification system supports the synthesis of the second amplification fragment 2.1 (or second amplification product 2.1) in the second amplification (also referred to as the second partial amplification).

第1のオリゴヌクレオチドプライマー:(第1の増幅系の成分)
第1のオリゴヌクレオチドプライマー(図12〜16)は、第1のプライマー領域及び第2の領域を含む。第1のプライマー領域は、増幅される核酸又はその同等物内の本質的に相補的な配列に結合し、プライマー伸長反応を開始することができる。第2の領域は、コントローラーオリゴヌクレオチドを結合することができ、それによってコントローラーオリゴヌクレオチドと第一のプライマー伸長産物の他の部分との間に十分な近接を引き起こし、コントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換を開始することができるポリヌクレオチドテールを含む。第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域は、ポリメラーゼ依存性合成の継続を阻害することによってポリメラーゼがポリヌクレオチドテールをコピーするのを防ぐ少なくとも1つの修飾(ヌクレオチド修飾又は非ヌクレオチド修飾)をさらに含む。前記修飾は、例えば、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域と第2の領域との間の移行部に位置する。その結果、オリゴヌクレオチドプライマーの第1のプライマー領域は、ポリメラーゼによりコピーされ得、その結果、前記領域に対する相補的配列は、第2のプライマー伸長産物の合成中にポリメラーゼにより生成され得る(以下に詳細に説明)。第1オリゴヌクレオチドプライマーの第2領域のポリヌクレオチドテールは、特にこのポリメラーゼによってコピーされない。特定の実施形態では、これは、ポリヌクレオチドテールの前にポリメラーゼを停止させる第2のセグメントの修飾によって達成される。特定の実施形態において、これは、第2の領域におけるヌクレオチド修飾によって達成され、ポリヌクレオチドテール全体は、そのようなヌクレオチド修飾から本質的になり、したがって、このポリメラーゼにはコピー不可である。
First oligonucleotide primer: (component of the first amplification system)
The first oligonucleotide primer (FIGS. 12-16) includes a first primer region and a second region. The first primer region can bind to an essentially complementary sequence within the amplified nucleic acid or equivalent and initiate a primer extension reaction. The second region is capable of binding the controller oligonucleotide, thereby causing sufficient proximity between the controller oligonucleotide and the rest of the first primer extension product and initiating chain substitution with the controller oligonucleotide. Includes a polynucleotide tail that can be. The second region of the first oligonucleotide primer further comprises at least one modification (nucleotide-modified or non-nucleotide-modified) that prevents the polymerase from copying the polynucleotide tail by inhibiting the continuation of polymerase-dependent synthesis. .. The modification is located, for example, at the transition between the first and second regions of the first oligonucleotide primer. As a result, the first primer region of the oligonucleotide primer can be copied by the polymerase, so that complementary sequences to the region can be generated by the polymerase during the synthesis of the second primer extension product (detailed below). Explained to). The polynucleotide tail of the second region of the first oligonucleotide primer is not specifically copied by this polymerase. In certain embodiments, this is achieved by modifying a second segment that arrests the polymerase before the polynucleotide tail. In certain embodiments, this is achieved by nucleotide modification in the second region, and the entire polynucleotide tail is essentially from such nucleotide modification and is therefore not copyable to this polymerase.

特定の実施形態では、各第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、増幅される1つの核酸に特異的である。 In certain embodiments, each first oligonucleotide primer is specific for one nucleic acid to be amplified.

特定の実施形態では、各第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、それぞれ本質的に異なる配列を含む、増幅される少なくとも2つの核酸に特異的である。 In certain embodiments, each first oligonucleotide primer is specific for at least two nucleic acids to be amplified, each containing an essentially different sequence.

特定の実施形態では、第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、特徴的な標識、例えば、蛍光色素(例えば、TAMRA、フルオレセイン、Cy3、Cy5)又はアフィニティーマーカー(例えば、ビオチン、ジゴキシゲニン)又は追加の配列断片(例えば、検出又は固定化のための、又はバーコード標識化のための特異的なオリゴヌクレオチドプローブの結合のために)で標識化される。 In certain embodiments, the first oligonucleotide primer is a characteristic label, eg, a fluorescent dye (eg, TAMRA, fluorescein, Cy3, Cy5) or an affinity marker (eg, biotin, digoxigenin) or an additional sequence fragment (eg, biotin, digoxigenin). For example, for detection or immobilization, or for binding of specific oligonucleotide probes for bar code labeling).

第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1の増幅においてプライマーとして特に使用される。 The first oligonucleotide primer is particularly used as a primer in the first amplification.

特定の実施形態において、それは、第1及び第2の増幅の両方においてプライマーとして使用され得る。 In certain embodiments, it can be used as a primer in both the first and second amplifications.

第2のオリゴヌクレオチドプライマー:(第1の増幅系の成分)
3’セグメントを有するオリゴヌクレオチドは、増幅される核酸又はその同等物内の本質的に相補的な配列に結合し、特異的な第2のプライマー伸長反応を開始することができる。したがって、前記第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の特異的プライマー伸長産物の3’セグメントに結合し、第2のプライマー伸長産物のポリメラーゼ依存性合成を開始することができる。
Second oligonucleotide primer: (component of first amplification system)
Oligonucleotides with 3'segments can bind to essentially complementary sequences within the amplified nucleic acid or equivalent and initiate a specific second primer extension reaction. Therefore, the second oligonucleotide primer can bind to the 3'segment of the first specific primer extension product of the first oligonucleotide primer and initiate polymerase-dependent synthesis of the second primer extension product. it can.

第2のオリゴヌクレオチドプライマーの長さは、15〜100ヌクレオチド、特に20〜60ヌクレオチド、特に30〜50ヌクレオチドの間であり得る。 The length of the second oligonucleotide primer can be between 15-100 nucleotides, especially 20-60 nucleotides, especially 30-50 nucleotides.

特定の実施形態では、各第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、それぞれ増幅される1つの核酸に特異的である。 In certain embodiments, each second oligonucleotide primer is specific for one nucleic acid to be amplified.

特定の実施形態では、各第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、それぞれ本質的に異なる配列を含む増幅される少なくとも2つの核酸に特異的である。 In certain embodiments, each second oligonucleotide primer is specific for at least two amplified nucleic acids, each containing an essentially different sequence.

特定の実施形態では、第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、特徴的な標識、例えば、蛍光色素(例えば、TAMRA、フルオレセイン、Cy3、Cy5)又はアフィニティー標識(例えば、ビオチン、ジゴキシゲニン)又は追加の配列断片(例えば、検出又は固定化のための、又はバーコード標識化のための特異的なオリゴヌクレオチドプローブの結合のために)で標識化される。 In certain embodiments, the second oligonucleotide primer is a characteristic label, eg, a fluorescent dye (eg, TAMRA, fluorescein, Cy3, Cy5) or an affinity label (eg, biotin, digoxigenin) or an additional sequence fragment (eg, biotin, digoxigenin). For example, for detection or immobilization, or for binding of specific oligonucleotide probes for bar code labeling).

第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1の増幅でプライマーとして特に使用される。特定の実施形態において、それは、第1及び第2の増幅の両方においてプライマーとして使用され得る。 The second oligonucleotide primer is specifically used as a primer in the first amplification. In certain embodiments, it can be used as a primer in both the first and second amplifications.

プライマー伸長産物
プライマー伸長産物(プライマー伸長産物とも呼ぶ)は、ポリメラーゼによって触媒される鋳型依存合成の結果として、オリゴヌクレオチドプライマーの酵素(ポリメラーゼ依存)伸長によって形成される。
Primer extension products Primer extension products (also called primer extension products) are formed by enzymatic (polymerase-dependent) extension of oligonucleotide primers as a result of polymerase-catalyzed template-dependent synthesis.

プライマー伸長産物は、5’セグメントのオリゴヌクレオチドプライマーの配列及び鋳型依存型のポリメラーゼによって合成された伸長産物の配列(伸長産物とも呼ぶ)を含む。ポリメラーゼによって合成された伸長産物は、それが合成された鋳型鎖に相補的である。 Primer extension products include sequences of 5'segment oligonucleotide primers and sequences of extension products synthesized by template-dependent polymerases (also referred to as extension products). The extension product synthesized by the polymerase is complementary to the template strand from which it was synthesized.

第1の増幅(主産物)の特異的なプライマー伸長産物(例えば、P1.1−Ext及びP2.1−Ext)は、増幅される核酸鎖の配列を含む。これは、特異的に増幅される核酸鎖が鋳型として機能する意図されたプライマー伸長反応の特異的合成又は正確な実行の結果である。特定の実施形態では、合成されたプライマー伸長産物の配列は、増幅される核酸の期待の配列と完全に一致する。別の実施形態では、理論的に期待される配列からの得られた配列の相違は耐性があり得る。特定の実施形態では、増幅の理論的に期待される核酸の配列との増幅の結果として得られる配列の一致の程度は、例えば、90%〜100%の間であり、特に一致の程度は95%を超え、理想的には98%を超える一致である(合成された塩基の比率で測定)。 Specific primer extension products of the first amplification (main product) (eg, P1.1-Ext and P2.1-Ext) contain the sequence of the nucleic acid chain to be amplified. This is the result of specific synthesis or accurate execution of the intended primer extension reaction in which the specifically amplified nucleic acid strand acts as a template. In certain embodiments, the sequence of the synthesized primer extension product exactly matches the expected sequence of the amplified nucleic acid. In another embodiment, the resulting sequence differences from the theoretically expected sequences can be tolerant. In certain embodiments, the degree of sequence match resulting from amplification with the theoretically expected sequence of nucleic acid for amplification is, for example, between 90% and 100%, and in particular the degree of match is 95. More than%, ideally more than 98% match (measured by the ratio of synthesized bases).

特異的なプライマー伸長産物の伸長産物の長さは、10〜300ヌクレオチド、特に10〜180ヌクレオチド、特に20〜120ヌクレオチド、特に30〜80ヌクレオチドの間であり得る。 The extension product length of the specific primer extension product can be between 10 and 300 nucleotides, especially 10 to 180 nucleotides, especially 20 to 120 nucleotides, especially 30 to 80 nucleotides.

例えば、第2の増幅では、第3及び第4のプライマーの特異的な鋳型依存プライマー伸長反応の産物が主産物及びそれぞれの中間産物:部分的第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext part1、図15〜18)、又は完全なプライマー伸長産物(P3.1−Ext、図15〜18)、部分的第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext part1、図15〜18)、又は完全なプライマー伸長産物(P4.1−Ext、図15〜18)を表す。前記産物は、特定の実施形態において、標的配列又はその同等物を含む。別の実施形態では、第2のプライマー伸長産物は標的配列を含み、第1のプライマー伸長産物は標的配列の同等物、すなわち相補鎖を含む。特定の実施形態では、第4のプライマー伸長産物は標的配列を含み、第3のプライマー伸長産物は標的配列の同等物、すなわち相補鎖を含む。特定の実施形態では、第4のプライマー伸長産物は標的配列の部分を含み、第3のプライマー伸長産物は標的配列の前記部分の同等物、すなわち相補鎖を含む。 For example, in the second amplification, the product of the specific template-dependent primer extension reaction of the third and fourth primers is the main product and their respective intermediates: partial third primer extension product (P3.1-Ext part1). , FIGS. 15-18), or complete primer extension products (P3.1-Ext, FIGS. 15-18), partial fourth primer extension products (P4.1-Ext part 1, FIGS. 15-18), or complete. Primer extension product (P4.1-Ext, FIGS. 15-18). The product, in certain embodiments, comprises a target sequence or an equivalent thereof. In another embodiment, the second primer extension product comprises a target sequence and the first primer extension product comprises an equivalent of the target sequence, i.e. a complementary strand. In certain embodiments, the fourth primer extension product comprises a target sequence and the third primer extension product comprises an equivalent of the target sequence, i.e. a complementary strand. In certain embodiments, the fourth primer extension product comprises a portion of the target sequence and the third primer extension product comprises an equivalent of said portion of the target sequence, i.e. a complementary strand.

第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)及び第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)は、第1の増幅の第1の増幅断片1.1(増幅産物1.1とも呼ばれる)を共に表す(図1)。 The first primer extension product (P1.1-Ext) and the second primer extension product (P2.1-Ext) are also referred to as the first amplification fragment 1.1 (also referred to as amplification product 1.1) of the first amplification. ) Together (Fig. 1).

第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)及び第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext)は共に、第2の増幅の第2の増幅断片2.1(第2の増幅産物2.1とも呼ばれる)を表す(図1)。 Both the third primer extension product (P3.1-Ext) and the fourth primer extension product (P4.1-Ext) are the second amplification fragment 2.1 (second amplification product 2) of the second amplification. (Also called .1) (Fig. 1).

第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)は、完全な第3のプライマー伸長産物と呼ぶこともできる。前記産物は、第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext)を鋳型として使用することにより得られる。第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext)は、完全な第4のプライマー伸長産物と呼ぶこともできる。前記産物は、第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)を鋳型として使用することによって生成される(図15〜18)。 The third primer extension product (P3.1-Ext) can also be referred to as a complete third primer extension product. The product is obtained by using a fourth primer extension product (P4.1-Ext) as a template. The fourth primer extension product (P4.1-Ext) can also be referred to as the complete fourth primer extension product. The product is produced by using a third primer extension product (P3.1-Ext) as a template (FIGS. 15-18).

対照的に、部分的第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext−part1)は、第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)を鋳型として使用して中間産物として生成される。部分的第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext−part1)は、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)を鋳型として使用して中間産物として生成される(図15〜18)。 In contrast, the partial third primer extension product (P3.1-Ext-part1) is produced as an intermediate using the second primer extension product (P2.1-Ext) as a template. The partial fourth primer extension product (P4.1-Ext-part1) is produced as an intermediate product using the first primer extension product (P1.1-Ext) as a template (FIGS. 15-18). ..

非特異的プライマー伸長産物(副産物)は、例えば、非特異的又は不正確又は意図しないプライマー伸長反応の結果である配列を含む。これらには、例えば、不正確な開始事象(誤ったプライミング)又は他の副反応(塩基置換、欠失などのポリメラーゼ依存性配列変化など)の結果であるプライマー伸長産物を含む。非特異的プライマー伸長産物の配列の相違の程度は、一般に、そのような二本鎖副産物を鋳型から成功して置換するコントローラーオリゴヌクレオチドの能力を超え、その結果、そのような副産物の増幅は遅くなる、又は完全になくなる。相違の許容度又は耐性度は、例えば、反応温度及び配列相違の種類と方法に依存する。非特異的プライマー伸長産物の例は、増幅される核酸に対応しないプライマー二量体又は配列変異体であり、例えば標的配列を含まない配列である。 Non-specific primer extension products (by-products) include, for example, sequences that are the result of non-specific or inaccurate or unintended primer extension reactions. These include, for example, primer extension products that are the result of inaccurate initiation events (wrong priming) or other side reactions (polymerase-dependent sequence changes such as base substitutions, deletions, etc.). The degree of sequence difference of non-specific primer extension products generally exceeds the ability of controller oligonucleotides to successfully replace such double-stranded by-products from the template, resulting in slow amplification of such by-products. Becomes or completely disappears. The tolerance or tolerance of the difference depends, for example, on the reaction temperature and the type and method of sequence difference. Examples of non-specific primer extension products are primer dimers or sequence variants that do not correspond to the nucleic acid being amplified, such as sequences that do not contain a target sequence.

増幅の十分な特異性の評価は、目下の課題に関連していることが多い。多くの増幅方法において、所望の結果が達成され得る限り、増幅反応のある程度の非特異性は耐性があり得る。特定の実施形態では、反応の総結果において増幅される核酸鎖の割合は、新たに合成された鎖の総量において測定して、1%を超え、特に10%を超え、特に30%を超える。 Assessing the full specificity of amplification is often associated with the task at hand. In many amplification methods, some nonspecificity of the amplification reaction can be tolerated as long as the desired result can be achieved. In certain embodiments, the proportion of nucleic acid chains amplified in the total result of the reaction is greater than 1%, particularly greater than 10%, and particularly greater than 30%, as measured in the total amount of newly synthesized strands.

増幅される核酸(第1の増幅の期待される結果)
増幅される核酸は、プライマー及びコントローラーオリゴヌクレオチドを使用する第1の増幅において、ポリメラーゼによって配列特異的又は少なくとも主に配列特異的に増幅される核酸鎖を表す。増幅される核酸は、第1の増幅断片1.1(第1の増幅産物1.1とも呼ばれる)の両方の鎖を含む(図1)。これは、開始核酸鎖2.1として使用でき、その鎖の少なくとも1つを使用して、第2の増幅を開始できる。
Amplified Nucleic Acid (Expected Result of First Amplification)
The nucleic acid to be amplified represents a nucleic acid strand that is sequence-specific, or at least primarily sequence-specific, amplified by the polymerase in the first amplification using primers and controller oligonucleotides. The nucleic acid to be amplified contains both strands of the first amplified fragment 1.1 (also referred to as the first amplification product 1.1) (FIG. 1). It can be used as the starting nucleic acid strand 2.1 and at least one of the strands can be used to initiate a second amplification.

増幅される核酸の長さは、20〜300ヌクレオチド、特に30〜200ヌクレオチド、特に40〜150ヌクレオチド、特に50〜100ヌクレオチドであり得る。 The length of the nucleic acid to be amplified can be 20 to 300 nucleotides, especially 30 to 200 nucleotides, especially 40 to 150 nucleotides, especially 50 to 100 nucleotides.

増幅される核酸鎖は、1つ以上の標的配列又はそれらの同等物を含み得る。さらに、増幅される核酸は、標的配列に本質的に相補的な配列を含み得、それは、増幅反応において標的配列と同様の効率で増幅され、標的配列又はそのセグメントを含む。標的配列に加えて、増幅される核酸は、さらなる配列セグメント、例えば、プライマー配列、プライマー結合部位を有する配列及び/又は検出プローブの結合のための配列セグメント、及び/又はバーコード配列により鎖をコードする配列の配列セグメント及び/又は固相に結合するための配列セグメントを含み得る。オリゴヌクレオチドプライマー配列又はそれらの配列部分、並びにプライマー結合部位又はそれらの配列部分は、例えば、標的配列の配列セグメントに属することができる。 The amplified nucleic acid strand may contain one or more target sequences or their equivalents. In addition, the amplified nucleic acid may comprise a sequence that is essentially complementary to the target sequence, which is amplified in the amplification reaction with similar efficiency to the target sequence and comprises the target sequence or a segment thereof. In addition to the target sequence, the amplified nucleic acid encodes a strand by an additional sequence segment, such as a primer sequence, a sequence having a primer binding site and / or a sequence segment for binding the detection probe, and / or a bar code sequence. It may include a sequence segment of the sequence and / or a sequence segment for binding to a solid phase. The oligonucleotide primer sequences or their sequence portions, as well as the primer binding sites or their sequence portions, can belong, for example, to the sequence segment of the target sequence.

特定の実施形態では、増幅される核酸は、標的配列に対応する。 In certain embodiments, the amplified nucleic acid corresponds to the target sequence.

別の実施形態では、標的配列は、第1の増幅の増幅される核酸鎖の配列の一部を形成する。そのような標的配列は、さらなる配列の3’側及び/又は5’側に隣接することができる。前記さらなる配列は、例えば、オリゴヌクレオチドプライマー又はそれらの部分の結合部位を含み得、及び/又はプライマー配列又はそれらの部分を含み得、及び/又は検出プローブの結合部位を含み得、及び/又は固相(例えば、マイクロアレイ又はビーズに基づく分析の文脈において)への相補的結合のためのアダプター配列を含み得、及び/又はデジタルシグネチャーのバーコード配列を含み得る。 In another embodiment, the target sequence forms part of the sequence of the amplified nucleic acid chain of the first amplification. Such target sequences can be flanked by the 3'and / or 5'sides of additional sequences. The additional sequence may include, for example, the binding site of an oligonucleotide primer or a portion thereof, and / or the primer sequence or a portion thereof, and / or the binding site of a detection probe, and / or solid. It may include an adapter sequence for complementary binding to a phase (eg, in the context of microarray or bead-based analysis) and / or a digital signature bar code sequence.

増幅を開始するためには、反応の開始時に反応混合物に核酸鎖を追加する必要があり、これは、増幅される核酸鎖の合成の初期鋳型として機能する。前記核酸鎖は、開始核酸鎖と呼ばれる。前記開始核酸鎖は、増幅される核酸鎖の形成/合成/指数関数的増幅に重要である個々の配列要素の配置を定義する。 In order to initiate amplification, a nucleic acid strand must be added to the reaction mixture at the initiation of the reaction, which serves as an initial template for the synthesis of the nucleic acid strand to be amplified. The nucleic acid strand is called the starting nucleic acid strand. The starting nucleic acid strand defines the arrangement of individual sequence elements that are important for the formation / synthesis / exponential amplification of the nucleic acid strand to be amplified.

特定の実施形態では、開始時に増幅反応に供給される、又は反応混合物に添加される初期鋳型(開始核酸鎖)は、増幅される核酸鎖の配列組成に対応している。 In certain embodiments, the initial template (starting nucleic acid chain) fed to the amplification reaction at initiation or added to the reaction mixture corresponds to the sequence composition of the amplified nucleic acid chain.

増幅反応の初期段階及びその後の過程で、それぞれのプライマーは開始核酸鎖の対応する結合部位に結合し、特異的なプライマー伸長産物の合成を開始する。そのような特異的なプライマー伸長産物は、増幅中に指数関数的に蓄積し、指数関数的増幅における相補的プライマー伸長産物の合成のための鋳型の役割を次第に引き継ぐ。 In the initial and subsequent steps of the amplification reaction, each primer binds to the corresponding binding site of the starting nucleic acid strand and initiates the synthesis of a specific primer extension product. Such specific primer extension products accumulate exponentially during amplification and gradually take over the role of template for the synthesis of complementary primer extension products in exponential amplification.

したがって、指数関数的増幅における反復鋳型依存合成プロセスは、増幅される核酸鎖を形成する。 Therefore, the iterative template-dependent synthetic process in exponential amplification forms the nucleic acid strand to be amplified.

増幅反応の終わりに向かって、反応の主産物(増幅される核酸)は、主に一本鎖であり得る、又は主に相補的な二本鎖を形成し得る。これは、例えば、両方のオリゴヌクレオチドプライマーの相対濃度及び対応する反応条件によって決定することができる。 Towards the end of the amplification reaction, the main product of the reaction (amplified nucleic acid) can be predominantly single-stranded or predominantly complementary double-stranded. This can be determined, for example, by the relative concentration of both oligonucleotide primers and the corresponding reaction conditions.

増幅される核酸の同等物は、本質的に同一の情報内容を有する核酸を含む。例えば、増幅される核酸の相補鎖は、同一の情報内容を有し、同等と呼ぶことができる。 Amplified nucleic acid equivalents include nucleic acids that have essentially the same information content. For example, the amplified nucleic acid complementary strands have the same information content and can be called equivalent.

標的配列
特定の実施形態において、標的配列は、増幅される核酸の特徴的な配列として機能することができる増幅される核酸鎖のセグメントである。前記標的配列は、別の核酸の存在の有無のマーカーとして機能し得る。したがって、前記他の核酸は、標的配列の供給源として機能し、例えば、ゲノムDNAもしくはRNA又はゲノムDNAもしくはRNAの一部(例えば、mRNA)、又は生物のゲノムDNAもしくはRNAの同等物(例えば、cDNA、rRNA、tRNA、microRNAなどの修飾RNA)であり得、又は、生物のゲノムDNA又はRNAの規定の変化、例えば遺伝子変異(例えば、欠失、挿入、置換、付加、配列伝播、例えばマイクロサテライト不安定性の文脈での繰り返し伝播など)、スプライス変異、再配置変異(例えば、T細胞受容体変異など)を含む。個々の標的配列が抗生物質耐性又は予後情報などの表現型特性を表し得、したがって診断アッセイ/検査に関与する。標的配列の供給源/起源として、そのような核酸は、例えば、その鎖の配列要素として標的配列を含み得る。したがって、標的配列は、別の核酸の特異的な配列内容についての特徴的なマーカーとして機能し得る。
Target Sequence In a particular embodiment, a target sequence is a segment of an amplified nucleic acid chain that can function as a characteristic sequence of the amplified nucleic acid. The target sequence can serve as a marker for the presence or absence of another nucleic acid. Thus, said other nucleic acids serve as a source of target sequences, eg, genomic DNA or RNA or parts of genomic DNA or RNA (eg, mRNA), or equivalents of biological genomic DNA or RNA (eg, eg, mRNA). It can be a modified RNA such as cDNA, rRNA, tRNA, microRNA), or a defined change in the genomic DNA or RNA of an organism, such as a gene mutation (eg, deletion, insertion, substitution, addition, sequence propagation, eg, microsatellite). Includes repetitive transmission in the context of instability), splice mutations, rearrangement mutations (eg, T cell receptor mutations, etc.). Individual target sequences may represent phenotypic characteristics such as antibiotic resistance or prognostic information and are therefore involved in diagnostic assays / tests. As a source / origin of the target sequence, such nucleic acids may include, for example, the target sequence as a sequence element of its strand. Therefore, the target sequence can serve as a characteristic marker for the specific sequence content of another nucleic acid.

標的配列は、一本鎖又は二本鎖であり得る。それは、第1の増幅の増幅される核酸と本質的に同一であり得る、又は増幅される核酸の一部のみを表し得る。 The target sequence can be single-stranded or double-stranded. It may be essentially identical to the amplified nucleic acid of the first amplification, or may represent only a portion of the amplified nucleic acid.

標的配列の同等物は、本質的に同一の情報内容を有する核酸を含む。例えば、標的配列の相補鎖は同一の情報内容を有し、同等物と呼ぶことができ、配列のRNA及びDNA変異体も同等の情報内容の例である。 Equivalents of the target sequence include nucleic acids having essentially the same information content. For example, the complementary strand of the target sequence has the same information content and can be called an equivalent, and the RNA and DNA mutants of the sequence are also examples of the equivalent information content.

増幅反応の前の材料調製中に、そのような標的配列は、その元の配列環境から単離され、増幅反応のために調製され得る。 During material preparation prior to the amplification reaction, such target sequences can be isolated from their original sequence environment and prepared for the amplification reaction.

特定の実施形態では、増幅される核酸は標的配列を含む。特定の実施形態では、標的配列は、増幅される核酸に相当する。別の特定の実施形態では、開始核酸鎖1.1は標的配列を含む。特定の実施形態では、標的配列は、開始核酸鎖1.1に相当する。 In certain embodiments, the amplified nucleic acid comprises a target sequence. In certain embodiments, the target sequence corresponds to the nucleic acid being amplified. In another particular embodiment, the starting nucleic acid chain 1.1 comprises a target sequence. In certain embodiments, the target sequence corresponds to the starting nucleic acid chain 1.1.

標的配列は、第1の増幅中、第1の増幅断片1.1の一部として完全に又は部分的に含まれ得る。例えば、第2のプライマー伸長産物は標的配列又はその一部を含み、したがって第2のプライマー伸長産物は前記標的配列に相補的な鎖を含む。この鎖は同等の情報内容を有する。 The target sequence may be completely or partially included as part of the first amplified fragment 1.1 during the first amplification. For example, the second primer extension product contains the target sequence or a portion thereof, and thus the second primer extension product contains a strand complementary to the target sequence. This chain has the same information content.

標的配列は、第2の増幅中、第2の増幅断片2.1の一部として完全に又は部分的に含まれ得る。例えば、第4のプライマー伸長産物は標的配列又はその部分を含み、したがって第3のプライマー伸長産物は前記標的配列に相補的な鎖を含む。この鎖は同等の情報内容を有する。 The target sequence may be completely or partially included as part of the second amplified fragment 2.1 during the second amplification. For example, the fourth primer extension product contains the target sequence or a portion thereof, and thus the third primer extension product contains a strand complementary to the target sequence. This chain has the same information content.

開始核酸鎖
第1の増幅を開始するためには、反応の開始時に反応混合物に核酸鎖を追加する必要があり、これは、増幅される核酸鎖の合成の初期鋳型として機能する(図1)。前記核酸鎖は、第1の増幅の開始核酸鎖(開始核酸鎖1.1)と呼ばれる。前記開始核酸鎖は、増幅される核酸鎖の形成/合成/指数関数的増幅に重要である個々の配列要素の配置を特定する。
Initiation In order to initiate the first amplification of the nucleic acid strand, it is necessary to add the nucleic acid strand to the reaction mixture at the initiation of the reaction, which serves as an initial template for the synthesis of the nucleic acid strand to be amplified (FIG. 1). .. The nucleic acid chain is called the starting nucleic acid chain of the first amplification (starting nucleic acid chain 1.1). The starting nucleic acid strand identifies the arrangement of individual sequence elements that are important for the formation / synthesis / exponential amplification of the nucleic acid strand to be amplified.

そのような開始核酸鎖は、反応の開始時に一本鎖又は二本鎖であり得る。開始核酸鎖の相補鎖が互いに分離されている場合、核酸が元々二本鎖であるか一本鎖であるかに関係なく、鎖は特異的な相補的プライマー伸長産物の合成のための鋳型として機能することができる。 Such initiation nucleic acid strands can be single or double strands at the onset of the reaction. When the complementary strands of the starting nucleic acid strand are separated from each other, the strands serve as a template for the synthesis of specific complementary primer extension products, regardless of whether the nucleic acid is originally double-stranded or single-stranded. Can function.

特定の実施形態では、開始核酸鎖1.1は標的配列を含む。 In certain embodiments, the starting nucleic acid chain 1.1 comprises a target sequence.

開始核酸鎖は、増幅系のプライマーの少なくとも1つがその3’セグメントと主に相補的に結合することができる少なくとも1つの主に一本鎖の配列セグメントをさらに含み、その結果、開始核酸鎖にハイブリダイズした場合、dNTPを組み込むことで鋳型特異的に、使用されるポリメラーゼはそのようなプライマーを伸長することができる。 The starting nucleic acid strand further comprises at least one predominantly single-stranded sequence segment in which at least one of the primers of the amplification system is capable of predominantly complementary binding to its 3'segment, resulting in the starting nucleic acid strand. When hybridized, the polymerase used can extend such primers in a template-specific manner by incorporating dNTPs.

開始核酸鎖はまた、標的配列ではないがオリゴヌクレオチドプライマーに結合できるセグメントを含み得る。 The starting nucleic acid strand may also contain a segment that is not the target sequence but can bind to an oligonucleotide primer.

第2の増幅を開始するには、第2の増幅反応の開始時に、第2の増幅断片の合成の初期鋳型として機能する核酸鎖が反応混合物に存在する、又は核酸鎖がそれに添加されている必要がある(図。1)。 To initiate the second amplification, at the beginning of the second amplification reaction, a nucleic acid strand is present in the reaction mixture that serves as an initial template for the synthesis of the second amplified fragment, or a nucleic acid strand is added to it. It is necessary (Fig. 1).

前記開始核酸鎖2.1は、増幅される核酸鎖の形成/合成/指数関数的増幅に重要である個々の配列要素の配置を特定する。 The starting nucleic acid strand 2.1 identifies the arrangement of individual sequence elements that are important for the formation / synthesis / exponential amplification of the nucleic acid strand to be amplified.

ここで、第1の増幅中に生成された第1の増幅断片1.1(増幅される核酸鎖とも呼ばれる)は、第2の増幅の開始核酸鎖2.1として機能する。したがって、前記開始核酸鎖2.1は、第1の増幅で生成された第1のプライマー伸長産物を含む、又はそれからなる。特定の実施形態では、開始核酸鎖2.1は標的配列を含む。 Here, the first amplified fragment 1.1 (also referred to as the amplified nucleic acid strand) produced during the first amplification functions as the starting nucleic acid strand 2.1 of the second amplification. Thus, the starting nucleic acid chain 2.1 comprises or consists of a first primer extension product produced by the first amplification. In certain embodiments, the starting nucleic acid chain 2.1 comprises a target sequence.

PCR増幅(第2の増幅とも呼ばれる)
PCRは、DNA断片の増幅に一般的に使用されるポリメラーゼ連鎖反応である。PCR反応の多くの変異体がこの分野で知られている。とりわけ、対立遺伝子特異的PCR、ジェノタイピングPCR、非対称PCR、固相PCR、デジタルPCR(パーティショニング/マイクロドロップレットPCR)、マルチプレックスPCR、プローブ又は挿入色素を使用したリアルタイムPCR(例えば、分子ビーコン又は5’−3’エキソヌクレアーゼ又はFRET対を備えた2つのオリゴヌクレオチドプローブ)、ブロッキングプローブを使用したクランプイングPCR、定量的PCR、ネステッドPCRなどである。当業者は、個々のPCR法を説明する多数の評価を参照している。
PCR amplification (also called second amplification)
PCR is a polymerase chain reaction commonly used to amplify DNA fragments. Many variants of the PCR reaction are known in this area. Among other things, allogeneic PCR, genotyping PCR, asymmetric PCR, solid phase PCR, digital PCR (partitioning / microdroplet PCR), multiplex PCR, real-time PCR using probes or insert dyes (eg, molecular beacons or Two oligonucleotide probes with a 5'-3'exonuclease or FRET pair), clamping PCR using a blocking probe, quantitative PCR, nested PCR, and the like. Those skilled in the art refer to numerous evaluations that describe individual PCR methods.

一般に、オリゴヌクレオチドプライマーの位置によって規定される核酸断片は、PCR中に増幅される。一般に、少なくとも2つの温度範囲:主にそれらの特異的配列セグメントにプライマーを結合し、それらを拡張して相補鎖を形成するための低温範囲と、新たに合成されたプライマー伸長産物鎖が鋳型から分離されるように、主に配列非選択的分離によって分離される少なくとも1つの温度範囲が使用される。 Generally, nucleic acid fragments defined by the position of oligonucleotide primers are amplified during PCR. In general, at least two temperature ranges: a cold range for binding primers primarily to their specific sequence segments and expanding them to form complementary strands, and a newly synthesized primer extension product strand from the template. At least one temperature range is used, which is predominantly separated by sequence non-selective separation so that it is separated.

PCRの経過に影響を与えるために、多くの技術が開発されており、例えば、ホットスタートポリメラーゼ、ホットスタートオリゴヌクレオチド、活性化可能プライマー(例えば、ポリメラーゼの3’−5’プルーフリーディング活性による)である。 Many techniques have been developed to influence the course of PCR, such as with hot start polymerases, hot start oligonucleotides, and activable primers (eg, due to the 3'-5'proofing activity of the polymerase). is there.

PCRは、PCR試験チューブ/マイクロタイタープレートを使用して液相で、又は固相で、又はマイクロ流体系で、又はその場(in−situ)で実行され得る。 PCR can be performed in liquid phase, in solid phase, in microfluidic systems, or in situ using PCR test tubes / microtiter plates.

PCRプライマー対(第3及び第4のオリゴヌクレオチドプライマー)
(第2の増幅の成分)
通常、PCRプライマー対は、PCR法による核酸断片の増幅をサポートすることができる2つのオリゴヌクレオチドを含む。
PCR primer pair (3rd and 4th oligonucleotide primers)
(Component of the second amplification)
Usually, a PCR primer pair contains two oligonucleotides that can support the amplification of nucleic acid fragments by the PCR method.

一般に、PCRプライマー対は、第3及び第4のオリゴヌクレオチドプライマーを含む。そのようなオリゴヌクレオチドプライマーは科学界ではよく知られている。 Generally, PCR primer pairs include third and fourth oligonucleotide primers. Such oligonucleotide primers are well known in the scientific community.

明確にするために、PCRプライマーはここでは、一般にP3及びP4と呼ばれる(コントローラー依存性増幅P1及びP2に対して)。 For clarity, PCR primers are commonly referred to herein as P3 and P4 (for controller-dependent amplifications P1 and P2).

PCRプライマーの多くの変異体が当業者に知られている。通常、それらは約15〜約60ヌクレオチドの長さのオリゴヌクレオチドであり、少なくとも3’セグメントには、標的配列の相補セグメントに結合することができ、鋳型として前記標的配列を使用しポリメラーゼによって鋳型依存性合成を開始することができる配列を含む。 Many variants of PCR primers are known to those of skill in the art. Usually, they are oligonucleotides about 15 to about 60 nucleotides in length, and at least the 3'segment can be attached to the complementary segment of the target sequence, using the target sequence as a template and template dependent by the polymerase. Contains sequences that can initiate sex synthesis.

色素標識(例えば、FAM、TAMRA、Cy5)又はクエンチング(例えばBHQ1)、親和性標識(例えばビオチン、ジゴキシゲニン)、又はさらなる配列、例えば、配列バーコーディング(特異的タグ配列の使用)又はライブラリー作成のための配列の使用などについては、当業者に知られている。PCRプライマーは、溶液で使用する、又は固相(例えば、ビーズ、マイクロタイタープレート)に結合することができる。前記変異体はまた、当業者によく知られている。 Dye labeling (eg, FAM, TAMRA, Cy5) or quenching (eg, BHQ1), affinity labeling (eg, biotin, digoxigenin), or additional sequences, such as sequence bar coding (use of specific tag sequences) or library creation. The use of sequences for, etc. is known to those of skill in the art. PCR primers can be used in solution or attached to a solid phase (eg, beads, microtiter plate). The mutant is also well known to those of skill in the art.

コントローラーオリゴヌクレオチド:
コントローラーオリゴヌクレオチド(図1、C1.1)は、増幅される核酸の増幅中(第1の増幅)に特異的に生成される第1のプライマー伸長産物のセグメントの事前定義された本質的に相補的な配列を含む一本鎖核酸鎖である。これは、コントローラーオリゴヌクレオチドが、本質的に相補的な様式で、第1のオリゴヌクレオチドプライマーに、少なくとも第1のオリゴヌクレオチドプライマーの特異的な伸長産物の5’セグメントに結合することを可能にする。特定の実施形態において、コントローラーオリゴヌクレオチドは、その内部配列セグメントにヌクレオチド修飾を含み、それは、第1及び/又は第3オリゴヌクレオチドプライマーがコントローラーオリゴヌクレオチドに相補的に結合される場合に、ポリメラーゼが鋳型としてコントローラーオリゴヌクレオチドを使用して相補鎖を合成するのを防ぐ。特定の実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドが、鋳型機能を遮断する修飾ヌクレオチドから全体としてなる場合が有利である。特定の実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドが、鋳型機能を遮断する修飾ヌクレオチドの一部のみからなる場合が有利である。コントローラーオリゴヌクレオチドはさらに、選択された反応条件下での鎖置換を介して、第2の特異的プライマー伸長産物を第1の特異的プライマー伸長産物への結合から完全に又は部分的に置き換えることができる。それにより、その相補的領域を有するコントローラーオリゴヌクレオチドは、それ自体を第1の特異的プライマー伸長産物に結合する。コントローラーオリゴヌクレオチドと第1の特異的プライマー伸長産物の間の結合が成功した場合、これは、第1のオリゴヌクレオチドプライマーを結合するのに適した、第2の特異的プライマー伸長産物の3’を含むセグメントの一本鎖状態の回復をもたらし、その結果、新しいプライマー伸長反応が起こることができる。第2のプライマー伸長産物の合成中、コントローラーオリゴヌクレオチドは、例えば、ポリメラーゼによる及び/又は第2のオリゴヌクレオチドプライマーによる鎖置き換えにより、第1のプライマー伸長産物への結合から分離され得る。
Controller oligonucleotide:
The controller oligonucleotide (FIG. 1, C1.1) is a predefined essentially complementary segment of the first primer extension product that is specifically produced during amplification of the nucleic acid to be amplified (first amplification). It is a single-stranded nucleic acid chain containing a specific sequence. This allows the controller oligonucleotide to bind to the first oligonucleotide primer in an essentially complementary manner, at least to the 5'segment of the specific extension of the first oligonucleotide primer. .. In certain embodiments, the controller oligonucleotide comprises a nucleotide modification in its internal sequence segment, which is templated by the polymerase when the first and / or third oligonucleotide primers are complementary to the controller oligonucleotide. As a controller oligonucleotide is used to prevent the synthesis of complementary strands. In certain embodiments, it is advantageous for the controller oligonucleotide to consist entirely of modified nucleotides that block template function. In certain embodiments, it is advantageous that the controller oligonucleotide consists of only a portion of the modified nucleotide that blocks template function. The controller oligonucleotide can also completely or partially replace the second specific primer extension product from binding to the first specific primer extension product through strand substitution under selected reaction conditions. it can. Thereby, the controller oligonucleotide having its complementary region binds itself to the first specific primer extension product. If the binding between the controller oligonucleotide and the first specific primer extension product is successful, this will result in a second specific primer extension product 3'suitable for binding the first oligonucleotide primer. It results in the restoration of the single-stranded state of the containing segment, and as a result, a new primer extension reaction can occur. During the synthesis of the second primer extension product, the controller oligonucleotide can be separated from the binding to the first primer extension product, for example by polymerase and / or strand replacement with the second oligonucleotide primer.

検出−系(システム):
検出系(検出システム)は、少なくとも1つのオリゴヌクレオチドプローブ及び少なくとも1つの蛍光レポーター(蛍光色素分子)を含む。検出系は、第1及び/又は第2及び/又は第3及び/又は第4のプライマー伸長産物(P1.1−Ext、P2.1−Ext、P3.1−Ext、P4.1−Ext)の合成を検出することができる必要がある。これは、それぞれのプライマー伸長産物に結合することができ、それによって特異的シグナルを生成する、又はシグナルの変化を引き起こすことができるオリゴヌクレオチドプローブを使用することによって行われる。前記変化は、蛍光強度の増加又は減少であり得る。検出系はまた、追加の成分を含み得る。そのような成分には、特に蛍光クエンチャー及び/又はドナー蛍光色素分子を含む。さらに、検出系はまた、コントローラーオリゴヌクレオチドを含み得る。オリゴヌクレオチドプローブ上、又はオリゴヌクレオチドプローブを含む対上のドナー蛍光色素分子、蛍光レポーター、蛍光クエンチャー及びとコントローラーオリゴヌクレオチドの配置により、第1のプライマー伸長産物への結合事象を検出できる。
Detection-system:
The detection system includes at least one oligonucleotide probe and at least one fluorescent reporter (fluorescent dye molecule). The detection system is a first and / or second and / or third and / or fourth primer extension product (P1.1-Ext, P2.1-Ext, P3.1-Ext, P4.1-Ext). Must be able to detect the synthesis of. This is done by using oligonucleotide probes that can bind to each primer extension product, thereby producing a specific signal or causing a change in the signal. The change can be an increase or decrease in fluorescence intensity. The detection system may also contain additional components. Such components include, among other things, fluorescent quenchers and / or donor fluorescent dye molecules. In addition, the detection system may also include controller oligonucleotides. Binding events to the first primer extension product can be detected by the placement of donor fluorescent dye molecules, fluorescent reporters, fluorescent quenchers and controller oligonucleotides on or on the oligonucleotide probe containing the oligonucleotide probe.

蛍光レポーター
蛍光色素分子は、電磁放射によって励起されると、電磁放射(光)(発光)を放出することができる化学物質又は分子である。蛍光色素分子によって放出された前記放射(発光)は、適切な技術的手段によって蛍光シグナルとして検出することができる。そのようなレポーターは、オリゴヌクレオチドに共有結合することができる。オリゴヌクレオチドに結合することができる多くの蛍光色素分子が知られている(例えば、FAM、TAMRA、HEX、ROX、Cy色素、Alexa色素)。
Fluorescent Reporter A fluorescent dye molecule is a chemical or molecule that, when excited by electromagnetic radiation, can emit electromagnetic radiation (light) (emission). The radiation (emission) emitted by the fluorescent dye molecule can be detected as a fluorescent signal by appropriate technical means. Such reporters can be covalently attached to oligonucleotides. Many fluorescent dye molecules that can bind to oligonucleotides are known (eg, FAM, TAMRA, HEX, ROX, Cy dye, Alexa dye).

蛍光クエンチャー
クエンチャーとは、直接接触(接触クエンチング)又はエネルギー移動(例えば、FRETとして)によって蛍光色素分子の発光を削減することができる化学化合物/分子である。原則として、前記シグナルの減少を有意にするために、クエンチャーを蛍光色素分子に近接して配置する必要がある。
Fluorescent quencher A quencher is a chemical compound / molecule that can reduce the emission of fluorescent dye molecules by direct contact (contact quenching) or energy transfer (eg, as FRET). In principle, the quencher should be placed in close proximity to the fluorochrome to make the signal reduction significant.

クエンチャーによる蛍光レポーターの有意なシグナル削減に有利なのは、レポーターとクエンチャーの間の距離が25ヌクレオチド未満、特に15ヌクレオチド未満、特に5ヌクレオチド未満であることである。 Advantageous in the significant signal reduction of the fluorescent reporter by the quencher is that the distance between the reporter and the quencher is less than 25 nucleotides, especially less than 15 nucleotides, especially less than 5 nucleotides.

クエンチャーによる蛍光レポーターのシグナル減少を克服するために、前記成分間の距離がそれに応じて増加させる必要がある。レポーターとクエンチャーとの間の距離が、15ヌクレオチドを超える、特に20ヌクレオチドを超える、特に40ヌクレオチドを超えて増加する場合、それは有利である。この場合、ヌクレオチド配列によって引き起こされる距離は、伸長したヌクレオチド配列に起因する必要がある。例えば、ヘアピン構造が形成されると、空間距離がもはや存在しなくなり得る。 In order to overcome the signal reduction of the fluorescent reporter due to the quencher, the distance between the components needs to be increased accordingly. It is advantageous if the distance between the reporter and the quencher increases by more than 15 nucleotides, especially more than 20 nucleotides, especially more than 40 nucleotides. In this case, the distance caused by the nucleotide sequence needs to be due to the extended nucleotide sequence. For example, once the hairpin structure is formed, the spatial distance can no longer exist.

特にFRETに基づくクエンチャーでは、蛍光色素分子の発光スペクトルとクエンチャーの吸収スペクトル間の十分なスペクトル重複が有益である。したがって、25%を超えるスペクトルの重複がある蛍光色素分子クエンチャーの対が好ましい(例えば、FAM/TAMRA)。 Especially in FRET-based quenchers, sufficient spectral overlap between the emission spectrum of the fluorochrome molecule and the absorption spectrum of the quencher is beneficial. Therefore, a pair of fluorescent dye molecule quenchers with more than 25% spectral overlap is preferred (eg, FAM / TAMRA).

ドナー蛍光色素分子
蛍光色素分子は、電磁放射線を吸収し、エネルギー伝達(例えば、FRETとして)によってそれを別の蛍光色素分子(アクセプター)に、前記蛍光色素分子が励起され、その結果、それ自体が発光を生成するように伝達できる化学化合物/分子である。発光中に蛍光シグナルが生成される。通常、ドナーとアクセプターとは、蛍光共鳴エネルギー伝達対(FRET対)を形成する。原則として、前記シグナル生成を有意な程度に発生させるためには、ドナーをアクセプター(蛍光色素分子)に近接して配置する必要がある。
Donor Fluorophore Molecular A fluorescent dye molecule absorbs electromagnetic radiation and excites the fluorescent dye molecule into another fluorescent dye molecule (acceptor) by energy transfer (eg, as FRET), resulting in itself. A chemical compound / molecule that can be transmitted to produce luminescence. A fluorescent signal is generated during light emission. Usually, the donor and acceptor form a fluorescence resonance energy transfer pair (FRET pair). As a general rule, donors need to be placed in close proximity to acceptors (fluorescent dye molecules) in order to generate the signal generation to a significant extent.

ドナー蛍光色素分子からのFRETの結果としての蛍光レポーターのシグナル生成に有益なのは、レポーターとドナー間の距離が、25ヌクレオチド未満、特に15ヌクレオチド未満、特に5ヌクレオチド未満である。 Beneficial to signal generation of fluorescent reporters as a result of FRET from donor fluorochrome molecules is that the distance between the reporter and the donor is less than 25 nucleotides, especially less than 15 nucleotides, especially less than 5 nucleotides.

ドナーからアクセプターへのFRET効果の排除には、通常、FRET対の二者の間の距離を増やすことによって達成される。レポーターとドナーとの間の距離が15ヌクレオチドを超えて、特に20ヌクレオチドを超えて、特に40ヌクレオチドを超えて増加する場合、有益である。 Elimination of the FRET effect from the donor to the acceptor is usually achieved by increasing the distance between the FRET pair. It is beneficial when the distance between the reporter and the donor increases by more than 15 nucleotides, especially by more than 20 nucleotides, especially by more than 40 nucleotides.

さらに、ドナーの放出スペクトルとアクセプターの吸収スペクトルとの間の十分なスペクトル重複は通常有利である。したがって、25%を超えるスペクトル重複(例えば、FAM/Cy3)を持つFRET対が好ましい。 In addition, sufficient spectral overlap between the donor emission spectrum and the acceptor absorption spectrum is usually advantageous. Therefore, a FRET pair with a spectral overlap of greater than 25% (eg, FAM / Cy3) is preferred.

本発明によれば、個々の構成成分の間の空間距離は、特に、2つの構成成分が、標的配列の特定の部分とハイブリダイズすることができるヌクレオチド配列を介して接続されるという事実によりもたらされる。 According to the present invention, the spatial distance between the individual components is provided, among other things, by the fact that the two components are connected via a nucleotide sequence that can hybridize to a particular portion of the target sequence. Is done.

鎖置換:
適切な手段の作用により、第1の二本鎖(例えば、A1鎖及びB1鎖からなる)の完全な又は部分的な分離、及び新しい第2の二本鎖の同時/並列形成をもたらすプロセスであって、鎖(A1又はB1)の少なくとも1つは、前記の新しい第2の鎖の形成に関与している。ここでは、鎖置換の2つの形態の間に区別が形成され得る。
Chain substitution:
In the process that, by the action of appropriate means, results in the complete or partial separation of the first duplex (eg, consisting of the A1 and B1 strands) and the simultaneous / parallel formation of the new second duplex. There, at least one of the strands (A1 or B1) is involved in the formation of the new second strand described above. Here, a distinction can be formed between the two forms of chain substitution.

鎖置換の第1の形態では、既存の相補鎖を使用して新しい第2の二本鎖を形成でき、これは、通常、反応の開始時に一本鎖の形態である。この場合、鎖置換の手段(例えば、鎖A1に相補的な配列を持つ事前に形成された一本鎖の鎖C1)は、最初にすでに形成された二本鎖(A1及びB1)に作用し、鎖A1との相補的結合に入り込み、それにより、鎖B1は、鎖A1との結合から置き換えられる。B1の置換が完了すると、C1の効果の結果として、新しい二本鎖(A1:C1)と一本鎖B1が生成される。B1の置換が不完全な場合、結果はいくつかの要因に依存する。例えば、部分的二本鎖のA1:B1及びA1:C1の複合体が中間産物として存在する場合がある。 In the first form of strand substitution, the existing complementary strand can be used to form a new second duplex, which is usually in the single strand form at the onset of the reaction. In this case, the means of strand substitution (eg, preformed single strand C1 with a sequence complementary to strand A1) acts on the first already formed duplex (A1 and B1). , Entering a complementary bond with chain A1, thereby replacing chain B1 from the bond with chain A1. When the substitution of B1 is completed, a new double strand (A1: C1) and a single strand B1 are generated as a result of the effect of C1. If the replacement of B1 is incomplete, the result depends on several factors. For example, a partially double-stranded A1: B1 and A1: C1 complex may be present as an intermediate.

鎖置換の第2の形態では、新しい第2の二本鎖の形成は、相補鎖の同時酵素合成の下で起こり得、第1の事前形成された二本鎖の一方の鎖は、ポリメラーゼによる合成の鋳型として作用する。それにより、鎖置換剤(例えば、鎖置換能力を持つポリメラーゼ)は、最初に既に形成された二本鎖(A1及びB1)に作用し、新しい相補鎖D1を鎖A1に合成し、鎖B1は同時に、鎖A1との結合から置換される。 In the second form of strand substitution, the formation of a new second duplex can occur under co-enzymatic synthesis of complementary strands, with one strand of the first preformed duplex being a polymerase. Acts as a synthetic template. Thereby, the strand substitution agent (eg, a polymerase capable of strand substitution) acts on the double strands (A1 and B1) already formed first to synthesize a new complementary strand D1 into the strand A1, and the strand B1 becomes the strand B1. At the same time, it is replaced from the bond with chain A1.

「核酸媒介性鎖置換」という用語は、互いに平衡状態にあり、最初にあらかじめ形成された二本鎖(相補鎖A1及びB1から成る)の一時的又は恒久的な開口をもたらし、そして新しい第2の二重鎖(相補鎖A1及びC1からなる)の形成をもたらす中間ステップの総和/一連を説明するために使用され、A1及びC1は互いに相補的である。 The term "nucleic acid-mediated strand substitution" is in equilibrium with each other, resulting in a temporary or permanent opening of the first preformed duplex (consisting of complementary strands A1 and B1), and a new second. Used to describe the sum / series of intermediate steps that result in the formation of the duplex (consisting of complementary strands A1 and C1) of, A1 and C1 are complementary to each other.

鎖置換を開始するための必須の構造条件は、二重鎖末端(A1とB1との事前に形成された第1の二重鎖)と、鎖置換を開始する一本鎖の鎖(C1)間の空間的近接の確立であることが知られている(A1とC1は相補鎖を形成する)。このような近接は、特に一本鎖オーバーハング(短いオーバーハングの例は「toehold」と呼ばれる文献で知られる、上記の文献を参照)によって達成でき、それは、相補的な様式において一時的又は永久的に一本鎖の鎖(C1)に結合し、したがって、鎖B1の置換が成功して開始されるように鎖C1とA1の相補的なセグメントが十分に近接するようにさせる。核酸媒介性鎖置換を開始する効率は、一般に、鎖A1及びC1の相補的セグメントが互いに近くに配置されるほど高くなる。 The essential structural conditions for initiating strand substitution are the double-strand end (pre-formed first duplex of A1 and B1) and the single strand (C1) initiating the strand substitution. It is known to establish spatial proximity between them (A1 and C1 form complementary strands). Such proximity can be achieved specifically by single-stranded overhangs (see the above literature, known in the literature called "toehold" for examples of short overhangs), which are temporary or permanent in a complementary fashion. It binds to the single-stranded chain (C1) so that the complementary segments of chains C1 and A1 are sufficiently close together so that the substitution of chain B1 is successfully initiated. The efficiency of initiating nucleic acid-mediated strand substitution is generally higher as the complementary segments of strands A1 and C1 are placed closer to each other.

内側のセグメントで核酸媒介性鎖置換を効率的に継続するためのもう1つの重要な構造的前提条件は、新しい二重鎖を形成するべき鎖間の高度な相補性(A1とC1の間など)である。例えば、単一のヌクレオチド変異(C1内)は、(例えば、分岐移動として記載される)鎖置換の中断につながることが可能である。 Another important structural precondition for the efficient continuation of nucleic acid-mediated strand substitutions in the inner segment is the high degree of complementarity between strands to form new duplexes (such as between A1 and C1). ). For example, a single nucleotide mutation (within C1) can lead to disruption of strand substitution (eg, described as bifurcation).

本発明は、相補的核酸の配列依存性核酸媒介性鎖置換を形成する能力を使用する。 The present invention uses the ability of complementary nucleic acids to form sequence-dependent nucleic acid-mediated strand substitutions.

本発明の特定の実施形態は、図及び実施例においてさらに説明される。 Specific embodiments of the present invention are further described in the figures and examples.

個々の実施形態
第1の増幅の反応条件
反応条件は、とりわけ、緩衝液条件、温度条件、反応時間、及びそれぞれの反応成分の濃度を含む。
Reaction Conditions for Individual Embodiments First Amplification Reaction conditions include, among other things, buffer conditions, temperature conditions, reaction times, and concentrations of the respective reaction components.

反応中、増幅されるべき特異的に生成される核酸の量は指数関数的様式で蓄積する。伸長産物の合成を含む反応は、必要な限り、所望の量の特異的な核酸配列を生成するために行うことができる。本発明による方法は、特に連続的に行われる。好ましい実施形態では、増幅反応は同じ反応温度で進行し、温度は特に50℃〜70℃の間である。別の実施形態では、増幅の単一のステップは、それぞれ異なる温度で進行するように、反応温度はまた可変的に制御され得る。 During the reaction, the amount of specifically produced nucleic acid to be amplified accumulates in an exponential manner. Reactions involving the synthesis of elongation products can be performed to generate the desired amount of specific nucleic acid sequence, if desired. The method according to the invention is particularly continuous. In a preferred embodiment, the amplification reaction proceeds at the same reaction temperature, especially between 50 ° C and 70 ° C. In another embodiment, the reaction temperature can also be variably controlled so that each single step of amplification proceeds at a different temperature.

指数関数的増幅に必要な試薬は、特に、同じバッチの反応の開始時にすでに存在する。別の実施形態では、該方法の後の段階で試薬を加えることもできる。 The reagents required for exponential amplification are already present, especially at the start of the reaction in the same batch. In another embodiment, reagents can be added at a later stage of the method.

特に、増幅される核酸の新しく合成された二本鎖の分離のために反応混合物にてヘリカーゼ又はリコンビナーゼは使用されない。 In particular, no helicase or recombinase is used in the reaction mixture for the separation of the newly synthesized double strands of the amplified nucleic acid.

特定の実施形態では、反応混合物は、ATPなどの生化学的エネルギー付与化合物を含有しない。 In certain embodiments, the reaction mixture is free of biochemical energy-imparting compounds such as ATP.

反応の開始時に存在する増幅される核酸の量は、数コピー〜数十億コピーの間で1つのバッチに存在し得る。診断用途の場合は、増幅される核酸鎖の量は未知であり得る。 The amount of amplified nucleic acid present at the start of the reaction can be between several copies and billions of copies in one batch. For diagnostic applications, the amount of nucleic acid strands amplified can be unknown.

反応において、増幅される対象ではないさらなる核酸もまた存在し得る。前記核酸は、天然のDNA又はRNA又はそれらの同等物に由来し得る。特定の実施形態において、制御配列は、増幅される核酸と並行して増幅される必要のある同じバッチ中に存在する。 In the reaction, there may also be additional nucleic acids that are not the subject of amplification. The nucleic acid may be derived from natural DNA or RNA or their equivalents. In certain embodiments, the control sequence is present in the same batch that needs to be amplified in parallel with the nucleic acid being amplified.

特に、使用されるプライマー及びコントローラーオリゴヌクレオチドが約10:1〜約1015:1(プライマー:鋳型の比)のモル過剰で、増幅される核酸鎖の合成のための鋳型鎖を含む反応混合物に加えられる。 In particular, a reaction mixture containing a template chain for the synthesis of an amplified nucleic acid strand with a molar excess of about 10 3 : 1 to about 10 15 : 1 (primer: template ratio) of the primers and controller oligonucleotides used. Is added to.

本発明による方法が診断用途に使用される場合、標的核酸の量は未知であり得、そのため相補鎖に対するプライマー及びコントローラーオリゴヌクレオチドの相対量を確実に決定することはできない。増幅されるべき配列が複雑な長鎖核酸鎖の混合物に含有される場合、添加されるプライマーの量は、一般に、相補鎖(鋳型)の量に対してモル過剰で存在する。方法の効率を改善するために、多量の過剰モルが好ましい。 When the method according to the invention is used for diagnostic purposes, the amount of target nucleic acid may be unknown and therefore the relative amount of primer and controller oligonucleotide relative to the complementary strand cannot be reliably determined. When the sequence to be amplified is contained in a mixture of complex long-stranded nucleic acid chains, the amount of primer added is generally in molar excess relative to the amount of complementary strand (template). Large amounts of excess moles are preferred to improve the efficiency of the method.

使用するプライマー1、プライマー2及びコントローラーオリゴヌクレオチドの濃度は、例えば0.01μmol/l〜100μmol/lの間、特に0.1μmol/l〜100μmol/lの間、特に0.1μmol/l〜50μmol/l、特に0.1μmol/l〜20μmol/lの間の範囲である。成分の濃度が高いと、増幅率が増加することが可能である。個々の成分のそれぞれの濃度は、所望の反応結果を達成するために独立して変えることができる。 The concentrations of Primer 1, Primer 2 and the controller oligonucleotide used are, for example, between 0.01 μmol / l and 100 μmol / l, particularly between 0.1 μmol / l and 100 μmol / l, especially between 0.1 μmol / l and 50 μmol / l. l, especially in the range between 0.1 μmol / l and 20 μmol / l. The higher the concentration of the component, the higher the amplification factor can be. The concentration of each of the individual components can be varied independently to achieve the desired reaction result.

ポリメラーゼの濃度は、0.001μmol/l〜50μmol/lの間の範囲、好ましくは0.01μmol/l〜20μmol/l、特に0.1μmol/l〜10μmol/lの間の範囲である。 The concentration of the polymerase is in the range of 0.001 μmol / l to 50 μmol / l, preferably 0.01 μmol / l to 20 μmol / l, particularly 0.1 μmol / l to 10 μmol / l.

個々のdNTP基質の濃度は、10μmol/l〜10mmol/lの間の範囲、特に50μmol/l〜2mmol/lの間の範囲であり、良好には100μmol/l〜1mmol/lの間の範囲である。dNTPの濃度は、2価金属カチオンの濃度に作用することが可能である。任意に、これは相応して調整される。 The concentration of the individual dNTP substrates is in the range of 10 μmol / l to 10 mmol / l, especially in the range of 50 μmol / l to 2 mmol / l, preferably in the range of 100 μmol / l to 1 mmol / l. is there. The concentration of dNTPs can act on the concentration of divalent metal cations. Optionally, this is adjusted accordingly.

二価の金属カチオンとして、例えばMg2+が使用される。対応するアニオンClとしては、例えば、酢酸塩、硫酸塩、グルタミン酸塩等が使用できる。 As the divalent metal cation, for example, Mg 2+ is used. As the corresponding anion Cl, for example, acetate, sulfate, glutamic acid and the like can be used.

二価の金属カチオンの濃度は、例えば対応するポリメラーゼに最適な範囲に適合され、0.1mmol/l〜50mmol/lの間の範囲、より良好には0.5mmol/l〜20mmol/lの間の範囲、好ましくは1mmol/l〜15mmol/lの間の範囲を含む。 The concentration of the divalent metal cation is adapted, for example, to the optimum range for the corresponding polymerase, in the range of 0.1 mmol / l to 50 mmol / l, better between 0.5 mmol / l and 20 mmol / l. , Preferably in the range of 1 mmol / l to 15 mmol / l.

一般に、酵素合成は緩衝水溶液で行われる。緩衝液としては、トリスHCl、トリス酢酸、グルタミン酸カリウム、HEPES緩衝液、一般的な濃度のグルタミン酸ナトリウムなどの溶解された従来の緩衝物質が使用できる。前記溶液のpH値は、通常、7〜9.5、好ましくは約8〜8.5の間である。緩衝液条件は、例えば、使用するポリメラーゼの製造業者の推奨に従って適用され得る。 Generally, enzyme synthesis is carried out in a buffered aqueous solution. As the buffer solution, a dissolved conventional buffer substance such as Tris HCl, Tris acetic acid, potassium glutamate, HEPES buffer solution, and monosodium glutamate at a general concentration can be used. The pH value of the solution is usually between 7 and 9.5, preferably between about 8 and 8.5. Buffer conditions can be applied, for example, according to the manufacturer's recommendations for the polymerase used.

いわゆるTm降下剤(DMSO、ベタイン、TPACなど)などの他の物質を緩衝液に添加することができる。そのような物質は、二本鎖の融解温度(「Tm降下剤」)を低下させ、したがって二本鎖の開口にプラスの影響を有し得る。Tween20又はTriton100などのポリメラーゼ安定化成分も通常の量で緩衝液に添加できる。EDTA又はEGTAを従来の量で添加して、重金属を複合することができる。トレハロース又はPEG6000などのポリメラーゼ安定化物質も反応混合物に加えることができる。 Other substances such as so-called Tm depressants (DMSO, betaine, TPAC, etc.) can be added to the buffer. Such substances may lower the double-stranded melting temperature (“Tm lowering agent”) and thus have a positive effect on the double-stranded opening. Polymerase stabilizing components such as Tween 20 or Triton 100 can also be added to the buffer in normal amounts. Heavy metals can be compounded by adding EDTA or EGTA in conventional amounts. Polymerase stabilizers such as trehalose or PEG6000 can also be added to the reaction mixture.

特に、反応混合物は、鎖置換反応のいずれの阻害剤を含有せず、ポリメラーゼ依存性プライマー伸長の阻害剤も含有しない。 In particular, the reaction mixture does not contain any inhibitors of the chain substitution reaction and does not contain inhibitors of polymerase-dependent primer elongation.

特定の実施形態では、反応混合物は、DNA結合色素、特にEvaGreen又はSybrGreenなどの挿入色素を含有する。そのような色素は、新しい核酸鎖の形成の検出を可能にし得る。 In certain embodiments, the reaction mixture contains a DNA binding dye, particularly an insertion dye such as EvaGreen or SybrGreen. Such dyes may allow detection of the formation of new nucleic acid chains.

反応混合物はまた、例えば、元の材料に由来し、増幅に影響を及ぼさないタンパク質又は他の物質を含有し得る。 The reaction mixture can also contain, for example, proteins or other substances that are derived from the original material and do not affect amplification.

反応条件の特定の実施形態
温度は二本鎖の安定性に大きな影響を与える。
The temperature of a particular embodiment of the reaction conditions has a significant effect on double-stranded stability.

特定の実施形態では、増幅反応の間、コントローラーオリゴヌクレオチドの非存在下で増幅される核酸の二本鎖の分離を本質的に導く温度条件は使用されない。これは、増幅される核酸鎖の二本鎖の分離が、増幅手順全体を通じてコントローラーオリゴヌクレオチドの存在に依存することを確認するものである。 In certain embodiments, no temperature conditions are used during the amplification reaction that essentially lead to the separation of the double strands of the nucleic acid that is amplified in the absence of the controller oligonucleotide. This confirms that the double-stranded separation of the amplified nucleic acid strand depends on the presence of the controller oligonucleotide throughout the amplification procedure.

増幅される核酸の測定された融解温度(Tm)とほぼ等しい温度で、増幅される核酸の両方の鎖の自発的な分離が生じ、それにより、合成された鎖の分離に対するコントローラーオリゴヌクレオチドの影響が、したがって増幅の配列特異性に対するコントローラーオリゴヌクレオチドの影響が最小限になり限定される。 Spontaneous separation of both strands of the amplified nucleic acid occurs at a temperature approximately equal to the measured melting temperature (Tm) of the amplified nucleic acid, thereby affecting the effect of the controller oligonucleotide on the separation of the synthesized strands. However, the effect of controller oligonucleotides on the sequence specificity of amplification is therefore minimized and limited.

配列特異性が低い必要がある(つまり、コントローラーオリゴヌクレオチド依存性が低い)指数的増幅の場合、反応温度は、増幅される核酸の融解温度(すなわち、Tmプラス/マイナス3°〜5℃)付近であり得る。そのような温度で、コントローラーオリゴヌクレオチドと合成されたプライマー伸長産物との間の配列の差異は、一般的に、鎖置換反応において十分に耐性があり得る。 For exponential amplification, which requires low sequence specificity (ie, low controller oligonucleotide dependence), the reaction temperature is near the melting temperature of the amplified nucleic acid (ie, Tm plus / minus 3 ° -5 ° C). Can be. At such temperatures, sequence differences between the controller oligonucleotide and the synthesized primer extension product can generally be well tolerated in the strand substitution reaction.

約(Tmマイナス3℃)から約(Tmマイナス10℃)の温度範囲でも、合成されたプライマー伸長産物の自発的な鎖の分離はなお生じるが、効率は低下する。増幅される核酸の配列特異性に対するコントローラーオリゴヌクレオチドの影響は、増幅される核酸鎖の融解温度(Tm)付近の温度条件ではより高い。 Even in the temperature range of about (Tm −3 ° C.) to about (Tm −10 ° C.), spontaneous chain separation of the synthesized primer extension product still occurs, but the efficiency is reduced. The effect of the controller oligonucleotide on the sequence specificity of the amplified nucleic acid is higher under temperature conditions near the melting temperature (Tm) of the amplified nucleic acid chain.

鎖の分離は反応温度の低下に伴って行われるが、主に新しく合成された二本鎖とコントローラーオリゴヌクレオチドとの相互作用による。しかしながら、伸長温度でのプライマーの二本鎖はまた、上記の条件下で、すなわち、コントローラーオリゴヌクレオチドによる配列依存性鎖置換なしに、自発的に分解することもできる。例えば、減少した配列特異的増幅の反応温度は、約(Tmマイナス3℃)〜約(Tmマイナス10℃)、特に約(Tmマイナス5℃)〜約(Tmマイナス10℃)の間の範囲である。このような温度では、コントローラーオリゴヌクレオチドと合成されたプライマー伸長産物との間の配列の差異は、鎖置換反応において耐容可能性が低い。 The separation of the strands occurs as the reaction temperature decreases, mainly due to the interaction between the newly synthesized duplex and the controller oligonucleotide. However, the double strands of the primer at extension temperature can also be spontaneously degraded under the above conditions, i.e., without sequence-dependent strand substitution by the controller oligonucleotide. For example, the reaction temperature for reduced sequence-specific amplification ranges from about (Tm -3 ° C) to about (Tm -10 ° C), especially from about (Tm -5 ° C) to about (Tm -10 ° C). is there. At such temperatures, sequence differences between the controller oligonucleotide and the synthesized primer extension product are less tolerable in the strand substitution reaction.

増幅される核酸の新しく合成された鎖が反応条件下で自然に一本鎖に解離できない場合、この方法の増幅の高い配列特異性が主に実現される。そのような場合、コントローラーオリゴヌクレオチドによる配列特異的鎖置換は、配列特異的鎖分離において決定的な役割を果たし、増幅反応の配列特異性に大きく関与する。これは一般に、反応温度が増幅される核酸の両方の鎖の融解温度を大幅に下回り、鎖分離に他の成分が使用されない場合、例えばヘリカーゼ又はリコンビナーゼがない場合に実現できる。例えば、配列特異的増幅では、反応温度はおよそ(Tmマイナス10℃)〜およそ(Tmマイナス50℃)の間、特におよそ(Tmマイナス15℃)〜およそ(Tmマイナス40℃)の間、特におよそ(Tmマイナス15℃)〜およそ(Tmマイナス30℃)の間の範囲である。 The high sequence specificity of amplification of this method is predominantly achieved when the newly synthesized strand of the amplified nucleic acid cannot spontaneously dissociate into a single strand under reaction conditions. In such cases, sequence-specific strand substitution by the controller oligonucleotide plays a decisive role in sequence-specific strand separation and plays a major role in the sequence specificity of the amplification reaction. This can generally be achieved in the absence of helicases or recombinases, where the reaction temperature is well below the melting temperature of both strands of the amplified nucleic acid and no other components are used for strand separation. For example, in sequence-specific amplification, the reaction temperature is between about (Tm -10 ° C) and about (Tm -50 ° C), especially between about (Tm -15 ° C) and about (Tm -40 ° C), especially about. It ranges from (Tm −15 ° C.) to approximately (Tm −30 ° C.).

増幅の特定の実施形態では、最大反応温度は、全増幅反応の間に増幅される核酸鎖の融解温度を超えて上昇しない。 In certain embodiments of amplification, the maximum reaction temperature does not rise above the melting temperature of the nucleic acid chains amplified during the total amplification reaction.

増幅の特定の実施形態では、反応温度は、増幅される核酸鎖の融解温度を少なくとも1回超えて上昇させることができる。例えば、増幅反応の開始時に温度が上昇され、ゲノムDNAの二本鎖が変性をもたらすことができる。そのようなステップの間、コントローラーオリゴヌクレオチドの作用に対する二本鎖分離の依存性が排除される、又は少なくとも著しく減少することに留意すべきである。 In certain embodiments of amplification, the reaction temperature can be raised at least once above the melting temperature of the amplified nucleic acid chain. For example, the temperature is raised at the start of the amplification reaction and the double strand of genomic DNA can result in denaturation. It should be noted that during such steps, the dependence of double strand separation on the action of the controller oligonucleotide is eliminated, or at least significantly reduced.

増幅反応の個々のステップの反応温度は、約15℃〜約85℃の範囲、良好には、約15℃〜約75℃の範囲、特に約25℃〜約70℃の範囲であり得る。 The reaction temperature of each step of the amplification reaction can be in the range of about 15 ° C to about 85 ° C, preferably in the range of about 15 ° C to about 75 ° C, particularly in the range of about 25 ° C to about 70 ° C.

下記の実施例2及び3では、増幅反応に65℃の反応温度が使用され、増幅される核酸のTmは約75℃〜約80℃の間であった。したがって、増幅される核酸の二本鎖は反応条件下で安定であり、増幅反応は配列特異的であった。 In Examples 2 and 3 below, a reaction temperature of 65 ° C. was used for the amplification reaction and the Tm of the amplified nucleic acid was between about 75 ° C. and about 80 ° C. Therefore, the double strand of the amplified nucleic acid was stable under the reaction conditions, and the amplification reaction was sequence-specific.

一般に、反応温度は、個々の反応ステップごとに最適に調整できるため、そのような温度は、各反応ステップごとに実現できる。したがって、増幅反応には、周期的に繰り返される温度の繰り返し変化を含む。プロセスの有利な実施形態では、いくつかの反応ステップの反応条件は、温度ステップの数が反応ステップの数よりも少なくなるように標準化される。本発明のそのような特定の実施形態では、増幅のステップの少なくとも1つは、増幅の他のステップの反応温度とは異なる反応温度で行われる。したがって、反応は等温で進行せず、反応温度は周期的に変化される。 In general, the reaction temperature can be optimally adjusted for each individual reaction step, so that such temperature can be achieved for each reaction step. Therefore, the amplification reaction includes cyclically repeated changes in temperature. In an advantageous embodiment of the process, the reaction conditions of some reaction steps are standardized so that the number of temperature steps is less than the number of reaction steps. In such a particular embodiment of the invention, at least one of the amplification steps is performed at a reaction temperature different from the reaction temperature of the other steps of amplification. Therefore, the reaction does not proceed isothermally and the reaction temperature changes cyclically.

例えば、増幅中、交互に誘導される少なくとも2つの温度範囲が使用される(個々の温度範囲間の温度の周期的変化)。特定の実施形態において、より低い温度範囲は、例えば、25℃〜60℃の間、特に35℃〜60℃の間、特に50℃〜60℃の間の温度を含み、かつ上限温度範囲は、例えば、60℃〜75℃の間、特に60℃〜70℃の間の温度を含む。 For example, at least two temperature ranges that are alternately induced during amplification are used (periodic changes in temperature between the individual temperature ranges). In certain embodiments, the lower temperature range includes, for example, between 25 ° C. and 60 ° C., particularly between 35 ° C. and 60 ° C., particularly between 50 ° C. and 60 ° C., and the upper temperature range includes. For example, it includes a temperature between 60 ° C. and 75 ° C., particularly between 60 ° C. and 70 ° C.

特定の実施形態では、より低い温度範囲は、例えば15℃〜50℃の間、特に25℃〜50℃の間、特に30℃〜50℃の間の温度を含み、上限温度範囲は、例えば50℃〜75℃、特に50℃〜65℃の間の温度を含む。 In certain embodiments, the lower temperature range includes, for example, between 15 ° C. and 50 ° C., particularly between 25 ° C. and 50 ° C., particularly between 30 ° C. and 50 ° C., and the upper temperature range includes, for example, 50 ° C. Includes temperatures between ° C. and 75 ° C., especially between 50 ° C. and 65 ° C.

特定の実施形態において、より低い温度範囲は、例えば、15℃〜40℃の間、特に25℃〜40℃の間、特に30℃〜40℃の間の温度を含み、そして上限温度範囲は、例えば、40℃〜75℃の間、特に40℃〜65℃の間の温度を含む。 In certain embodiments, lower temperature ranges include, for example, temperatures between 15 ° C. and 40 ° C., particularly between 25 ° C. and 40 ° C., especially between 30 ° C. and 40 ° C., and upper temperature ranges include. For example, it includes a temperature between 40 ° C. and 75 ° C., particularly between 40 ° C. and 65 ° C.

温度はそれぞれの範囲で一定に保つこと、又は温度勾配(下降又は上昇)として変化させることができる。 The temperature can be kept constant in each range or varied as a temperature gradient (down or up).

温度設定のさらなる説明は、実施形態の以下のセクションで詳細に記載される。 Further description of the temperature setting is given in detail in the following sections of the embodiment.

誘導された各温度は特定の時間、維持され得、よってインキュベーションステップをもたらすことができる。したがって、反応混合物は、選択された温度での増幅の間、特定の時間インキュベートすることが可能である。前記時間は、各インキュベーションステップで異なることが可能であり、所与の温度でのそれぞれの反応の進行によることが可能である(例えば、プライマー伸長又は鎖置換など)。インキュベーションステップの時間は、以下の範囲:0.1秒〜10,000秒、特に0.1秒〜1000秒、特に1秒〜300秒、特に1秒〜100秒の間の範囲を含むことができる。 Each induced temperature can be maintained for a specific time, thus resulting in an incubation step. Therefore, the reaction mixture can be incubated for a specific period of time during amplification at the selected temperature. The time can be different for each incubation step and can depend on the progress of each reaction at a given temperature (eg, primer extension or chain substitution). The duration of the incubation step may include the following range: 0.1 seconds to 10,000 seconds, especially 0.1 seconds to 1000 seconds, especially 1 second to 300 seconds, especially 1 second to 100 seconds. it can.

上記のように温度を変化させることにより、特に選択された温度で、個々の反応ステップを実施することができる。このようにして、それぞれの反応ステップからの収率を改善することができる。合成サイクル内では、必要に応じて、温度変化又は個々の範囲間の温度切り替えを数回行うことができる。したがって、合成サイクルは、少なくとも1つの温度変化を含むことができる。そのような温度変化は、例えば、時間プログラムとしてPCR装置/温度サイクラーで定期的に実行することができる。 By varying the temperature as described above, the individual reaction steps can be carried out at a particularly selected temperature. In this way, the yield from each reaction step can be improved. Within the synthesis cycle, temperature changes or temperature switching between individual ranges can be performed several times, as needed. Therefore, the synthesis cycle can include at least one temperature change. Such temperature changes can be performed periodically on a PCR device / temperature cycler, for example as a time program.

特定の実施形態では、鎖置換を含むステップの少なくとも1つ、及びプライマー伸長反応を含むステップの少なくとも1つが、同時に又は並行して、同じ反応条件下で行われる増幅方法が好ましい。そのような実施形態では、例えば、少なくとも1つのオリゴヌクレオチドプライマー(例えば、第1のオリゴヌクレオチドプライマー)のプライマー伸長反応は、特に、より低い温度範囲の温度条件下で実行することができる。対照的に、鎖置換は、コントローラーオリゴヌクレオチドの協力により行われ、(例えば、第2のオリゴヌクレオチドプライマーの)さらなるプライマー伸長反応が、特に上限温度範囲の反応ステップで起こる。 In certain embodiments, amplification methods are preferred in which at least one of the steps involving chain substitution and at least one of the steps involving the primer extension reaction are performed simultaneously or in parallel under the same reaction conditions. In such embodiments, for example, the primer extension reaction of at least one oligonucleotide primer (eg, the first oligonucleotide primer) can be performed under temperature conditions, especially in the lower temperature range. In contrast, strand substitution is carried out in cooperation with the controller oligonucleotide, and further primer extension reactions (eg, of the second oligonucleotide primer) occur, especially in the reaction step in the upper temperature range.

特定の実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換を含むステップの少なくとも1つ、及びプライマー伸長反応を含むステップの少なくとも1つが、異なる温度で行われる増幅方法が好ましい。そのような実施形態では、例えば、少なくとも1つのオリゴヌクレオチドプライマー(例えば、第1のオリゴヌクレオチド及び/又は第2のオリゴヌクレオチドプライマー)のプライマー伸長反応は、特に、より低い温度範囲の温度条件下で行うことができる。一方、コントローラーオリゴヌクレオチドが関与する鎖置換は、特に上限温度範囲の反応ステップで起こる。 In certain embodiments, amplification methods are preferred in which at least one step involving chain substitution with a controller oligonucleotide and at least one step involving a primer extension reaction are performed at different temperatures. In such embodiments, for example, the primer extension reaction of at least one oligonucleotide primer (eg, the first oligonucleotide and / or the second oligonucleotide primer) is carried out, especially under temperature conditions in a lower temperature range. It can be carried out. On the other hand, strand substitution involving controller oligonucleotides occurs especially in the reaction step in the upper temperature range.

別の特定の実施形態では、増幅反応のすべてのステップは、同じ反応条件下で行われる。 In another particular embodiment, all steps of the amplification reaction are carried out under the same reaction conditions.

そのような実施形態では、増幅手順は、等温条件下で実行することができ、すなわち、プロセスを実行するために温度変化は必要とされない。本発明のそのような特定の実施形態では、増幅反応全体が一定の温度下で行われる、すなわち、反応は等温である。そのような反応の時間は、例えば以下の範囲:100秒〜30,000秒、特に100秒〜10,000秒、特に100秒〜1000秒の間の範囲を含む。 In such an embodiment, the amplification procedure can be performed under isothermal conditions, i.e. no temperature change is required to carry out the process. In such a particular embodiment of the invention, the entire amplification reaction is carried out under constant temperature, i.e., the reaction is isothermal. The time of such a reaction includes, for example, the following range: 100 seconds to 30,000 seconds, particularly 100 seconds to 10,000 seconds, particularly 100 seconds to 1000 seconds.

「実施例」のセクションでは、等温反応が可能になるように、個々の反応成分及び対応する反応ステップの構造を一致させることが可能であることを示す。 The "Examples" section shows that it is possible to match the structure of individual reaction components and corresponding reaction steps so that an isothermal reaction is possible.

増幅される核酸鎖の量を2倍にするすべての方法ステップの総和は、合成サイクルと呼ばれる。このようなサイクルは、等温であり得、又はその過程での温度変化によって特徴付けられ得る。温度変化はサイクルごとに繰り返され、同一であることが可能である。 The sum of all the method steps that doubles the amount of nucleic acid strands amplified is called the synthetic cycle. Such cycles can be isothermal or can be characterized by temperature changes in the process. Temperature changes are repeated cycle by cycle and can be identical.

コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域の5個を超えるヌクレオチドが第1のプライマー伸長産物との相補的結合に入ることができる場合、特に10を超える場合、特にコントローラーオリゴヌクレオチドの20を超えるヌクレオチドが第1のオリゴヌクレオチド伸長産物との結合に入る場合、最大達成温度がコントローラーオリゴヌクレオチドの関与を伴う鎖分離のみを可能にする増幅方法は、特に有利である。一般に、合成された鎖が反応条件下で分離する前に、コントローラーオリゴヌクレオチドと第1のプライマー伸長産物の相補鎖の間の必要な結合が長いほど、増幅反応はより特異的である。詳細には、所望の特異性の程度は、コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の部分を伸長又は短縮することによって決定することができる。 When more than 5 nucleotides in the third region of the controller oligonucleotide can enter complementary binding to the first primer extension product, especially more than 10, especially more than 20 nucleotides of the controller oligonucleotide are the first. Amplification methods in which the maximum achieved temperature allows only chain separation with the involvement of the controller oligonucleotide are particularly advantageous when entering into binding with the oligonucleotide extension product of 1. In general, the longer the required bond between the controller oligonucleotide and the complementary strand of the first primer extension product, the more specific the amplification reaction is before the synthesized strand separates under reaction conditions. Specifically, the degree of specificity desired can be determined by extending or shortening a third portion of the controller oligonucleotide.

プロセスのステップは、プロセスの全期間にわたって一定の温度で、又は異なる温度で繰り返すことができる。 The steps of the process can be repeated at a constant temperature or at different temperatures over the entire duration of the process.

個々の方法のステップは、個々の成分を追加することにより、次々に実行できる。特定の実施形態では、増幅手順に必要なすべての反応成分は、増幅手順の開始時に反応混合物中に存在する。 The steps of the individual methods can be performed one after another by adding individual components. In certain embodiments, all reaction components required for the amplification procedure are present in the reaction mixture at the beginning of the amplification procedure.

増幅反応の開始は、成分を添加すること、例えば、標的配列を含む核酸鎖(例えば、開始核酸鎖)、又はポリメラーゼもしくは二価金属イオンを添加することにより、又は増幅に必要な反応条件を誘導することにより、例えば、1つ以上のプロセスのステップに必要な反応温度を設定することにより、行うことができる。 The initiation of the amplification reaction can be initiated by adding a component, eg, a nucleic acid strand containing the target sequence (eg, the initiation nucleic acid strand), or a polymerase or divalent metal ion, or inducing the reaction conditions required for amplification. This can be done, for example, by setting the reaction temperature required for one or more process steps.

増幅は、増幅される核酸が所望の量に達するまで行うことができる。別の実施形態では、増幅反応は、増幅されるべき十分な量の核酸を得るのに十分である時間の間行われる。別の実施形態において、増幅反応は、増幅されるべき十分な量の核酸を得るのに十分であると思われる十分な数の合成サイクル(倍加時間)にわたって行われる。 Amplification can be performed until the amount of nucleic acid to be amplified reaches the desired amount. In another embodiment, the amplification reaction is carried out for a period of time sufficient to obtain a sufficient amount of nucleic acid to be amplified. In another embodiment, the amplification reaction is carried out over a sufficient number of synthetic cycles (doubling time) that appear to be sufficient to obtain a sufficient amount of nucleic acid to be amplified.

反応は、さまざまな介入によって停止できる。例えば、温度を変化させることにより(例えば、ポリメラーゼの機能が妨害される冷却又は加熱)、又はポリメラーゼ反応を停止する物質、例えば、EDTA又はホルムアミドを添加することによる。 The reaction can be stopped by various interventions. For example, by changing the temperature (eg, cooling or heating that interferes with the function of the polymerase), or by adding a substance that arrests the polymerase reaction, such as EDTA or formamide.

増幅後、増幅された核酸鎖は、さらなる分析に使用できる。合成された核酸鎖は、さまざまな検出方法で分析できる。例えば、蛍光標識オリゴヌクレオチドプローブが使用され得、又は配列決定方法(サンガーシーケンシング又は次世代シーケンシング)、マイクロアレイ又はビーズアレイ分析などの固相分析などが使用され得る。合成された核酸鎖は、基質/鋳型として、さらなるオリゴヌクレオチド伸長反応に使用できる。 After amplification, the amplified nucleic acid strand can be used for further analysis. The synthesized nucleic acid strand can be analyzed by various detection methods. For example, a fluorescently labeled oligonucleotide probe can be used, or a sequencing method (Sanger sequencing or next-generation sequencing), solid phase analysis such as microarray or bead array analysis, and the like can be used. The synthesized nucleic acid chain can be used as a substrate / template for further oligonucleotide extension reactions.

特定の実施形態において、合成反応の進行は、反応中にモニタリングされる。これは、例えば、Sybrgreen又はEvagreenなどの挿入色素を使用することにより、又は標識プライマー(例えば、Lux−オリゴヌクレオチドプライマー又はScorpion−オリゴヌクレオチドプライマーなど)を使用することにより、又は蛍光標識オリゴヌクレオチドプローブを使用することにより行うことができる。 In certain embodiments, the progress of the synthetic reaction is monitored during the reaction. This can be done, for example, by using an insertion dye such as Sybrgreen or Evagreen, or by using a labeling primer (eg, Lux-oligonucleotide primer or Scorpion-oligonucleotide primer, etc.), or by using a fluorescently labeled oligonucleotide probe. It can be done by using it.

増幅中の蛍光変化の検出は、この手順の検出ステップで実行される。前記ステップの温度及び持続時間は、オリゴヌクレオチドプローブのそれぞれの要件に適合させることができる。例えば、検出ステップの温度は、20℃〜75℃、特に40〜70℃、特に55〜70℃の間を含む。 Detection of fluorescence changes during amplification is performed in the detection step of this procedure. The temperature and duration of the steps can be adapted to the respective requirements of the oligonucleotide probe. For example, the temperature of the detection step includes between 20 ° C. and 75 ° C., especially between 40 and 70 ° C., especially between 55 and 70 ° C.

検出ステップの間、反応は、検出系(ドナー又は蛍光レポーター)で使用される蛍光色素分子を励起できる波長の光で照射される。シグナル取得は通常、励起と並行して実行され、特異的な蛍光シグナルが検出され、その強度が定量化される。 During the detection step, the reaction is irradiated with light of a wavelength capable of exciting the fluorochrome molecules used in the detection system (donor or fluorescent reporter). Signal acquisition is usually performed in parallel with excitation to detect a specific fluorescent signal and quantify its intensity.

増幅方法は、診断手順の一部として、生物学的材料又は診断的材料における標的核酸鎖の存在を確認するために使用することができる。 Amplification methods can be used to confirm the presence of a target nucleic acid chain in a biological or diagnostic material as part of a diagnostic procedure.

第2の増幅の反応条件の特定の実施形態
PCRの反応条件は、当業者に十分に知られている。
Specific Embodiment of Reaction Conditions for Second Amplification The reaction conditions for PCR are well known to those of skill in the art.

したがって、いくつかの特定の実施形態は、例示的な手段によって本明細書に提示される。 Therefore, some specific embodiments are presented herein by exemplary means.

特定の実施形態において、図3〜11に示される温度は、以下の範囲を含む:
T1=55℃(+/−5℃)
T2=65℃(+/−5℃)
T3=95℃(+/−5℃)
T4=45℃(+/−5℃)
T5=70℃(+/−5℃)
In certain embodiments, the temperatures shown in FIGS. 3-11 include the following ranges:
T1 = 55 ° C (+/- 5 ° C)
T2 = 65 ° C (+/- 5 ° C)
T3 = 95 ° C (+/- 5 ° C)
T4 = 45 ° C (+/- 5 ° C)
T5 = 70 ° C (+/- 5 ° C)

特定の実施形態では、図3〜11に示される温度は、以下の範囲を含む:
T1=55℃(+/−10℃)
T2=65℃(+/−10℃)
T3=95℃(+/−10℃)
T4=45℃(+/−10℃)
T5=70℃(+/−10℃)
In certain embodiments, the temperatures shown in FIGS. 3-11 include the following ranges:
T1 = 55 ° C (+/- 10 ° C)
T2 = 65 ° C (+/- 10 ° C)
T3 = 95 ° C (+/- 10 ° C)
T4 = 45 ° C (+/- 10 ° C)
T5 = 70 ° C (+/- 10 ° C)

特定の実施形態では、図3〜11に示される温度は、以下の範囲を含む:
T1=55℃(+/−15℃)
T2=65℃(+/−10℃)
T3=95℃(+/−10℃)
T4=45℃(+/−20℃)
T5=70℃(+/−10℃)
In certain embodiments, the temperatures shown in FIGS. 3-11 include the following ranges:
T1 = 55 ° C (+/- 15 ° C)
T2 = 65 ° C (+/- 10 ° C)
T3 = 95 ° C (+/- 10 ° C)
T4 = 45 ° C (+/- 20 ° C)
T5 = 70 ° C (+/- 10 ° C)

特定の実施形態では、図3〜11に示される温度は、以下の範囲を含む:
T1=55℃(+/−5℃)
T2=65℃(+/−3℃)
T3=95℃(+/−10℃)
T4=45℃(+/−5℃)
T5=70℃(+/−3℃)
In certain embodiments, the temperatures shown in FIGS. 3-11 include the following ranges:
T1 = 55 ° C (+/- 5 ° C)
T2 = 65 ° C (+/- 3 ° C)
T3 = 95 ° C (+/- 10 ° C)
T4 = 45 ° C (+/- 5 ° C)
T5 = 70 ° C (+/- 3 ° C)

単一の温度ステップ中のインキュベーション時間は、いくつかの実行において0.1秒〜60分の間、特に1秒〜10分の間、特に1秒〜5分の間であり得る。 The incubation time during a single temperature step can be between 0.1 seconds and 60 minutes, especially between 1 second and 10 minutes, especially between 1 second and 5 minutes in some runs.

周期的な温度変化は、PCRサイクルと呼ばれることが多い。例えば、PCRサイクルには、T1、T2からT3への温度の完全な変化を含む。 Periodic temperature changes are often referred to as PCR cycles. For example, the PCR cycle involves a complete change in temperature from T1, T2 to T3.

使用される温度範囲は、主に第2の増幅の次のステップをサポートすることを目的とする:
T1、T2、T4、及びT5の温度:第3及び第4のプライマーの、それぞれの鋳型鎖の相補セグメントへのハイブリダイゼーション、及び第3及び第4のプライマー伸長産物の伸長。
The temperature range used is primarily intended to support the next step in the second amplification:
Temperatures of T1, T2, T4, and T5: Hybridization of third and fourth primers to complementary segments of their respective template strands, and extension of third and fourth primer extension products.

T3温度は、プライマー伸長産物の少なくとも1つを含む二本鎖を分離するために使用される。二本鎖として存在するすべての核酸鎖(例えば、二本鎖標的配列、第1の増幅断片1.1、第2の増幅断片2.1、並びにP1.1−Ext及びP4.1−Ext−part1又はP2.1−Ext及びP3.1−Ext−part1を含む中間産物)は、温度の作用により一本鎖の形態に変換される。 The T3 temperature is used to separate double strands containing at least one of the primer extension products. All nucleic acid strands present as double strands (eg, double strand target sequence, first amplified fragment 1.1, second amplified fragment 2.1, and P1.1-Ext and P4.1-Ext- Part1 or an intermediate product containing P2.1-Ext and P3.1-Ext-part1) is converted to a single-stranded form by the action of temperature.

さらに、T3温度は、(例えば、抗体によって不活性化された)第2のポリメラーゼのホットスタート形態を活性化する、又は第1のポリメラーゼを不活性化するのに機能し得る。さらに、熱不安定性コントローラーオリゴヌクレオチドは、前記温度(T3)によって切断され得る。さらに、熱活性化可能オリゴヌクレオチドプライマー3及び4が活性化することができる。 In addition, the T3 temperature can serve to activate the hot-started form of the second polymerase (eg, inactivated by the antibody) or to inactivate the first polymerase. In addition, the thermal instability controller oligonucleotide can be cleaved by the temperature (T3). In addition, heat-activated oligonucleotide primers 3 and 4 can be activated.

したがって、反応制御に異なる温度を使用できる。 Therefore, different temperatures can be used for reaction control.

さらに、それぞれのPCRプライマー(第2の増幅の第3及び第4のプライマー)との組み合わせでの反応温度の選択は、第2の増幅中の産物の生成/中間体の形成に影響を与えることが可能である。 In addition, the choice of reaction temperature in combination with the respective PCR primers (third and fourth primers of the second amplification) will affect the production / intermediate formation of the product during the second amplification. Is possible.

個々の産物及び中間体の収率の程度は、いくつかの要因に依存する。例えば、個々のプライマーの濃度が高いほど、一般に産物/中間収の収量に有利である。さらに、産物/中間体の形成は、反応温度、及び個々の反応物の相互への結合/親和性(鋳型鎖内の相補的プライマー結合部位への個々のプライマーの結合の親和性)によって影響を受けることが可能であり:一般に、例えば、より長いオリゴヌクレオチドは、より高い温度でより短いオリゴヌクレオチドよりも良好に結合し、CGのレベルも相補的な配列セグメントで役割を果たすことができる:CGが豊富な配列はまた、ATが豊富な配列よりも高温でより強く結合する。さらに、MGB又は2−アミノ−dA又はLNAなどの修飾は、それぞれの相補的セグメントへのプライマーの結合強度を高めることができ、これにより、高温でオリゴヌクレオチドプライマーが優先的に結合する。 The degree of yield of individual products and intermediates depends on several factors. For example, higher concentrations of individual primers generally favor product / intermediate yield yields. In addition, product / intermediate formation is influenced by reaction temperature and mutual binding / affinity of individual reactants (affinity of individual primer binding to complementary primer binding sites within the template chain). It is possible to receive: In general, for example, longer oligonucleotides bind better than shorter oligonucleotides at higher temperatures, and levels of CG can also play a role in complementary sequence segments: CG. Primer-rich sequences also bind more strongly at elevated temperatures than AT-rich sequences. In addition, modifications such as MGB or 2-amino-dA or LNA can increase the binding strength of the primers to their respective complementary segments, which allows the oligonucleotide primers to preferentially bind at elevated temperatures.

例えば、相補的なセグメントとのTmが比較的高い(例えば、60〜70℃)、より長いオリゴヌクレオチドプライマーがPCRに使用される(例えば、25〜60の間のヌクレオチド、CGのレベルが40%を超える)。これにより、より高い温度(T2又はT5など)で実行する第2の増幅のハイブリダイゼーションステップ及びプライマー伸長ステップを許容できる。したがって、(第1の増幅からの)比較的短い第1及び第2のプライマーの組み合わせにおいて、プライマー伸長産物P4.1−Ext及びP3.1−Extが優先的に形成され、PCR増幅中のP1.1及びP2.1から始まるプライマー伸長産物の共増幅が大幅に抑制できるように、反応が制御されることが可能である。 For example, longer oligonucleotide primers with relatively high Tm with complementary segments (eg 60-70 ° C.) are used for PCR (eg nucleotides between 25-60, CG levels 40%). Exceeds). This allows a second amplification hybridization step and a primer extension step to be performed at a higher temperature (such as T2 or T5). Therefore, in the relatively short combination of the first and second primers (from the first amplification), the primer extension products P4.1-Ext and P3.1-Ext are preferentially formed and P1 during PCR amplification. The reaction can be controlled so that the co-amplification of the primer extension products starting with .1 and P2.1 can be significantly suppressed.

例えば、前記標的配列又はその同等物に結合することができる短い3’セグメントのみを含む(例えば、前記セグメントは6〜15の間のヌクレオチド長である)第3及び第4のプライマーを使用する場合、低温で数サイクルを最初に実施することが有利であり得る(図10A及びB、A2.1の段階)。同様の状況は、例えば、本質的に相補的な第1の増幅断片1.1のみの不一致を含むPCRプライマーにも適用できる。 For example, when using third and fourth primers that contain only short 3'segments capable of binding to the target sequence or its equivalent (eg, the segment has a nucleotide length between 6 and 15). It may be advantageous to carry out several cycles first at low temperatures (steps 10A and B, A2.1). A similar situation can be applied, for example, to PCR primers containing a mismatch of only the essentially complementary first amplified fragment 1.1.

比較的低温の前記段階(T1及びT4)の間に、第3及び/又は第4のプライマーの第1の増幅断片の相補セグメントへのプライマー結合が起こり、その結果、短い長さの相補セグメント及び/又は既存の不一致にもかかわらず、第1の増幅断片の個々の鎖にハイブリダイズされた前記プライマーから開始するポリメラーゼが、鋳型依存性プライマー伸長を実行でき、第3及び第4のオリゴヌクレオチドプライマーを含むプライマー伸長産物を合成できる。 During the relatively cold steps (T1 and T4), primer binding to the complementary segment of the first amplified fragment of the third and / or fourth primer occurs, resulting in shorter length complementary segments and / Or despite existing discrepancies, polymerases starting from said primers hybridized to individual strands of the first amplified fragment can perform template-dependent primer extension and third and fourth oligonucleotide primers. Primer extension products containing the above can be synthesized.

前記PCRサイクルは、相補鎖も合成できるように、少なくとも2回繰り返される。サイクルが繰り返されると、第3及び第4のプライマー自体も鋳型としてコピーされ、結果として第3及び/又は第4のオリゴヌクレオチドプライマーの完全なプライマー結合部位が形成される。 The PCR cycle is repeated at least twice so that complementary strands can also be synthesized. As the cycle repeats, the third and fourth primers themselves are also copied as templates, resulting in the formation of complete primer binding sites for the third and / or fourth oligonucleotide primers.

次いで、第3及び第4のプライマーがより高温で完全に形成されたプライマー結合部位に結合できるように、温度を上昇することができる(A2.2の段階) The temperature can then be increased so that the third and fourth primers can bind to the fully formed primer binding sites at higher temperatures (step A2.2).

より高い温度(T2及びT5)の使用は、例えば、均一なアッセイ(両方の増幅系が同じ反応バッチ内にある場合)で有利である。これは、例えば、第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext又はP3.1−Ext part)の標的配列の相補的領域へのコントローラーオリゴヌクレオチドの結合の影響を低減するために使用され得る。 The use of higher temperatures (T2 and T5) is advantageous, for example, in uniform assays (when both amplification systems are in the same reaction batch). This can be used, for example, to reduce the effect of binding of the controller oligonucleotide to the complementary region of the target sequence of the third primer extension product (P3.1-Ext or P3.1-Ext part).

酵素合成はまた、一般的に、第2の増幅において緩衝水溶液中で行われる。緩衝液としては、トリス−HCl、トリス酢酸、グルタミン酸カリウム、HEPES緩衝液、一般的な濃度のグルタミン酸ナトリウムなどの溶解された従来の緩衝物質が使用できる。前記溶液のpH値は、通常、7〜9.5、特に約8〜8.5の間である。緩衝液条件は、例えば、使用するポリメラーゼの製造業者の推奨に従って適用され得る。 Enzyme synthesis is also generally carried out in buffered aqueous solution in the second amplification. As the buffer solution, a dissolved conventional buffer substance such as Tris-HCl, Tris acetic acid, potassium glutamate, HEPES buffer solution, and monosodium glutamate at a general concentration can be used. The pH value of the solution is usually between 7 and 9.5, especially between about 8 and 8.5. Buffer conditions can be applied, for example, according to the manufacturer's recommendations for the polymerase used.

いわゆるTm降下剤(DMSO、ベタイン、TPACなど)などのさらなる物質を緩衝液に添加することができる。そのような物質は、二本鎖の融解温度(「Tm降下剤」)を低下させ、したがって二本鎖の開口にプラスの影響を有し得る。また、Tween20又はTriton100などのポリメラーゼ安定化成分も通常の量で緩衝液に添加できる。EDTA又はEGTAを従来の量で添加して、重金属を複合することができる。トレハロース又はPEG6000などのポリメラーゼ安定化物質も反応混合物に加えることができる。 Additional substances such as so-called Tm depressants (DMSO, betaine, TPAC, etc.) can be added to the buffer. Such substances may lower the double-stranded melting temperature (“Tm lowering agent”) and thus have a positive effect on the double-stranded opening. Also, polymerase stabilizing components such as Tween 20 or Triton 100 can be added to the buffer in normal amounts. Heavy metals can be compounded by adding EDTA or EGTA in conventional amounts. Polymerase stabilizers such as trehalose or PEG6000 can also be added to the reaction mixture.

開始核酸鎖の特定の実施形態:第1の増幅用
増幅反応の開始時に使用された、又は使用されるべき核酸鎖は、開始核酸鎖と呼ぶことができる(図1)。
Specific Embodiment of the Starting Nucleic Acid Chain: The nucleic acid chain used or to be used at the initiation of the first amplification reaction for amplification can be referred to as the starting nucleic acid chain (FIG. 1).

その機能は、プライマー、両方のプライマー間の合成セグメント、並びに結合プロセス及び伸長プロセスの開始の正しい配置を可能にする初期鋳型を表すという点で理解することができる。特定の実施形態では、開始核酸鎖は標的配列を含む。 Its function can be understood in that it represents a primer, a synthetic segment between both primers, and an initial template that allows the correct placement of the initiation of the binding and extension processes. In certain embodiments, the starting nucleic acid strand comprises a target sequence.

プライマーをそれぞれのプライマー結合部位(PBS1及びPBS2)に結合し、適切なプライマー伸長反応を開始することにより、第1のプライマー伸長産物が生成される。これらは、反応の開始時に存在する核酸鎖の特異的コピーとして合成される。 The first primer extension product is produced by binding the primers to the respective primer binding sites (PBS1 and PBS2) and initiating an appropriate primer extension reaction. These are synthesized as specific copies of the nucleic acid strands present at the onset of the reaction.

特定の実施形態では、増幅反応の開始前に反応混合物中で使用されるこの核酸鎖(開始核酸鎖)は、増幅される核酸鎖と同一であり得る。増幅反応により、そのような核酸鎖の量のみが増加する。 In certain embodiments, the nucleic acid strand (initiating nucleic acid strand) used in the reaction mixture prior to the initiation of the amplification reaction can be identical to the nucleic acid strand being amplified. The amplification reaction only increases the amount of such nucleic acid chains.

特定の実施形態では、増幅される核酸及び開始核酸鎖は、開始核酸鎖が増幅される核酸鎖の個々の配列要素の配置を規定するが、開始核酸鎖の配列組成は、増幅される核酸鎖の配列と異なり得る点で異なる。例えば、増幅中のプライマー結合及び伸長の観点から、(開始核酸鎖に関する)新しい配列内容は、増幅される核酸鎖に組み込むことができる。さらに、増幅される核酸鎖の配列要素は、それらの配列組成(例えば、プライマー結合部位又はプライマー配列)において、開始核酸鎖のそのような配列要素とは異なり得る。開始核酸は、増幅される核酸鎖の特異的な合成のための初期鋳型としてのみ機能する。前記初期鋳型は、増幅の終了まで反応混合物中に留まることができる。しかしながら、増幅の指数関数的な特性に起因して、増幅反応の終わりにて増幅される核酸鎖の量は、反応に加えられた開始核酸鎖の量を上回る。 In certain embodiments, the amplified nucleic acid and the starting nucleic acid strand define the arrangement of the individual sequence elements of the nucleic acid strand from which the starting nucleic acid strand is amplified, whereas the sequence composition of the starting nucleic acid strand is the amplified nucleic acid strand. It differs in that it can differ from the sequence of. For example, in terms of primer binding and extension during amplification, the new sequence content (with respect to the starting nucleic acid strand) can be incorporated into the amplified nucleic acid strand. Moreover, the sequence elements of the amplified nucleic acid strands may differ from such sequence elements of the starting nucleic acid strand in their sequence composition (eg, primer binding site or primer sequence). The starting nucleic acid serves only as an initial template for the specific synthesis of the amplified nucleic acid strand. The initial template can remain in the reaction mixture until the end of amplification. However, due to the exponential properties of amplification, the amount of nucleic acid strands amplified at the end of the amplification reaction exceeds the amount of starting nucleic acid strands added to the reaction.

特定の実施形態では、開始核酸鎖は、増幅されない少なくとも1つの配列部分を含むことができる。したがって、そのような開始核酸鎖は、増幅されるべき配列と同一ではない。増幅されないそのようなセグメントは、例えば、それぞれ、配列準備ステップの結果又は前の配列操作ステップの結果としての開始核酸鎖の配列セグメントを示すことができる。 In certain embodiments, the starting nucleic acid strand can include at least one sequence portion that is not amplified. Therefore, such starting nucleic acid strands are not identical to the sequence to be amplified. Such unamplified segments can indicate, for example, the sequence segment of the starting nucleic acid chain as a result of the sequence preparation step or the previous sequence manipulation step, respectively.

特定の実施形態では、反応の開始前に反応混合物に添加される開始核酸鎖は、少なくとも1つの標的配列を含む。 In certain embodiments, the starting nucleic acid chain added to the reaction mixture prior to the initiation of the reaction comprises at least one target sequence.

特定の実施形態では、そのような開始核酸鎖は、少なくとも1つの標的配列及びなお非標的配列であるさらなる配列を含む。増幅中、標的配列を含む配列セグメントは指数関数的に増加し、それにより、他の配列セグメントは全く指数関数的に増加しない、又は部分的にのみ増加することいずれかである。 In certain embodiments, such a starting nucleic acid strand comprises at least one target sequence and an additional sequence that is still a non-target sequence. During amplification, the sequence segment containing the target sequence grows exponentially, so that the other sequence segments either do not grow exponentially at all or grow only partially.

開始核酸鎖の構造(第1の増幅用)
そのような開始核酸鎖の例は、標的配列を含み、並びに配列断片Aを含み、配列断片Bを含む核酸鎖である。
Structure of the starting nucleic acid chain (for the first amplification)
An example of such a starting nucleic acid chain is a nucleic acid chain that comprises a target sequence, as well as a sequence fragment A and a sequence fragment B.

開始核酸鎖の配列断片Aは、この増幅に使用される両方のプライマーの一方の配列と有意な相同性を有する、又は一方のプライマーの3’セグメントのコピー可能な部分と本質的に同一である配列を含む。このセグメントに対する相補鎖の合成において、それぞれのプライマー結合部位を表す相補配列が生成される。 The sequence fragment A of the starting nucleic acid chain has significant homology to one of the sequences of both primers used for this amplification, or is essentially identical to the copyable portion of the 3'segment of one primer. Contains an array. In the synthesis of complementary strands for this segment, complementary sequences representing the respective primer binding sites are generated.

開始核酸鎖の配列断片Bは、対応するさらなるプライマー又はその3’セグメントを相補的に結合して伸長可能なプライマー鋳型複合体を形成するのに適した配列を含み、配列断片Aと配列断片Bは、互いに主に/特に非相補的である。 Sequence fragment B of the starting nucleic acid chain comprises a sequence suitable for complementarily binding the corresponding additional primers or 3'segments thereof to form an extendable primer template complex, sequence fragment A and sequence fragment B. Are predominantly / particularly non-complementary to each other.

特定の実施形態において、開始核酸鎖は、以下の特性を有する増幅方法の反応混合物に加えられる:
特に、配列断片Aは、開始核酸鎖の5’セグメントにある。特に、前記配列断片Aは、該核酸鎖の5’方向に制限を形成する。
In certain embodiments, the starting nucleic acid strand is added to the reaction mixture of the amplification method having the following properties:
In particular, sequence fragment A is in the 5'segment of the starting nucleic acid chain. In particular, the sequence fragment A forms a restriction in the 5'direction of the nucleic acid chain.

特に、配列断片Bは、配列断片Aから、第1のプライマーの結合部位に対して及び第1のプライマーの極性に対して(「下流」)3’方向に位置する。 In particular, sequence fragment B is located 3'from sequence fragment A with respect to the binding site of the first primer and with respect to the polarity of the first primer ("downstream").

特定の実施形態では、前記配列断片Bは、3’方向において核酸鎖の制限を形成する。特定の実施形態では、前記配列断片Bは、3’方向において核酸鎖の制限を表さないが、3’側からさらなる配列が隣接している。特に、前記配列は標的配列ではなく、指数関数的増幅には関与しない。 In certain embodiments, the sequence fragment B forms a nucleic acid chain restriction in the 3'direction. In certain embodiments, the sequence fragment B does not represent a nucleic acid chain limitation in the 3'direction, but is flanked by additional sequences from the 3'side. In particular, the sequence is not a target sequence and does not participate in exponential amplification.

特定の実施形態では、標的配列は、両方の配列断片A又はBの少なくとも一方を含む。特定の実施形態では、標的配列は、配列断片Aと配列断片Bの間にある。 In certain embodiments, the target sequence comprises at least one of both sequence fragments A or B. In certain embodiments, the target sequence is between sequence fragment A and sequence fragment B.

特定の実施形態(図50)では、そのような開始核酸鎖は、第1のプライマー伸長産物の合成の鋳型として機能することができる。ここで、例えば、第2のオリゴヌクレオチドプライマーを使用したプライマー伸長反応中の開始核酸鎖は、指数関数的増幅の前の調製的ステップの間、より長い開始核酸鎖の配列セグメントとして提供され得、一本鎖形態に変換され得る。例えば、開始核酸鎖はゲノムDNA又はRNAであり得、それは標的配列の供給源として機能する。核酸鎖の5’セグメントの開始核酸鎖は、第2のオリゴヌクレオチドプライマーの配列セグメントを含みかつ5’方向において制限を表すセグメント1、標的配列又はその一部を含むセグメント2、第1のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー結合部位を含むセグメント3、及び開始核酸鎖の3’セグメントに局在し、よって3’側のセグメント3に隣接する非標的配列を含むセグメント4を含む。 In certain embodiments (FIG. 50), such initiation nucleic acid strands can serve as templates for the synthesis of the first primer extension product. Here, for example, the starting nucleic acid strand during the primer extension reaction using the second oligonucleotide primer can be provided as a sequence segment of the longer starting nucleic acid strand during the preparatory steps prior to exponential amplification. Can be converted to single-stranded form. For example, the starting nucleic acid strand can be genomic DNA or RNA, which serves as a source of target sequences. The starting nucleic acid chain of the 5'segment of the nucleic acid chain contains a sequence segment of the second oligonucleotide primer and represents a restriction in the 5'direction, a segment 2, a segment 2 containing the target sequence or a part thereof, the first oligonucleotide. It contains a segment 3 containing the primer binding site of the primer and a segment 4 containing a non-target sequence localized in the 3'segment of the starting nucleic acid chain and thus adjacent to the segment 3 on the 3'side.

増幅の開始時に、第1の領域の少なくとも3’セグメントを持つ第1のプライマーは、セグメント3においてそのような開始核酸鎖に結合し、ポリメラーゼ及びヌクレオチドの存在下で適切に伸長できる。それにより、開始核酸鎖の鋳型鎖に相補的であり、その長さが制限されている第1のプライマー伸長産物が生成される。増幅反応中、そのようなプライマー伸長産物は、コントローラーオリゴヌクレオチドを介して鋳型鎖から配列特異的に引き離され、その結果、これから合成される第1のプライマー伸長産物の3’セグメントに対応する配列セグメントが第2のオリゴヌクレオチドプライマーの結合部位として利用できる。 At the start of amplification, the first primer with at least the 3'segment in the first region can bind to such starting nucleic acid strand in segment 3 and be adequately extended in the presence of polymerase and nucleotides. This produces a first primer extension product that is complementary to the template strand of the starting nucleic acid strand and has a limited length. During the amplification reaction, such primer extension products are sequence-specifically separated from the template strand via the controller oligonucleotide, resulting in a sequence segment corresponding to the 3'segment of the first primer extension product to be synthesized. Can be used as a binding site for the second oligonucleotide primer.

したがって、特定の実施形態では、開始核酸鎖は、以下の配列断片を含む(図50):
・ 配列セグメント1(セグメント1と呼ばれる)であって、これは、第2のプライマーの配列と有意な相同性を持つ配列である、又は第2のプライマーの3’セグメントのコピー可能な部分と本質的に同一の配列を含む。前記配列セグメント1は、開始核酸鎖の5’セグメントにあり、特に前記配列セグメント1は、5’方向において核酸鎖の制限を形成する。
・ 配列セグメント3(セグメント3と呼ばれる)であって、これは、第1のプライマーの第1の領域又はその3’セグメントに相補的に結合して、伸長可能なプライマー鋳型複合体を形成するのに適した配列を含む。特に、前記配列セグメント3は、配列セグメント1の3方向(「上流」)にある。
・ 部分的又は全体的にセグメント1とセグメント3の間にある標的配列(標的配列のこの部分はセグメント2と呼ばれる)。特定の実施形態では、標的配列は、セグメント2並びにセグメント1及び/又はセグメント3の少なくとも1つを含む。
・ 任意に、3’セグメントの開始核酸鎖は、増幅されない隣接配列セグメント(セグメント4と呼ばれる)を含む。
Thus, in certain embodiments, the starting nucleic acid chain comprises the following sequence fragment (FIG. 50):
Sequence segment 1 (called segment 1), which is a sequence that is significantly homologous to the sequence of the second primer, or the copyable portion and essence of the 3'segment of the second primer. Includes the same sequence. The sequence segment 1 is in the 5'segment of the starting nucleic acid strand, and in particular the sequence segment 1 forms a nucleic acid strand restriction in the 5'direction.
Sequence segment 3 (referred to as segment 3), which complementarily binds to the first region of the first primer or its 3'segment to form an extendable primer template complex. Contains sequences suitable for. In particular, the sequence segment 3 is in three directions (“upstream”) of the sequence segment 1.
A target sequence that is partially or wholly between segment 1 and segment 3 (this portion of the target sequence is called segment 2). In certain embodiments, the target sequence comprises at least one of segment 2 and segment 1 and / or segment 3.
• Optionally, the starting nucleic acid strand of the 3'segment comprises an unamplified flanking sequence segment (referred to as segment 4).

特定の実施形態(図51)では、開始核酸鎖は、第2のプライマー伸長産物の合成の鋳型として機能することができる。 In a particular embodiment (FIG. 51), the starting nucleic acid strand can serve as a template for the synthesis of the second primer extension product.

ここで、例えば、第1のオリゴヌクレオチドプライマーを使用したプライマー伸長反応中の開始核酸鎖は、指数関数的増幅の前の準備ステップの間、より長い開始核酸鎖の配列セグメントとして提供され得、一本鎖形態に変換され得る。例えば、開始核酸鎖はゲノムDNA又はRNAであり得、それは標的配列の供給源として機能する(二本鎖として図示)。核酸鎖の5’セグメントの開始核酸鎖は、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの配列セグメントを含み、かつ5’方向において制限を表すセグメント5、標的配列又はその一部を含むセグメント6、第2のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー結合部位を含むセグメント7、及び開始核酸鎖の3’セグメントに局在し、したがって3’側のセグメント7に隣接する非標的配列を含むセグメント8を含む。 Here, for example, the starting nucleic acid strand during the primer extension reaction using the first oligonucleotide primer can be provided as a sequence segment of the longer starting nucleic acid strand during the preparatory step prior to exponential amplification. It can be converted to a main chain form. For example, the starting nucleic acid strand can be genomic DNA or RNA, which serves as a source of the target sequence (shown as double strand). The starting nucleic acid chain of the 5'segment of the nucleic acid chain comprises a sequence segment of the first oligonucleotide primer and represents a restriction in the 5'direction, a segment 6, a segment 6 containing the target sequence or a portion thereof, a second oligonucleotide. It contains segment 7 containing the primer binding site of the nucleotide primer and segment 8 containing a non-target sequence localized in the 3'segment of the starting nucleic acid chain and thus flanking the segment 7 on the 3'side.

増幅の開始の間、少なくともその第1の領域の3’セグメントを持つ第1のプライマーは、セグメント7のそのような開始核酸鎖に結合でき、ポリメラーゼ及びヌクレオチドの存在下で、適切に第1のオリゴヌクレオチドプライマーの停止セクションまで延長できる。それにより、開始核酸鎖の鋳型鎖に相補的であり、その長さが制限されている第2のプライマー伸長産物が生成される。増幅反応中、そのようなプライマー伸長産物は、コントローラーオリゴヌクレオチドを介して鋳型鎖から配列特異的に分離され、その結果、これから合成される第2のプライマー伸長産物の3’セグメントに対応する配列セグメントが第1のオリゴヌクレオチドプライマーの結合部位として利用できる。 During the initiation of amplification, the first primer with at least the 3'segment of its first region can bind to such starting nucleic acid strand of segment 7 and is properly the first in the presence of polymerase and nucleotides. It can be extended to the stop section of the oligonucleotide primer. This produces a second primer extension product that is complementary to the template strand of the starting nucleic acid strand and has a limited length. During the amplification reaction, such primer extension products are sequence-specifically separated from the template strand via the controller oligonucleotide, resulting in a sequence segment corresponding to the 3'segment of the second primer extension product to be synthesized. Can be used as a binding site for the first oligonucleotide primer.

前記特定の実施形態では、開始核酸鎖は、以下の配列断片を含む:
・ 配列セグメント5(セグメント5と呼ばれる)であって、これは、第1のプライマーのこの領域の配列と有意な相同性を持つ、又は第1のプライマーの第1の領域のコピー可能な部分と本質的に同一の配列を含む。前記配列セグメント5は、開始核酸鎖の5’セグメントにあり、(第1のオリゴヌクレオチドプライマーに対してアナログに)コピー不可能なオリゴヌクレオチドテールにより隣接され、特に前記セグメント5は、5’方向にコピー可能な核酸鎖の制限を形成する。
・ 配列セグメント7(セグメント7と呼ばれる)であって、これは、第2のプライマー又はその3’セグメントに相補的に結合して、伸長可能なプライマー鋳型複合体を形成するのに適した配列を含む。特に、セグメント7は、配列セグメント5の3’方向(「上流」)にある。
・ 部分的又は全体的にセグメント5とセグメント7の間にある標的配列(図23において、標的配列のこの部分はセグメント6と呼ばれる)。特定の実施形態では、標的配列は、セグメント6及び少なくとも1つのセグメント5及び/又はセグメント7を含む。
・ 任意に、3’セグメントの開始核酸鎖は、増幅されない隣接配列セグメント(セグメント8と呼ばれる)を含む。
In the particular embodiment, the starting nucleic acid strand comprises the following sequence fragments:
Sequence segment 5 (called segment 5), which has significant homology to the sequence of this region of the first primer, or with a copyable portion of the first region of the first primer. Contains essentially the same sequence. The sequence segment 5 is in the 5'segment of the starting nucleic acid strand and is flanked by a non-copyable oligonucleotide tail (analog to the first oligonucleotide primer), especially the segment 5 in the 5'direction. Form a limit on the copyable nucleic acid strand.
Sequence segment 7 (referred to as segment 7), which is a sequence suitable for complementarily binding to a second primer or its 3'segment to form an extendable primer template complex. Including. In particular, the segment 7 is in the 3'direction (“upstream”) of the sequence segment 5.
A target sequence that is partially or wholly between segment 5 and segment 7 (in FIG. 23, this portion of the target sequence is referred to as segment 6). In certain embodiments, the target sequence comprises segment 6 and at least one segment 5 and / or segment 7.
• Optionally, the starting nucleic acid strand of the 3'segment comprises an unamplified adjacent sequence segment (referred to as segment 8).

第1の増幅反応のための開始核酸鎖の機能モード
増幅反応の開始時に、開始核酸鎖は、それぞれのプライマー伸長産物を最初に生成するための鋳型として機能する。したがって、それは、増幅される核酸鎖の出発鋳型を表す。開始核酸鎖は、増幅される核酸鎖と必ずしも同一である必要はない。増幅反応中に両方のプライマーを結合及び伸長することにより、本質的に両方のプライマーが、増幅される核酸鎖の両方の末端セグメント上のどの配列が増幅中に生成されるかを規定する。
Functional Mode of Initiating Nucleic Acid Chains for First Amplification Reaction At the initiation of the amplification reaction, the initiating nucleic acid strand serves as a template for the initial production of each primer extension product. Therefore, it represents a starting template for the amplified nucleic acid chain. The starting nucleic acid strand does not necessarily have to be the same as the amplified nucleic acid strand. By binding and extending both primers during the amplification reaction, essentially both primers define which sequence on both terminal segments of the amplified nucleic acid chain is produced during amplification.

この方法の特定の実施形態では、二本鎖を変性させない反応条件は、指数関数的増幅手順の間維持される。したがって、開始核酸鎖が5’配列セグメントにポリメラーゼによって伸長可能な制限を有し、その結果、それぞれのプライマーの酵素的伸長が停止する場合、有利である。したがって、反応条件下で生成されるプライマー伸長断片の長さが制限される。これは、コントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換に有益な効果をもたらし、それぞれの鎖の解離をもたらすことができ、その結果、プライマー結合部位は一本鎖段階に変換され、したがって、プライマーの新しい結合に到達できるようになる。 In certain embodiments of this method, reaction conditions that do not denature the duplex are maintained during the exponential amplification procedure. Therefore, it is advantageous if the starting nucleic acid strand has a polymerase-extensible restriction on the 5'sequence segment, resulting in arrest of enzymatic extension of each primer. Therefore, the length of the primer extension fragment produced under the reaction conditions is limited. This has a beneficial effect on strand substitution by the controller oligonucleotide, which can result in dissociation of each strand, resulting in the primer binding site being converted to a single-stranded step and thus reaching new binding of the primer. become able to.

第1のオリゴヌクレオチドプライマー(プライマー1)の特定の実施形態
第1のオリゴヌクレオチドプライマー(プライマー1)は、少なくとも以下の領域を含む核酸鎖である(図12〜14):
・ 増幅される核酸鎖の鎖に本質的に配列特異的に結合できる第1のオリゴヌクレオチドプライマーの3’セグメントの第1のプライマー領域
・ コントローラーオリゴヌクレオチドを結合し、コントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換(ステップc)をサポートするのに適したポリヌクレオチドテールを含む、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1のプライマー領域の5’末端に、直接又はリンカーを介して結合された第2の領域であって、ポリヌクレオチドテールは、反応条件下で本質的に一本鎖のままであり、すなわち、安定したヘアピン構造又はds構造を形成せず、本質的にポリメラーゼによってコピーされない。
Specific Embodiment of the First Oligonucleotide Primer (Primer 1) The first oligonucleotide primer (Primer 1) is a nucleic acid chain containing at least the following regions (FIGS. 12-14):
The first primer region of the 3'segment of the first oligonucleotide primer that is essentially sequence-specifically capable of binding to the strand of the amplified nucleic acid chain.
Directly at the 5'end of the first primer region of the first oligonucleotide primer, which contains a polynucleotide tail suitable for binding the controller oligonucleotide and supporting strand substitution by the controller oligonucleotide (step c). Alternatively, in the second region linked via a linker, the polynucleotide tail remains essentially single-stranded under reaction conditions, i.e., without forming a stable hairpin or ds structure. In essence, it is not copied by the polymerase.

第1のオリゴヌクレオチドプライマーの全長は、10〜80ヌクレオチドの間、特に15〜50ヌクレオチドの間、より良くは20〜30ヌクレオチドの間又はその同等物(例えば、ヌクレオチド修飾体)である。第1のオリゴヌクレオチドプライマーの構造は、選択された反応条件下でコントローラーオリゴヌクレオチドに可逆的に結合できるように適合されている。さらに、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの構造は、そのプライマー機能に適合している。さらに、この構造は、コントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換が実行できるように適合されている。全体として、第1及び第2の領域の構造は、指数関数的増幅を行うことができるように適合されている。 The total length of the first oligonucleotide primer is between 10 and 80 nucleotides, especially between 15 and 50 nucleotides, better between 20 and 30 nucleotides, or an equivalent thereof (eg, a nucleotide modifier). The structure of the first oligonucleotide primer is adapted so that it can reversibly bind to the controller oligonucleotide under selected reaction conditions. Furthermore, the structure of the first oligonucleotide primer is compatible with its primer function. In addition, this structure is adapted to allow strand substitution with controller oligonucleotides. Overall, the structures of the first and second regions are adapted to allow exponential amplification.

本発明の有利な実施形態では、プライマーの第1及び第2の領域は、従来の5’−3’配置で結合される。本発明の特定の実施形態では、両方のセクションの結合は5’−5’結合を介して行われるため、第2の領域は第1の領域と反対の方向を有する。 In an advantageous embodiment of the invention, the first and second regions of the primer are bound in a conventional 5'-3'configuration. In certain embodiments of the invention, the second region has a direction opposite to that of the first region, as the binding of both sections is via a 5'-5'bond.

互いの間/相互間の領域の結合は、特に共有結合的に行われる。特定の実施形態では、第1の領域と第2の領域との間の結合は、DNAにとって従来の5’−3’ホスホジエステル結合(カップリング)である。特定の実施形態では、それは5’−5’ホスホジエステル結合である。特定の実施形態では、それは5’−3’ホスホジエステル結合であり、隣接する末端ヌクレオチド又は両領域のヌクレオチド修飾の間で、少なくとも1つのリンカー(例えば、C3、C6、C12、又はHEGリンカー又は無塩基修飾)が、配置される。 The connection of regions between each other / between each other is particularly covalent. In certain embodiments, the bond between the first and second regions is a conventional 5'-3'phosphodiester bond (coupling) for DNA. In certain embodiments, it is a 5'-5'phosphodiester bond. In certain embodiments, it is a 5'-3'phosphodiester bond and between adjacent terminal nucleotides or nucleotide modifications of both regions, at least one linker (eg, C3, C6, C12, or HEG linker or none). Base modification) is arranged.

個々の領域には、異なるヌクレオチド修飾を含むことができる。ここでは、ヌクレオチドの個々の要素を修飾できる:核酸塩基及び骨格(糖含有量及び/又はリン酸含有量)。さらに、標準的なヌクレオチドビルディングブロックの少なくとも1つの成分を欠く、又は修飾される(例えば、PNA)修飾体が使用され得る。 The individual regions can contain different nucleotide modifications. Here, individual elements of nucleotides can be modified: nucleobases and backbones (sugar content and / or phosphate content). In addition, modifications that lack or modify (eg, PNA) at least one component of a standard nucleotide building block can be used.

特定の実施形態では、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域は、コントローラーオリゴヌクレオチドに結合しないさらなる配列を含む。これらの配列は、他の目的、例えば固相への結合に使用できる。これらの配列は、ポリヌクレオチドテールの5’末端に特に局在している。 In certain embodiments, the second region of the first oligonucleotide primer comprises additional sequences that do not bind to the controller oligonucleotide. These sequences can be used for other purposes, such as binding to a solid phase. These sequences are particularly localized at the 5'end of the polynucleotide tail.

特定の実施形態では、第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、特徴的な標識を含み得る。そのような標識の例は、色素(例えば、FAM、TAMRA、Cy3、Alexa488など)又はビオチン、又は例えばジゴキシゲニンなどの特異的に結合することができる他の群である。 In certain embodiments, the first oligonucleotide primer may contain a characteristic label. Examples of such labels are dyes (eg, FAM, TAMRA, Cy3, Alexa488, etc.) or biotin, or other groups capable of specifically binding, such as digoxigenin.

第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1のプライマー領域
配列の長さは約3〜30ヌクレオチド、特に5〜20ヌクレオチドの間であり、この配列は、増幅される核酸鎖の鎖の3’セグメントに主に相補的である。詳細には、前記プライマー領域は、第2のプライマー伸長産物の相補的な3’セグメントに特異的に結合できなければならない。前記第1の領域は、逆方向合成でコピー可能であり、また第2の鎖の鋳型としても機能する。特に、ヌクレオチドビルディングブロックは、共通の5’−3’ホスホジエステル結合又はホスホチオエステル結合を介して相互の間で結合される。
The length of the first primer region sequence of the first oligonucleotide primer is between about 3-30 nucleotides, especially 5-20 nucleotides, and this sequence is predominantly in the 3'segment of the chain of the nucleic acid chain to be amplified. Is complementary to. Specifically, the primer region must be able to specifically bind to the complementary 3'segment of the second primer extension product. The first region can be copied by reverse synthesis and also functions as a template for the second strand. In particular, nucleotide building blocks are linked to each other via a common 5'-3'phosphodiester bond or phosphothioester bond.

第1のプライマー領域は、特に、ポリメラーゼの機能に影響を及ぼさない、又はほんのわずかに影響を与えるヌクレオチドモノマーを含み、これらは、例えば以下である:
・ 天然のヌクレオチド(dA、dT、dC、dGなど)又は塩基対の変更なしのその修飾体
・ 修飾ヌクレオチド、2−アミノ−dA、2−チオ−dT、又は相違塩基対を伴うその他のヌクレオチド修飾体。
The first primer region specifically contains nucleotide monomers that do not or have a slight effect on the function of the polymerase, such as:
• Natural nucleotides (dA, dT, dC, dG, etc.) or their modifications without base pair modification • Modified nucleotides, 2-amino-dA, 2-thio-dT, or other nucleotide modifications with different base pairs. body.

特定の実施形態では、前記領域の3’−OH末端は、特に修飾されておらず、ポリメラーゼによって認識され得る機能的な3’−OH基を有する。第1のプライマー領域は、増幅における第1のプライマー伸長産物の合成の開始剤として機能する。さらなる特定の実施形態では、第1の領域は、少なくとも1つのホスホロチオエート化合物を含み、そのため、ポリメラーゼの3’エキソヌクレアーゼ活性によるプライマーの3’末端の分解は起こり得ない。 In certain embodiments, the 3'-OH end of the region is unmodified and has a functional 3'-OH group that can be recognized by the polymerase. The first primer region serves as an initiator for the synthesis of the first primer extension product in amplification. In a further specific embodiment, the first region comprises at least one phosphorothioate compound, so degradation of the 3'end of the primer by the 3'exonuclease activity of the polymerase cannot occur.

第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域の配列及びコントローラーオリゴヌクレオチドの第2の領域の配列は、互いに特に相補的である。 The sequence of the first region of the first oligonucleotide primer and the sequence of the second region of the controller oligonucleotide are particularly complementary to each other.

特定の実施形態では、第1のプライマー領域又はその3’セグメントは、標的配列の配列セグメントに結合することができる。 In certain embodiments, the first primer region or its 3'segment can bind to the sequence segment of the target sequence.

第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域
第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域は、特に、合成反応中にポリメラーゼによって特にコピーされないままであり、コントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域に結合できる少なくとも1つのポリヌクレオチドテールを含む核酸配列である。主にコントローラーオリゴヌクレオチドに結合する第2の領域のセグメントは、ポリヌクレオチドテールと呼ばれ得る。
Second Region of First Oligonucleotide Primer The second region of the first oligonucleotide primer remains unparticularly copied by the polymerase, in particular during the synthetic reaction, and can bind to the first region of the controller oligonucleotide. A nucleic acid sequence containing at least one polynucleotide tail. The segment of the second region that primarily binds to the controller oligonucleotide can be referred to as the polynucleotide tail.

さらに、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域は、反応条件下でコントローラーオリゴヌクレオチドを特異的に結合する必要があるだけでなく、コントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換のプロセスにも関与する必要もある。したがって、第2領域の構造は、コントローラーオリゴヌクレオチドと対応する二本鎖末端(詳細には、第2プライマー伸長産物の3’末端)の間に空間的近接を引き起こすのに適している必要がある。 In addition, the second region of the first oligonucleotide primer needs to not only specifically bind the controller oligonucleotide under reaction conditions, but also need to be involved in the process of strand substitution by the controller oligonucleotide. .. Therefore, the structure of the second region needs to be suitable for inducing spatial proximity between the controller oligonucleotide and the corresponding double-stranded terminal (specifically, the 3'end of the second primer extension product). ..

第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域の構造の構成は、いくつかの実施形態で詳細に示されている。ここでは、ポリメラーゼ触媒合成の停止につながるようにオリゴヌクレオチドセグメントの配置及び使用される修飾が考慮される。 The structural composition of the second region of the first oligonucleotide primer is shown in detail in some embodiments. Here, the arrangement of oligonucleotide segments and the modifications used are taken into account so as to lead to termination of polymerase catalytic synthesis.

第2の領域の長さは、3〜60ヌクレオチド、特に5〜40ヌクレオチド、特に6〜15ヌクレオチドの間又はその同等物である。 The length of the second region is between 3-60 nucleotides, especially 5-40 nucleotides, especially 6-15 nucleotides or equivalent.

第2の領域の配列は、任意に選択され得る。特に、この配列は、増幅される核酸及び/又は第2のオリゴヌクレオチドプライマー及び/又は第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域に対して非相補的である。さらに、それは、特にヘアピンやステムループなどのいずれの自己相補的なセグメントを含有しない。 The sequence of the second region can be arbitrarily selected. In particular, this sequence is non-complementary to the first region of the amplified nucleic acid and / or second oligonucleotide primer and / or first oligonucleotide primer. Moreover, it does not contain any self-complementary segments, especially hairpins and stem loops.

第2の領域の配列は、両方の配列が反応条件下で結合することができるために、コントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域の配列に特に適合される。特定の実施形態では、前記結合は、反応条件下で可逆的である:したがって、互いに結合した成分と結合していない成分との間に平衡がある。 The sequence of the second region is particularly adapted to the sequence of the first region of the controller oligonucleotide because both sequences can bind under reaction conditions. In certain embodiments, the binding is reversible under reaction conditions: therefore there is an equilibrium between the components bound to each other and the components not bound to each other.

第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域の配列は、コントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域に結合できる相補的塩基の数が1〜40、より良好には3〜20、特に6〜15であるように特に選択される。 The sequence of the second region of the first oligonucleotide primer has 1-40 complementary bases that can bind to the first region of the controller oligonucleotide, better 3-20, especially 6-15. Especially selected as.

とりわけ第2の領域の機能は、コントローラーオリゴヌクレオチドを結合することである。特定の実施形態では、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域は、特異的なコントローラーオリゴヌクレオチドに結合することができるように、特に前記結合は特異的である。別の実施形態では、第2の領域は、反応条件下で2つ以上のコントローラーオリゴヌクレオチドに結合することができる。 In particular, the function of the second region is to bind the controller oligonucleotide. In certain embodiments, the binding is particularly specific such that the second region of the first oligonucleotide primer can bind to a specific controller oligonucleotide. In another embodiment, the second region can bind to more than one controller oligonucleotide under reaction conditions.

一般に、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域とこのコントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域との間の配列において完全に一致する必要はない。第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域とこのコントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域との間の相補性の程度は、20%〜100%、より良好には50%〜100%、特に80%〜100%の間であり得る。それぞれ相補的な領域は、互いに直接隣接して配置され得る、又はそれらの間に非相補的な配列セグメントも含み得る。 In general, there is no need for an exact match in the sequence between the second region of the first oligonucleotide primer and the first region of this controller oligonucleotide. The degree of complementarity between the second region of the first oligonucleotide primer and the first region of this controller oligonucleotide is 20% to 100%, better 50% to 100%, especially 80%. It can be between ~ 100%. Each complementary region may be placed directly adjacent to each other or may also include non-complementary sequence segments between them.

特定の実施形態では、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域は、少なくとも1つのTm修飾を含み得る。そのような修飾を組み込むことにより、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域とコントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域との間の結合の安定性を修飾することができる。例えば、LNAヌクレオチド、2アミノアデノシン又はMGB修飾などのTm上昇修飾(ヌクレオチド修飾又は非ヌクレオチド修飾)を使用することができる。一方、例えばイノシンヌクレオチドのようなTm下降修飾も使用することもできる。第2の領域の構造において、リンカー(例えば、C3、C6、HEGリンカー)も組み込むことができる。 In certain embodiments, the second region of the first oligonucleotide primer may contain at least one Tm modification. By incorporating such modifications, the stability of binding between the second region of the first oligonucleotide primer and the first region of the controller oligonucleotide can be modified. For example, Tm-elevating modifications (nucleotide-modified or non-nucleotide-modified) such as LNA nucleotides, 2-aminoadenosine or MGB modifications can be used. On the other hand, Tm descending modifications such as inosine nucleotides can also be used. Linkers (eg, C3, C6, HEG linkers) can also be incorporated in the structure of the second region.

鎖置換のために、コントローラーオリゴヌクレオチドは、増幅される核酸の二本鎖末端に空間的に近接させる必要がある。前記二本鎖末端は、第1のプライマー伸長産物の第1のプライマー領域のセグメント及び第2のプライマー伸長産物の対応する相補的な3’セグメントからなる。 For strand substitution, the controller oligonucleotide needs to be spatially close to the double-stranded end of the amplified nucleic acid. The double-stranded end consists of a segment of the first primer region of the first primer extension product and a corresponding complementary 3'segment of the second primer extension product.

ポリヌクレオチドテールは、主に反応条件下でコントローラーオリゴヌクレオチドに相補的に結合し、したがってコントローラーオリゴヌクレオチドの第2領域と伸長されたプライマー伸長産物の第1の領域との一時的な近接を引き起こし、その結果、前記要素間の相補的結合が、鎖置換プロセス中に開始する。 The polynucleotide tail primarily binds complementarily to the controller oligonucleotide under reaction conditions, thus causing a temporary proximity of the second region of the controller oligonucleotide to the first region of the extended primer extension product. As a result, complementary binding between the elements begins during the strand replacement process.

特定の実施形態では、第1のオリゴヌクレオチドプライマーのポリヌクレオチドテールへのコントローラーオリゴヌクレオチドの結合は、そのような接触を直接導く。これは、ポリヌクレオチドテール及び第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1のプライマー領域が互いに直接に結合される必要があることを意味する。このような配置のため、コントローラーオリゴヌクレオチドがその第1の領域に結合した後、コントローラーオリゴヌクレオチドの第2の領域の相補的塩基と第1プライマー領域の対応する塩基との間に直接的接触があり得、それにより、鎖置換が開始され得る。 In certain embodiments, binding of the controller oligonucleotide to the polynucleotide tail of the first oligonucleotide primer directly guides such contact. This means that the polynucleotide tail and the first primer region of the first oligonucleotide primer need to be attached directly to each other. Due to this arrangement, after the controller oligonucleotide binds to its first region, there is direct contact between the complementary base in the second region of the controller oligonucleotide and the corresponding base in the first primer region. It is possible that chain substitution can be initiated.

特定の実施形態では、ポリヌクレオチドテールの構造と第1のプライマー領域の構造との間に、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域の他の構造が存在する。したがって、コントローラーオリゴヌクレオチドがポリヌクレオチドテールに結合した後、これは、第1のプライマー領域に直接配置されず、それから一定の距離に配置される。コピー不可能なポリヌクレオチドテールとオリゴヌクレオチドプライマーのコピー可能な第1のプライマー領域との間の構造は、そのような距離を生成することができる。前記距離は、0.1〜20nmの間、特に0.1〜5nmの間、特に0.1〜1nmの間の値を有する。 In certain embodiments, there is another structure of the second region of the first oligonucleotide primer between the structure of the polynucleotide tail and the structure of the first primer region. Thus, after the controller oligonucleotide binds to the polynucleotide tail, it is not placed directly in the first primer region, but at a distance from it. The structure between the non-copyable polynucleotide tail and the copyable first primer region of the oligonucleotide primer can generate such a distance. The distance has a value between 0.1 and 20 nm, especially between 0.1 and 5 nm, especially between 0.1 and 1 nm.

そのような構造は、例えば、リンカー(例えば、C3又はC6又はHEGリンカー)又はコントローラーオリゴヌクレオチドに相補的でないセグメント(例えば、非相補的、コピー不可能なヌクレオチド修飾の形態において)を表す。これらの構造の長さは、通常、鎖原子で測定可能である。前記長さは、1〜200原子、特に1〜50鎖原子、特に1〜10鎖原子の間である。 Such structures represent, for example, segments that are not complementary to a linker (eg, C3 or C6 or HEG linker) or controller oligonucleotide (eg, in the form of non-complementary, non-copyable nucleotide modifications). The length of these structures is usually measurable with chain atoms. The length is between 1 to 200 atoms, especially 1 to 50 chain atoms, especially 1 to 10 chain atoms.

増幅条件下でコピーできないポリメラーゼのポリヌクレオチドテールを保つために、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域は、通常、ポリメラーゼが第1のプライマー領域を成功してコピーした後に、第2のプライマー伸長産物の合成でポリメラーゼの停止を導く、配列アラインメント又は構造をそれぞれ含む。前記構造は、第2の領域のポリヌクレオチドテールがコピーされるのを防ぐためのものである。したがって、ポリヌクレオチドテールは、特にポリメラーゼによってコピーされないままである。 To preserve the polynucleotide tail of the polymerase that cannot be copied under amplification conditions, the second region of the first oligonucleotide primer is usually the second primer after the polymerase has successfully copied the first primer region. Each contains a sequence alignment or structure that leads to the termination of the polymerase in the synthesis of the elongation product. The structure is to prevent the polynucleotide tail of the second region from being copied. Therefore, the polynucleotide tail remains uncopied, especially by the polymerase.

特定の実施形態では、そのような構造は、第1のプライマー領域とポリヌクレオチドテールとの間にある。 In certain embodiments, such a structure is between the first primer region and the polynucleotide tail.

特定の実施形態では、ポリヌクレオチドテールの配列は、ポリメラーゼの停止をもたらすヌクレオチド修飾を含み得る。このようにして、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域の配列セグメントは、両方の機能を含むことができる:それは、ポリヌクレオチドテール及びポリメラーゼの停止をもたらすヌクレオチド修飾の配列の両方である。 In certain embodiments, the polynucleotide tail sequence may include nucleotide modifications that result in polymerase termination. In this way, the sequence segment of the second region of the first oligonucleotide primer can contain both functions: it is both the polynucleotide tail and the nucleotide-modified sequence that results in the termination of the polymerase.

合成停止をもたらし、したがって、この適用において、ポリヌクレオチドテールをコピーせずに残す、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域における修飾は、「第1のブロッキングユニット又は停止領域」という用語の下に組み合わせされる。 Modifications in the second region of the first oligonucleotide primer that result in synthetic arrest and thus leave the polynucleotide tail uncopied in this application are under the term "first blocking unit or arrest region". Combined with.

以下では、第2の鎖の合成の停止をもたらし得る構造のさらなる実施形態が示される。 In the following, further embodiments of the structure that can result in the termination of the synthesis of the second strand are shown.

オリゴヌクレオチド合成におけるいくつかのビルディングブロックは、ポリメラーゼが鋳型を読み取るのを妨害し、ポリメラーゼ合成の終結を導くことが知られている。例えば、コピー不可能なヌクレオチド修飾又は非ヌクレオチド修飾が知られている。ポリメラーゼの停止を導くオリゴヌクレオチド内のヌクレオチドモノマーの合成の種類/アラインメントもまた存在する(例えば、5’−5アラインメント又は3’−3’アラインメント)。コピー不可能なポリヌクレオチドテールを有するオリゴヌクレオチドプライマーもまた先行技術で知られている(例えば、Scorpion−プライマー構造又は固相に結合するためのプライマー)。両方のプライマー変異体は、鎖の合成を開始できるオリゴヌクレオチドプライマー構造を示しているため、プライマー伸長反応を行うことができる。その結果は、プライマー構造をプライマー伸長産物のテールと統合する第1の鎖である。第1のプライマー伸長産物に対する相補鎖の合成において、例えば、PCR反応中に、第2の鎖は、プライマー構造の「ブロッキングユニット/停止構造」まで伸長される。示される両方のプライマー構造は、オリゴヌクレオチドプライマーの5’部分が一本鎖のままであり、ポリメラーゼによってコピーされないように設計される。 It is known that some building blocks in oligonucleotide synthesis interfere with the polymerase reading the template, leading to the termination of polymerase synthesis. For example, non-copyable nucleotide or non-nucleotide modifications are known. There are also types / alignments of synthesis of nucleotide monomers within oligonucleotides that lead to polymerase termination (eg, 5'-5 alignment or 3'-3'alignment). Oligonucleotide primers with a non-copyable polynucleotide tail are also known in the prior art (eg, a Corpion-primer structure or a primer for binding to a solid phase). Both primer variants exhibit oligonucleotide primer structures that can initiate strand synthesis, allowing primer extension reactions. The result is a first strand that integrates the primer structure with the tail of the primer extension product. In the synthesis of the complementary strand to the first primer extension product, for example, during the PCR reaction, the second strand is extended to the "blocking unit / stop structure" of the primer structure. Both primer structures shown are designed so that the 5'portion of the oligonucleotide primer remains single-stranded and is not copied by the polymerase.

特定の実施形態では、オリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域は、全長が5’から3’の従来のアラインメントを有し、コピー不可能なヌクレオチド修飾を含むポリヌクレオチドテールを含む。そのようなコピー不可能なヌクレオチド修飾は、例えば、2’−O−アルキルRNA修飾、PNA、モルホリノである。前記修飾は、第2のプライマー領域において別々に分布され得る。 In certain embodiments, the second region of the oligonucleotide primer has a conventional alignment with a total length of 5'to 3'and includes a polynucleotide tail containing a non-copyable nucleotide modification. Such non-copyable nucleotide modifications are, for example, 2'-O-alkylRNA modifications, PNA, morpholino. The modifications can be distributed separately in the second primer region.

ポリヌクレオチドテールにおけるコピー不可能なヌクレオチド修飾の部分は、ヌクレオチドビルディングブロックの20%〜100%、特に50%を超え得る。特に、これらのヌクレオチド修飾は第2の領域の3’セグメントにあり、したがって第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域に隣接する。 The portion of the non-copyable nucleotide modification in the polynucleotide tail can exceed 20% to 100%, especially 50%, of the nucleotide building block. In particular, these nucleotide modifications are in the 3'segment of the second region and thus flank the first region of the first oligonucleotide primer.

特定の実施形態では、コピー不可能なヌクレオチド修飾の配列は、鋳型鎖の配列に少なくとも部分的に相補的であり、その結果、鋳型へのプライマーの結合は、前記ヌクレオチド修飾の少なくとも一部を含むことによって行われる。特定の実施形態では、コピー不可能なヌクレオチド修飾の配列は、鋳型鎖中の配列に非相補的である。 In certain embodiments, the non-copyable nucleotide-modified sequence is at least partially complementary to the sequence of the template strand, so that the binding of the primer to the template comprises at least a portion of said nucleotide modification. It is done by. In certain embodiments, the non-copyable nucleotide-modified sequence is non-complementary to the sequence in the template strand.

コピー不可能なヌクレオチド修飾は、特に互いに共有結合され、したがって第2の領域の配列セグメントを表す。このセグメントの長さは、1〜40、特に1〜20ヌクレオチド修飾、特に3〜10ヌクレオチド修飾を含む。 Non-copytable nucleotide modifications are particularly covalently linked to each other and thus represent the sequence segment of the second region. The length of this segment includes 1-40, especially 1-20 nucleotide modifications, especially 3-10 nucleotide modifications.

特定の実施形態では、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域は、全長が5’−3’の従来のアラインメントを有し、コピー不可能なヌクレオチド修飾(例えば、2’−O−アルキル修飾)及び少なくとも1つの非ヌクレオチドリンカー(例えば、C3、C6、HEGリンカー)を含むポリヌクレオチドテールを含む。非ヌクレオチドリンカーの機能は、隣接するヌクレオチド又はヌクレオチド修飾を共有接続すると同時に、ポリメラーゼの合成機能を部位特異的に中断することである。 In certain embodiments, the second region of the first oligonucleotide primer has a conventional alignment with a total length of 5'-3'and is a non-copyable nucleotide modification (eg, 2'-O-alkyl modification). ) And a polynucleotide tail containing at least one non-nucleotide linker (eg, C3, C6, HEG linker). The function of the non-nucleotide linker is to co-link adjacent nucleotides or nucleotide modifications while site-specifically disrupting the synthesis function of the polymerase.

そのような非ヌクレオチドリンカーは、ポリヌクレオチドテールの構造及び第1のプライマー領域の構造を互いに離れて配置するものではない。むしろ、ポリヌクレオチドテールは、第1のプライマー領域に空間的に近接している。非ヌクレオチドリンカーは、長さが200鎖原子以下、さらに有利には50鎖原子以下、特に好ましくは10鎖原子以下の修飾を含む。そのようなリンカーの最小の長さは、1つの原子にすることができる。そのような非ヌクレオチドリンカーの例は、少なくとも1個の炭素原子、特に少なくとも2〜30個、より特に4〜18個を含むアルキル鎖を有する直鎖又は分岐鎖アルキルリンカーである。そのようなリンカーは、オリゴヌクレオチド化学において十分に知られており(例えば、C3、C6又はC12リンカー)、ポリヌクレオチドテールの配列と第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域の配列との間のオリゴヌクレオチドの固相合成中に組み込むことができる。そのような非ヌクレオチドリンカーの他の例は、直鎖又は分岐ポリエチレングリコール誘導体である。オリゴヌクレオチド化学における既知の例は、ヘキサエチレングリコール(HEG)である。そのような非ヌクレオチドリンカーのさらなる例は、脱塩基修飾(例えば、dRiboseのアナログとしてのTHF修飾)である。 Such non-nucleotide linkers do not position the structure of the polynucleotide tail and the structure of the first primer region apart from each other. Rather, the polynucleotide tail is spatially close to the first primer region. Non-nucleotide linkers contain modifications of 200 chain atoms or less, more preferably 50 chain atoms or less, particularly preferably 10 chain atoms or less. The minimum length of such a linker can be one atom. An example of such a non-nucleotide linker is a linear or branched chain alkyl linker having an alkyl chain containing at least one carbon atom, particularly at least 2-30, more particularly 4-18. Such linkers are well known in oligonucleotide chemistry (eg, C3, C6 or C12 linkers), between the sequence of the polynucleotide tail and the sequence of the first region of the first oligonucleotide primer. It can be incorporated during solid phase synthesis of oligonucleotides. Another example of such a non-nucleotide linker is a linear or branched polyethylene glycol derivative. A known example in oligonucleotide chemistry is hexaethylene glycol (HEG). A further example of such a non-nucleotide linker is debase modification (eg, THF modification as an analog of dRibose).

1つ以上のそのような修飾が第2の領域に統合されている場合、それらは第2のプライマー伸長産物の合成中にポリメラーゼのコピー機能を効果的に干渉することができ、そのため、そのような修飾後に3’方向においてセグメントがコピーされないままになる。第2の領域におけるそのような修飾の数は、1〜100の間、特に1〜10の間、特に1〜3の間であり得る。 If one or more such modifications are integrated into the second region, they can effectively interfere with the copying function of the polymerase during the synthesis of the second primer extension product, and thus such. The segment remains uncopied in the 3'direction after the modification. The number of such modifications in the second region can be between 1-100, especially between 1-10, especially between 1-3.

このような非ヌクレオチドリンカーの位置は、第2の領域の3’末端にあることが可能であり、したがって、オリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域及び第2の領域への移行部を示す。 The location of such a non-nucleotide linker can be at the 3'end of the second region, thus indicating the transition of the oligonucleotide primer to the first and second regions.

また、第2の領域の中央セグメントにおける非ヌクレオチドリンカーの配置が使用され得る。したがって、ポリヌクレオチドテールは、少なくとも2つのセグメントに分割される。この実施形態では、ポリヌクレオチドテールの3’セグメントは、少なくとも1つ、より特に、例えば、2〜20の間、特に2〜10の間のコピー不可能なヌクレオチド修飾を含む。これらのコピー不可能なヌクレオチド修飾は、特にオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域と第2の領域の間の移行部に存在する。 Also, the arrangement of non-nucleotide linkers in the central segment of the second region can be used. Therefore, the polynucleotide tail is divided into at least two segments. In this embodiment, the 3'segment of the polynucleotide tail comprises at least one, more particularly, non-copyable nucleotide modification between, for example, between 2 and 20, especially between 2 and 10. These non-copyable nucleotide modifications are particularly present at the transition between the first and second regions of the oligonucleotide primer.

特定の実施形態では、オリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域は、全長が5’から3’へのアラインメントを有し、3’から5’への「逆」アラインメントの少なくとも1つのヌクレオチドモノマーを含むポリヌクレオチドテールを含み、それは第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域と第2の領域との間の移行部に配置されている。 In certain embodiments, the second region of the oligonucleotide primer has a total length of 5'to 3'alignment and contains at least one nucleotide monomer of the "reverse" alignment of 3'to 5'. It contains a nucleotide tail, which is located at the transition between the first and second regions of the first oligonucleotide primer.

特定の実施形態において、オリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域は、ポリヌクレオチドテールを含み、そのようなポリヌクレオチドテールは、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域に逆アラインメントで直接隣接するヌクレオチドから完全に構成され、その結果、第1及び第2の領域の結合は5’−5’位置によって達成される。そのようなアラインメントの利点は、第1の領域をコピーした後のポリメラーゼがヌクレオチドの「逆」アラインメントに遭遇することであり、これは通常、この部位での合成の停止につながる。 In certain embodiments, the second region of the oligonucleotide primer comprises a polynucleotide tail, such a polynucleotide tail from a nucleotide that is inversely aligned and directly adjacent to the first region of the first oligonucleotide primer. It is fully constructed so that the coupling of the first and second regions is achieved by the 5'-5'position. The advantage of such an alignment is that the polymerase encounters a "reverse" alignment of nucleotides after copying the first region, which usually leads to arrest of synthesis at this site.

ポリヌクレオチドテールの全長におけるヌクレオチドの「逆」アラインメントでは、特にポリヌクレオチドテールの3’末端ヌクレオチドは、副反応を防ぐために3’−OH末端でブロックされるべきである。あるいは、3’OH基を全く持たない末端ヌクレオチド、例えばジデオキシヌクレオチドを使用することもできる。 In the "reverse" alignment of nucleotides over the full length of the polynucleotide tail, especially the 3'terminal nucleotides of the polynucleotide tail should be blocked at the 3'-OH end to prevent side reactions. Alternatively, terminal nucleotides having no 3'OH groups, such as dideoxynucleotides, can be used.

そのような実施形態では、もちろん、コントローラーオリゴヌクレオチド内の対応するヌクレオチドアラインメントも適合されるべきである。このような場合、コントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域及び第2の領域は、3’−3’アラインメントで結合される必要がある。 In such embodiments, of course, the corresponding nucleotide alignment within the controller oligonucleotide should also be adapted. In such cases, the first and second regions of the controller oligonucleotide need to be bound in a 3'-3'alignment.

特定の実施形態では、オリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域は、全長が5’から3’の従来のアラインメントを持ち、合成が天然のdNTP(dATP、dCTP、dGTP、dTTP、又はdUTP)で排他的に実行される場合に、ポリメラーゼに相補的な核酸塩基を表さない少なくとも1つのヌクレオチド修飾を含むポリヌクレオチドテールを含む。 In certain embodiments, the second region of the oligonucleotide primer has a conventional alignment with a total length of 5'to 3'and is synthetically exclusive with the native dNTP (dATP, dCTP, dGTP, dTTP, or dUTP). Includes a polynucleotide tail containing at least one nucleotide modification that does not represent a nucleobase complementary to the polymerase when performed in.

例えば、Iso−dG又はIso−dCヌクレオチド修飾は、単一の、しかし特にいくつか(少なくとも2〜20)のヌクレオチド修飾として、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域に組み込むことができる。核酸塩基修飾のさらなる例は、伸長された遺伝的アルファベットのさまざまな修飾である。そのようなヌクレオチド修飾は、特に天然のヌクレオチドとの相補的な塩基対合をサポートせず、そのため、ポリメラーゼは(少なくとも理論的には)一連のヌクレオチド(dATP、dCTP、dGTP、dTTP、又はdUTP)を挿入しない。ただし、実際には、特に高濃度のdNTP基質及び長時間のインキュベーション時間(例えば60分以上)では、本質的な挿入が行われることもある。したがって、特に隣接する部位に位置するそのようなヌクレオチド修飾のいくつかが使用されるべきである。ポリメラーゼ合成の停止は、これらの修飾の適切な相補的基質の欠如によって作用される。Iso−dC又はIso−dGを有するオリゴヌクレオチドは、標準的な方法で合成でき、いくつかの商業的供給者(例えば、Trilink−Technologies、Eurogentec、Biomers GmbH)から入手できる。あるいは、コントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域の配列も、そのような第2のプライマー領域の配列に適合させることができる。ここで、伸長された遺伝的アルファベットの相補的核酸塩基は、それに応じて、化学合成中にコントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域に統合されることが可能である。例えば、Iso−dGは第1のプライマーヌクレオチドの第2の領域に組み込むことができ、その相補的ヌクレオチド(Iso−dC−5−Me)は、コントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域の適切な部位に配置することができる。 For example, Iso-dG or Iso-dC nucleotide modifications can be incorporated into the second region of the first oligonucleotide primer as a single, but particularly several (at least 2-20) nucleotide modifications. Further examples of nucleobase modifications are various modifications of the extended genetic alphabet. Such nucleotide modifications do not specifically support complementary base pairing with native nucleotides, so that the polymerase (at least in theory) has a set of nucleotides (dATP, dCTP, dGTP, dTTP, or dUTP). Do not insert. However, in practice, essential insertions may occur, especially with high concentrations of dNTP substrate and long incubation times (eg 60 minutes or more). Therefore, some of such nucleotide modifications, especially located at adjacent sites, should be used. Termination of polymerase synthesis is affected by the lack of suitable complementary substrates for these modifications. Oligonucleotides with Iso-dC or Iso-dG can be synthesized by standard methods and are available from several commercial suppliers (eg, Trilink-Technologies, Eurogentec, Biomers GmbH). Alternatively, the sequence of the first region of the controller oligonucleotide can also be adapted to the sequence of such a second primer region. Here, the complementary nucleobases of the extended genetic alphabet can be correspondingly integrated into the first region of the controller oligonucleotide during chemical synthesis. For example, Iso-dG can be integrated into the second region of the first primer nucleotide, and its complementary nucleotide (Iso-dC-5-Me) is at the appropriate site in the first region of the controller oligonucleotide. Can be placed.

要約すると、第2の領域におけるポリメラーゼの合成の停止は、異なる様式で達成され得る。しかしながら、この遮断は、好ましくは、ポリメラーゼが第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域をコピーしたときにのみ起こる。このようにして、第2のプライマー伸長産物が3’セグメントに適切なプライマー結合部位を持つことが確認される。このプライマー結合部位は、鎖置換中に露出され、したがって、さらなる第1のオリゴヌクレオチドプライマーの新たな結合に利用できる。 In summary, the termination of polymerase synthesis in the second region can be achieved in different ways. However, this blockade preferably occurs only when the polymerase copies the first region of the first oligonucleotide primer. In this way, it is confirmed that the second primer extension product has a suitable primer binding site in the 3'segment. This primer binding site is exposed during strand substitution and is therefore available for new binding of additional first oligonucleotide primers.

第1のプライマー伸長産物に対する相補鎖の合成では、プライマー伸長反応は、ポリヌクレオチドテールの前で停止する。このようにして、このポリヌクレオチドテールはコントローラーオリゴヌクレオチドとの相互作用のために一本鎖のままであり、したがって結合に利用でき、コントローラーオリゴヌクレオチドの対応する相補セグメントを適切な二本鎖の端に近接させることにより、コントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換反応の開始をサポートする。このようにして、コントローラーオリゴヌクレオチドの相補的部分(第2の領域)と伸長されたオリゴヌクレオチドプライマーの相補的部分(第1の領域)との間の距離が最小に減少する。そのような空間的近接は、鎖置換の開始を促進する。 In the synthesis of complementary strands to the first primer extension product, the primer extension reaction is stopped in front of the polynucleotide tail. In this way, this polynucleotide tail remains single-stranded for interaction with the controller oligonucleotide and is therefore available for binding, with the corresponding complementary segment of the controller oligonucleotide at the appropriate double-stranded end. By being close to, it supports the initiation of the chain substitution reaction by the controller oligonucleotide. In this way, the distance between the complementary portion of the controller oligonucleotide (second region) and the complementary portion of the extended oligonucleotide primer (first region) is minimized. Such spatial proximity facilitates the initiation of strand substitution.

核酸媒介性鎖置換反応の概略図に照らし、コントローラーオリゴヌクレオチドの相補的配列は、適切な二重鎖末端の近接にある。これは、コントローラーオリゴヌクレオチドの鎖とプライマーに相補的な鋳型鎖との間の第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域への結合に競合をもたらす。プライマー領域とコントローラーオリゴヌクレオチドの相補的セグメント(コントローラーヌクレオチドの第2の領域)又は鋳型鎖の相補的セグメントの間の塩基対を繰り返し近接し形成することにより、それぞれ、核酸媒介鎖置換プロセスの開始が起こる。 In light of the schematic of the nucleic acid-mediated strand substitution reaction, the complementary sequence of the controller oligonucleotide is in the vicinity of the appropriate duplex end. This results in competition for binding of the first oligonucleotide primer to the first region between the strand of the controller oligonucleotide and the template strand complementary to the primer. By repeatedly forming base pairs between the primer region and the complementary segment of the controller oligonucleotide (the second region of the controller nucleotide) or the complementary segment of the template strand, the initiation of the nucleic acid-mediated strand replacement process is initiated, respectively. Occur.

一般に、鎖置換の開始の収率は、コントローラーオリゴヌクレオチドの対応する相補的配列部分がプライマー領域の相補的セグメントに近づくほど高くなる。しかしながら、この距離が増加すると、鎖置換の開始の収率は減少する。 In general, the yield of initiation of strand substitution increases as the corresponding complementary sequence portion of the controller oligonucleotide approaches the complementary segment of the primer region. However, as this distance increases, the yield of initiation of chain substitution decreases.

本発明の文脈において、鎖置換の開始が最大収率で機能することは必須ではない。したがって、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域のポリヌクレオチドテールに結合される場合の、鋳型の相補鎖に結合して相補二重鎖を形成する第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1のプライマー領域の5’セグメントと、コントローラーオリゴヌクレオチドの対応する相補配列部分の間の距離は、以下の範囲:0.1〜20nm、特に0.1〜5nm、特に0.1〜1nmの間であり得る。特定の場合では、前記距離は1nm未満である。他の単位で表すと、前記距離は、200原子未満、特に50原子未満、特に10原子未満の飛跡に対応する。特定の場合では、前記距離は1原子である。距離情報は配向のみのためであり、これらの構造間の距離は短い方が好ましいことを示している。多くの場合、前記距離は、オリゴヌクレオチドの正確な構造を分析し、配列距離又はリンカー長の測定を評価することによってのみ測定できる。 In the context of the present invention, it is not essential that the initiation of chain substitution works in maximum yield. Therefore, the first primer of the first oligonucleotide primer that binds to the complementary strand of the template to form a complementary duplex when bound to the polynucleotide tail of the second region of the first oligonucleotide primer. The distance between the 5'segment of the region and the corresponding complementary sequence portion of the controller oligonucleotide can be in the following range: 0.1-20 nm, especially 0.1-5 nm, especially 0.1-1 nm. .. In certain cases, the distance is less than 1 nm. Expressed in other units, the distance corresponds to tracks of less than 200 atoms, especially less than 50 atoms, especially less than 10 atoms. In certain cases, the distance is one atom. The distance information is for orientation only, indicating that shorter distances between these structures are preferred. In many cases, the distance can only be measured by analyzing the exact structure of the oligonucleotide and evaluating measurements of sequence distance or linker length.

第1のプライマーはまた、コントローラーオリゴヌクレオチド又は鋳型鎖との相互作用に必要とされないさらなる配列セグメントを含み得る。そのような配列セグメントは、例えば、固相への結合において検出プローブ又は固定化相手として使用されるさらなるオリゴヌクレオチドに結合することができる。 The first primer may also contain additional sequence segments that are not required for interaction with the controller oligonucleotide or template strand. Such sequence segments can be attached, for example, to additional oligonucleotides used as detection probes or immobilization partners in binding to the solid phase.

第1のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー機能
第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、いくつかの個別のステップで使用され得る。第一に、それは増幅においてプライマー機能を発揮する。これにより、第2のプライマー伸長産物を鋳型として使用しプライマー伸長反応が行われる。特定の実施形態では、増幅反応の開始時の第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、開始核酸鎖を鋳型として使用することができる。特定の実施形態では、第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、開始核酸鎖を設計/提供することに使用され得る。増幅中、第1のプライマーは、第2のプライマー伸長産物を鋳型として使用して、第1のプライマー伸長産物の合成の開始剤として機能する。第1のプライマーの3’セグメントは、第2のプライマー伸長産物に主に相補的に結合できる配列を含む。第2のプライマー伸長産物を鋳型として使用する第1のオリゴヌクレオチドプライマーの酵素的伸長は、第1のプライマー伸長産物の形成をもたらす。そのような第1のプライマー伸長産物は、標的配列又はその配列部分を含む。第2のプライマー伸長産物の合成の過程で、第1のオリゴヌクレオチドプライマーのコピー可能な部分の配列がポリメラーゼによって鋳型として認識され、対応する相補配列が合成され、それゆえ、それぞれのプライマー結合部位が第1のオリゴヌクレオチドプライマーのために生じる。第1のプライマー伸長産物の合成は、第2のオリゴヌクレオチドプライマーの5’セグメントまで実行される及び含む。第1のプライマー伸長産物の合成直後に、この産物は第2のプライマー伸長産物に結合し、二本鎖複合体を形成する。第2のプライマー伸長産物は、コントローラーオリゴヌクレオチドによって前記複合体から配列特異的に置換される。それにより、コントローラーオリゴヌクレオチドは第1のプライマー伸長産物に結合する。コントローラーオリゴヌクレオチドによる成功した鎖置換の後、第2のプライマー伸長産物は、次いで第1のプライマー伸長産物の合成のための鋳型自体として機能することができる。第1のプライマー伸長産物の3’セグメントがここで自由になったことで、さらなる第2のオリゴヌクレオチドプライマーを結合でき、それゆえ、第2のプライマー伸長産物の新しい合成を開始できる。
Primer Function of First Oligonucleotide Primer The first oligonucleotide primer can be used in several separate steps. First, it exerts a primer function in amplification. As a result, the primer extension reaction is carried out using the second primer extension product as a template. In certain embodiments, the first oligonucleotide primer at the initiation of the amplification reaction can use the initiating nucleic acid strand as a template. In certain embodiments, the first oligonucleotide primer can be used to design / provide the starting nucleic acid strand. During amplification, the first primer functions as an initiator in the synthesis of the first primer extension product, using the second primer extension product as a template. The 3'segment of the first primer contains sequences that are primarily complementary to the second primer extension product. Enzymatic extension of the first oligonucleotide primer using the second primer extension product as a template results in the formation of the first primer extension product. Such a first primer extension product comprises a target sequence or a portion thereof. In the process of synthesizing the second primer extension product, the sequence of the copyable portion of the first oligonucleotide primer is recognized as a template by the polymerase, and the corresponding complementary sequence is synthesized, and therefore each primer binding site is Occurs for the first oligonucleotide primer. Synthesis of the first primer extension product is carried out and includes up to the 5'segment of the second oligonucleotide primer. Immediately after the synthesis of the first primer extension product, this product binds to the second primer extension product to form a double-stranded complex. The second primer extension product is sequence-specifically substituted from the complex by a controller oligonucleotide. Thereby, the controller oligonucleotide binds to the first primer extension product. After successful strand substitution with the controller oligonucleotide, the second primer extension product can then serve as the template itself for the synthesis of the first primer extension product. Now that the 3'segment of the first primer extension product is free, additional second oligonucleotide primers can be attached and therefore new synthesis of the second primer extension product can be initiated.

さらに、第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、増幅の開始時に開始核酸鎖から始まる第1のプライマー伸長産物の合成の開始剤として機能することができる。特定の実施形態では、第1のプライマーの配列は、開始核酸鎖の対応する配列セグメントに完全に相補的である。特定の実施形態では、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの配列は、開始核酸鎖の対応する配列セグメントに部分的にのみ相補的である。しかしながら、上記の相違相補性は、第1のオリゴヌクレオチドプライマーが主に配列特異的なプライマー伸長反応を開始することを妨げるものではない。開始核酸鎖のそれぞれの位置に対する第1のオリゴヌクレオチドプライマーの相補性のそれぞれの違いは、特に第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域の5’セグメントにあり、それゆえ、3’セグメントでは主に相補的な塩基の対合及び合成の開始が可能である。合成の開始のために、例えば、特に3’セグメントの最初の4〜10の位置は、鋳型(開始核酸鎖)に完全に相補的である必要がある。残りのヌクレオチド位置は、完全な相補性とは相違し得る。したがって、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域の残りの5’セグメントにおける完全な相補性の程度は、塩基組成物の50%〜100%、特に80%〜100%の間の範囲を含み得る。第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域の長さによれば、配列の相違は、1〜多くとも15の位置、特に1〜多くとも5の位置である。したがって、第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、開始核酸鎖の合成を開始することができる。第2のプライマー伸長産物の後続の合成では、第1のオリゴヌクレオチドプライマーのコピー可能な配列セグメントがポリメラーゼによってコピーされ、それにより、次いで後続の合成サイクルでは、完全に相補的なプライマー結合部位が第1のオリゴヌクレオチドプライマーの結合のために第2のプライマー伸長産物内に形成され、後続の合成サイクルで利用可能となる。 In addition, the first oligonucleotide primer can function as an initiator for the synthesis of the first primer extension product starting from the starting nucleic acid strand at the start of amplification. In certain embodiments, the sequence of the first primer is completely complementary to the corresponding sequence segment of the starting nucleic acid strand. In certain embodiments, the sequence of the first oligonucleotide primer is only partially complementary to the corresponding sequence segment of the starting nucleic acid strand. However, the above-mentioned difference complementarity does not prevent the first oligonucleotide primer from initiating a predominantly sequence-specific primer extension reaction. The respective differences in the complementarity of the first oligonucleotide primer to each position of the starting nucleic acid strand are particularly in the 5'segment of the first region of the first oligonucleotide primer, and therefore the main in the 3'segment. It is possible to pair bases complementary to and initiate synthesis. For the initiation of synthesis, for example, the first 4-10 positions of the 3'segment need to be completely complementary to the template (starting nucleic acid strand). The remaining nucleotide positions can differ from perfect complementarity. Therefore, the degree of perfect complementarity in the remaining 5'segments of the first region of the first oligonucleotide primer includes the range between 50% and 100% of the base composition, especially between 80% and 100%. obtain. According to the length of the first region of the first oligonucleotide primer, the sequence differences are at positions 1 to at most 15, especially 1 to at most 5. Therefore, the first oligonucleotide primer can initiate the synthesis of the starting nucleic acid chain. In subsequent synthesis of the second primer extension product, the copyable sequence segment of the first oligonucleotide primer is copied by the polymerase, which in turn results in a fully complementary primer binding site in the subsequent synthesis cycle. It is formed in the second primer extension product for binding of one oligonucleotide primer and becomes available in subsequent synthetic cycles.

特定の実施形態において、第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、開始核酸鎖の調製において使用され得る。それにより、そのような第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、主に/特に配列特異的に核酸(例えば、標的配列を含む一本鎖ゲノムDNA又はRNA又はその同等物)に結合し、ポリメラーゼの存在下で鋳型依存プライマー伸長反応を開始することができる。結合位置は、プライマー伸長産物が所望の標的配列を含むように選択される。第1のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長は、鋳型に相補的な配列を有する核酸鎖をもたらす。そのような鎖は、鋳型から分離することができ(例えば、熱又はアルカリによって)、したがって、一本鎖の形態に変換することができる。そのような一本鎖核酸鎖は、増幅の開始時に開始核酸鎖として機能することができる。5’セグメントにおいてそのような開始核酸鎖は、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの配列部分を含み、さらにそれは、標的配列又はその同等物及び第2のオリゴヌクレオチドプライマーのためのプライマー結合部位を含む。詳細な手順については、「核酸鎖の開始」のセクションで説明する。 In certain embodiments, the first oligonucleotide primer can be used in the preparation of the starting nucleic acid chain. Thereby, such a first oligonucleotide primer binds primarily / specifically to a nucleic acid (eg, single-stranded genomic DNA or RNA containing the target sequence or its equivalent) in a sequence-specific manner and in the presence of the polymerase. The template-dependent primer extension reaction can be started at. The binding position is selected such that the primer extension product contains the desired target sequence. Extension of the first oligonucleotide primer results in a nucleic acid strand having a sequence complementary to the template. Such chains can be separated from the template (eg, by heat or alkali) and thus converted to a single chain form. Such a single-stranded nucleic acid strand can function as a starting nucleic acid strand at the start of amplification. In the 5'segment such initiation nucleic acid strand comprises a sequence portion of the first oligonucleotide primer, which further comprises a target sequence or equivalent thereof and a primer binding site for the second oligonucleotide primer. The detailed procedure is described in the section "Initiation of Nucleic Acid Chains".

第1のプライマー伸長産物の合成はプライマー伸長反応であり、増幅の個々のステップを形成する。このステップの間の反応条件は、それに応じて調整される。反応温度及び反応時間は、反応が連続的に起ることができるように選択される。このステップにおける好ましい温度は、使用するポリメラーゼ及びそれぞれの第一のオリゴヌクレオチドプライマーのそのプライマー結合部位への結合強度に依存し、例えば、15℃〜75℃、特に20〜65℃、特に25℃〜65℃の範囲を含む。第1のオリゴヌクレオチドプライマーの濃度は、0.01μmol/l〜50μmol/l、特に0.1μmol/l〜20μmol/l、特に0.1μmol/l〜10μmol/lの範囲を含む。 The synthesis of the first primer extension product is a primer extension reaction, forming individual steps of amplification. The reaction conditions during this step are adjusted accordingly. The reaction temperature and reaction time are selected so that the reaction can occur continuously. The preferred temperature in this step depends on the strength of the polymerase used and the binding strength of each first oligonucleotide primer to its primer binding site, eg, 15 ° C to 75 ° C, especially 20 to 65 ° C, especially 25 ° C to. Includes the 65 ° C range. The concentration of the first oligonucleotide primer comprises the range of 0.01 μmol / l to 50 μmol / l, particularly 0.1 μmol / l to 20 μmol / l, particularly 0.1 μmol / l to 10 μmol / l.

特定の実施形態では、増幅のすべてのステップは、非特異的産物/副産物の形成を防止又は遅延させるストリンジェントな条件下で進行する。そのような条件は、例えばより高い温度、特に50℃を上回る。 In certain embodiments, all steps of amplification proceed under stringent conditions that prevent or delay the formation of non-specific products / by-products. Such conditions exceed, for example, higher temperatures, especially 50 ° C.

2つ以上の特異的な核酸鎖が1つのバッチで増幅される場合、特定の実施形態では、特に配列特異的なオリゴヌクレオチドプライマーが、対応する標的配列の増幅に使用される。 When two or more specific nucleic acid chains are amplified in one batch, in certain embodiments, particularly sequence-specific oligonucleotide primers are used to amplify the corresponding target sequence.

特に、第1のオリゴヌクレオチドプライマー、第2のオリゴヌクレオチドプライマー及びコントローラーオリゴヌクレオチドの配列は、副反応、例えば、プライマー二量体形成が最小化されるように互いに適合される。そのため、例えば、第1及び第2のオリゴヌクレオチドプライマーの配列は、両方のオリゴヌクレオチドプライマーが適切な鋳型及び/又は標的配列及び/又は開始核酸鎖の不在下でそれぞれ増幅反応を開始又はサポートできないように互いに適合される。これは、例えば、第2のオリゴヌクレオチドプライマーが第1のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー結合部位を含まず、第1のオリゴヌクレオチドプライマーが第2のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー結合部位を含まないことで達成できる。さらに、プライマー配列が拡張された伸長される自己相補的構造(自己相補的)を含むことが避けられるべきである。 In particular, the sequences of the first oligonucleotide primer, the second oligonucleotide primer and the controller oligonucleotide are adapted to each other so that side reactions, such as primer dimer formation, are minimized. Thus, for example, the sequences of the first and second oligonucleotide primers prevent both oligonucleotide primers from initiating or supporting the amplification reaction in the absence of the appropriate template and / or target sequence and / or starting nucleic acid strand, respectively. Fitted to each other. This can be achieved, for example, by the second oligonucleotide primer not containing the primer binding site of the first oligonucleotide primer and the first oligonucleotide primer not containing the primer binding site of the second oligonucleotide primer. .. Furthermore, it should be avoided that the primer sequence contains an extended and extended self-complementary structure (self-complementary).

特定の実施形態では、第1及び第2のプライマー伸長産物の合成は、同じ温度で進行する。特定の実施形態では、第1及び第2のプライマー伸長産物の合成は、異なる温度で進行する。特定の実施形態では、第1のプライマー伸長産物の合成及びコントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換は、同じ温度で進行する。特定の実施形態では、第1のプライマー伸長産物の合成及びコントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換は、異なる温度で進行する。 In certain embodiments, the synthesis of the first and second primer extension products proceeds at the same temperature. In certain embodiments, the synthesis of the first and second primer extension products proceeds at different temperatures. In certain embodiments, the synthesis of the first primer extension product and the strand substitution with the controller oligonucleotide proceed at the same temperature. In certain embodiments, the synthesis of the first primer extension product and the chain substitution with the controller oligonucleotide proceed at different temperatures.

コントローラーオリゴヌクレオチドの特定の実施形態
コントローラーオリゴヌクレオチド(図19〜26)は以下を含む:
・ 第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域のポリヌクレオチドテールに結合できる第1の一本鎖領域、
・ 第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域に本質的に相補的に結合できる第2の一本鎖領域、
・ 第1のプライマー伸長産物の伸長産物の少なくとも1つのセグメントに本質的に相補的な第3の一本鎖領域、
及び、コントローラーオリゴヌクレオチドは、第1又は第2のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー伸長のための鋳型として機能しない。
Specific Embodiments of Controller Oligonucleotides Controller oligonucleotides (FIGS. 19-26) include:
A first single-stranded region that can bind to the polynucleotide tail of the second region of the first oligonucleotide primer,
A second single-stranded region that can bind essentially complementaryly to the first region of the first oligonucleotide primer,
A third single-stranded region that is essentially complementary to at least one segment of the extension product of the first primer extension product.
And, the controller oligonucleotide does not function as a template for primer extension of the first or second oligonucleotide primer.

一般に、コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域の配列は、増幅される核酸の配列に適合され、これは、第1のプライマーの伸長産物におけるヌクレオチドの順序の鋳型として関連するためである。コントローラーオリゴヌクレオチドの第2の領域の配列は、第1のプライマー領域の配列に適合される。コントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域の構造は、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域の配列、特にポリヌクレオチドテールの性質に適合されている。 In general, the sequence of the third region of the controller oligonucleotide is adapted to the sequence of the nucleic acid to be amplified, as it serves as a template for the order of the nucleotides in the extension of the first primer. The sequence of the second region of the controller oligonucleotide is matched to the sequence of the first primer region. The structure of the first region of the controller oligonucleotide is adapted to the sequence of the second region of the first oligonucleotide primer, especially the nature of the polynucleotide tail.

コントローラーオリゴヌクレオチドはまた、第1、第2又は第3の領域に属さないさらなる配列セグメントを含み得る。これらの配列は、例えば3’及び5’末端に隣接する配列として結合することができる。特に、これらの配列セグメントは、コントローラーオリゴヌクレオチドの機能を妨害しない。 The controller oligonucleotide may also contain additional sequence segments that do not belong to the first, second or third region. These sequences can be linked, for example, as sequences flanking the 3'and 5'ends. In particular, these sequence segments do not interfere with the function of the controller oligonucleotide.

コントローラーオリゴヌクレオチドの構造には、特に次の特性がある:
個々の領域は、互いに共有結合している。例えば、結合は従来の5’−3’結合を介して行うことができる。例えば、ホスホジエステル結合又はヌクレアーゼ耐性ホスホチオエステル結合が使用され得る。
The structure of the controller oligonucleotide has the following characteristics in particular:
The individual regions are covalently bonded to each other. For example, the bond can be made via a conventional 5'-3' bond. For example, phosphodiester bonds or nuclease-resistant phosphodiester bonds can be used.

コントローラーオリゴヌクレオチドは、その第1の領域によって第1のオリゴヌクレオチドプライマーのポリヌクレオチドテールに結合することができ、結合は主に相補的塩基のハイブリダイズによって媒介される。前記第1の領域の長さは、3〜80ヌクレオチド、特に4〜40ヌクレオチド、特に好ましくは6〜20ヌクレオチドである。コントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域の配列と第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域の配列との間の配列一致の程度は、20%〜100%、特に50%〜100%、特に80%〜100%の間であり得る。コントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域の結合は、特に、反応条件下で第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域に特異的であるべきである。 The controller oligonucleotide can be attached to the polynucleotide tail of the first oligonucleotide primer by its first region, and the binding is primarily mediated by hybridization of complementary bases. The length of the first region is 3 to 80 nucleotides, particularly 4 to 40 nucleotides, particularly preferably 6 to 20 nucleotides. The degree of sequence matching between the sequence of the first region of the controller oligonucleotide and the sequence of the second region of the first oligonucleotide primer is 20% to 100%, especially 50% to 100%, especially 80%. It can be between ~ 100%. Binding of the first region of the controller oligonucleotide should be particularly specific to the second region of the first oligonucleotide primer under reaction conditions.

コントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域の配列は、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域に相補的に結合できる相補的塩基の数が1〜40、特に3〜20、特に6〜15となるように特に選択される。 The sequence of the first region of the controller oligonucleotide has 1-40 complementary bases, particularly 3-20, particularly 6-15, that can complementarily bind to the second region of the first oligonucleotide primer. Especially selected as.

コントローラーオリゴヌクレオチドは、ポリメラーゼの鋳型を示さないため、塩基修飾及び/又は糖リン酸骨格修飾の両方であり得るポリメラーゼ機能をサポートしないヌクレオチド修飾を含み得る。第1の領域のコントローラーオリゴヌクレオチドには、次の一覧から選択されたヌクレオチド及び/又はヌクレオチド修飾を含む:DNA、RNA、LNA(糖残基に2’−4’架橋型結合を持つ「ロックされた核酸」のアナログ)、UNA(糖残基の2’−3’原子間の結合のない「ロックされていない核酸」)、PNA(「ペプチド核酸」アナログ)、PTO(ホスホロチオエート)、モルホリノアナログ、2’−O−アルキルRNA修飾(2’−OMe、2’−Oプロパルギル、2’−O−(2−メトキシエチル)、2’−O−プロピル−アミンなど)、2’−ハロRNA、2’−アミノRNAなど。これらのヌクレオチド又はヌクレオチド修飾は、例えば従来の5’−3’結合又は5’−2’結合によって互いに結合される。例えば、ホスホジエステル結合又はヌクレアーゼ耐性ホスホチオエステル結合が使用され得る。 Controller oligonucleotides do not show a polymerase template and may therefore include nucleotide modifications that do not support polymerase function, which can be both base modifications and / or glycophosphate backbone modifications. The controller oligonucleotide in the first region contains nucleotides and / or nucleotide modifications selected from the following list: DNA, RNA, LNA (locked with 2'-4'bridged binding to sugar residues. Nucleic acid), UNA (“unlocked nucleic acid” without binding between 2'-3'atoms of sugar residues), PNA (“peptide nucleic acid” analog), PTO (phosphorothioate), morpholino analog, 2'-O-alkylRNA modification (2'-OMe, 2'-O propargyl, 2'-O- (2-methoxyethyl), 2'-O-propyl-amine, etc.), 2'-haloRNA, 2'-haloRNA, 2 '-Amino RNA, etc. These nucleotides or nucleotide modifications are attached to each other, for example, by conventional 5'-3'bonds or 5'-2' bonds. For example, phosphodiester bonds or nuclease-resistant phosphodiester bonds can be used.

第1の領域のコントローラーオリゴヌクレオチドは、ヌクレオチド及び/又はヌクレオチド修飾を含むことができ、核酸塩基は、以下の一覧から選択される:アデニン及びそのアナログ、グアニン及びそのアナログ、シトシン及びそのアナログ、ウラシル及びそのアナログ、チミン及びそのアナログ、イノシン又は他のユニバーサル塩基(例えば、ニトロインドール)、2−アミノ−アデニン及びそのアナログ、イソシトシン及びそのアナログ、イソグアニン及びそのアナログ。 The controller oligonucleotide in the first region can include nucleotides and / or nucleotide modifications, and the nucleobase is selected from the list below: adenine and its analogs, guanine and its analogs, cytosine and its analogs, uracil. And their analogs, thymine and its analogs, inosins or other universal nucleotides (eg, nitroindole), 2-amino-adenine and its analogs, isothytosine and its analogs, isoguanine and its analogs.

第1の領域のコントローラーオリゴヌクレオチドには、次の一覧から選択される非ヌクレオチド化合物を含むことができる:コントローラーオリゴヌクレオチドと第1のオリゴヌクレオチドプライマーの間の結合強度に影響を与える可能性のあるインターカレート物質(MGB、ナフタレンなど)。同じ要素がまた第1のプライマーの第2の領域でも使用できる。 The controller oligonucleotide in the first region can include a non-nucleotide compound selected from the following list: it may affect the binding strength between the controller oligonucleotide and the first oligonucleotide primer. Intercalating substances (MGB, nucleotides, etc.). The same elements can also be used in the second region of the first primer.

第1の領域のコントローラーオリゴヌクレオチドは、非ヌクレオチド化合物、例えば、第1の領域の個々のセグメントを互いに連結することができるC3、C6、HEGリンカーなどのリンカーを含むことができる。 Controller oligonucleotides in the first region can include non-nucleotide compounds, such as linkers such as C3, C6, HEG linkers capable of linking individual segments of the first region to each other.

コントローラーオリゴヌクレオチドは、その第2の領域によって第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1のプライマー領域に結合することができ、結合は本質的に相補的塩基のハイブリダイゼーションによって媒介される。 The controller oligonucleotide can be attached to the first primer region of the first oligonucleotide primer by its second region, and the binding is mediated by hybridization of essentially complementary bases.

コントローラーオリゴヌクレオチドの第2の領域の長さは、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域の長さに適合され、特にそれに対応する。それは約3〜30ヌクレオチド、特に5〜20ヌクレオチドの間である。コントローラーオリゴヌクレオチドの第2の領域の配列は、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域に特に相補的である。相補性の一致の程度は、80%〜100%、特に95%〜100%、特に100%である。コントローラーオリゴヌクレオチドの第2の領域には、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長においてポリメラーゼを妨げるヌクレオチド修飾を特に含むが、相補的な二本鎖の形成を阻止又は本質的に防止せず、例えば、2’−O−アルキルRNAアナログ(例えば、2’−O−Me、2’−O−(2−メトキシエチル)、2’−O−プロピル、2’−O−プロパルギルヌクレオチド修飾)、LNA、PNA、又はモルホリノヌクレオチド修飾である。個々のヌクレオチドモノマーは特に5’−3’結合を介して連結されるが、ヌクレオチドモノマー間の5’−2’結合も使用できる。 The length of the second region of the controller oligonucleotide is adapted to, in particular, the length of the first region of the first oligonucleotide primer. It is between about 3-30 nucleotides, especially 5-20 nucleotides. The sequence of the second region of the controller oligonucleotide is particularly complementary to the first region of the first oligonucleotide primer. The degree of complementarity agreement is 80% to 100%, especially 95% to 100%, especially 100%. The second region of the controller oligonucleotide specifically comprises a nucleotide modification that interferes with the polymerase in the extension of the first oligonucleotide primer, but does not prevent or essentially prevent the formation of complementary double strands, eg, 2'-O-alkylRNA analogs (eg, 2'-O-Me, 2'-O- (2-methoxyethyl), 2'-O-propyl, 2'-O-propargyl nucleotide modification), LNA, PNA , Or a morpholinonucleotide modification. The individual nucleotide monomers are specifically linked via 5'-3'bonds, but 5'-2'bonds between nucleotide monomers can also be used.

コントローラーオリゴヌクレオチドの第1及び第2の領域の配列長及びその性質は、少なくとも方法の1つの反応ステップにおける反応条件下での第1のオリゴヌクレオチドプライマーへの前記領域の結合が可逆的であるように特に選択される。つまり、コントローラーオリゴヌクレオチドと第1のオリゴヌクレオチドプライマーは確実に互いに特異的に結合できるが、この結合によって、反応条件下で永続的に安定な両方の要素の複合体の形成をもたらすわけではない。 The sequence lengths and properties of the first and second regions of the controller oligonucleotide such that binding of the region to the first oligonucleotide primer under reaction conditions in at least one reaction step of the method is reversible. Especially selected for. That is, although the controller oligonucleotide and the first oligonucleotide primer can reliably bind to each other, this binding does not result in the formation of a complex of both elements that is permanently stable under reaction conditions.

むしろ、コントローラーオリゴヌクレオチド及び第1のオリゴヌクレオチドプライマーの結合複合体形態と、個々の成分の遊離形態との間の平衡は、少なくとも1つの反応ステップでの反応条件下で意図される又は可能であるべきである。このようにして、反応条件下での第1のオリゴヌクレオチドプライマーの少なくとも一部が遊離形態で存在し、鋳型と相互作用してプライマー伸長反応を開始できることが保証される。一方、このようにして、コントローラーオリゴヌクレオチドのそれぞれの配列領域が伸長オリゴヌクレオチドプライマーとの結合に利用できることが保証される。 Rather, the equilibrium between the bound complex form of the controller oligonucleotide and the first oligonucleotide primer and the free form of the individual components is intended or possible under reaction conditions in at least one reaction step. Should be. In this way, it is guaranteed that at least a portion of the first oligonucleotide primer under reaction conditions is present in free form and can interact with the template to initiate the primer extension reaction. On the other hand, in this way, it is guaranteed that each sequence region of the controller oligonucleotide can be used for binding to the extended oligonucleotide primer.

反応中の温度を選択することにより、遊離の一本鎖の部分、したがって反応性成分の部分が温度を下げることにより作用され得、第1のオリゴヌクレオチドプライマーがコントローラーオリゴヌクレオチドに結合し、それにより、両方の関与物が相補的な二本鎖複合体を結合する。このようにして、個々の成分の一本鎖形態の濃度は低減され得る。温度が上昇すると、両方の成分が一本鎖の形態に解離することをもたらすことができる。複合体(コントローラーオリゴヌクレオチド/第1のオリゴヌクレオチドプライマー)の融解温度の範囲では、成分の約50%が一本鎖の形態で存在し、約50%が二本鎖複合体として存在する。したがって、適切な温度を使用することにより、反応混合物中の一本鎖形態の濃度が影響を受け得る。 By selecting the temperature during the reaction, the free single-stranded portion, and thus the reactive component portion, can be acted upon by lowering the temperature, thereby binding the first oligonucleotide primer to the controller oligonucleotide. , Both involved bind complementary double-stranded complexes. In this way, the concentration of the single chain form of the individual components can be reduced. As the temperature rises, both components can result in dissociation into a single-stranded form. Within the melting temperature range of the complex (controller oligonucleotide / first oligonucleotide primer), about 50% of the components are present in single-stranded form and about 50% are present as double-stranded complex. Therefore, the concentration of the single chain form in the reaction mixture can be affected by using the appropriate temperature.

個々の反応ステップ間の温度変化を含む増幅方法の実施形態では、それぞれの反応ステップ中に所望の反応条件が達成され得る。例えば、コントローラーオリゴヌクレオチド/第1のオリゴヌクレオチドプライマー複合体のおよその融解温度の温度範囲を使用することにより、個々の成分の遊離形態の部分が影響を受けることが可能である。ここで、使用される温度により、コントローラーオリゴヌクレオチド/第1のオリゴヌクレオチドプライマーを含む複合体が不安定になり、それにより、この反応ステップ中に、個々の複合体成分が少なくとも一時的に一本鎖になり、したがって他の反応相手と相互作用できるようになる。例えば、コントローラーオリゴヌクレオチドの第1の配列領域は、非伸長の第1のプライマーを有する二本鎖複合体から放出され得、したがって、伸長された第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第2の配列領域と相互作用し、したがって、鎖置換を開始することができる。一方、コントローラーオリゴヌクレオチド/第1のオリゴヌクレオチドプライマーを含む複合体からの第1の非伸長オリゴヌクレオチドプライマーの放出により、第1のプライマー領域が一本鎖になり、したがって鋳型と相互作用でき、それにより、プライマーがポリメラーゼによる伸長を開始することができる。 In embodiments of amplification methods involving temperature changes between individual reaction steps, the desired reaction conditions can be achieved during each reaction step. For example, by using the temperature range of the approximate melting temperature of the controller oligonucleotide / first oligonucleotide primer complex, it is possible that parts of the free form of the individual components are affected. Here, the temperature used destabilizes the complex containing the controller oligonucleotide / first oligonucleotide primer, thereby at least temporarily one individual complex component during this reaction step. It becomes a chain and thus can interact with other reaction partners. For example, the first sequence region of the controller oligonucleotide can be released from a double-stranded complex with a non-extended first primer and thus with the second sequence region of the extended first oligonucleotide primer. They can interact and therefore initiate chain substitutions. On the other hand, the release of the first non-extending oligonucleotide primer from the complex containing the controller oligonucleotide / first oligonucleotide primer makes the first primer region single-stranded and thus capable of interacting with the template. Allows the primer to initiate elongation by the polymerase.

使用する温度は、コントローラーオリゴヌクレオチド/第1のオリゴヌクレオチドプライマーの複合体の融解温度に正確に対応する必要はない。1つの反応ステップにおける温度は、およその融解温度の範囲内で使用されれば十分である。例えば、反応ステップの1つにおける温度は、コントローラーオリゴヌクレオチド/第1のオリゴヌクレオチドプライマーの複合体のTm±10℃、特にTm±5℃、特にTm±3℃の範囲を含む。 The temperature used does not have to correspond exactly to the melting temperature of the controller oligonucleotide / first oligonucleotide primer complex. It is sufficient that the temperature in one reaction step be used within the approximate melting temperature range. For example, the temperature in one of the reaction steps includes a range of Tm ± 10 ° C., particularly Tm ± 5 ° C., particularly Tm ± 3 ° C. of the controller oligonucleotide / first oligonucleotide primer complex.

このような温度は、例えば、コントローラーオリゴヌクレオチドによる配列特異的鎖置換を含む反応ステップ中に調節できる。 Such temperatures can be adjusted, for example, during reaction steps involving sequence-specific chain substitutions with controller oligonucleotides.

個々の反応ステップ間の温度変化を含まず、等温条件下で増幅が進行する増幅方法の実施形態では、反応条件は、コントローラーオリゴヌクレオチド及び第1のオリゴヌクレオチドプライマーの複合形態と、個々の成分の遊離形との間の平衡が可能である。 In an embodiment of an amplification method in which amplification proceeds under isothermal conditions without involving temperature changes between individual reaction steps, the reaction conditions are the composite form of the controller oligonucleotide and the first oligonucleotide primer and the individual components. Equilibrium with the free form is possible.

コントローラーオリゴヌクレオチド及び第1のオリゴヌクレオチドプライマーの複合体形態と、個々の成分の遊離形態の間の比率は、反応条件(例えば、温度及びMg2+濃度)及び個々の成分の構造と濃度の両方に影響され得る。 The ratio between the complex form of the controller oligonucleotide and the first oligonucleotide primer and the free form of the individual components depends on both the reaction conditions (eg, temperature and Mg 2+ concentration) and the structure and concentration of the individual components. Can be affected.

特定の実施形態におけるコントローラーオリゴヌクレオチドの第1及び第2領域の配列長及びその性質は、所与の反応条件下(例えば、コントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換の反応ステップにおいて)で、第1のオリゴヌクレオチドプライマーとの複合体中の遊離コントローラーオリゴヌクレオチドの部分及びコントローラーオリゴヌクレオチドの部分の間の比率が、以下の範囲:1:100〜100:1、特に1:30〜30:1、特に1:10〜10:1を含むように選択される。コントローラーオリゴヌクレオチドとの複合体における遊離の第1のオリゴヌクレオチドプライマーの部分と第1のオリゴヌクレオチドプライマーの部分との間の比率は、1:100〜100:1、特に1:30〜30:1、特に1:10〜10:1の範囲を含む。 The sequence lengths and properties of the first and second regions of the controller oligonucleotide in a particular embodiment determine the first oligonucleotide under given reaction conditions (eg, in the reaction step of chain substitution with the controller oligonucleotide). The ratio between the portion of the free controller oligonucleotide and the portion of the controller oligonucleotide in the complex with the primer ranges from 1: 100 to 100: 1, especially 1:30 to 30: 1, especially 1:10. Selected to include 10: 10. The ratio of the free first oligonucleotide primer portion to the first oligonucleotide primer portion in the complex with the controller oligonucleotide is 1: 100-100: 1, especially 1:30-30: 1. In particular, it includes the range of 1:10 to 10: 1.

特定の実施形態では、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの濃度は、コントローラーオリゴヌクレオチドの濃度よりも高い。このようにして、反応中に過剰な第1のプライマーが存在し、コントローラーオリゴヌクレオチドが、その効果のために、適切な反応温度を選択することにより、第1のプライマーとの結合から解放されなければならない。一般に、これは、コントローラーオリゴヌクレオチドの遊離形態の十分な濃度が存在するまで温度を上げることによって行われる。 In certain embodiments, the concentration of the first oligonucleotide primer is higher than the concentration of the controller oligonucleotide. In this way, an excess of first primer is present during the reaction and the controller oligonucleotide must be released from binding to the first primer by choosing an appropriate reaction temperature for its effect. Must be. Generally, this is done by raising the temperature until a sufficient concentration of free form of the controller oligonucleotide is present.

特定の実施形態では、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの濃度は、コントローラーオリゴヌクレオチドの濃度よりも低い。このようにして、過剰なコントローラーオリゴヌクレオチドが存在し、第1のオリゴヌクレオチドプライマーが、その効果のために、適切な反応温度を選択することにより、コントローラーオリゴヌクレオチドとの結合から切り離されなければならない。一般に、これは、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの遊離形態の十分な濃度が存在するまで温度を上げることによって行われる。 In certain embodiments, the concentration of the first oligonucleotide primer is lower than the concentration of the controller oligonucleotide. In this way, an excess of controller oligonucleotide is present and the first oligonucleotide primer must be cleaved from binding to the controller oligonucleotide by choosing an appropriate reaction temperature for its effect. .. Generally, this is done by raising the temperature until a sufficient concentration of the free form of the first oligonucleotide primer is present.

等温条件では平衡が存在し、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの特定の部分とコントローラーオリゴヌクレオチドの特定の部分は互いに結合するが、その他は反応において一本鎖の形態で存在する。 Equilibrium exists under isothermal conditions, with certain parts of the first oligonucleotide primer and certain parts of the controller oligonucleotide binding to each other, while the others are present in a single-stranded form in the reaction.

コントローラーオリゴヌクレオチドは、その第3の領域によって、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの特異的に合成された伸長産物の少なくとも1つのセグメントに結合することができる(図13〜35)。結合は特に、コントローラーオリゴヌクレオチドとポリメラーゼによって合成された伸長産物との間の相補的塩基のハイブリダイゼーションによって行われる。 The third region of the controller oligonucleotide allows it to bind to at least one segment of the specifically synthesized extension of the first oligonucleotide primer (FIGS. 13-35). Binding is particularly carried out by hybridization of complementary bases between the controller oligonucleotide and the extension product synthesized by the polymerase.

鎖置換反応をサポートするために、第3の領域の配列は、特に、伸長産物に対して高い相補性を有する必要がある。特定の実施形態では、第3の領域の配列の100%が伸長産物に相補的である。 To support the chain substitution reaction, the sequence of the third region needs to have high complementarity, especially to the extension product. In certain embodiments, 100% of the sequence in the third region is complementary to the extension product.

特に、第3の領域は、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域の直後の伸長産物のセグメントに結合する。したがって、伸長産物のセグメントは、特に、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの全伸長産物の5’セグメントにある。 In particular, the third region binds to the stretch product segment immediately following the first region of the first oligonucleotide primer. Therefore, the extension product segment is in particular in the 5'segment of the total extension product of the first oligonucleotide primer.

特に、コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域は、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長産物の全長にわたって結合されない。特に、伸長産物の3’末端の1つのセグメントは結合されないままである。前記3’末端セグメントは、第2のオリゴヌクレオチドプライマーの結合に必要である。 In particular, the third region of the controller oligonucleotide is not bound over the full length of the extension product of the first oligonucleotide primer. In particular, one segment at the 3'end of the extension product remains unbound. The 3'end segment is required for binding of the second oligonucleotide primer.

第3の領域の長さは、第3の領域が伸長産物の5’位セグメントに結合するが、伸長産物の3’位セグメントに結合しないように、それに応じて適合される。 The length of the third region is adapted accordingly so that the third region binds to the 5'-position segment of the extension product but not to the 3'-position segment of the extension product.

コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域の全長は、2〜100、特に6〜60、特に好ましくは10〜40ヌクレオチド又はその同等物である。コントローラーオリゴヌクレオチドは、この長さにわたって伸長産物のセグメントに相補的に結合することができ、したがって、伸長産物の前記5’位セグメントを、その相補的鋳型鎖との結合から置換する。 The overall length of the third region of the controller oligonucleotide is 2 to 100, especially 6 to 60, particularly preferably 10 to 40 nucleotides or equivalent. The controller oligonucleotide can complementarily bind to a segment of the extension product over this length, thus replacing the 5'-position segment of the extension product from binding to its complementary template strand.

コントローラーオリゴヌクレオチドによって結合されない伸長産物の3’位セグメントの長さは、例えば、5〜60ヌクレオチド、特に10〜40、特に15〜30ヌクレオチドの範囲を含む。 The length of the 3'-position segment of the extension product that is not bound by the controller oligonucleotide includes, for example, the range of 5-60 nucleotides, especially 10-40, especially 15-30 nucleotides.

伸長産物の前記3’位セグメントは、コントローラーオリゴヌクレオチドによって鋳型鎖への結合から置換されない。また、伸長産物の相補的セグメントへのコントローラーオリゴヌクレオチドの完全に結合された第3の領域により、第1のプライマー伸長産物は、その3’位セグメントを介して鋳型鎖に結合したまま残ることができる。前記複合体の結合強度は、例えば反応条件下で自然に解離することができるように特に選択される(ステップe)。これは、例えば、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長産物の3’位セグメントと、その鋳型鎖との前記複合体の融解温度が、それぞれの反応ステップ(反応ステップe)において、おおよその反応温度の範囲内又は反応温度未満である場合に達成され得る。伸長産物の3’セグメントにおける前記複合体の安定性が低い場合、伸長産物の5’位セグメントへのコントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域の完全な結合は、第1のプライマー伸長産物のその鋳型鎖からの急速な解離をもたらす。 The 3'-position segment of the extension product is not replaced by the controller oligonucleotide from the binding to the template strand. Also, the fully bound third region of the controller oligonucleotide to the complementary segment of the extension product allows the first primer extension product to remain bound to the template strand via its 3'position segment. it can. The binding strength of the complex is particularly selected so that it can dissociate spontaneously, for example under reaction conditions (step e). This is because, for example, the melting temperature of the complex of the extension product of the first oligonucleotide primer at the 3'position and its template chain is the approximate reaction temperature in each reaction step (reaction step e). It can be achieved if it is within the range or below the reaction temperature. If the complex is less stable in the 3'segment of the extension product, complete binding of the third region of the controller oligonucleotide to the 5'-position segment of the extension product is the template strand of the first primer extension product. Causes rapid dissociation from.

コントローラーオリゴヌクレオチドは、その機能を発揮するための適切な構造を、それぞれの反応条件下で完全に備え、伸長した第1のオリゴヌクレオチドプライマーを鋳型鎖との結合から配列特異的に置換し、それによって鋳型鎖が一本鎖形態に変換されることができ、したがって、ポリメラーゼによる新しい第1のオリゴヌクレオチドプライマーとのさらなる結合及びその標的配列特異的伸長に利用できる。 The controller oligonucleotide is fully equipped with the appropriate structure for exerting its function under each reaction condition, and the extended first oligonucleotide primer is sequence-specifically replaced from the binding with the template strand. The template strand can be converted to a single-stranded form by, and thus can be utilized for further binding by the polymerase to the new first oligonucleotide primer and its target sequence-specific extension.

鎖置換の機能を果たすために、コントローラーオリゴヌクレオチドの領域1、2及び3は、反応条件下で主に一本鎖の形で存在することになる。したがって、これらの領域の二本鎖自己相補的構造(例えば、ヘアピン)は、それらがコントローラーオリゴヌクレオチドの機能性を低下させることが可能であるため、可能であれば回避されるべきである。 To perform the function of strand substitution, regions 1, 2 and 3 of the controller oligonucleotide will be present primarily in the form of a single strand under reaction conditions. Therefore, double-stranded self-complementary structures (eg, hairpins) in these regions should be avoided if possible, as they can reduce the functionality of the controller oligonucleotides.

本発明による方法では、コントローラーオリゴヌクレオチドは鋳型として存在するべきではなく、したがって、反応条件下でコントローラーオリゴヌクレオチドに結合されるとき、第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、ポリメラーゼによって伸長されるべきではない。 In the method according to the invention, the controller oligonucleotide should not be present as a template and therefore the first oligonucleotide primer should not be extended by the polymerase when bound to the controller oligonucleotide under reaction conditions.

これは、ポリメラーゼが鎖をコピーするのを防ぐヌクレオチド修飾の使用によって特に達成される。特に、第1のオリゴヌクレオチドプライマーが反応条件下でコントローラーオリゴヌクレオチドに結合する場合、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端は伸長されないまま残る。 This is especially achieved by the use of nucleotide modifications that prevent the polymerase from copying the strands. In particular, when the first oligonucleotide primer binds to the controller oligonucleotide under reaction conditions, the 3'end of the first oligonucleotide primer remains unextended.

反応の遮断/妨害/減速/複雑化の程度は、この特性の完全な発現(例えば、所定の反応条件下で100%の遮断)とこの特性の部分的な発現(例えば、所定の反応条件下で30〜90%の遮断)の間であり得る。70%を超えて、特に90%を超えて、より特に95%を超えて、及び特に100%の第1のプライマーの伸長を防止できる単独で又は連続で(例えば、修飾ヌクレオチドからなる配列断片として)結合されたヌクレオチド修飾が好ましい。 The degree of blockade / disturbance / deceleration / complexity of the reaction is the full expression of this property (eg, 100% blockage under certain reaction conditions) and the partial expression of this property (eg, given reaction conditions). Can be between 30-90% blockage). Alone or contiguously (eg, as a sequence fragment consisting of modified nucleotides) that can prevent elongation of the first primer above 70%, especially above 90%, more particularly above 95%, and especially 100%. ) Bound nucleotide modifications are preferred.

ヌクレオチド修飾は、塩基修飾及び/又は糖リン酸残基修飾を含み得る。従来の核酸塩基との組み合わせにより、コントローラーオリゴヌクレオチドの任意の相補的配列を配置することができるため、糖リン酸修飾が好ましい。ポリメラーゼの合成のそれぞれ妨害又は遮断をもたらし得る糖リン酸残基に修飾を有するヌクレオチドは、例えば、以下を含む:2’−O−アルキル修飾(例えば、2’−O−メチル、2’−O−(2−メトキシエチル)、2’−O−プロピル、2’−O−プロパルギルヌクレオチド修飾)、2’−アミノ−2’−デオキシヌクレオチド修飾、2’−アミノ−アルキル−2’−デオキシヌクレオチド修飾、PNA、モルホリノ修飾など。 Nucleotide modifications may include base modifications and / or sugar phosphate residue modifications. Sugar phosphate modification is preferred because any complementary sequence of controller oligonucleotides can be arranged in combination with conventional nucleobases. Nucleotides with modifications to glycophosphate residues that can interfere with or block the synthesis of polymerases, respectively, include, for example: 2'-O-alkyl modifications (eg, 2'-O-methyl, 2'-O. -(2-Methoxyethyl), 2'-O-propyl, 2'-O-propargyl nucleotide modification), 2'-amino-2'-deoxynucleotide modification, 2'-amino-alkyl-2'-deoxynucleotide modification , PNA, morpholino modifications, etc.

遮断は、単一のヌクレオチド修飾によっての両方で、又は連続で結合された数個のヌクレオチド修飾によってのみで(例えば、修飾ヌクレオチドからなる配列断片として)達成することができる。例えば、少なくとも2個、特に少なくとも5個、特に少なくとも10個のそのようなヌクレオチド修飾を、コントローラーオリゴヌクレオチド中で互いに隣接して結合させることができる。 Blockade can be achieved both by a single nucleotide modification or only by several consecutively linked nucleotide modifications (eg, as a sequence fragment consisting of modified nucleotides). For example, at least two, especially at least five, especially at least ten such nucleotide modifications can be attached adjacent to each other in the controller oligonucleotide.

コントローラーオリゴヌクレオチドは、均一な種類のヌクレオチド修飾を有する、又は少なくとも2つの異なる種類のヌクレオチド修飾を含むことができる。 Controller oligonucleotides can have a uniform type of nucleotide modification or include at least two different types of nucleotide modifications.

コントローラーオリゴヌクレオチドにおけるこのようなヌクレオチド修飾の位置は、特に、ポリメラーゼがコントローラーオリゴヌクレオチドに結合した第1のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端を伸長するのを防ぐためである。 The position of such a nucleotide modification in the controller oligonucleotide is specifically to prevent the polymerase from extending the 3'end of the first oligonucleotide primer attached to the controller oligonucleotide.

特定の実施形態では、そのようなヌクレオチド修飾は、コントローラーオリゴヌクレオチドの第2の領域に位置する。特定の実施形態では、そのようなヌクレオチド修飾は、コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域に位置する。特定の実施形態では、そのようなヌクレオチド修飾は、コントローラーオリゴヌクレオチドの第2及び第3の領域に位置する。 In certain embodiments, such nucleotide modifications are located in the second region of the controller oligonucleotide. In certain embodiments, such nucleotide modifications are located in the third region of the controller oligonucleotide. In certain embodiments, such nucleotide modifications are located in the second and third regions of the controller oligonucleotide.

例えば、コントローラーオリゴヌクレオチドの第2の領域の位置の少なくとも20%、特に少なくとも50%は、そのようなヌクレオチド修飾からなる。 For example, at least 20%, especially at least 50%, of the location of the second region of the controller oligonucleotide consists of such nucleotide modifications.

例えば、コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域は、そのようなヌクレオチド修飾の位置の少なくとも20%、特に少なくとも50%、特に少なくとも90%からなる。特定の実施形態において、第3の領域全体は、ポリメラーゼが、鋳型としてコントローラーオリゴヌクレオチドを使用して、そのような領域に結合されたプライマーを伸長することを妨げるヌクレオチド修飾を含む。特定の実施形態では、第3及び第2の領域全体がそのようなヌクレオチド修飾を含む。特定の実施形態では、第1、第2及び第3の領域全体がそのようなヌクレオチド修飾を含む。したがって、このコントローラーオリゴヌクレオチドは、完全にそのようなヌクレオチド修飾からなることができる。このような修飾コントローラーオリゴヌクレオチドは、例えば、追加のオリゴヌクレオチドプライマーが使用される多重分析において使用され得る。これは、1つ以上のコントローラーオリゴヌクレオチドでの意図しないプライマー伸長反応を防ぐためである。 For example, the third region of the controller oligonucleotide consists of at least 20%, especially at least 50%, especially at least 90% of the positions of such nucleotide modifications. In certain embodiments, the entire third region comprises a nucleotide modification that prevents the polymerase from using a controller oligonucleotide as a template to extend the primer attached to such region. In certain embodiments, the entire third and second regions contain such nucleotide modifications. In certain embodiments, the entire first, second and third regions contain such nucleotide modifications. Therefore, this controller oligonucleotide can consist entirely of such nucleotide modifications. Such modified controller oligonucleotides can be used, for example, in multiplex analyzes where additional oligonucleotide primers are used. This is to prevent unintended primer extension reactions with one or more controller oligonucleotides.

これらのヌクレオチド修飾の核酸塩基の配列は、それぞれの領域の配列に対する要求に適合される。 The sequences of these nucleotide-modified nucleobases meet the requirements for the sequences of the respective regions.

残りの部分は、例えば、ポリメラーゼ機能を全く又はごくわずかに妨害しない天然のヌクレオチド又はヌクレオチド修飾、例えば、DNAヌクレオチド、PTOヌクレオチド、LNAヌクレオチド、RNAヌクレオチドである。ここで、さらなる修飾、例えば、2−アミノ−アデノシン、2−アミノプリン、5−メチル−シトシン、イノシン、5−ニトロインドール、7ーデアザ−アデノシン、7−デアザ−グアノシン、5−プロピル−シトシン、5−プロピル−ウリジンなどの塩基修飾、又は染料などの非ヌクレオチド修飾、又はMGB修飾などを、例えば、コントローラーオリゴヌクレオチドの個々の領域の結合強度を調整するために使用することができる。個々のヌクレオチドモノマーは、従来の5’−3’結合を介して、又は5’−2’結合を介して互いに結合できる。 The rest are, for example, natural nucleotides or nucleotide modifications that do not interfere with polymerase function at all or very slightly, such as DNA nucleotides, PTO nucleotides, LNA nucleotides, RNA nucleotides. Here, further modifications such as 2-amino-adenosine, 2-aminopurine, 5-methyl-cytosine, inosin, 5-nitroindole, 7-deaza-adenosine, 7-deaza-guanosine, 5-propyl-cytosine, 5 Base modifications such as -propyl-uridine, or non-nucleotide modifications such as dyes, or MGB modifications can be used, for example, to adjust the binding strength of individual regions of the controller oligonucleotide. The individual nucleotide monomers can be attached to each other via conventional 5'-3'bonds or via 5'-2'bonds.

ポリメラーゼによってコントローラーオリゴヌクレオチドに結合した第1のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端の伸長を妨げるヌクレオチド修飾を含むコントローラーオリゴヌクレオチドのセグメントは、「第2のブロッキングユニット」と呼ばれる。前記セグメントの長さは、1〜50ヌクレオチド修飾、特に4〜30ヌクレオチド修飾を含むことができる。前記セグメントは、例えば、結合した第1のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端がこのセグメントにあるように、コントローラーオリゴヌクレオチドに配置することができる。したがって、このセグメントは領域2と3に広がることができる。 The segment of the controller oligonucleotide that contains the nucleotide modification that prevents the extension of the 3'end of the first oligonucleotide primer bound to the controller oligonucleotide by the polymerase is called the "second blocking unit". The length of the segment can include 1 to 50 nucleotide modifications, especially 4 to 30 nucleotide modifications. The segment can be placed on the controller oligonucleotide, for example, such that the 3'end of the bound first oligonucleotide primer is in this segment. Therefore, this segment can extend to regions 2 and 3.

特定の実施形態では、特に、コントローラーオリゴヌクレオチドに結合した第1のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端の伸長を防ぐために、C3、C6、HEGリンカーなどのリンカー構造又はスペーサー構造は使用されない。 In certain embodiments, no linker or spacer structure, such as C3, C6, HEG linkers, is used, in particular to prevent extension of the 3'end of the first oligonucleotide primer bound to the controller oligonucleotide.

特定の実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドは、その第3の領域に、検出系の少なくとも1つの成分(例えば、蛍光レポーター又は蛍光クエンチャー又はドナー蛍光色素分子)を含む。特定の実施形態では、この成分の位置は、コントローラーオリゴヌクレオチドの5’末端にある。別の実施形態では、この成分は、第3の領域の内部配列セグメントに位置する。ここで、コントローラーオリゴヌクレオチドの5’末端までの距離は、2〜50ヌクレオチド、特に2〜20ヌクレオチド、特に2〜10ヌクレオチドであり得る。オリゴヌクレオチドプローブ及びコントローラーオリゴヌクレオチドが同じ第1のプライマー伸長産物に同時に結合する場合、検出系のこの2つの成分は近接して存在するであろう(例えば、オリゴヌクレオチドプローブの蛍光レポーターとコントローラーオリゴヌクレオチドのドナー蛍光色素分子の間)。 In certain embodiments, the controller oligonucleotide comprises at least one component of the detection system (eg, a fluorescent reporter or fluorescent quencher or donor fluorescent dye molecule) in its third region. In certain embodiments, the location of this component is at the 5'end of the controller oligonucleotide. In another embodiment, this component is located in the internal sequence segment of the third region. Here, the distance to the 5'end of the controller oligonucleotide can be 2-50 nucleotides, especially 2-20 nucleotides, especially 2-10 nucleotides. If the oligonucleotide probe and controller oligonucleotide bind simultaneously to the same first primer extension product, the two components of the detection system will be in close proximity (eg, the fluorescence reporter of the oligonucleotide probe and the controller oligonucleotide). Between donor fluorescent dye molecules).

コントローラーオリゴヌクレオチドは、領域1、2、及び3に加えて、例えば、コントローラーオリゴヌクレオチドの5’セグメント又は3’セグメントにおいて、上記の領域に隣接するさらなる配列セグメントを含むこともできる。このような配列要素は、例えば、プローブとの相互作用、固相への結合などのさらなる機能のために、例えば使用することができる。このような領域は、特に、領域1〜3の機能を妨害しない。これらの隣接配列の長さは、例えば、1〜50ヌクレオチドであり得る。さらに、コントローラーオリゴヌクレオチドは、固相への固定化のための少なくとも1つの要素、例えばビオチン残基を含むことができる。さらに、コントローラーオリゴヌクレオチドは、検出のための少なくとも1つの要素、例えば、蛍光色素を含むことができる。 In addition to regions 1, 2, and 3, the controller oligonucleotide can also include additional sequence segments flanking the above regions, for example, in the 5'or 3'segment of the controller oligonucleotide. Such sequence elements can be used, for example, for additional functions such as interaction with the probe, binding to the solid phase. Such regions do not particularly interfere with the functions of regions 1-3. The length of these flanking sequences can be, for example, 1 to 50 nucleotides. In addition, the controller oligonucleotide can include at least one element for immobilization to the solid phase, such as a biotin residue. In addition, the controller oligonucleotide can include at least one element for detection, eg, a fluorescent dye.

コントローラーオリゴヌクレオチドの存在下で、新たに合成された配列は、コントローラーオリゴヌクレオチドとの相互作用によってそれらの配列内容を考慮して試験される。
・ コントローラーオリゴヌクレオチド鎖置換の所定の配列内容と正しい一致が生じる場合であって、鋳型鎖が新しく合成された鎖に置き換わる。それにより、プライマー結合部位は一本鎖状態に変換され、プライマーとの新たな相互作用に利用でき、したがってさらなる合成に利用できる。このようにして、両方のプライマー伸長産物の系が活性状態になる。したがって、コントローラーオリゴヌクレオチドは、この系に活性化作用を有する。
・ コントローラーオリゴヌクレオチドの所与の配列内容と一致しない場合、新しく合成された鎖の鋳型鎖の鎖置換が影響を受ける。鎖置換及び/又は分離は、量的に低減される、又は完全に中止される。したがって、プライマー結合部位は、一本鎖状態に変換されることは全くない、又は頻度が少ない。したがって、プライマーとの新しい相互作用に利用できるプライマー結合部位はまったくない、又は量的に少ない。したがって、両方のプライマー伸長産物の系が活性状態になる頻度が低くなる、又は活性状態がまったく達成されない。
In the presence of controller oligonucleotides, newly synthesized sequences are tested taking into account their sequence contents by interaction with the controller oligonucleotides.
• The template strand is replaced with the newly synthesized strand when the correct sequence content of the controller oligonucleotide strand substitution occurs. Thereby, the primer binding site is converted into a single-stranded state, which can be used for new interactions with the primer and thus for further synthesis. In this way, the system of both primer extension products is activated. Therefore, the controller oligonucleotide has an activating effect on this system.
• If it does not match the given sequence content of the controller oligonucleotide, the strand substitution of the template strand of the newly synthesized strand is affected. Chain substitution and / or separation is quantitatively reduced or completely discontinued. Therefore, the primer binding site is never or less frequently converted to a single-stranded state. Therefore, there are no or few primer binding sites available for new interactions with primers. Therefore, the systems of both primer extension products become less frequent or no active state is achieved.

各単一合成ステップ後の新しく合成されたプライマー伸長産物の二本鎖開口の効率性は、後続のサイクルで得られる可能な収量に影響を与える:より少ない遊離/一本鎖のプライマー結合部位が増幅される核酸鎖に提供されれば、このステップで増幅される核酸鎖の新しく合成された鎖の数は少なくなる。言い換えると:合成サイクルの収量は、対応する相補的プライマーとの相互作用に利用できるプライマー結合部位の量に比例する。まとめると、このように制御ループを実現できる。 The efficiency of double-strand opening of the newly synthesized primer extension product after each single synthesis step affects the possible yields obtained in subsequent cycles: fewer free / single-strand primer binding sites. If provided to the amplified nucleic acid strand, the number of newly synthesized strands of the nucleic acid strand amplified in this step will be reduced. In other words: the yield of the synthetic cycle is proportional to the amount of primer binding sites available for interaction with the corresponding complementary primers. In summary, the control loop can be realized in this way.

前記制御ループは、合成された断片のリアルタイム制御(リアルタイム/オンライン)に対応し、配列制御は、増幅が行われている間に反応混合物中で行われる。前記配列制御は、所与のパターンに従って行われ、オリゴヌクレオチド系は(コントローラーオリゴヌクレオチドの鎖開裂効果による)外部介入なしに「正しい」状態と「誤った」状態を区別することができる。正しい状態では配列の合成が続行され、誤った状態では合成が減速する又は完全に防止される。各ステップ後の「正しい」及び「誤った」配列の収量における得られる差異は、いくつかのそのようなステップを含む増幅全体に影響を与える。 The control loop corresponds to real-time control (real-time / online) of the synthesized fragment, and sequence control is performed in the reaction mixture while amplification is taking place. The sequence control is performed according to a given pattern, and the oligonucleotide system can distinguish between the "correct" and "wrong" states without external intervention (due to the strand cleavage effect of the controller oligonucleotide). In the correct state, sequence synthesis continues, and in the wrong state, synthesis slows down or is completely prevented. The difference obtained in the yield of "correct" and "wrong" sequences after each step affects the overall amplification including several such steps.

指数関数的増幅では、前記依存性は指数関数的であり、それにより、配列の相違による1つの単一の合成サイクルでの有効性のわずかな相違でも、増幅全体の時間に大幅な遅延が発生する、又は所定の時間枠で検出可能な増幅が完全に失われる。 In exponential amplification, the dependencies are exponential, so that even the slightest difference in effectiveness in one single synthetic cycle due to sequence differences causes a significant delay in the overall amplification time. Or the detectable amplification in a given time frame is completely lost.

新しく合成された核酸鎖のリアルタイム制御のこの作用は、コントローラーオリゴヌクレオチドの使用に関連しており、したがって増幅という文脈でのコントローラーオリゴヌクレオチドの作用は、オリゴヌクレオチドプライマーの長さを含む領域をはるかに超えて伸長する。 This effect of real-time control of newly synthesized nucleic acid chains is associated with the use of controller oligonucleotides, so the effect of controller oligonucleotides in the context of amplification is far beyond the region containing the length of the oligonucleotide primer. Extend beyond.

鎖置換反応の反応条件
コントローラーオリゴヌクレオチドによる配列依存性鎖置換による、第1のプライマー伸長産物との結合からの第2のプライマー伸長産物の置換は、増幅における個々のステップを形成する。前記ステップの間の反応条件は、それに応じて調整される。反応温度及び反応時間は、反応が成功して起こり得るように選択される。
Reaction Conditions for Chain Substitution Reactions Substitution of the second primer extension product from binding to the first primer extension product by sequence-dependent chain substitution with a controller oligonucleotide forms individual steps in amplification. The reaction conditions during the steps are adjusted accordingly. The reaction temperature and reaction time are selected so that the reaction can occur successfully.

特定の実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換は、第1のプライマー伸長産物との結合からの第2のプライマー伸長産物の脱離/解離まで行われる。第2のプライマー伸長産物の相補部分の第1のプライマー伸長産物の3’セグメントのこのような解離は、両方のプライマー伸長産物の温度依存性/温度関連分離の間に自然発生し得る。そのような解離は、増幅反応の速度論に有利な作用を及ぼし、例えば温度条件などの反応条件の選択によって影響を受け得る。したがって、温度条件は、コントローラーオリゴヌクレオチドの相補的結合による鎖置換の成功が、第1のプライマー伸長産物の3’セグメントからの第2のプライマー伸長産物の解離に有利になるように選択される。 In certain embodiments, chain substitution with the controller oligonucleotide is carried out from binding to the first primer extension product to elimination / dissociation of the second primer extension product. Such dissociation of the 3'segment of the first primer extension product in the complementary portion of the second primer extension product can occur spontaneously during temperature-dependent / temperature-related separation of both primer extension products. Such dissociation has a favorable effect on the kinetics of the amplification reaction and can be influenced by the choice of reaction conditions, such as temperature conditions. Therefore, the temperature conditions are selected so that successful strand substitution by complementary binding of the controller oligonucleotide favors the dissociation of the second primer extension product from the 3'segment of the first primer extension product.

前記実施形態は、「古典的な」PCRを表さないが、3’セグメントの熱的な誘発解離は、古典的なPCRの>90℃の一般的な鎖分離を誘発する反応をかなり下回る温度範囲で進行する。 Although the embodiment does not represent "classical" PCR, the thermal evoked dissociation of the 3'segment is well below the temperature of the classical PCR, which is well below the reaction that induces general strand separation at> 90 ° C. Proceed in range.

さらなる特定の実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換は、第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)の3’セグメントが第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)との相補的結合から分離/解離するまで進行し、この第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)の3’セグメントは、第1のプライマーに相補的な少なくとも1つのセグメント及び第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)に相補的な1つのセグメントを含み、これは酵素合成中にのみ形成される。これにより、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)、第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)及びコントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)を含む複合体(C1.1/P1.1−Ext/P2.1−Ext)(図2B)の形成をもたらす。このような複合体では、コントローラーオリゴヌクレオチドによって第1のプライマー伸長産物との結合が置き換えられることが可能であるため、第2のプライマー伸長産物の3’セグメントは少なくとも一時的に一本鎖形態で存在する。第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)の3’セグメントは、第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)にハイブリダイズしたそのような複合体で存在する(図2B)。 In a further specific embodiment, the strand substitution with the controller oligonucleotide is such that the 3'segment of the second primer extension product (P2.1-Ext) is complementary to the first primer extension product (P1.1-Ext). Proceeding from binding to separation / dissociation, the 3'segment of this second primer extension product (P2.1-Ext) is at least one segment complementary to the first primer and the first primer extension product (P2.1-Ext). It contains one segment complementary to P1.1-Ext), which is formed only during enzyme synthesis. As a result, the complex (C1.1 / P1.) Containing the first primer extension product (P1.1-Ext), the second primer extension product (P2.1-Ext) and the controller oligonucleotide (C1.1). It results in the formation of 1-Ext / P2.1-Ext) (FIG. 2B). In such complexes, the 3'segment of the second primer extension product is at least temporarily in single-stranded form, as the controller oligonucleotide can replace the binding to the first primer extension product. Exists. The 3'segment of the first primer extension product (P1.1-Ext) is present in such a complex hybridized to the second primer extension product (P2.1-Ext) (FIG. 2B).

第1のオリゴヌクレオチドプライマーの部分的に開いたプライマー結合部位(第2のプライマー伸長産物の3’セグメント)により、新しいオリゴヌクレオチドプライマーは、反応条件下でなお複合体であるもの(P2.1−Ext)のこの一本鎖配列セグメントのプライマー結合部位に結合でき、従ってポリメラーゼによる新しい第1のプライマー伸長産物(P1.2−Ext)の合成を開始する。原則として、P2.1−Extの3’セグメントは永続的に一本鎖ではなく、コントローラーオリゴヌクレオチドと競合的に振る舞い、したがってP1.1−Extへの結合により、一本鎖と二本鎖が交互に現れるため、この反応は減速して進行する。 Due to the partially open primer binding site of the first oligonucleotide primer (3'segment of the second primer extension product), the new oligonucleotide primer is still a complex under reaction conditions (P2.1-). It can bind to the primer binding site of this single-stranded sequence segment of Ext) and thus initiate the synthesis of a new first primer extension product (P1.2-Ext) by the polymerase. As a general rule, the 3'segment of P2.1-Ext is not permanently single-stranded and behaves competitively with the controller oligonucleotide, thus binding to P1.1-Ext causes single-stranded and double-stranded. This reaction slows down and proceeds because it appears alternately.

鋳型として第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)を使用してこの新しく開始されたP1.2−Extの合成を継続すると、ポリメラーゼ関連鎖置換による複合体(C1.1/P1.1−Ext/P2.1−Ext)の解離もまたもたらすことができる。ここでは、コントローラーオリゴヌクレオチド、温度依存性二本鎖不安定化、及びポリメラーゼによる鎖置換が相乗的かつ相補的に働く。これにより、第1プライマー伸長産物(P1.1−Ext)の3’セグメントが、第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)の相補的部分から解離することになる。 Continuing the synthesis of this newly initiated P1.2-Ext using a second primer extension product (P2.1-Ext) as a template is followed by a polymerase-related strand substitution complex (C1.1 / P1.1). -Ext / P2.1-Ext) dissociation can also be achieved. Here, controller oligonucleotides, temperature-dependent double-strand destabilization, and polymerase strand substitution work synergistically and complementarily. This causes the 3'segment of the first primer extension product (P1.1-Ext) to dissociate from the complementary portion of the second primer extension product (P2.1-Ext).

そのような解離は、増幅反応の速度論に好ましい作用を及ぼし、反応条件の選択、例えば、温度条件によって。影響を受け得る。P1.1−Ext及びP2.1−Extの解離における、ポリメラーゼ媒介合成依存性鎖置換の関与は、鎖分離に好ましい作用を与える。 Such dissociation has a positive effect on the kinetics of the amplification reaction, depending on the choice of reaction conditions, eg temperature conditions. Can be affected. The involvement of polymerase-mediated synthesis-dependent chain substitutions in the dissociation of P1.1-Ext and P2.1-Ext has a favorable effect on chain separation.

前記工程における温度は、例えば、15℃〜75℃、特に30℃〜70℃、特に50℃〜70℃の範囲を含む。 The temperature in the step includes, for example, a range of 15 ° C. to 75 ° C., particularly 30 ° C. to 70 ° C., particularly 50 ° C. to 70 ° C.

コントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域及び第1オリゴヌクレオチドプライマーの第2の領域の所与の長さで(例えば、3〜25ヌクレオチドモノマー、特に5〜15ヌクレオチドモノマーの範囲を含む)、一般的に、鎖置換反応が成功して開始できる。コントローラーオリゴヌクレオチドが第1のプライマー伸長産物のそれぞれの部分に完全に相補的である場合、コントローラーオリゴヌクレオチドは、第1のプライマー伸長産物の3’セグメントを除いて、第1のプライマー伸長産物に結合し、第2のプライマー伸長産物を置換することができる。したがって、第2のプライマー伸長産物は、第1のプライマー伸長産物の3’セグメントに接続されたまま残る。前記接続の強さは、温度に応じて影響を受けることが可能である。臨界温度に達する場合、この接続が崩壊し、両方のプライマー伸長産物が解離し得る。3’セグメントの配列が短いほど、接続が不安定になり、かつ自然解離を引き起こす温度が低くなる。 With a given length of the first region of the controller oligonucleotide and the second region of the first oligonucleotide primer (eg, including the range of 3-25 nucleotide monomers, especially 5-15 nucleotide monomers), generally , The chain substitution reaction can be started successfully. When the controller oligonucleotide is completely complementary to each portion of the first primer extension product, the controller oligonucleotide binds to the first primer extension product except for the 3'segment of the first primer extension product. The second primer extension product can be substituted. Therefore, the second primer extension product remains connected to the 3'segment of the first primer extension product. The strength of the connection can be affected by temperature. When the critical temperature is reached, this connection breaks and both primer extension products can dissociate. The shorter the arrangement of the 3'segments, the more unstable the connection and the lower the temperature at which spontaneous dissociation occurs.

自然解離は、例えば、およその融解温度である温度範囲で達成することができる。特定の実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換のステップの温度は、コントローラーオリゴヌクレオチドによって結合されない第1のプライマー伸長産物の3’セグメント、及び第2のオリゴヌクレオチドプライマー又は第2のプライマー伸長産物それぞれを含む複合体のおよその融解温度(Tm±3℃)である。 Spontaneous dissociation can be achieved, for example, in a temperature range that is an approximate melting temperature. In certain embodiments, the temperature of the chain replacement step with the controller oligonucleotide is the 3'segment of the first primer extension product that is not bound by the controller oligonucleotide, and the second oligonucleotide primer or the second primer extension product, respectively. Approximate melting temperature (Tm ± 3 ° C.) of the complex containing.

特定の実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換のステップの温度は、コントローラーオリゴヌクレオチドによって結合されない第1のプライマー伸長産物の3’セグメント及び第2のオリゴヌクレオチドプライマー又は第2のプライマー伸長産物それぞれを含む複合体のほぼ融解温度(Tm±5℃)である。 In certain embodiments, the temperature of the chain replacement step with the controller oligonucleotide is the 3'segment of the first primer extension product and the second oligonucleotide primer or the second primer extension product, respectively, which are not bound by the controller oligonucleotide. It is approximately the melting temperature (Tm ± 5 ° C.) of the containing complex.

特定の実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換のステップの温度は、コントローラーオリゴヌクレオチドによって結合されない第1のプライマー伸長産物の3’セグメント、及び第2のオリゴヌクレオチドプライマー又は第2のプライマー伸長産物それぞれを含む複合体の融解温度を超える。そのような温度は、約Tm+5℃〜Tm+20℃、より良くはTm+5℃〜Tm+10℃の温度範囲を含む。より高い温度を使用することにより、前記反応ステップにおける平衡は、解離に向かってシフトすることができる。これにより、反応の速度論に好ましい影響を与えることができる。コントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換のステップで低すぎる温度を使用すると、増幅が大幅に減速することにつながることが可能である。 In certain embodiments, the temperature of the chain replacement step with the controller oligonucleotide is the 3'segment of the first primer extension product that is not bound by the controller oligonucleotide, and the second oligonucleotide primer or the second primer extension product, respectively. Exceeds the melting temperature of the complex containing. Such temperatures include a temperature range of about Tm + 5 ° C. to Tm + 20 ° C., and better, Tm + 5 ° C. to Tm + 10 ° C. By using a higher temperature, the equilibrium in the reaction step can be shifted towards dissociation. This can have a positive effect on the kinetics of the reaction. Using temperatures that are too low in the chain replacement step with controller oligonucleotides can lead to a significant slowdown in amplification.

特定の実施形態では、第1のプライマー伸長産物は、コントローラーオリゴヌクレオチドによって結合されず、そして4〜6、より良くは7〜8、特に約18ヌクレオチドの配列長を含む3’セグメントを含む。前記実施形態では、自発的解離は、通常、40℃〜65℃の間の温度範囲で既に達成されている。より高い温度も解離につながる。 In certain embodiments, the first primer extension product is not bound by the controller oligonucleotide and comprises a 3'segment containing 4-6, better 7-8, particularly about 18 nucleotides in sequence length. In the embodiment, spontaneous dissociation is usually already achieved in the temperature range between 40 ° C and 65 ° C. Higher temperatures also lead to dissociation.

特定の実施形態では、第1のプライマー伸長産物は、コントローラーオリゴヌクレオチドによって結合されず、15〜約25ヌクレオチドの配列長を含む3’セグメントを含む。この実施形態では、自発的解離は、通常、50℃〜70℃の間の温度で既に達成されている。より高い温度も解離につながる。 In certain embodiments, the first primer extension product is not bound by a controller oligonucleotide and comprises a 3'segment containing a sequence length of 15 to about 25 nucleotides. In this embodiment, spontaneous dissociation is usually already achieved at temperatures between 50 ° C and 70 ° C. Higher temperatures also lead to dissociation.

特定の実施形態では、第1のプライマー伸長産物は、コントローラーオリゴヌクレオチドによって結合されず、20〜約40ヌクレオチドの配列長を含む3’−セグメントを含む。この実施形態では、自発的解離は、通常、50℃〜75℃の間の温度範囲で既に達成されている。より高い温度も解離につながる。 In certain embodiments, the first primer extension product is not bound by a controller oligonucleotide and comprises a 3'-segment containing a sequence length of 20 to about 40 nucleotides. In this embodiment, spontaneous dissociation is usually already achieved in the temperature range between 50 ° C and 75 ° C. Higher temperatures also lead to dissociation.

第1のプライマー伸長産物の3’セグメントの組成及び、任意に追加の融解温度影響性オリゴヌクレオチド修飾(MGBなど)又は反応条件(TPAC、ベタインなど)は、温度の選択に影響を与えることが可能である。したがって、対応する調整が行われ得る。 The composition of the 3'segment of the first primer extension product and optionally additional melting temperature-influenced oligonucleotide modifications (MGB, etc.) or reaction conditions (TPAC, betaine, etc.) can influence temperature selection. Is. Therefore, the corresponding adjustments can be made.

特定の実施形態では、増幅のすべてのステップは、非特異的産物/副産物の形成を防止又は減速するストリンジェントな条件下で進行する。そのような条件は、例えばより高い温度、例えば50℃を上回る。 In certain embodiments, all steps of amplification proceed under stringent conditions that prevent or slow down the formation of non-specific products / by-products. Such conditions exceed, for example, higher temperatures, such as 50 ° C.

特定の実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換の個々のステップは、第1及び第2のプライマー伸長産物の合成と同じ温度で進行する。さらなる実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換の個々のステップは、第1及び第2のプライマー伸長産物のそれぞれの合成の温度とは異なる温度で進行する。更なる実施形態では、第1のプライマー伸長産物の合成及びコントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換は、同じ温度で進行する。更なる実施形態では、第2のプライマー伸長産物の合成及びコントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換は、同じ温度で進行する。 In certain embodiments, the individual steps of strand substitution with the controller oligonucleotide proceed at the same temperature as the synthesis of the first and second primer extension products. In a further embodiment, the individual steps of chain substitution with the controller oligonucleotide proceed at a temperature different from the temperature of each synthesis of the first and second primer extension products. In a further embodiment, the synthesis of the first primer extension product and the strand substitution with the controller oligonucleotide proceed at the same temperature. In a further embodiment, the synthesis of the second primer extension product and the strand substitution with the controller oligonucleotide proceed at the same temperature.

コントローラーオリゴヌクレオチドの濃度は、0.01μmol/l〜50μmol/lの範囲、より良くは0.1μmol/l〜20μmol/lの範囲、好ましくは0.1μmol/l〜10μmol/lの範囲を含む。 The concentration of the controller oligonucleotide comprises the range of 0.01 μmol / l to 50 μmol / l, better the range of 0.1 μmol / l to 20 μmol / l, preferably the range of 0.1 μmol / l to 10 μmol / l.

第2のオリゴヌクレオチドプライマー(プライマー2)の特定の実施形態:
3’セグメントを持つオリゴヌクレオチドは、増幅される核酸又はその同等物内の本質的に相補的な配列に結合し、特異的な第2のプライマー伸長反応を開始することができる(図14、27〜29、55、68〜71)。したがって、この第2オリゴヌクレオチドプライマーは、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の特異的プライマー伸長産物の3’セグメントに結合することができ、第2のプライマー伸長産物のポリメラーゼ依存性合成を開始することができる。特定の実施形態では、各第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、増幅されるべき1つの核酸に特異的である。
Specific Embodiments of the Second Oligonucleotide Primer (Primer 2):
Oligonucleotides with 3'segments can bind to essentially complementary sequences within the amplified nucleic acid or equivalent and initiate a specific second primer extension reaction (FIGS. 14, 27). ~ 29, 55, 68 ~ 71). Thus, this second oligonucleotide primer can bind to the 3'segment of the first specific primer extension product of the first oligonucleotide primer and initiate polymerase-dependent synthesis of the second primer extension product. be able to. In certain embodiments, each second oligonucleotide primer is specific for one nucleic acid to be amplified.

第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、逆方向合成時にコピー可能であるべきであり、第1のプライマー伸長産物の合成中に鋳型自体としても機能する。 The second oligonucleotide primer should be copyable during reverse synthesis and also functions as the template itself during the synthesis of the first primer extension product.

第2のオリゴヌクレオチドプライマーの長さは、15〜100ヌクレオチド、特に20〜60ヌクレオチド、特に好ましくは30〜50ヌクレオチドの間であり得る。特に、ヌクレオチドビルディングブロックは、共通の5’−3’ホスホジエステル結合又はホスホチオエステル結合を介して相互の間で連結される。このようなオリゴヌクレオチドプライマーは、所望の様式で化学的に合成することができる。 The length of the second oligonucleotide primer can be between 15 and 100 nucleotides, particularly between 20 and 60 nucleotides, particularly preferably between 30 and 50 nucleotides. In particular, the nucleotide building blocks are linked to each other via a common 5'-3'phosphodiester or phosphothioester bond. Such oligonucleotide primers can be chemically synthesized in a desired manner.

特定の実施形態では、第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、ポリメラーゼの機能に影響を及ぼさない、又はほんのわずかに影響を与えるヌクレオチドモノマーを含むことができ、これらは例えば以下で存在する:
・ 天然のヌクレオチド(dA、dT、dC、dGなど)又は塩基対の変更なしのその修飾体
・ 修飾されたヌクレオチド、2−アミノ−dA、2−チオ−dT、又は相違塩基対(例えば、イノシン5ーニトロインドールなどのユニバーサル塩基対)を持つその他のヌクレオチド修飾体。
In certain embodiments, the second oligonucleotide primer can contain nucleotide monomers that do not or have a slight effect on the function of the polymerase, and these are present, for example:
-Natural nucleotides (dA, dT, dC, dG, etc.) or their modifications without base pair modification
• Modified nucleotides, 2-amino-dA, 2-thio-dT, or other nucleotide modifiers with different base pairs (eg, universal base pairs such as inosin 5-nitroindole).

特定の実施形態では、この領域の3’−OH末端は特に修飾されておらず、ポリメラーゼによって認識され、鋳型に応じて伸長することができる機能的な3’−OH基を有する。さらなる特定の実施形態では、第2のプライマーの3’セグメントは、少なくとも1つのホスホロチオエート化合物を含み、それにより、プライマーの3’末端は、ポリメラーゼの3’エキソヌクレアーゼ活性によって分解されることができない。 In certain embodiments, the 3'-OH end of this region is unmodified and has a functional 3'-OH group that is recognized by the polymerase and can be extended depending on the template. In a further specific embodiment, the 3'segment of the second primer contains at least one phosphorothioate compound, whereby the 3'end of the primer cannot be degraded by the 3'exonuclease activity of the polymerase.

第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、いくつかの個別のステップで使用できる。第一に、それは増幅においてプライマー機能を発揮する。これにより、第1のプライマー伸長産物を鋳型として使用しプライマー伸長反応が行われる。特定の実施形態では、第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、増幅反応の開始時に鋳型として開始核酸鎖を使用することができる。特定の実施形態では、第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、開始核酸鎖を設計/提供することに使用できる。 The second oligonucleotide primer can be used in several separate steps. First, it exerts a primer function in amplification. As a result, the primer extension reaction is carried out using the first primer extension product as a template. In certain embodiments, the second oligonucleotide primer can use the starting nucleic acid chain as a template at the initiation of the amplification reaction. In certain embodiments, the second oligonucleotide primer can be used to design / provide the starting nucleic acid strand.

増幅の範囲内で、第2のプライマーは、第1のプライマー伸長産物を鋳型として使用して、第2のプライマー伸長産物の合成の開始剤として機能する。第2のプライマーの3’セグメントは、第1のプライマー伸長産物に主に相補的に結合できる配列を含む。第1のプライマー伸長産物を鋳型として使用する第2のオリゴヌクレオチドプライマーの酵素的伸長は、第2のプライマー伸長産物の形成をもたらす。そのような合成は、一般的には、第1のプライマー伸長産物との結合からのコントローラーオリゴヌクレオチドの置換と並行して行われる。前記置換は、主にポリメラーゼによって達成され、部分的に第2のオリゴヌクレオチドプライマーによって行うことができる。そのような第2の伸長産物は、標的配列又はそのセグメントを含む。第2のプライマー伸長産物の合成の過程で、第1のオリゴヌクレオチドプライマーのコピー可能な部分の配列は、鋳型としてポリメラーゼにより認識され、それぞれの相補的配列が合成される。前記配列は、第2のプライマー伸長産物の3’セグメントにあり、第1のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー結合部位を含む。第2のプライマー伸長産物の合成は、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの停止位置まで行われる。第2のプライマー伸長産物の合成直後に、この産物は第1のプライマー伸長産物に結合し、二本鎖複合体を形成する。第2のプライマー伸長産物は、コントローラーオリゴヌクレオチドによって前記複合体から配列特異的に置換される。コントローラーオリゴヌクレオチドによる成功した鎖置換の後、第2のプライマー伸長産物自体は、次いで第1のプライマー伸長産物の合成のための鋳型として機能することができる。 Within the amplification, the second primer functions as an initiator in the synthesis of the second primer extension product, using the first primer extension product as a template. The 3'segment of the second primer contains sequences that are primarily complementary to the first primer extension product. Enzymatic extension of the second oligonucleotide primer using the first primer extension product as a template results in the formation of the second primer extension product. Such synthesis is generally performed in parallel with the substitution of the controller oligonucleotide from binding to the first primer extension product. The substitution is primarily accomplished by the polymerase and can be partially performed by a second oligonucleotide primer. Such a second extension product comprises a target sequence or a segment thereof. In the process of synthesizing the second primer extension product, the sequence of the copyable portion of the first oligonucleotide primer is recognized by the polymerase as a template, and each complementary sequence is synthesized. The sequence is in the 3'segment of the second primer extension product and contains the primer binding site of the first oligonucleotide primer. The synthesis of the second primer extension product is carried out up to the stop position of the first oligonucleotide primer. Immediately after the synthesis of the second primer extension product, this product binds to the first primer extension product to form a double-stranded complex. The second primer extension product is sequence-specifically substituted from the complex by a controller oligonucleotide. After successful strand substitution with the controller oligonucleotide, the second primer extension product itself can then serve as a template for the synthesis of the first primer extension product.

さらに、第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、増幅の開始時に開始核酸鎖から始まる第2のプライマー伸長産物の合成の開始剤として機能することができる。特定の実施形態では、第2のプライマーの配列は、開始核酸鎖の対応する配列セグメントに完全に相補的である。特定の実施形態では、第2のオリゴヌクレオチドプライマーの配列は、開始核酸鎖の対応する配列セグメントに部分的にのみ相補的である。しかしながら、前記相違相補性は、第2のオリゴヌクレオチドプライマーが主に配列特異的なプライマー伸長反応を開始することを妨げるものではない。開始核酸鎖のそれぞれの位置に対する第2のオリゴヌクレオチドプライマーの相補性のそれぞれの相違は、3’セグメントでは主に相補的な塩基の対合及び合成の開始が可能であるように、特に第2のオリゴヌクレオチドプライマーの5’セグメントにある。合成の開始のために、例えば、特に3’セグメントの最初の4〜10の位置は、鋳型(開始核酸鎖)に完全に相補的である必要がある。残りのヌクレオチド位置は、完全な相補性とは異なり得る。したがって、5’セグメントにおける完全な相補性の程度は、塩基組成物の10%〜100%、特に30%〜100%の間の範囲を含み得る。第2のオリゴヌクレオチドプライマーの長さに応じて、5’セグメントの完全な相補性からのこれらの相違は、1〜40、特に1〜20ヌクレオチドの位置を含む。特定の実施形態では、第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、その3’セグメントのみで開始核酸鎖に結合するが、その5’セグメントでは結合しない。開始核酸鎖に完全に相補的である第2のオリゴヌクレオチドプライマーのそのような3’セグメントの長さは、6〜40ヌクレオチド、特に6〜30ヌクレオチド、特に6〜20ヌクレオチドの間の範囲を含む。開始核酸鎖に非相補的である第2のオリゴヌクレオチドプライマーの対応する5’セグメントの長さは、5〜60ヌクレオチド、特に10〜40ヌクレオチドの間の範囲を含む。したがって、第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、開始核酸鎖の合成を開始することができる。第1のプライマー伸長産物の後続の合成では、第2のオリゴヌクレオチドプライマーの第1のプライマー伸長産物配列セグメントがポリメラーゼによってコピーされ、それにより、次いで後続の合成サイクルでは、完全に相補的なプライマー結合部位が第2のオリゴヌクレオチドを結合する第1のプライマー伸長産物内に形成され、後続の合成サイクルで利用可能となる。 In addition, the second oligonucleotide primer can function as an initiator for the synthesis of the second primer extension product starting from the starting nucleic acid strand at the start of amplification. In certain embodiments, the sequence of the second primer is completely complementary to the corresponding sequence segment of the starting nucleic acid strand. In certain embodiments, the sequence of the second oligonucleotide primer is only partially complementary to the corresponding sequence segment of the starting nucleic acid strand. However, the difference complementarity does not prevent the second oligonucleotide primer from initiating a predominantly sequence-specific primer extension reaction. Each difference in the complementarity of the second oligonucleotide primer to each position of the starting nucleic acid chain is particularly second, as the 3'segment allows predominantly complementary base pairing and initiation of synthesis. Is in the 5'segment of the oligonucleotide primer. For the initiation of synthesis, for example, the first 4-10 positions of the 3'segment need to be completely complementary to the template (starting nucleic acid strand). The remaining nucleotide positions can differ from perfect complementarity. Therefore, the degree of perfect complementarity in the 5'segment may range from 10% to 100%, especially between 30% and 100% of the base composition. Depending on the length of the second oligonucleotide primer, these differences from the perfect complementarity of the 5'segment include positions of 1-40, especially 1-20 nucleotides. In certain embodiments, the second oligonucleotide primer binds to the starting nucleic acid strand only in its 3'segment, but not in its 5'segment. The length of such a 3'segment of the second oligonucleotide primer, which is completely complementary to the starting nucleic acid strand, includes a range between 6-40 nucleotides, especially 6-30 nucleotides, especially 6-20 nucleotides. .. The length of the corresponding 5'segment of the second oligonucleotide primer, which is non-complementary to the starting nucleic acid strand, comprises a range between 5-60 nucleotides, in particular 10-40 nucleotides. Therefore, the second oligonucleotide primer can initiate the synthesis of the starting nucleic acid chain. In subsequent synthesis of the first primer extension product, the first primer extension product sequence segment of the second oligonucleotide primer is copied by the polymerase, whereby in subsequent synthesis cycles, fully complementary primer binding. Sites are formed within the first primer extension product that binds the second oligonucleotide and become available in subsequent synthetic cycles.

特定の実施形態において、第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、開始核酸鎖の調製において使用され得る。ここで、そのような第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、主に/好ましくは配列特異的に核酸(例えば、標的配列を含む一本鎖ゲノムDNA又はRNA又はその同等物)に結合し、ポリメラーゼの存在下で鋳型依存プライマー伸長反応を開始することができる。結合位置は、プライマー伸長産物が所望の標的配列を含むように選択される。第2のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長は、鋳型に相補的な配列を有する鎖をもたらす。そのような鎖は、鋳型により分離することができ(例えば、熱又はアルカリによって)、したがって、一本鎖の形態に変換することができる。そのような一本鎖核酸鎖は、増幅の開始時に開始核酸鎖として機能することができる。5’セグメントにおいてそのような開始核酸鎖は、第2のオリゴヌクレオチドプライマーの配列部分を含み、さらにそれは、標的配列又はその同等物及び第1のオリゴヌクレオチドプライマーのためのプライマー結合部位を含む。更なるステップについては、「核酸鎖の開始」のセクションで説明する。 In certain embodiments, the second oligonucleotide primer can be used in the preparation of the starting nucleic acid chain. Here, such a second oligonucleotide primer binds primarily / preferably sequence-specificly to a nucleic acid (eg, single-stranded genomic DNA or RNA containing the target sequence or its equivalent) and is present in the polymerase. The template-dependent primer extension reaction can be initiated below. The binding position is selected such that the primer extension product contains the desired target sequence. Extension of the second oligonucleotide primer results in a strand with a sequence complementary to the template. Such chains can be separated by a template (eg, by heat or alkali) and thus converted into a single chain form. Such a single-stranded nucleic acid strand can function as a starting nucleic acid strand at the start of amplification. In the 5'segment such initiation nucleic acid strand comprises a sequence portion of a second oligonucleotide primer, which further comprises a target sequence or equivalent thereof and a primer binding site for the first oligonucleotide primer. Further steps are described in the section "Initiation of Nucleic Acid Chains".

特定の実施形態では、第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、少なくともその3’セグメントにおいて、標的配列の配列セグメントに相補的かつ配列特異的に結合し、ポリメラーゼによる正常なプライマー伸長反応を開始/支持することができる配列部分を含む。そのような配列セグメントの長さは、6〜40ヌクレオチド、特に8〜30ヌクレオチド、特に10〜25ヌクレオチドの範囲を含む。 In certain embodiments, the second oligonucleotide primer binds complementaryly and sequence-specifically to the sequence segment of the target sequence, at least in its 3'segment, to initiate / support a normal primer extension reaction by the polymerase. Includes an array part that can be used. The length of such sequence segments includes the range of 6-40 nucleotides, especially 8-30 nucleotides, especially 10-25 nucleotides.

特定の実施形態では、3’及び5’セグメントに第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1のプライマー伸長産物の合成においてポリメラーゼによってコピーされるコピー可能な配列セグメントを含む。したがって、第2のプライマーのすべての配列セグメントは、ポリメラーゼによってコピーされる。これにより、第1のプライマー伸長産物の3’セグメントにプライマー結合部位が形成される。 In certain embodiments, the second oligonucleotide primer in the 3'and 5'segments comprises a copyable sequence segment that is copied by the polymerase in the synthesis of the first primer extension product. Therefore, all sequence segments of the second primer are copied by the polymerase. As a result, a primer binding site is formed in the 3'segment of the first primer extension product.

特定の実施形態では、その長さにおいて、コピー可能な部分を有する第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、コントローラーオリゴヌクレオチドによって結合されない第1のプライマー伸長産物の3’セグメントに対応する。第2のオリゴヌクレオチドプライマーと第1のプライマー伸長産物とを含む複合体において、そのような第2のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端は、第1のプライマー伸長産物に結合するコントローラーオリゴヌクレオチドに隣接する。このようなプライマーの伸長は、第1のプライマー伸長産物を鋳型として使用して行われる。このようなプライマーの伸長において、第1のプライマー伸長産物との結合からのコントローラーオリゴヌクレオチドの置換は、ポリメラーゼ依存性鎖置換によって行われる。 In certain embodiments, the second oligonucleotide primer, which has a copyable portion in its length, corresponds to the 3'segment of the first primer extension product that is not bound by the controller oligonucleotide. In a complex comprising a second oligonucleotide primer and a first primer extension product, the 3'end of such a second oligonucleotide primer flanks the controller oligonucleotide that binds to the first primer extension product. .. Such primer extension is performed using the first primer extension product as a template. In such primer extension, substitution of the controller oligonucleotide from binding to the first primer extension product is performed by polymerase-dependent chain substitution.

特定の実施形態では、そのコピー可能な配列部分を有する第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、コントローラーオリゴヌクレオチドによって結合されない第1のプライマー伸長産物の3’セグメントよりも短い。第2のオリゴヌクレオチドプライマーと第1のプライマー伸長産物とを含む複合体では、そのようなプライマーの3’末端と第1のプライマー伸長産物に結合したコントローラーオリゴヌクレオチドの間に、第1のプライマー伸長産物の一本鎖部位が存在する。このようなプライマーの伸長は、第1のプライマー伸長産物を鋳型として使用して行われる。このようなプライマーの伸長において、第1のプライマー伸長産物との結合からのコントローラーオリゴヌクレオチドの置換は、ポリメラーゼ依存性鎖置換によって行われる。 In certain embodiments, the second oligonucleotide primer with its copyable sequence portion is shorter than the 3'segment of the first primer extension product that is not bound by the controller oligonucleotide. In a complex containing a second oligonucleotide primer and a first primer extension product, the first primer extension is between the 3'end of such primer and the controller oligonucleotide bound to the first primer extension product. There is a single chain site of the product. Such primer extension is performed using the first primer extension product as a template. In such primer extension, substitution of the controller oligonucleotide from binding to the first primer extension product is performed by polymerase-dependent chain substitution.

特定の実施形態では、そのコピー可能な部分を有する第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、コントローラーオリゴヌクレオチドによって結合されない第1のプライマー伸長産物の3’セグメントよりも長い。第2のオリゴヌクレオチドプライマーと第1のプライマー伸長産物との複合体では、第2のプライマーの3’セグメント及びコントローラーオリゴヌクレオチドの5’セグメントが、第1のプライマー伸長産物への結合をめぐって競合する。合成の開始に必要な第1のプライマー伸長産物への第2のプライマーの3’セグメントの結合は、コントローラーオリゴヌクレオチドの5’セグメントの部分的な置換と同時に行われる。 In certain embodiments, the second oligonucleotide primer with its copyable portion is longer than the 3'segment of the first primer extension product that is not bound by the controller oligonucleotide. In the complex of the second oligonucleotide primer and the first primer extension product, the 3'segment of the second primer and the 5'segment of the controller oligonucleotide compete for binding to the first primer extension product. Binding of the 3'segment of the second primer to the extension product of the first primer, which is required to initiate synthesis, occurs at the same time as the partial substitution of the 5'segment of the controller oligonucleotide.

ポリメラーゼによる合成の開始後、第1のプライマー伸長産物を鋳型として使用することにより、そのようなプライマーの置換が起こる。このようなプライマーの伸長において、第1のプライマー伸長産物との結合からのコントローラーオリゴヌクレオチドの置換は、ポリメラーゼ依存性鎖置換によって行われる。コントローラーオリゴヌクレオチドの5’セグメントを置き換える第2のオリゴヌクレオチドプライマーの3’セグメントの配列長は、次の範囲を含む:1〜50ヌクレオチド、特に3〜30ヌクレオチド、特に5〜20ヌクレオチド。第1のプライマー伸長産物の3’セグメントの長さを超える、より長い第2のオリゴヌクレオチドプライマーを使用することは、例えば、いくつかの実施形態において有利である。そのような実施形態は、例えば、5〜40ヌクレオチド、特に10〜30ヌクレオチドの長さである、コントローラーオリゴヌクレオチドによって結合されない3’セグメントを有する第1のプライマー伸長産物を含む。特に、より短い3’セグメントを有する、より長い第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、合成開始時の配列特異性の向上を与える。 Substitution of such primers occurs by using the first primer extension product as a template after initiation of synthesis by the polymerase. In such primer extension, substitution of the controller oligonucleotide from binding to the first primer extension product is performed by polymerase-dependent chain substitution. The sequence length of the 3'segment of the second oligonucleotide primer that replaces the 5'segment of the controller oligonucleotide includes the following range: 1-50 nucleotides, especially 3-30 nucleotides, especially 5-20 nucleotides. It is advantageous in some embodiments, for example, to use a longer second oligonucleotide primer that exceeds the length of the 3'segment of the first primer extension product. Such embodiments include, for example, a first primer extension product having a 3'segment that is 5-40 nucleotides in length, particularly 10-30 nucleotides and is not bound by a controller oligonucleotide. In particular, a longer second oligonucleotide primer with a shorter 3'segment provides improved sequence specificity at the start of synthesis.

第2のオリゴヌクレオチドプライマーのそのプライマー結合部位への結合強度は、プライマーの長さに依存する。一般に、より長い第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、より高い反応温度で使用することができる。 The strength of the second oligonucleotide primer to its primer binding site depends on the length of the primer. In general, longer second oligonucleotide primers can be used at higher reaction temperatures.

特に、第1及び第2のオリゴヌクレオチドプライマー、及びコントローラーオリゴヌクレオチドの配列は、副反応、例えば、プライマー二量体形成が最小化されるように互いに適合される。そのため、例えば第1及び第2のオリゴヌクレオチドプライマーの配列は、両方のオリゴヌクレオチドプライマーが適切な鋳型及び/又は標的配列及び/又は開始核酸鎖の非在下でそれぞれ増幅反応を開始できないように互いに適合される。これは、例えば、第2のオリゴヌクレオチドプライマーが第1のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー結合部位を含まず、第1のオリゴヌクレオチドプライマーが第2のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー結合部位を含まないことで達成できる。さらに、プライマー配列が伸長される自己相補的構造(自己相補的)を含むことが避けられるべきである。 In particular, the sequences of the first and second oligonucleotide primers and controller oligonucleotides are adapted to each other so that side reactions, such as primer dimer formation, are minimized. Thus, for example, the sequences of the first and second oligonucleotide primers are compatible with each other so that both oligonucleotide primers cannot initiate the amplification reaction in the absence of the appropriate template and / or target sequence and / or starting nucleic acid strand, respectively. Will be done. This can be achieved, for example, by the second oligonucleotide primer not containing the primer binding site of the first oligonucleotide primer and the first oligonucleotide primer not containing the primer binding site of the second oligonucleotide primer. .. Furthermore, it should be avoided that the primer sequence contains a self-complementary structure (self-complementary) in which it is extended.

第2のプライマー伸長産物の合成はプライマー伸長反応であり、第1の増幅の個々のステップを形成する。このステップの間の反応条件は、それに応じて調整される。反応温度及び反応時間は、反応が成功して起こり得るように選択される。このステップにおけるそれぞれの好ましい温度は、使用するポリメラーゼ及びそれぞれの第2のオリゴヌクレオチドプライマーのそのプライマー結合部位への結合強度に依存し、例えば、15℃〜75℃、特に20〜65℃、特に25℃〜65℃の範囲を含む。第2のオリゴヌクレオチドプライマーの濃度は、0.01μmol/l〜50μmol/l、特に0.1μmol/l〜20μmol/l、特に0.1μmol/l〜10μmol/lの範囲を含む。 The synthesis of the second primer extension product is a primer extension reaction, forming the individual steps of the first amplification. The reaction conditions during this step are adjusted accordingly. The reaction temperature and reaction time are selected so that the reaction can occur successfully. Each preferred temperature in this step depends on the strength of the polymerase used and each second oligonucleotide primer bound to its primer binding site, eg, 15 ° C. to 75 ° C., especially 20 to 65 ° C., especially 25. Includes the range of ° C to 65 ° C. The concentration of the second oligonucleotide primer includes a range of 0.01 μmol / l to 50 μmol / l, particularly 0.1 μmol / l to 20 μmol / l, particularly 0.1 μmol / l to 10 μmol / l.

特定の実施形態では、増幅のすべてのステップは、非特異的産物/副産物の形成を防止又は減速するストリンジェントな条件下で進行する。そのような条件は、例えばより高い温度、例えば50℃を上回る。 In certain embodiments, all steps of amplification proceed under stringent conditions that prevent or slow down the formation of non-specific products / by-products. Such conditions exceed, for example, higher temperatures, such as 50 ° C.

2つ以上の特異的な核酸鎖が1つのバッチで増幅される場合、特定の実施形態では、それぞれの配列特異的なオリゴヌクレオチドプライマーが、好ましくは、それぞれ対応する標的配列の増幅のために使用される。 When two or more specific nucleic acid chains are amplified in one batch, in certain embodiments, each sequence-specific oligonucleotide primer is preferably used for amplification of the corresponding target sequence. Will be done.

特定の実施形態では、第1及び第2のプライマー伸長産物の合成は、同じ温度で進行する。特定の実施形態では、第1及び第2のプライマー伸長産物の合成は、異なる温度で進行する。特定の実施形態では、第2のプライマー伸長産物の合成及びコントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換は、同じ温度で進行する。更なる実施形態では、第2のプライマー伸長産物の合成及びコントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換は、異なる温度で進行する。 In certain embodiments, the synthesis of the first and second primer extension products proceeds at the same temperature. In certain embodiments, the synthesis of the first and second primer extension products proceeds at different temperatures. In certain embodiments, the synthesis of the second primer extension product and the strand substitution with the controller oligonucleotide proceed at the same temperature. In a further embodiment, the synthesis of the second primer extension product and the strand substitution with the controller oligonucleotide proceed at different temperatures.

ポリメラーゼ:
好ましくは、鎖置換が可能な鋳型依存性ポリメラーゼが使用される。
Polymerase:
Preferably, a template-dependent polymerase capable of strand substitution is used.

一実施形態では、Bstポリメラーゼ又はその修飾体(例えば、Bst2.0 DNAポリメラーゼ)の大きな断片を使用することができる。さらに、Klenow断片、Vent exo minusポリメラーゼ、Deepvent exo minus DNAポリメラーゼ、Bsu DNAポリメラーゼの大きな断片、Bsm DNAポリメラーゼの大きな断片が使用され得る。Vent exo minusポリメラーゼ、Deepvent exo minus DNA(NEB製)及びLucigen製のPyroPhageポリメラーゼは、鎖置換活性を持つ熱安定性酵素である。 In one embodiment, a large fragment of Bst polymerase or a modification thereof (eg, Bst2.0 DNA polymerase) can be used. In addition, Klenow fragment, Vent exo minus polymerase, Deepent exo minus DNA polymerase, large fragment of Bsu DNA polymerase, large fragment of Bsm DNA polymerase can be used. Vent exo minus polymerase, Deepent exo minus DNA (manufactured by NEB) and PyroPhage polymerase manufactured by Lucien are thermostable enzymes having strand substitution activity.

一実施形態では、室温で活性を示さないポリメラーゼ、いわゆるホットスタートポリメラーゼ又はウォームスタートポリメラーゼが使用される。BST 2.0ポリメラーゼウォームスタート(NEB製)は、この例である。 In one embodiment, a polymerase that is inactive at room temperature, the so-called hot start polymerase or warm start polymerase, is used. BST 2.0 Polymerase Warm Start (manufactured by NEB) is an example of this.

第3のオリゴヌクレオチドプライマーの特定の実施形態
(第2の増幅系の成分)
一実施形態では、第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1の増幅系の第1のオリゴヌクレオチドプライマーと同一である。
Specific Embodiment of the Third Oligonucleotide Primer (Component of Second Amplification System)
In one embodiment, the third oligonucleotide primer is identical to the first oligonucleotide primer in the first amplification system.

特定の実施形態では、第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1の増幅系の第1のオリゴヌクレオチドプライマーと同一ではない。 In certain embodiments, the third oligonucleotide primer is not identical to the first oligonucleotide primer in the first amplification system.

第3のオリゴヌクレオチドプライマーの長さは、15〜100ヌクレオチド、特に20〜60ヌクレオチド、特に30〜50ヌクレオチドの間であり得る。例えば、CGのレベルは20〜80%、特に30〜79%の間である。ヌクレオチドビルディングブロックは、通常の5’−3’ホスホジエステル結合又はホスホチオエステル結合を介して特に相互に連結される。このようなオリゴヌクレオチドプライマーは、所望の形態で化学的に合成することができる。 The length of the third oligonucleotide primer can be between 15-100 nucleotides, especially 20-60 nucleotides, especially 30-50 nucleotides. For example, the level of CG is between 20-80%, especially 30-79%. Nucleotide building blocks are particularly interconnected via conventional 5'-3'phosphodiester or phosphothioester bonds. Such oligonucleotide primers can be chemically synthesized in the desired form.

特定の実施形態では、第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、以下のような、ポリメラーゼの機能にほとんど又は全く影響を与えないヌクレオチドモノマーを含むことができる。
・ 天然のヌクレオチド(dA、dT、dC、dGなど)又は塩基対の変更なしのその修飾体
・ 修飾ヌクレオチド、ヌクレアーゼ耐性ホスホロチオエート化合物(PTO)修飾体、LNA修飾体、2−アミノ−dA、2−チオ−dT、又は異なる塩基対(例えば、イノシン5−ニトロインドールなどのユニバーサル塩基対)を持つ他のヌクレオチド修飾体。
In certain embodiments, the third oligonucleotide primer can include a nucleotide monomer that has little or no effect on the function of the polymerase, such as:
-Natural nucleotides (dA, dT, dC, dG, etc.) or their modified base pairs unchanged-Modified nucleotides, nuclease-resistant phosphorothioate compound (PTO) modified products, LNA modified products, 2-amino-dA, 2- Thio-dT, or other nucleotide modifiers with different base pairs (eg, universal base pairs such as inosin 5-nitroindole).

特定の実施形態では、第3のオリゴヌクレオチドプライマーの3’−OH末端は、特に修飾がなく、ポリメラーゼによって認識され、鋳型依存的に伸長することができる機能的な3’−OH基を有する。さらなる特定の実施形態では、第3のオリゴヌクレオチドプライマーの3’セグメントは、少なくとも1つのホスホロチオエート化合物を含み、そのため、ポリメラーゼの3’エキソヌクレアーゼ活性によるプライマーの3’末端の分解は起こり得ない。 In certain embodiments, the 3'-OH end of the third oligonucleotide primer has a functional 3'-OH group that is unmodified, is recognized by the polymerase and can be extended in a template-dependent manner. In a further specific embodiment, the 3'segment of the third oligonucleotide primer contains at least one phosphorothioate compound, so degradation of the 3'end of the primer by the 3'exonuclease activity of the polymerase cannot occur.

特定の実施形態では、第3のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端はブロックされている。例えば、3’−リン酸基又はC3リンカーを有する。前記実施形態では、第3のオリゴヌクレオチドプライマーの3’セグメントは、例えば、第2のポリメラーゼの3’−5’エキソヌクレアーゼ活性を使用して、第2の増幅まで活性化されない。 In certain embodiments, the 3'end of the third oligonucleotide primer is blocked. For example, it has a 3'-phosphate group or a C3 linker. In the embodiment, the 3'segment of the third oligonucleotide primer is not activated until the second amplification using, for example, the 3'-5'exonuclease activity of the second polymerase.

特に、第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、コントローラーオリゴヌクレオチドの第1のセグメントと相補的に結合することができるいかなる配列セグメントも含まない。 In particular, the third oligonucleotide primer does not contain any sequence segment that can complementarily bind to the first segment of the controller oligonucleotide.

第3のオリゴヌクレオチドプライマー(図15〜31)は、第1の増幅断片1.1(標的配列を含む第1の増幅産物1.1)に対して異なる配置で配置することができる。 The third oligonucleotide primer (FIGS. 15-31) can be arranged differently with respect to the first amplification fragment 1.1 (first amplification product 1.1 containing the target sequence).

鋳型として第1の増幅断片1.1を使用して第2の増幅反応を開始できるようにするには(開始核酸鎖2.1)、第3及び第4のプライマーは第1の増幅断片によって事前に決定された配列内に結合し、ポリメラーゼによって伸長される必要がある。 To allow the second amplification reaction to be initiated using the first amplification fragment 1.1 as a template (starting nucleic acid chain 2.1), the third and fourth primers are provided by the first amplification fragment. It needs to bind within a pre-determined sequence and be extended by the polymerase.

特定の実施形態では、第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1の増幅断片1.1の1つの鎖に結合することができる。特に、第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、第2のプライマー伸長産物に結合し、適切なポリメラーゼ及び反応条件を使用してプライマー伸長を開始することができる。 In certain embodiments, the third oligonucleotide primer is capable of binding to one strand of the first amplified fragment 1.1. In particular, the third oligonucleotide primer can bind to the second primer extension product and initiate primer extension using the appropriate polymerase and reaction conditions.

特定の実施形態において、第3のオリゴヌクレオチドプライマーのこの結合は、好ましくは、第2のプライマー伸長産物の3’セグメントにおいて起こる。 In certain embodiments, this binding of the third oligonucleotide primer preferably occurs in the 3'segment of the second primer extension product.

第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、好ましくは、使用される反応条件下で第2のプライマー伸長産物に相補的又は主に相補的に結合できる3’セグメントに配列セグメントを含み、それにより、ポリメラーゼは第3のプライマー伸長産物の合成を開始することができる。 The third oligonucleotide primer preferably comprises a sequence segment in a 3'segment that can bind complementaryly or predominantly to the second primer extension product under the reaction conditions used, whereby the polymerase contains a second primer. The synthesis of the primer extension product of 3 can be started.

このセグメントの長さは、特に6〜30ヌクレオチド、特に8〜25ヌクレオチド、特に10〜20ヌクレオチド、特に10〜15ヌクレオチドの間の範囲を含む。特定の実施形態では、このセグメントは、第2のプライマー伸長産物の対応するセグメントに完全に相補的である。特定の実施形態では、前記セグメントは、プライマー伸長産物に対する少なくとも1つの不一致を含む。特に、この不一致の位置は、第3のプライマーの3’末端に対して−4位置より近くはない、特に−5より近くない、特に−6より近くない、特に第3のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端に対して−8位置より近くはない。第3のオリゴヌクレオチドプライマーもこの3’セグメントでコントローラーオリゴヌクレオチドに結合できるため、このような不一致はこのセグメントのコントローラーオリゴヌクレオチドへの結合を弱める。したがって、不一致の長さ及び数を選択する場合、3’セグメントが第2のプライマー伸長産物に結合し、プライマー伸長反応を開始する必要があることを考慮するが、同時に前記セグメントが使用した反応条件下でコントローラーオリゴヌクレオチドに不可逆的に結合せず、したがってそれを不活性化することを考慮する。 The length of this segment includes a range of particularly between 6-30 nucleotides, in particular 8-25 nucleotides, in particular 10-20 nucleotides, in particular 10-15 nucleotides. In certain embodiments, this segment is completely complementary to the corresponding segment of the second primer extension product. In certain embodiments, the segment comprises at least one discrepancy with respect to the primer extension product. In particular, the position of this mismatch is not closer than the -4 position, especially closer to -5, especially not closer to -6, especially the 3 of the third oligonucleotide primer, with respect to the 3'end of the third primer. 'No closer than -8 to the end. Such discrepancies weaken the binding of this segment to the controller oligonucleotide, as the third oligonucleotide primer can also bind to the controller oligonucleotide in this 3'segment. Therefore, when choosing the length and number of mismatches, consider that the 3'segment should bind to the second primer extension product and initiate the primer extension reaction, but at the same time the reaction conditions used by the segment. Consider below that it does not irreversibly bind to the controller oligonucleotide and therefore inactivates it.

したがって、位置及び長さの選択では、第3のオリゴヌクレオチドプライマー及びコントローラー、並びに第2のプライマー伸長産物の間の相互作用を考慮する。 Therefore, position and length selection considers interactions between the third oligonucleotide primer and controller, as well as the second primer extension product.

前記セグメントの第2のプライマー伸長産物への結合の位置は、様々な方法で選択することができる(図27〜31、57)。 The position of binding of the segment to the second primer extension product can be selected in a variety of ways (FIGS. 27-31, 57).

例えば、第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、主に相補的な方法で第1のオリゴヌクレオチドプライマーと同じ配列セグメントに結合することができる。第3のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端の位置は、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端の位置に対応する。したがって、第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、少なくとも部分的に(その3’セグメントを用いて)、標的配列の一部に相補的様式で結合することができる。したがって、第3のプライマーの3’末端は、コントローラーオリゴヌクレオチドの第2のブロッキングユニット内に配置され、コントローラーを鋳型として使用してポリメラーゼによって伸長することはできない(図20)。 For example, the third oligonucleotide primer can bind to the same sequence segment as the first oligonucleotide primer in a predominantly complementary manner. The 3'end position of the third oligonucleotide primer corresponds to the 3'end position of the first oligonucleotide primer. Thus, the third oligonucleotide primer can at least partially (using its 3'segment) bind to a portion of the target sequence in a complementary manner. Therefore, the 3'end of the third primer is located within the second blocking unit of the controller oligonucleotide and cannot be extended by the polymerase using the controller as a template (FIG. 20).

特定の実施形態では、第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、第2のプライマー伸長産物に主に相補的に結合し、その3’末端は、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端に対してシフトされる。特定の実施形態では、第3のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端は、第2のプライマー伸長産物の3’方向に少なくとも1つのヌクレオチドでシフトされている。したがって、第3のオリゴヌクレオチドプライマーが主に相補的に結合することができる第2のプライマー伸長産物のセグメントは、3’方向にシフトされている(図19)。 In certain embodiments, the third oligonucleotide primer binds predominantly complementary to the second primer extension product, the 3'end of which is shifted relative to the 3'end of the first oligonucleotide primer. To. In certain embodiments, the 3'end of the third oligonucleotide primer is shifted with at least one nucleotide in the 3'direction of the second primer extension product. Therefore, the segment of the second primer extension product to which the third oligonucleotide primer can bind predominantly complementarily is shifted in the 3'direction (FIG. 19).

特定の実施形態では、第3のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端は、第2のプライマー伸長産物の5’方向に少なくとも1つのヌクレオチドだけシフトされている。したがって、第3のオリゴヌクレオチドプライマーが主に相補的に結合することができる第2のプライマー伸長産物のセグメントは、5’方向にシフトしている(図21)。 In certain embodiments, the 3'end of the third oligonucleotide primer is shifted by at least one nucleotide in the 5'direction of the second primer extension product. Therefore, the segment of the second primer extension product to which the third oligonucleotide primer can bind predominantly complementarily is shifted in the 5'direction (FIG. 21).

特定の実施形態では、第3のオリゴヌクレオチドプライマーの結合位置は、第3のオリゴヌクレオチドプライマーが第1の増幅系の第1のオリゴヌクレオチドプライマーの結合位置と重複しないように、第2のプライマー伸長産物の5’方向にシフトされる。したがって、第3のオリゴヌクレオチドプライマーが主に相補的に結合できる第2のプライマー伸長産物のセグメントは、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの結合位置に対して5’方向にシフトしている(図22)。 In certain embodiments, the binding position of the third oligonucleotide primer extends the second primer so that the third oligonucleotide primer does not overlap the binding position of the first oligonucleotide primer in the first amplification system. The product is shifted in the 5'direction. Therefore, the segment of the second primer extension product to which the third oligonucleotide primer can bind mainly complementarily is shifted in the 5'direction with respect to the binding position of the first oligonucleotide primer (FIG. 22). ..

したがって、第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、コントローラーオリゴヌクレオチドに相補的に結合することができる配列セグメントを含む。第3のオリゴヌクレオチドプライマーに相補的に結合することができるコントローラーオリゴヌクレオチドのセグメントは、コントローラーオリゴヌクレオチドの第4のセグメントと呼ばれる。コントローラーにおける第3のオリゴヌクレオチドプライマーの望ましくないプライマー伸長を防ぐために、少なくとも第3のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端の周りに位置するコントローラーオリゴヌクレオチドの位置が修飾される。例えば、これは、第2のブロッキングユニットの修飾と同様の方法で行うことができる。そのような修飾(第3のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長を防ぐ)を含むコントローラーのセグメントは、第4のブロッキングユニットと呼ばれる(図19〜22)。その位置は、コントローラー内の第3のオリゴヌクレオチドプライマーの可能な結合位置によって決定される。 Thus, the third oligonucleotide primer contains a sequence segment that can complementarily bind to the controller oligonucleotide. The segment of the controller oligonucleotide that can complementarily bind to the third oligonucleotide primer is called the fourth segment of the controller oligonucleotide. To prevent unwanted primer extension of the third oligonucleotide primer in the controller, the position of the controller oligonucleotide located at least around the 3'end of the third oligonucleotide primer is modified. For example, this can be done in a similar manner to the modification of the second blocking unit. The controller segment containing such modifications (preventing extension of the third oligonucleotide primer) is referred to as the fourth blocking unit (FIGS. 19-22). Its position is determined by the possible binding position of the third oligonucleotide primer in the controller.

第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、逆合成中にコピーできる必要があり、第4のプライマー伸長産物の合成のための鋳型自体としても機能する。 The third oligonucleotide primer needs to be copyable during the reverse synthesis and also functions as the template itself for the synthesis of the fourth primer extension product.

特定の実施形態では、第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、その3’領域に少なくとも1つの配列セグメントを含み、これは第1の標的配列に主に相補的に結合することができる。このセグメントは、(前記標的配列の対応するセグメントを含む)第2のプライマー伸長産物に主に相補的に結合することができ、ポリメラーゼはプライマー伸長反応を行うことができる。 In certain embodiments, the third oligonucleotide primer comprises at least one sequence segment in its 3'region, which is capable of predominantly complementary binding to the first target sequence. This segment can predominantly complementarily bind to the second primer extension product (including the corresponding segment of the target sequence) and the polymerase can carry out a primer extension reaction.

第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、一実施形態では、標的配列に相補的ではない5’セグメントに少なくとも1つのセグメントを含む。例えば、前記セグメントは、1〜60ヌクレオチドを含み得、バーコード化、クローニング、固定化、プローブ結合などの他の目的のために使用され得る。この5’セグメントの配列組成は、第2の増幅に干渉しないように調整される。 The third oligonucleotide primer, in one embodiment, comprises at least one segment in the 5'segment that is not complementary to the target sequence. For example, the segment may contain 1-60 nucleotides and may be used for other purposes such as bar coding, cloning, immobilization, probe binding and the like. The sequence composition of this 5'segment is adjusted so as not to interfere with the second amplification.

第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、例えば、蛍光色素(例えば、FAM、Cy5など)、蛍光クエンチャー(例えば、BHQ1、BHQ2など)、親和性マーカー(例えば、ビオチン、ジゴキシゲニンなど)を含み得る。一実施形態では、第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、その5’セグメントがポリメラーゼによってコピーされないように、リンカー(例えば、C3又はHEGリンカー)を含み得る。 The third oligonucleotide primer may include, for example, a fluorescent dye (eg, FAM, Cy5, etc.), a fluorescent quencher (eg, BHQ1, BHQ2, etc.), an affinity marker (eg, biotin, digoxigenin, etc.). In one embodiment, the third oligonucleotide primer may include a linker (eg, C3 or HEG linker) so that its 5'segment is not copied by the polymerase.

特定の実施形態では、第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、第2の増幅反応の前に固相上に固定化される。したがって、この第3のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー伸長は、第3のプライマー伸長産物全体の固定化をもたらす。 In certain embodiments, the third oligonucleotide primer is immobilized on the solid phase prior to the second amplification reaction. Therefore, primer extension of this third oligonucleotide primer results in immobilization of the entire third primer extension product.

第3のオリゴヌクレオチドプライマーの使用濃度は、0.01μmol/l〜約10μmol/l、特に0.1μmol/l〜約2μmol/lの間の範囲を含み得る。 The concentration of the third oligonucleotide primer used may range from 0.01 μmol / l to about 10 μmol / l, particularly from 0.1 μmol / l to about 2 μmol / l.

第4のオリゴヌクレオチドプライマーの特定の実施形態(第2の増幅系の成分)
一実施形態では、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1の増幅系の第2のオリゴヌクレオチドプライマーと同一である。
Specific Embodiment of the Fourth Oligonucleotide Primer (Component of Second Amplification System)
In one embodiment, the fourth oligonucleotide primer is identical to the second oligonucleotide primer in the first amplification system.

特定の実施形態では、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1の増幅系の第2のオリゴヌクレオチドプライマーと同一ではない。 In certain embodiments, the fourth oligonucleotide primer is not identical to the second oligonucleotide primer in the first amplification system.

第4のオリゴヌクレオチドプライマーの長さは、15〜100ヌクレオチド、特に20〜60ヌクレオチド、特に30〜50ヌクレオチドの間であり得る。例えば、CGのレベルは20〜80%、特に30〜79%の間である。ヌクレオチドビルディングブロックは、通常の5’−3’ホスホジエステル結合又はホスホチオエステル結合を介して特に相互に連結される。このようなオリゴヌクレオチドプライマーは、所望の形態で化学的に合成することができる。 The length of the fourth oligonucleotide primer can be between 15-100 nucleotides, especially 20-60 nucleotides, especially 30-50 nucleotides. For example, the level of CG is between 20-80%, especially 30-79%. Nucleotide building blocks are particularly interconnected via conventional 5'-3'phosphodiester or phosphothioester bonds. Such oligonucleotide primers can be chemically synthesized in the desired form.

特定の実施形態では、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、以下のような、ポリメラーゼの機能にほとんど又は全く影響を与えないヌクレオチドモノマーを含むことができる。
・ 天然のヌクレオチド(dA、dT、dC、dGなど)又は塩基対の変更なしのその修飾体
・ 修飾ヌクレオチド、ヌクレアーゼ耐性ホスホロチオエート化合物(PTO)修飾体、LNA修飾体、2−アミノ−dA、2−チオ−dT、又は異なる塩基対合(例えば、イノシン5−ニトロインドールなどのユニバーサル塩基対)を持つ他のヌクレオチド修飾体。
特定の実施形態では、第4のオリゴヌクレオチドプライマーの3’−OH末端は、特に修飾がなく、ポリメラーゼによって認識され、鋳型依存的に伸長することができる機能的な3’−OH基を有する。さらなる特定の実施形態では、第4のオリゴヌクレオチドプライマーの3’セグメントは、少なくとも1つのホスホロチオエート化合物を含み、そのため、ポリメラーゼの3’エキソヌクレアーゼ活性によるプライマーの3’末端の分解は起こり得ない。
In certain embodiments, the fourth oligonucleotide primer can include nucleotide monomers that have little or no effect on the function of the polymerase, such as:
-Natural nucleotides (dA, dT, dC, dG, etc.) or their modified base pairs unchanged-Modified nucleotides, nuclease-resistant phosphorothioate compound (PTO) modified products, LNA modified products, 2-amino-dA, 2- Thio-dT, or other nucleotide modifiers with different base pairs (eg, universal base pairs such as inosin 5-nitroindole).
In certain embodiments, the 3'-OH end of the fourth oligonucleotide primer has a functional 3'-OH group that is unmodified, is recognized by the polymerase and can be extended in a template-dependent manner. In a further specific embodiment, the 3'segment of the fourth oligonucleotide primer contains at least one phosphorothioate compound, so degradation of the 3'end of the primer by the 3'exonuclease activity of the polymerase cannot occur.

特定の実施形態では、第4のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端はブロックされている。例えば、3’−リン酸基又はC3リンカーを有する。これらの実施形態では、第4のオリゴヌクレオチドプライマーの3’セグメントの活性は、例えば、第2のポリメラーゼの3’−5’エキソヌクレアーゼ活性を使用して、第2の増幅まで生じない。 In certain embodiments, the 3'end of the fourth oligonucleotide primer is blocked. For example, it has a 3'-phosphate group or a C3 linker. In these embodiments, the activity of the 3'segment of the fourth oligonucleotide primer does not occur until the second amplification using, for example, the 3'-5'exonuclease activity of the second polymerase.

特に、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、コントローラーオリゴヌクレオチドの第1のセグメントと相補的に結合することができるいかなる配列セグメントも含まない。 In particular, the fourth oligonucleotide primer does not contain any sequence segment that can complementarily bind to the first segment of the controller oligonucleotide.

第4のオリゴヌクレオチドプライマー(図15〜31)は、第1の増幅断片1.1(標的配列を含む第1の増幅産物1.1)に対して異なる配置で配置することができる。 The fourth oligonucleotide primer (FIGS. 15-31) can be arranged differently with respect to the first amplification fragment 1.1 (first amplification product 1.1 containing the target sequence).

鋳型として第1の増幅断片1.1を使用して第2の増幅反応を開始するには(開始核酸鎖2.1)、第3及び第4のプライマーは第1の増幅断片によって事前に決定された配列内に結合し、ポリメラーゼによって伸長される必要がある。 To initiate a second amplification reaction using the first amplification fragment 1.1 as a template (starting nucleic acid chain 2.1), the third and fourth primers are pre-determined by the first amplification fragment. It needs to be bound within the sequence and extended by the polymerase.

特定の実施形態では、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1の増幅断片1.1の1つの鎖に結合することができる。好ましくは、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1のプライマー伸長産物に結合し、適切なポリメラーゼ及び反応条件を使用してプライマー伸長を開始することができる。 In certain embodiments, the fourth oligonucleotide primer is capable of binding to one strand of the first amplified fragment 1.1. Preferably, the fourth oligonucleotide primer can bind to the first primer extension product and initiate primer extension using the appropriate polymerase and reaction conditions.

特定の実施形態において、第4のオリゴヌクレオチドプライマーのこの結合は、好ましくは、第1のプライマー伸長産物の3’セグメントにおいて起こる。 In certain embodiments, this binding of the fourth oligonucleotide primer preferably occurs in the 3'segment of the first primer extension product.

第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、好ましくは、使用される反応条件下で第1のプライマー伸長産物に相補的又は主に相補的に結合できる3’セグメントに配列セグメントを含み、それにより、ポリメラーゼは第4のプライマー伸長産物の合成を開始することができる。 The fourth oligonucleotide primer preferably comprises a sequence segment in a 3'segment that can bind complementaryly or predominantly to the first primer extension product under the reaction conditions used, whereby the polymerase contains the first primer. The synthesis of the primer extension product of 4 can be started.

前記セグメントの長さは、特に6〜40ヌクレオチド、特に8〜30ヌクレオチド、特に10〜25ヌクレオチド、特に10〜20ヌクレオチドの間の範囲を含む。特定の実施形態では、このセグメントは、第1のプライマー伸長産物の対応するセグメントに完全に相補的である。特定の実施形態では、前記セグメントは、第1のプライマー伸長産物に対する少なくとも1つの不一致を含む。特に、この不一致の位置は、第4のプライマーの3’末端に対して−4位置より近くはない、特に−5より近くはない、特に−6より近くはない、特に第4のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端に対して−8位置より近くはない。 The length of the segment includes in particular a range of 6-40 nucleotides, in particular 8-30 nucleotides, in particular 10-25 nucleotides, in particular 10-20 nucleotides. In certain embodiments, this segment is completely complementary to the corresponding segment of the first primer extension product. In certain embodiments, the segment comprises at least one discrepancy with respect to the first primer extension product. In particular, this mismatched position is no closer than the -4 position, especially no closer than -5, especially no closer than -6, especially with respect to the 3'end of the fourth primer, especially the fourth oligonucleotide primer. No closer than the -8 position with respect to the 3'end of.

前記セグメントの第1のプライマー伸長産物への結合の位置は、様々に選択することができる(図23〜31、57)。 The position of binding of the segment to the first primer extension product can be selected in various ways (FIGS. 23-31, 57).

例えば、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、第2のオリゴヌクレオチドプライマーと主に相補的に同じ配列セグメントに結合することができる。第4のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端の位置は、第2のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端の位置に対応する。したがって、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、少なくとも部分的に(その3’セグメントを用いて)、標的配列の一部を含む。 For example, the fourth oligonucleotide primer can bind to the same sequence segment predominantly complementary to the second oligonucleotide primer. The 3'end position of the fourth oligonucleotide primer corresponds to the 3'end position of the second oligonucleotide primer. Therefore, the fourth oligonucleotide primer contains, at least in part (using its 3'segment), part of the target sequence.

特定の実施形態では、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1のプライマー伸長産物に主に相補的に結合し、その3’末端は、第2のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端に対してシフトされる。特定の実施形態では、第4のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端は、第1のプライマー伸長産物の3’方向に少なくとも1つのヌクレオチドでシフトされている。したがって、第4のオリゴヌクレオチドプライマーが主に相補的に結合することができる第1のプライマー伸長産物のセグメントは、3’方向にシフトしている(図1)。 In certain embodiments, the fourth oligonucleotide primer binds predominantly complementary to the first primer extension product, its 3'end being shifted relative to the 3'end of the second oligonucleotide primer. To. In certain embodiments, the 3'end of the fourth oligonucleotide primer is shifted with at least one nucleotide in the 3'direction of the first primer extension product. Therefore, the segment of the first primer extension product to which the fourth oligonucleotide primer can bind predominantly complementarily is shifted in the 3'direction (FIG. 1).

特定の実施形態では、第4のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端は、第1のプライマー伸長産物の5’方向に少なくとも1つのヌクレオチドでシフトされている。したがって、第4のオリゴヌクレオチドプライマーが主に相補的に結合することができる第1のプライマー伸長産物のセグメントは、5’方向にシフトしている。 In certain embodiments, the 3'end of the fourth oligonucleotide primer is shifted with at least one nucleotide in the 5'direction of the first primer extension product. Therefore, the segment of the first primer extension product to which the fourth oligonucleotide primer can bind predominantly complementarily is shifted in the 5'direction.

特に、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、コントローラーオリゴヌクレオチドへ相補的に結合することができるいかなる配列セグメントも含まない。 In particular, the fourth oligonucleotide primer does not contain any sequence segment that can complementarily bind to the controller oligonucleotide.

第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、逆方向合成中にコピー可能でなければならず、それ自体が合成中に第3のプライマー伸長産物の鋳型としても機能する。 The fourth oligonucleotide primer must be copyable during reverse synthesis and itself also serves as a template for the third primer extension product during synthesis.

特定の実施形態では、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1の標的配列の一部を含み、したがって標的配列に相補的な鎖に結合することができる少なくとも1つの配列セグメントを3’セグメントに含む。前記セグメントは、(この標的配列の対応するセグメントを含む)第1のプライマー伸長産物に主に相補的に結合することができ、ポリメラーゼはプライマー伸長反応を行うことができる。 In certain embodiments, the fourth oligonucleotide primer comprises a portion of the first target sequence and thus comprises at least one sequence segment in the 3'segment that can bind to a strand complementary to the target sequence. .. The segment can predominantly complementarily bind to the first primer extension product (including the corresponding segment of this target sequence) and the polymerase can carry out a primer extension reaction.

特定の実施形態では、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1の標的配列の配列セグメントを含まない、少なくとも1つの配列セグメントを5’セグメントに含む。例えば、前記セグメントは、1〜60ヌクレオチドを含み得、バーコード化、クローニング、固定化、プローブ結合などの他の目的のために使用され得る。この5’セグメントの配列組成は、第2の増幅に干渉しないように調整される。 In certain embodiments, the fourth oligonucleotide primer comprises at least one sequence segment in the 5'segment that does not include the sequence segment of the first target sequence. For example, the segment may contain 1-60 nucleotides and may be used for other purposes such as bar coding, cloning, immobilization, probe binding and the like. The sequence composition of this 5'segment is adjusted so as not to interfere with the second amplification.

第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、さらなる修飾、例えば、蛍光色素(例えば、FAM、Cy5等)、蛍光クエンチャー(例えば、BHQ1、BHQ2等)、親和性マーカー(例えば、ビオチン、ジゴキシゲニン等)を含み得る。一実施形態では、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、リンカー(例えば、C3又はHEGリンカー)を含み得、それにより、5’セグメントがポリメラーゼによってコピーされないままになる。 The fourth oligonucleotide primer may include further modifications, such as fluorescent dyes (eg, FAM, Cy5, etc.), fluorescent quenchers (eg, BHQ1, BHQ2, etc.), affinity markers (eg, biotin, digoxigenin, etc.). .. In one embodiment, the fourth oligonucleotide primer may include a linker (eg, C3 or HEG linker), which leaves the 5'segment uncopied by the polymerase.

特定の実施形態では、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、第2の増幅反応の前に固相上に固定化される。したがって、このような第4のオリゴヌクレオチドプライマーのプライマー伸長は、第4のプライマー伸長産物全体の固定化をもたらす。 In certain embodiments, the fourth oligonucleotide primer is immobilized on the solid phase prior to the second amplification reaction. Therefore, such primer extension of the fourth oligonucleotide primer results in immobilization of the entire fourth primer extension product.

第4のオリゴヌクレオチドプライマーの使用濃度は、0.01μmol/l〜約10μmol/l、特に0.1μmol/l〜約2μmol/lの間の範囲を含み得る。 The concentration of the fourth oligonucleotide primer used may range from 0.01 μmol / l to about 10 μmol / l, especially from 0.1 μmol / l to about 2 μmol / l.

第2の増幅系のポリメラーゼ:
PCRを行うための多くのポリメラーゼが知られている。
Second amplification system polymerase:
Many polymerases are known for performing PCR.

特定の実施形態では、5’−3’エキソヌクレアーゼ活性を有する熱安定性鋳型依存性DNAポリメラーゼが使用される。 In certain embodiments, a thermostable template-dependent DNA polymerase with 5'-3'exonuclease activity is used.

特定の実施形態では、Taqポリメラーゼ及び/又はその製剤及び/又は修飾体(例えば、Ampli−Taq)を使用して、第2の増幅を行う。 In certain embodiments, Taq polymerase and / or a formulation and / or modified form thereof (eg, Ampli-Taq) is used to perform the second amplification.

特定の実施形態では、鎖置換活性を有する熱安定性鋳型依存性DNAポリメラーゼが使用される。例えば、Vent Exoマイナス(NEB製)、PyroPhageポリメラーゼ(Lucigene製)、SDポリメラーゼ(Bioron製)である。 In certain embodiments, a thermostable template-dependent DNA polymerase with strand substitution activity is used. For example, Vent Exo-minus (manufactured by NEB), PyroPhage polymerase (manufactured by Lucigene), SD polymerase (manufactured by Bioron).

特定の実施形態では3’−5プルーフリーディング活性を有する熱安定性鋳型依存性DNAポリメラーゼが使用される。例えば、Vent exo plus、Deep Vent exo plus(NEB製)、Pfuポリメラーゼ(Jena Biosciences)、Phusionポリメラーゼ(NEB)である。 In certain embodiments, a thermostable template-dependent DNA polymerase with 3'-5 proofreading activity is used. For example, Vent exo plus, Deep Vent exo plus (manufactured by NEB), Pfu polymerase (Jena Biosciences), Phusion polymerase (NEB).

特定の実施形態では、例えば、ポリメラーゼのプロセス活性を増大させるために、別のタンパク質とコンジュゲートされる熱安定性鋳型依存性DNAポリメラーゼが使用される。例えば、Phusionポリメラーゼ(NEB)である。 In certain embodiments, for example, a thermostable template-dependent DNA polymerase that is conjugated to another protein is used to increase the process activity of the polymerase. For example, Phusion Polymerase (NEB).

追加の配列セグメントを含むオリゴヌクレオチドプライマー:
第1のプライマー及び第2のプライマーの上記の構造は、それぞれいわゆる「プライマーの基本構造」及び「プライマーの最小構造」とみなすことができる。
Oligonucleotide primers containing additional sequence segments:
The above structures of the first primer and the second primer can be regarded as the so-called "basic structure of primer" and "minimum structure of primer", respectively.

プライマー機能を有するオリゴヌクレオチドのそのような基本構造(例えば、第1のオリゴヌクレオチドプライマー、第2のオリゴヌクレオチドプライマー、任意に第3のオリゴヌクレオチドプライマー、任意に第4のオリゴヌクレオチドプライマーなど)は、増幅手順を実施するのに有利な配列セグメント、例えば第1のプライマーの第1及び第2のセグメントを含む。 Such a basic structure of an oligonucleotide having a primer function (for example, a first oligonucleotide primer, a second oligonucleotide primer, optionally a third oligonucleotide primer, optionally a fourth oligonucleotide primer, etc.) may be used. Includes sequence segments that are advantageous for performing amplification procedures, such as the first and second segments of the first primer.

オリゴヌクレオチドプライマーのそのような基本構造は、さらに追加の配列セグメントによって伸長することができる。そのような追加の配列セグメントは、増幅手順の実行に必要ではないが、他の仕事に有用であり得る構造を含む。 Such basic structure of oligonucleotide primers can be extended by additional sequence segments. Such additional sequence segments contain structures that are not required to perform the amplification procedure, but may be useful for other tasks.

そのような追加の配列セグメントは、任意にオリゴヌクレオチドプライマーに導入され、さらなる機能又は反応のために使用され得る。このようにして、(例えば、第1及び/又は第2のプライマーから始まる)ポリメラーゼによって合成されたプライマー伸長産物は、そのような配列セグメントに連結され得る。これは、そのような追加の配列セグメント及びプライマー伸長産物の分子構造への統合を可能にする。そのような統合は、特定の実施形態において有利であり得る。追加の配列セグメントを有するオリゴヌクレオチドプライマー配列の様々な用途が当業者に知られている。 Such additional sequence segments can optionally be introduced into oligonucleotide primers and used for further function or reaction. In this way, primer extension products synthesized by polymerases (eg, starting with first and / or second primers) can be linked to such sequence segments. This allows the integration of such additional sequence segments and primer extension products into the molecular structure. Such integration can be advantageous in certain embodiments. Various uses of oligonucleotide primer sequences with additional sequence segments are known to those of skill in the art.

オリゴヌクレオチドプライマーの追加の配列セグメントによってサポートされるいくつかの機能が当業者に知られている。 Several functions are known to those of skill in the art supported by additional sequence segments of oligonucleotide primers.

例えば、追加の構造の導入は、分子間又は分子内の結合を媒介する手段として使用することができる。そのような構造のいくつかの例は、当業者に知られている。例えば、プローブは、例えばScorpion−プライマーにおいて分子内結合のそのような原理に従って設計され得る。例えば、配列セグメントは、さらなるオリゴヌクレオチドを結合するために依然として使用され得る。ストリンジェントな条件を使用することで、配列特異的な分子間結合を実現できる。そのような相互作用は、例えば、固定化されたオリゴヌクレオチドへの相補的結合によって増幅産物を固相に結合するために使用することができる。 For example, the introduction of additional structures can be used as a means of mediating intermolecular or intramolecular bonds. Some examples of such structures are known to those of skill in the art. For example, the probe can be designed according to such a principle of intramolecular binding, for example in the Scorpion-primer. For example, sequence segments can still be used to bind additional oligonucleotides. Sequence-specific intermolecular bonds can be achieved by using stringent conditions. Such interactions can be used, for example, to bind the amplification product to a solid phase by complementary binding to an immobilized oligonucleotide.

別の例は、いわゆるアダプター配列の導入、及び/又はプライマー及び得られるプライマー伸長産物の固有のコード化又は配列特異的標識化のためのさらなるセグメントの使用である(いわゆるプライマーバーコーディング)。これは、例えばNGSライブラリーの調整に使用される(Stahlbergら、Nucleic Acids Res、2016年6月20日、44(11):e105)。プライマー伸長産物の配列分析では、このような標識を後の配列の割り当てのために使用することができる。 Another example is the introduction of so-called adapter sequences and / or the use of additional segments for the unique coding or sequence-specific labeling of primers and resulting primer extension products (so-called primer barcoding). It is used, for example, to tune the NGS library (Stahberg et al., Nucleic Acids Res, June 20, 2016, 44 (11): e105). In sequence analysis of primer extension products, such labeling can be used for later sequence assignment.

さらなる例は、例えば、制限酵素などの特定のタンパク質の結合を有する特異的配列を導入するための追加の配列セグメントの使用を提供する。 Further examples provide the use of additional sequence segments to introduce specific sequences with specific protein bindings, such as restriction enzymes.

別の例は、特異的な相互作用相手に結合することを目的とせず、むしろ隣接する配列間の距離を増加させるスペーサー配列を導入するためのさらなるセグメントの使用を提供する。 Another example provides the use of additional segments to introduce spacer sequences that are not intended to bind to specific interaction partners, but rather increase the distance between adjacent sequences.

そのような追加の配列は、プライマーのコピー可能な部分に配置する、又はオリゴヌクレオチドプライマーのコピー不可能な部分に付加することのいずれかができる。配列セグメントをコピーするかどうかを決定することにおいて、いくつかの要因が働く。例えば、それぞれのオリゴヌクレオチドにおける配列セグメントの配置、使用されるヌクレオチド修飾(例えば、C3、HEG、2’−Omeなど)は、配列セグメントがプロセスステップ中に鋳型として使用されるか否かを決定することができる。 Such additional sequences can either be placed in the copyable portion of the primer or added to the non-copyable portion of the oligonucleotide primer. Several factors play a role in deciding whether to copy an array segment. For example, the arrangement of sequence segments in each oligonucleotide, the nucleotide modifications used (eg, C3, HEG, 2'-Ome, etc.) determine whether the sequence segments are used as templates during the process step. be able to.

一実施形態では、追加の配列セグメントが、プライマーのコピー可能な領域に、例えば、第2のプライマーのコピー可能な部分の5’セグメントにて導入され、それにより、例えば、標的配列の合成プロセス中にプライマー配列が読み取られると、追加の配列セグメントもまたポリメラーゼによって読み取られる。そのような追加の配列セグメントの長さは、3〜50ヌクレオチドの範囲を含む。これらの配列セグメントの組成により、この種類の実施形態では、ポリメラーゼによる合成が可能になり、したがって、前記セグメントは、ポリメラーゼ依存性合成の鋳型として機能する。そのようなセグメントでは、例えば、天然ヌクレオチド、例えば、dA、dG、dC、dTが使用される。 In one embodiment, an additional sequence segment is introduced into the copyable region of the primer, eg, in the 5'segment of the copyable portion of the second primer, thereby, for example, during the process of synthesizing the target sequence. When the primer sequence is read in, additional sequence segments are also read by the polymerase. The length of such additional sequence segments includes the range of 3-50 nucleotides. The composition of these sequence segments allows in this type of embodiment synthesis by polymerases, thus the segments serve as templates for polymerase-dependent synthesis. In such segments, for example, natural nucleotides such as dA, dG, dC, dT are used.

さらなる実施形態では、追加の配列セグメントは、例えば、標的配列を含む特異的な増幅断片の合成中にコピーされるべきではないオリゴヌクレオチドプライマーの5’末端に配置され得る。これは、例えば、ポリメラーゼが相補鎖を合成するのを妨げる1つ以上の修飾又は化学基(例えば、HEG、C3、2’−Ome修飾を含む4〜10ヌクレオチドを含むセグメントなど)を配置することによって達成できる。そのような修飾は、例えば、第2のプライマーのコピー可能な部分の5’末端に配置され、合成の継続を妨げ得る。例えば、第2のプライマーのコピー可能なセグメントの5’末端にHEG基を導入することができ、次いで、その後、追加の配列セグメントを導入することができる。 In a further embodiment, additional sequence segments can be placed, for example, at the 5'end of oligonucleotide primers that should not be copied during the synthesis of specific amplified fragments containing the target sequence. This involves placing, for example, one or more modifications or chemical groups that prevent the polymerase from synthesizing complementary strands, such as segments containing 4-10 nucleotides containing HEG, C3, 2'-Ome modifications. Can be achieved by. Such modifications can be placed, for example, at the 5'end of the copyable portion of the second primer and can interfere with continued synthesis. For example, a HEG group can be introduced at the 5'end of the copyable segment of the second primer, and then an additional sequence segment can be introduced.

さらに、追加の配列セグメントを、第1のプライマーの第2の領域の5’末端に配置することができる。追加の配列セグメントのそのような局在は、標的配列を含む特異的な増幅産物の通常の合成中の相補鎖の合成を妨げる。 In addition, additional sequence segments can be placed at the 5'end of the second region of the first primer. Such localization of additional sequence segments interferes with the synthesis of complementary strands during normal synthesis of specific amplification products containing the target sequence.

そのような追加の配列セグメントの長さは、3〜50ヌクレオチドの範囲を含む。塩基組成は、例えば、天然の核酸塩基(A、G、C、T、U、イノシン)又はヌクレオチドの異なる位置での修飾(例えば、2−アミノアデニン、イソ−グアニン、イソ−シトシン、5−プロパルギル−ウリジン、5−プロパルギル−シトシンなどの塩基で、又はLNA、2’−Ome、2’−ハロゲンなどの糖リン酸骨格での)を含み得る。一実施形態では、第1のプライマー及び追加の配列セグメントが組み合わされて、オリゴヌクレオチドプライマーを形成する。特定の実施形態では、第2のプライマー及び追加の配列セグメントが組み合わされて、オリゴヌクレオチドを形成する。 The length of such additional sequence segments includes the range of 3-50 nucleotides. The base composition is, for example, modification of a naturally occurring nucleobase (A, G, C, T, U, inosine) or nucleotide at different positions (eg, 2-aminoadenine, iso-guanine, iso-cytosine, 5-propargyl). It can contain bases such as -uridine, 5-propargyl-cytosine, or (in sugar phosphate backbones such as LNA, 2'-Ome, 2'-halogen). In one embodiment, the first primer and additional sequence segments are combined to form an oligonucleotide primer. In certain embodiments, a second primer and additional sequence segments are combined to form an oligonucleotide.

そのような追加の配列セグメントでは、それらが標的配列の増幅を妨げないような方法で、オリゴヌクレオチドが設計される。これは、例えば、プロセスに不可欠なプライマー又はコントローラーの構造との阻害的相互作用を回避又は低減することによって達成される。特定の実施形態では、追加の構造は、選択された反応条件下で他のプライマー領域と相補的な二本鎖セグメントを形成することができる。しかしながら、特にそのような二本鎖セグメントは、標的配列の特異的な増幅を妨げない。特定の実施形態では、そのような追加の配列セグメントは、第1のプライマーの第1又は第2のプライマー領域と相互作用しない、又は結合しない。特定の実施形態では、そのような追加のセグメントは、コントローラーオリゴヌクレオチドと相互作用しない。特定の実施形態では、そのような追加の配列セグメントは、反応において他のプライマーと相互作用しない。特定の実施形態では、そのような追加の配列セグメントは、P1.1−Ext又はP2.1−Ext又は標的配列を含む他の増幅断片と相互作用しない。特定の実施形態では、そのような追加の配列セグメントは、第1又は第2の領域が機能することを完全に妨げる第1のプライマーの第1又は第2の領域と安定な二本鎖セグメントを反応条件下で形成しない。 In such additional sequence segments, oligonucleotides are designed in such a way that they do not interfere with the amplification of the target sequence. This is achieved, for example, by avoiding or reducing inhibitory interactions with the structures of primers or controllers that are essential to the process. In certain embodiments, the additional structure is capable of forming double-stranded segments complementary to other primer regions under selected reaction conditions. However, especially such double-stranded segments do not interfere with the specific amplification of the target sequence. In certain embodiments, such additional sequence segments do not interact with or bind to the first or second primer region of the first primer. In certain embodiments, such additional segments do not interact with the controller oligonucleotide. In certain embodiments, such additional sequence segments do not interact with other primers in the reaction. In certain embodiments, such additional sequence segments do not interact with P1.1-Ext or P2.1-Ext or other amplified fragments containing the target sequence. In certain embodiments, such additional sequence segments provide a stable double-stranded segment with the first or second region of the first primer that completely prevents the first or second region from functioning. Does not form under reaction conditions.

特定の実施形態では、そのような追加のセグメントは、第2のプライマーと相互作用しない、又は結合しない。特定の実施形態では、そのような追加の配列セグメントは、特に、第2のプライマーの3’セグメントと相互作用しない。 In certain embodiments, such additional segments do not interact with or bind to the second primer. In certain embodiments, such additional sequence segments do not specifically interact with the 3'segment of the second primer.

特定の実施形態では、第1のプライマーは、第2の領域の5’末端に第1のプライマーの追加の配列セグメント(追加の配列変異体P1)を含む。前記セグメントは、標的配列の増幅手順を妨害しない(例えば、プライマーで二次構造を形成しない)10〜50ヌクレオチドの配列を任意に含む。さらに、前記セグメントは、第1のプライマーのコピー可能な第1のセグメントの約5〜15ヌクレオチドの配列を任意に含む。追加の配列変異体P1は、モノマー(A、C、G、T)として天然ヌクレオチドを含み、ポリメラーゼの鋳型として可能に機能することができる。 In certain embodiments, the first primer comprises an additional sequence segment of the first primer (additional sequence variant P1) at the 5'end of the second region. The segment optionally comprises a sequence of 10 to 50 nucleotides that does not interfere with the procedure for amplifying the target sequence (eg, does not form secondary structure with primers). In addition, the segment optionally comprises a sequence of approximately 5-15 nucleotides of the copyable first segment of the first primer. The additional sequence variant P1 contains native nucleotides as monomers (A, C, G, T) and is capable of functioning as a polymerase template.

特定の実施形態では、第2のプライマーは、その5’末端に第2のプライマーの追加のセグメント(追加の配列変異体P2)を含む。任意に、前記セグメントは、標的配列の増幅手順を妨害しない(例えば、プライマーと二次構造を形成しない)10〜50ヌクレオチドの配列を含む。さらに、前記セグメントは、第2のプライマーのコピー可能な領域の約5〜15ヌクレオチドの配列を任意に含む。追加の配列変異体P2は、モノマー(A、C、G、T)として天然ヌクレオチドを含み、ポリメラーゼの鋳型として可能に機能することができる。 In certain embodiments, the second primer comprises an additional segment of the second primer (additional sequence variant P2) at its 5'end. Optionally, the segment comprises a sequence of 10 to 50 nucleotides that does not interfere with the procedure for amplifying the target sequence (eg, does not form secondary structure with the primer). In addition, the segment optionally comprises a sequence of approximately 5-15 nucleotides in the copyable region of the second primer. The additional sequence variant P2 contains native nucleotides as monomers (A, C, G, T) and is capable of functioning as a polymerase template.

そのような第1のプライマー及び追加の配列変異体P1を含むオリゴヌクレオチド又は第2のプライマー及び追加の配列変異体P2を含むオリゴヌクレオチドは、第1のプライマーのみを含むオリゴヌクレオチド又は第2のプライマーのみを含むオリゴヌクレオチドよりも副反応を受けにくいことが観察された。特定の実施形態では、例えば、非特異的プライマー二量体構造の生成及び/又は増幅を遅延させることができる。したがって、そのような副反応において、標的配列を含まない副産物の形成は、任意に減少又は遅延させることができる。このようにして、例えば、プライマーの早期の消費を低減又は遅延させることができる。そのようなオリゴヌクレオチドの使用は、例えば、第1のプライマーを含むプライマー二量体(PD P1)又は第2のプライマーを含むプライマー二量体(PD P2)が副反応によって生成され、反応中のプライマーの早期消費につながる場合に有利である。そのような追加の構造を有するプライマー(追加の配列変異体P1を有する第1のプライマー及び/又は追加の配列変異体P2を有する第2のプライマー)の使用は、増幅反応において非特異的反応が観察される場合、特定の実施形態において有利である。このような副反応は、次を含むいくつかの要因によって促進される:
・ 反応時間が長い(例えば、1時間〜100時間の範囲)
・ プライマーが高濃度で使用される(例えば、1μmol/l〜1mmol/lの間の範囲)
・ ポリメラーゼが高濃度で使用される(例えば、10ユニット/10μlを超える範囲)
・ 複数反応(例えば、1つの反応アプローチで10を超える異なる標的配列の増幅)。
・ 反応混合物中の高濃度の複合核酸鎖(例えば、50μl中に1μg hgDNAを超える濃度)
単独、又は他の因子と組み合わせの要因が、副反応を促進し得る。
An oligonucleotide containing such a first primer and an additional sequence variant P1 or an oligonucleotide containing a second primer and an additional sequence variant P2 is an oligonucleotide containing only the first primer or a second primer. It was observed that it was less susceptible to side reactions than oligonucleotides containing only. In certain embodiments, for example, the formation and / or amplification of non-specific primer dimer structures can be delayed. Therefore, in such side reactions, the formation of by-products that do not contain the target sequence can be optionally reduced or delayed. In this way, for example, early consumption of primers can be reduced or delayed. The use of such oligonucleotides is such that, for example, a primer dimer containing a first primer (PD P1) or a primer dimer containing a second primer (PD P2) is produced by a side reaction and is being reacted. It is advantageous when it leads to early consumption of the primer. The use of primers with such additional structure (the first primer with the additional sequence variant P1 and / or the second primer with the additional sequence variant P2) causes a non-specific reaction in the amplification reaction. When observed, it is advantageous in certain embodiments. Such side reactions are facilitated by several factors, including:
-Long reaction time (for example, in the range of 1 hour to 100 hours)
-Primers are used in high concentrations (eg, in the range between 1 μmol / l and 1 mmol / l).
• High concentrations of polymerase are used (eg, in the range greater than 10 units / 10 μl)
Multiple reactions (eg, amplification of more than 10 different target sequences in one reaction approach).
High concentrations of complex nucleic acid strands in the reaction mixture (eg, concentrations greater than 1 μg hg DNA in 50 μl)
Factors alone or in combination with other factors can promote side reactions.

一般に、副反応(例えば、非特異的なプライマー−ダイマー形成)は、反応成分及び/又は反応条件を最適化することで、例えば、個々の成分の濃度を減らす、反応時間を短縮する、プライマー配列の配列設計を行う、よりストリンジェンドな反応条件を選択することで防止できる。有利な実施形態に記載されている追加の配列セグメント(第1のプライマー及び追加の配列変異体P1を含むオリゴヌクレオチド又は第2のプライマー及び追加の配列変異体P2を含むオリゴヌクレオチド)は、特定の副反応を遅らせるさらなる可能性を示す。 In general, side reactions (eg, non-specific primer-dimer formation) are such that by optimizing the reaction components and / or reaction conditions, for example, reducing the concentration of individual components, shortening the reaction time, primer sequences. This can be prevented by selecting more stringendo reaction conditions for the sequence design of. The additional sequence segments described in the advantageous embodiments (oligonucleotides containing a first primer and an additional sequence variant P1 or oligonucleotides containing a second primer and an additional sequence variant P2) are specific. Shows additional potential to delay side reactions.

実施例では、追加の配列セグメントを有するオリゴヌクレオチドプライマーが示されている。前記実施形態では、標的配列の特異的増幅に関与せず、副反応の遅延に寄与する追加の配列セグメントが使用される。したがって、第1のプライマー及び追加の配列変異体P1を含むオリゴヌクレオチド、並びに第2のプライマー及び追加の配列変異体P2を含むオリゴヌクレオチドが使用される。 In the examples, oligonucleotide primers with additional sequence segments are shown. In the embodiment, additional sequence segments are used that do not participate in the specific amplification of the target sequence and contribute to the delay of side reactions. Therefore, an oligonucleotide containing a first primer and an additional sequence variant P1 and an oligonucleotide containing a second primer and an additional sequence variant P2 are used.

当業者は、オリゴヌクレオチドが、標的配列の特異的増幅に有利であるプライマー構造(この構造はまた、「基本構造」又は「最小構造」と呼ばれる)に加えて、さらなる追加の配列セグメント(例えば、追加の配列変異体P1又は追加の配列変異体P2)も含み得ることを認識するであろう。そのような追加の配列セグメントは、他の様々な有利性又は有用な特性又は機能を提供することができる。 Those skilled in the art will appreciate that in addition to the primer structure in which the oligonucleotide favors the specific amplification of the target sequence (this structure is also referred to as the "basic structure" or "minimal structure"), additional sequence segments (eg, for example). It will be recognized that additional sequence variants P1 or additional sequence variants P2) may also be included. Such additional sequence segments can provide a variety of other advantages or useful properties or functions.

検出系の特定の実施形態
検出系は、増幅中に形成されるプライマー伸長産物の少なくとも1つにハイブリダイズすることができる少なくとも1つの蛍光レポーター(レポーター)及び少なくとも1つのオリゴヌクレオチドプローブを含む。さらに、検出系は、蛍光レポーターに適合する蛍光消光剤(クエンチャーと呼ばれる)を含むことができ、それにより、このクエンチャーは、特定の状況下で蛍光レポーターの蛍光シグナルを低減する、又はシグナル強度を低減することができる。さらに、検出系は、蛍光レポーターと適合するドナー蛍光色素分子を含むことができ、それにより、このドナー蛍光色素分子は、特定の状況下でエネルギー伝達により蛍光レポーターの蛍光シグナルを可能にすることができる。さらに、検出系は、コントローラーオリゴヌクレオチドを含むことができ、そのようなコントローラーオリゴヌクレオチドは、蛍光レポーター又はドナー蛍光色素分子又は蛍光クエンチャーのいずれかを含む。
Specific Embodiments of the Detection System The detection system comprises at least one fluorescent reporter (reporter) and at least one oligonucleotide probe capable of hybridizing to at least one of the primer extension products formed during amplification. In addition, the detection system can include a fluorescent quencher (called a quencher) compatible with the fluorescent reporter, whereby the quencher reduces or signals the fluorescent signal of the fluorescent reporter under certain circumstances. The strength can be reduced. In addition, the detection system can include a donor fluorescent dye molecule that is compatible with the fluorescent reporter, whereby the donor fluorescent dye molecule can enable the fluorescent signal of the fluorescent reporter by energy transfer under certain circumstances. it can. In addition, the detection system can include controller oligonucleotides, such controller oligonucleotides that include either a fluorescent reporter or donor fluorochrome molecule or a fluorescent quencher.

オリゴヌクレオチドプローブ及び/又はコントローラーオリゴヌクレオチド上の個々の要素(蛍光レポーター、蛍光クエンチャー、ドナー蛍光色素分子)の配置により、それぞれ相補的な複合体を形成するプライマー伸長産物の存在において蛍光レポーターからの蛍光シグナルの変化がもたらされる必要がある。 The arrangement of individual elements (fluorescent reporter, fluorescent quencher, donor fluorochrome molecule) on the oligonucleotide probe and / or controller oligonucleotide from the fluorescent reporter in the presence of primer extension products, each forming a complementary complex. Changes in the fluorescent signal need to be brought about.

当業者は、リアルタイムPCRのセグメントにおいて過去20年間に開発された多数のレポーター系を理解している。これらには、自己相補的なセグメントを持つプローブ、例えば、分子ビーコン、エキソヌクレアーゼ分解に基づくプローブ(いわゆるTaqmanプローブ、これはTaqポリメラーゼの5’−3’ヌクレアーゼ活性を使用して特異的に切断される)、シグナルを生成するためにFRET対で標識化され、1つの鎖に結合することができる2つのオリゴヌクレオチドを備えたプローブ系シグナル、プライマーに基づくプローブ(例えば、LUXプライマー、これは自己相補的構造が逆合成中に展開される場合にシグナルの強度を変化させる)、「Scorpion−プライマー」(プライマーで合成された鎖に相補的なセグメントを有する)などを含む。いくつかのプローブは、シグナル取得間の終点測定として使用できる(例えば、分子ビーコン)。いくつかのプローブは、PCRの反応速度を検出するために使用され、例えば、5’−3’ヌクレアーゼプローブがある。プローブ及び蛍光レポーター、蛍光クエンチャー、及びドナー蛍光色素分子の多くの異なる配置が文献で知られている。多くの蛍光レポータークエンチャー及び蛍光レポーター−ドナー蛍光色素分子(ドナー−アクセプター対又はFRET対とも呼ばれる)も知られている(「Fluorescent Energy Transfer Nucleic Acid Probes」Didenko編,2006,例えばChapter1及び2;Product Description「Flurescent Molecular Probes」,Gene Link Incより出版)。ほとんどのプローブは、PCRに基づく方法用に開発され、プライマー、プローブ、及び使用するポリメラーゼ、例えば、3’−エキソヌクレアーゼ(FEN)の特異的な配置が使用されている。 Those skilled in the art understand a number of reporter systems developed over the last two decades in the real-time PCR segment. These are specifically cleaved using probes with self-complementary segments, such as molecular beacons, probes based on exonuclease degradation (so-called Taqman probes, which use the 5'-3'nuclease activity of Taq polymerase. A probe-based signal with two oligonucleotides labeled with a FRET pair to generate a signal and capable of binding to a single strand, a primer-based probe (eg, a LUX primer, which is self-complementary). Includes "Scorpion-primers" (having segments complementary to the strands synthesized with the primers), etc., which change the intensity of the signal when the structure is developed during inverse synthesis). Some probes can be used as endpoint measurements between signal acquisitions (eg, molecular beacons). Some probes are used to detect PCR kinetics, such as the 5'-3'nuclease probe. Many different arrangements of probes and fluorescent reporters, fluorescent quenchers, and donor fluorochrome molecules are known in the literature. Many fluorescent reporter quenchers and fluorescent reporter-donor fluorescent dye molecules (also called donor-acceptor pairs or FRET pairs) are also known ("Fluorescent Energy Transfer Nucleic Acid Probes", edited by Didenko, 2006, eg, Chapters 1 and 2; Products. Publication "Fluorescence Molecular Probes", published by Gene Link Inc). Most probes have been developed for PCR-based methods and use specific arrangements of primers, probes, and polymerases used, such as 3'-exonuclease (FEN).

一般に、そのようなプローブは、増幅中に生成されたDNA断片に多かれ少なかれ特異的に結合でき、シグナルは、単独又は他の事象と組み合わせのそのような結合(例えば、ヌクレアーゼ分解又は隣接するセグメントへの別のオリゴヌクレオチドの結合)の結果として変化する。この変化は検出及び定量化可能である。 In general, such probes can bind more or less specifically to DNA fragments generated during amplification, and signals can signal to such binding (eg, nuclease degradation or adjacent segments) alone or in combination with other events. It changes as a result of the binding of another oligonucleotide. This change can be detected and quantified.

したがって、第2の増幅におけるPCRの使用により、そのような既知の技術及びプローブも使用することができる。オリゴヌクレオチドプローブの配列は、反応中に生成される増幅産物に適合される。 Therefore, by using PCR in the second amplification, such known techniques and probes can also be used. The sequence of the oligonucleotide probe is adapted to the amplification product produced during the reaction.

プローブの選択は、例えば、標的配列の特定の変異体を標的配列特異的プローブによって検出する必要があるかどうか、又は(増幅の兆候として)プライマーの消費のみを記録するかにも依存する。したがって、仕事に応じて異なるプローブ形式を選択できる。 The choice of probe also depends, for example, on whether a particular variant of the target sequence needs to be detected by a target sequence-specific probe, or whether only primer consumption is recorded (as a sign of amplification). Therefore, different probe formats can be selected depending on the job.

したがって、以下では、いくつかの実施形態に対するそのような適合の詳細について説明する。 Therefore, the details of such adaptation for some embodiments will be described below.

不均一形式
両方の増幅系の成分は第1の増幅の開始時に分離され、それにより、第1の増幅反応に対するオリゴヌクレオチドプローブ又はPCRプライマーの影響が起こることができない。逆に、第1の増幅の完了後、アリコートは第1の増幅から第2の増幅に移される。得られる第1の増幅系の反応成分の希釈液は、PCR反応で知られているプローブ構造の使用に有利である。例えば、100nmol/l未満、特に10nmol/l未満、特に1nmol/l未満、特に0.01nmol/l未満の濃度のコントローラーオリゴヌクレオチドの存在下では、形成されるプライマー伸長断片の相補的セグメントに結合するプローブは、PCR条件下でほとんど影響を受けないため、当業者に知られているプローブに基づく検出方法が使用可能である。
Non-uniform form The components of both amplification systems are separated at the beginning of the first amplification, so that the influence of oligonucleotide probes or PCR primers on the first amplification reaction cannot occur. Conversely, after the completion of the first amplification, the aliquot is transferred from the first amplification to the second amplification. The resulting diluent of the reaction components of the first amplification system is advantageous for the use of probe structures known for PCR reactions. For example, in the presence of a controller oligonucleotide at a concentration of less than 100 nmol / l, particularly less than 10 nmol / l, particularly less than 1 nmol / l, particularly less than 0.01 nmol / l, it binds to the complementary segment of the primer extension fragment formed. Since the probe is largely unaffected under PCR conditions, probe-based detection methods known to those of skill in the art can be used.

オリゴヌクレオチドプローブは、形成されるプライマー伸長産物の1つ(例えば、第3及び第4のプライマー伸長産物)に結合でき、この結合事象は、さまざまな手法(例えば、Taqmanプローブ及びTaqポリメラーゼを使用する、又は「分子ビーコン」を「対応するプライマー伸長産物の相補的セグメントに結合すること)によって検出できる。 Oligonucleotide probes can bind to one of the primer extension products formed (eg, third and fourth primer extension products), and this binding event uses a variety of techniques (eg, Taqman probe and Taq polymerase). , Or a "molecular beacon" can be detected by "binding to a complementary segment of the corresponding primer extension product).

均一形式
均一形式では、両方の増幅系の成分は、第1の増幅の開始時に同じバッチ内にあり、それにより、他の成分と相互作用し、特定のプロセスに介入することができる。特に、コントローラーオリゴヌクレオチドの有効濃度(例えば、0.01μmol/l〜10μmol/lの間)及びオリゴヌクレオチドプローブ(例えば、0.01μmol/l〜10μmol/lの間)の存在は、これらの成分間の相互作用を引き起こし、サブステップ又はこれらのステップの結果に影響を及ぼす。このため、とりわけ以下の態様を考慮する必要がある:
・ コントローラーオリゴヌクレオチドの存在は、形成されるプライマー伸長産物へのオリゴヌクレオチドプローブの結合に影響を与えることができる。これは、例えば、プローブ及びコントローラーがプライマー伸長産物に相補的なセグメントに有意な重複を含む場合である(例えば、コントローラーの第3のセグメントとオリゴヌクレオチドプローブとが第1及び/又は第3のプライマー伸長産物の同じセグメントに部分的にハイブリダイズし得る)このため、そのような重複の程度を制限することが有利である。例えば、重複を最小限に抑えることができるようにコントローラー及びプローブのセグメントの長さを調整することができる。好ましくは、形成されたプライマー伸長産物に相補的に結合する場合、配列セグメントは重複しない。
・ オリゴヌクレオチドプローブは、鎖置換が発生する場合に、必要に応じてコントローラーオリゴヌクレオチドに結合し、影響を与えることができる。これは、例えば、コントローラーオリゴヌクレオチド及びオリゴヌクレオチドプローブがそれぞれセグメントを含む場合に起こり得、これはコントローラーとプローブとの間の二本鎖複合体の形成をもたらす。このため、そのような相補的なセグメントの程度を制限することは有利である。例えば、可能な限り相補性を少なくすることができるように、コントローラー及びプローブのセグメントの長さを調整することができる。好ましくは、コントローラー及びプローブは、相補的配列セグメントを含まない。
Uniform Form In uniform form, the components of both amplification systems are in the same batch at the beginning of the first amplification, which allows them to interact with other components and intervene in a particular process. In particular, the presence of effective concentrations of controller oligonucleotides (eg, between 0.01 μmol / l-10 μmol / l) and oligonucleotide probes (eg, between 0.01 μmol / l-10 μmol / l) is between these components. Causes the interaction of substeps or affects the outcome of these steps. For this reason, the following aspects need to be considered in particular:
The presence of the controller oligonucleotide can affect the binding of the oligonucleotide probe to the primer extension product formed. This is the case, for example, when the probe and controller contain significant overlap in a segment complementary to the primer extension product (eg, the third segment of the controller and the oligonucleotide probe are the first and / or third primers. Therefore, it is advantageous to limit the degree of such duplication (which can partially hybridize to the same segment of the elongation product). For example, the length of the controller and probe segments can be adjusted to minimize duplication. Preferably, the sequence segments do not overlap when complementarily bound to the formed primer extension product.
• Oligonucleotide probes can bind and influence controller oligonucleotides as needed when strand substitutions occur. This can occur, for example, when the controller oligonucleotide and the oligonucleotide probe each contain a segment, which results in the formation of a double-stranded complex between the controller and the probe. Therefore, it is advantageous to limit the degree of such complementary segments. For example, the length of the controller and probe segments can be adjusted to reduce complementarity as much as possible. Preferably, the controller and probe do not contain complementary sequence segments.

このような理由から、例えば、第1又は第3のプライマー伸長産物の3’セグメントに選択的にハイブリダイズするように、均一形式ではオリゴヌクレオチドプローブを設計することが有利である。これらのセグメントは、コントローラーオリゴヌクレオチドにハイブリダイズされない。 For this reason, it is advantageous to design oligonucleotide probes in uniform form, for example, to selectively hybridize to the 3'segment of the first or third primer extension product. These segments do not hybridize to controller oligonucleotides.

本発明の別の本質的な態様は、第1の増幅から第2の増幅に切り替える場合の可能なポリメラーゼの変化である:第1のポリメラーゼは不活性化でき、第2のポリメラーゼは活性化できる。これは、例えば、第2の増幅中に5’−3ヌクレアーゼ感受性プローブ(「Taqmanプローブ」)の使用を可能にする:第1の増幅では、例えば、Bstポリメラーゼの大きな断片が好ましい。この断片はTaqmanプローブを切断できない。第2の増幅の開始時に、Bstポリメラーゼの大きな断片が不活性化され、Taqポリメラーゼ(例えば、ホットスタートポリメラーゼとして使用される)が活性化される。これは、5’−3’ヌクレアーゼ感受性プローブの使用を可能にする。 Another essential aspect of the invention is the possible change of the polymerase when switching from the first amplification to the second amplification: the first polymerase can be inactivated and the second polymerase can be activated. .. This allows, for example, the use of a 5'-3 nuclease-sensitive probe ("Taqman probe") during the second amplification: for the first amplification, for example, a large fragment of Bst polymerase is preferred. This fragment cannot cut the Taqman probe. At the start of the second amplification, a large fragment of Bst polymerase is inactivated and Taq polymerase (eg, used as a hot start polymerase) is activated. This allows the use of 5'-3'nuclease sensitive probes.

蛍光レポーター及び/又はドナー蛍光色素分子及び/又は蛍光クエンチャーの間で選択される一群に応じて、この変化は、蛍光レポーターのシグナル強度の増加又は減少を導くことができる。この変化は、反応中又は満了後に、既知の適切な手段(例えば、StepOne−PCR又はLightcycler又はRotorgeneなどのリアルタイムPCR装置で、製造元の指示を参照して)で検出できる。シグナル変化を検出することで、反応の経過、例えば、シグナルの振幅、速度論、時間又はシグナル出現の濃度依存性について引き出される結論を出すことができる。複数の標的配列が使用される場合、複数の反応を並行して観察できるように、マルチプレックス分析は異なるスペクトルプロパティによって適宜コード化できる。 Depending on the group selected between the fluorescent reporter and / or the donor fluorochrome molecule and / or the fluorescent quencher, this change can lead to an increase or decrease in the signal intensity of the fluorescent reporter. This change can be detected during or after the reaction by known appropriate means (eg, with a real-time PCR device such as StepOne-PCR or Lightcycler or Rotorgene, with reference to the manufacturer's instructions). By detecting signal changes, it is possible to draw conclusions about the course of the reaction, eg, signal amplitude, kinetics, time or concentration dependence of signal appearance. When multiple target sequences are used, multiplex analysis can be appropriately encoded by different spectral properties so that multiple reactions can be observed in parallel.

本発明は、反応の進行の検出に特に有利なオリゴヌクレオチドプローブの様々な実施形態を記載する。 The present invention describes various embodiments of oligonucleotide probes that are particularly advantageous in detecting the progress of a reaction.

オリゴヌクレオチドプローブは、好ましくはDNAヌクレオチドから構成されるオリゴヌクレオチドである。DNA以外の実施形態では、このオリゴヌクレオチドは、他のヌクレオチドモノマー、例えば、RNA又はヌクレオチド修飾体(例えば、PTO、LNA、2’−O−Meなどの糖リン酸骨格修飾を有する)から構成され得る。別の実施形態では、このオリゴヌクレオチド試料は、DNA及び非DNA要素(例えば、RNA、PTO LNA)の両方を含む混合ポリマーである。前記オリゴヌクレオチドプローブは、他のオリゴヌクレオチド修飾、例えば、リンカー又はスペーサー(C3、HEG、脱塩基モノマー、例えばTHF修飾など)を含み得る。 The oligonucleotide probe is preferably an oligonucleotide composed of DNA nucleotides. In embodiments other than DNA, the oligonucleotide is composed of other nucleotide monomers, such as RNA or nucleotide modifiers (eg, having glycophosphate backbone modifications such as PTO, LNA, 2'-O-Me). obtain. In another embodiment, the oligonucleotide sample is a mixed polymer containing both DNA and non-DNA elements (eg, RNA, PTO LNA). The oligonucleotide probe may include other oligonucleotide modifications, such as linkers or spacers (C3, HEG, debasement monomers, such as THF modifications, etc.).

オリゴヌクレオチドプローブの塩基組成は、ハイブリダイゼーション条件下で天然の核酸塩基(A、C、T、G)と相補的な結合を形成できる塩基を含むことが好ましい。さらなる実施形態では、このプローブはまた、例えば、ユニバーサル塩基(例えば、イノシン、5−ニトロ−インドール)を含む修飾を含む。このプローブは、オリゴヌクレオチドの結合挙動に影響を与えるさらなる修飾、例えば、MGB修飾を含むことができる。 The base composition of the oligonucleotide probe preferably contains a base capable of forming a complementary bond with a naturally occurring nucleobase (A, C, T, G) under hybridization conditions. In a further embodiment, the probe also comprises a modification comprising, for example, a universal base (eg, inosin, 5-nitro-indole). The probe can include additional modifications that affect the binding behavior of the oligonucleotide, such as the MGB modification.

オリゴヌクレオチドプローブの長さは、好ましくは8〜80ヌクレオチド、特に12〜80ヌクレオチド、特に12〜50ヌクレオチド、特に12〜35ヌクレオチドの間である。オリゴヌクレオチドプローブは通常、形成された生成物の少なくとも1つに相補的に結合できるセグメントを含む。一実施形態では、オリゴヌクレオチドプローブは、形成されたプライマー伸長産物の1つに相補的に結合することができない少なくとも1つのさらなるセグメントを含む。 The length of the oligonucleotide probe is preferably between 8-80 nucleotides, especially 12-80 nucleotides, especially 12-50 nucleotides, especially 12-35 nucleotides. Oligonucleotide probes usually contain segments that can complementarily bind to at least one of the formed products. In one embodiment, the oligonucleotide probe comprises at least one additional segment that cannot complementarily bind to one of the formed primer extension products.

プローブは、増幅系の他の成分との関係で異なって配置することができる。それにより、特定の実施形態が好ましい。 The probe can be arranged differently in relation to the other components of the amplification system. Thereby, certain embodiments are preferred.

一実施形態では、オリゴヌクレオチドプローブは、形成されるプライマー伸長産物の少なくとも1つ(P1.1−Ext、P2.1−Ext、P3.1−Ext、P4.1−Ext)に本質的に相補的な配列セグメントを含み、これは、適切な条件下で、形成されたプライマー伸長産物の少なくとも1つにハイブリダイズすることができる(ハイブリダイゼーション条件)。さらなる実施形態では、配列セグメントは、第1及び/又は第3のプライマー伸長産物に相補的である。さらなる実施形態では、この配列セグメントは、第1及び/又は第3のプライマー伸長産物に相補的であり、オリゴヌクレオチドプローブは、コントローラーオリゴヌクレオチドにより相補的に結合されないそれぞれのプライマー伸長産物の3’セグメントに相補的に結合できる。さらなる実施形態では、この配列セグメントは、第2及び/又は第4のプライマー伸長産物に相補的である。さらなる実施形態では、オリゴヌクレオチドプローブのこの配列セグメントは、10ヌクレオチド〜50ヌクレオチド、特に15〜40、特に15〜30のヌクレオチドの間の範囲の長さを含む。さらなる実施形態では、オリゴヌクレオチドプローブのこの配列セグメントは、コントローラーオリゴヌクレオチドに本質的に相補的である配列領域を含まない。さらなる実施形態では、オリゴヌクレオチドプローブ配列の前記セグメントは、コントローラーオリゴヌクレオチドに本質的に相補的な配列領域を含み、前記セグメントの長さは、20ヌクレオチド未満、特に15ヌクレオチド未満、特に10ヌクレオチド未満、特に5ヌクレオチド未満である。 In one embodiment, the oligonucleotide probe is essentially complementary to at least one of the primer extension products formed (P1.1-Ext, P2.1-Ext, P3.1-Ext, P4.1-Ext). Sequence segment, which can hybridize to at least one of the formed primer extension products under appropriate conditions (hybridization conditions). In a further embodiment, the sequence segment is complementary to the first and / or third primer extension products. In a further embodiment, this sequence segment is complementary to the first and / or third primer extension products, and the oligonucleotide probe is a 3'segment of each primer extension product that is not complementaryly bound by the controller oligonucleotide. Can be complementary to. In a further embodiment, this sequence segment is complementary to the second and / or fourth primer extension products. In a further embodiment, this sequence segment of the oligonucleotide probe comprises a length ranging from 10 nucleotides to 50 nucleotides, particularly between 15-40, especially 15-30 nucleotides. In a further embodiment, this sequence segment of the oligonucleotide probe does not contain a sequence region that is essentially complementary to the controller oligonucleotide. In a further embodiment, the segment of the oligonucleotide probe sequence comprises a sequence region that is essentially complementary to the controller oligonucleotide, and the length of the segment is less than 20 nucleotides, particularly less than 15 nucleotides, particularly less than 10 nucleotides. Especially less than 5 nucleotides.

さらなる実施形態では、オリゴヌクレオチドプローブのこの配列セグメントは、オリゴヌクレオチドプライマーの1つに本質的に相補的な配列領域を含まない。さらなる実施形態では、オリゴヌクレオチドプローブ配列の前記セグメントは、オリゴヌクレオチドプライマーの1つに本質的に相補的な配列領域を含み、前記セグメントの長さは、20ヌクレオチド未満、特に15ヌクレオチド未満、特に10ヌクレオチド未満、特に5ヌクレオチド未満である。 In a further embodiment, this sequence segment of the oligonucleotide probe does not contain a sequence region that is essentially complementary to one of the oligonucleotide primers. In a further embodiment, said segment of the oligonucleotide probe sequence comprises a sequence region that is essentially complementary to one of the oligonucleotide primers, and the length of the segment is less than 20 nucleotides, particularly less than 15 nucleotides, particularly 10 Less than nucleotides, especially less than 5 nucleotides.

さらなる実施形態では、オリゴヌクレオチドプローブのこの配列セグメントは、コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域の配列と本質的に同一である配列領域を含まない。さらなる実施形態では、オリゴヌクレオチドプローブ配列の前記領域は、コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域の配列と本質的に同一である配列領域を含み、前記セグメントの長さは、20ヌクレオチド未満、特に15ヌクレオチド未満、特に10ヌクレオチド未満、特に5ヌクレオチド未満である。 In a further embodiment, this sequence segment of the oligonucleotide probe does not contain a sequence region that is essentially identical to the sequence of the third region of the controller oligonucleotide. In a further embodiment, the region of the oligonucleotide probe sequence comprises a sequence region that is essentially identical to the sequence of the third region of the controller oligonucleotide, and the segment length is less than 20 nucleotides, particularly 15 nucleotides. Less than, especially less than 10 nucleotides, especially less than 5 nucleotides.

一実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドは、以下の成分(蛍光レポーター及び/又は蛍光クエンチャー及び/又はドナー蛍光色素分子)の1つを含み、これらの成分の少なくとも1つは、コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域に位置する。 In one embodiment, the controller oligonucleotide comprises one of the following components (fluorescent reporter and / or fluorescent quencher and / or donor fluorescent dye molecule), at least one of these components being the first of the controller oligonucleotide. It is located in the area of 3.

一実施形態では、オリゴヌクレオチドプローブは、5’−3’ヌクレアーゼによって少なくとも部分的に切断可能である。一実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドは、少なくともその5’セグメント(コントローラの第3の領域)において5’−3’ヌクレアーゼによって切断可能である。 In one embodiment, the oligonucleotide probe is at least partially cleaved by a 5'-3'nuclease. In one embodiment, the controller oligonucleotide is cleaved by a 5'-3'nuclease at least in its 5'segment (third region of the controller).

さらなる実施形態では、オリゴヌクレオチドプローブは、標的配列に本質的に相補的な配列セグメント又は増幅産物の1つに含まれるそのセグメントを含み、前記セグメントの長さは、5〜50ヌクレオチド、特に10〜40ヌクレオチド、特に15〜30ヌクレオチドの間の範囲である。 In a further embodiment, the oligonucleotide probe comprises a sequence segment that is essentially complementary to the target sequence or that segment contained in one of the amplification products, said segment length of 5 to 50 nucleotides, particularly 10 to 10 nucleotides. It ranges from 40 nucleotides, especially between 15 and 30 nucleotides.

さらなる実施形態では、オリゴヌクレオチドプローブは、標的配列又はその相補鎖に本質的に相補的な配列セグメントを含まない。例えば、次のことがあり得る: In a further embodiment, the oligonucleotide probe does not contain a sequence segment that is essentially complementary to the target sequence or its complementary strand. For example:

一実施形態では、オリゴヌクレオチドプローブの3’末端は、修飾、例えば、蛍光色素分子又はクエンチャー又はドナーにより、又はポリメラーゼがプライマーとしてオリゴヌクレオチドを使用するのを妨げる別の修飾(例えば、リン酸残基又はC3リンカー又はジデオキシヌクレオチド修飾)によりブロックされる。 In one embodiment, the 3'end of the oligonucleotide probe is modified, eg, by a fluorescent dye molecule or quencher or donor, or another modification that prevents the polymerase from using the oligonucleotide as a primer (eg, phosphate residue). Blocked by groups or C3 linkers or dideoxynucleotide modifications).

さらなる実施形態では、オリゴヌクレオチドプローブの3’末端は自由であり、第1のプライマー伸長産物と相補的に結合でき、ポリメラーゼによる合成を開始することができる。これは、オリゴヌクレオチドプローブがプライマーのように伸長されることを可能にし、プローブ伸長産物の形成をもたらす。 In a further embodiment, the 3'end of the oligonucleotide probe is free and can complementarily bind to the first primer extension product to initiate synthesis by the polymerase. This allows the oligonucleotide probe to be extended like a primer, resulting in the formation of a probe extension product.

一実施形態では、プローブの配列組成は、プライマーの配列組成に対応する。 In one embodiment, the sequence composition of the probe corresponds to the sequence composition of the primer.

蛍光レポーター、蛍光クエンチャー又はドナー蛍光色素分子の位置は、オリゴヌクレオチドプローブの実施形態に応じて異なり得る。前記要素は、オリゴヌクレオチドプローブのそれぞれの末端のいずれか1つ又は中央領域のいずれかに共有結合することができる。多くのそのような修飾は当業者に知られており、例えば、ヌクレオチドの3’末端又は5’末端へのFAMレポーターの結合、又はプローブの中央又は内側の配列セグメントにおけるプローブの結合のためのdT−BHQ1又はdT−FAM又はdT−TMR修飾の使用である。そのような修飾オリゴヌクレオチドプローブは、商業的供給業者(例えば、Sigma−Aldrich、Eurofins、IDT、Eurogentec、Thermofisher Scientific)から入手できる。 The location of the fluorescent reporter, fluorescent quencher or donor fluorescent dye molecule can vary depending on the embodiment of the oligonucleotide probe. The element can be covalently attached to either one of the respective ends of the oligonucleotide probe or to any of the central regions. Many such modifications are known to those of skill in the art, for example, dT for binding the FAM reporter to the 3'or 5'end of the nucleotide, or for binding the probe in the central or inner sequence segment of the probe. Use of -BHQ1 or dT-FAM or dT-TMR modifications. Such modified oligonucleotide probes are available from commercial suppliers (eg, Sigma-Aldrich, Eurofins, IDT, Eurogentec, Thermo Fisher Scientific).

例えば、オリゴヌクレオチドプローブは、検出ステップの適切な反応条件下での増幅中に形成される第3又は第4のプライマー伸長産物に本質的に相補的に結合できる少なくとも1つの配列セグメントを含む。このプロセスでは、オリゴヌクレオチドプローブは、例えば、合成された第3のプライマー伸長産物の一本鎖3’セグメント又は合成された第4のプライマー伸長産物の5’セグメントに相補的に結合される。そのようなプローブは、コントローラーと同一である、又はコントローラーに相補的であるいずれの配列セグメントも含まない。したがって、プライマー伸長産物及びオリゴヌクレオチドプローブを含む複合体が生成される。合成された第3のプライマー伸長産物へのオリゴヌクレオチドプローブ及びコントローラーオリゴヌクレオチドの結合は、好ましくは配列特異的である。第1のプライマー伸長産物の3’セグメントに相補的なこの配列セグメントの長さは、例えば、8〜80ヌクレオチド、特に12〜80ヌクレオチド、特に12〜50ヌクレオチド、特に12〜35ヌクレオチド、特に15〜25ヌクレオチドの間の範囲である。 For example, an oligonucleotide probe comprises at least one sequence segment capable of binding essentially complementaryly to a third or fourth primer extension product formed during amplification under the appropriate reaction conditions of the detection step. In this process, the oligonucleotide probe is complementarily attached, for example, to the single-stranded 3'segment of the synthesized third primer extension product or the 5'segment of the synthesized fourth primer extension product. Such probes do not contain any sequence segment that is identical to or complementary to the controller. Therefore, a complex containing a primer extension product and an oligonucleotide probe is produced. Binding of the oligonucleotide probe and controller oligonucleotide to the synthesized third primer extension product is preferably sequence-specific. The length of this sequence segment, which is complementary to the 3'segment of the first primer extension product, is, for example, 8-80 nucleotides, especially 12-80 nucleotides, especially 12-50 nucleotides, especially 12-35 nucleotides, especially 15-35. The range is between 25 nucleotides.

オリゴヌクレオチドプローブ又はコントローラーオリゴヌクレオチドのいずれかに結合した少なくとも1つの蛍光レポーターを含む検出系は、オリゴヌクレオチドプローブの相補配列への結合に応じて、蛍光レポーターのシグナル生成又はシグナル強度を変化させることができる。検出系の実施形態に応じて、この変化は、シグナルの生成又は増加又は減少をもたらし得る。 A detection system containing at least one fluorescent reporter bound to either the oligonucleotide probe or the controller oligonucleotide may alter the signal generation or signal intensity of the fluorescent reporter depending on the binding of the oligonucleotide probe to the complementary sequence. it can. Depending on the embodiment of the detection system, this change can result in the generation or increase or decrease of signals.

増幅中、第3及び第4のプライマー伸長産物は、第3のプライマー伸長産物の3セグメント及び第4のプライマー伸長産物の対応する断片が一本鎖の形で存在するように分離される。オリゴヌクレオチドプローブは、第3のプライマー伸長産物の3’セグメント又は第4のプライマー伸長産物の5’セグメントに、反応中又はその完了後にのみ結合できる。 During amplification, the third and fourth primer extension products are separated such that the three segments of the third primer extension product and the corresponding fragments of the fourth primer extension product are present in a single strand form. The oligonucleotide probe can bind to the 3'segment of the third primer extension product or the 5'segment of the fourth primer extension product only during or after the reaction.

結合は本質的に配列特異的であるが、完全な相補性からの相違に耐性であることも可能である。 The binding is sequence-specific in nature, but it can also be resistant to differences from full complementarity.

オリゴヌクレオチドプローブの結合は、好ましくは増幅を妨げない。プローブの濃度及びその長さは、十分な量のプライマーがプライマー伸長産物の合成を開始できるように調整される。 Binding of oligonucleotide probes preferably does not interfere with amplification. The concentration of the probe and its length are adjusted so that a sufficient amount of primer can initiate the synthesis of primer extension products.

反応が進むと、十分な量のプライマー伸長産物が形成され、オリゴヌクレオチドプローブも十分に結合して、検出可能なシグナル変化をもたらすことができる。 As the reaction proceeds, a sufficient amount of primer extension product is formed and the oligonucleotide probe can also bind well to result in a detectable signal change.

少なくとも1つの蛍光レポーターを含む適切な検出系は、一実施形態では、蛍光レポーターと合致する少なくとも1つの蛍光クエンチャーをさらに含む。これにより、蛍光クエンチャー(クエンチャーとしても知られている)は、接触クエンチャー又はFRETクエンチャーとしての機能を果たすことができる。適切な例は文献(「Fluorescent Energy Transfer Nucleic Acid Probes」Didenko編,2006,例えばChapter1及び2;Product Description「Flurescent Molecular Probes」,Gene Link Incにより出版)で知られる。例えば、蛍光レポーターはフルオレセイン(FAM)であり得、適切な蛍光クエンチャーはBHQ−1又はBHQ−2又はTAMRAであり得る。一実施形態では、グアノシン核酸塩基は、(例えば、レポーターとしてのFAMと組み合わせて)クエンチャーとして作用することができる。蛍光レポーターが適切な光波長で励起されると、クエンチャーの不在下では蛍光シグナルが発せられる。ただし、蛍光レポーターと適切なクエンチャーとが近接している場合、蛍光レポーターの強度は低下する。蛍光レポーターとクエンチャーとの距離/分離が大きくなると、シグナル強度が増加する。 A suitable detection system that includes at least one fluorescent reporter, in one embodiment, further comprises at least one fluorescent quencher that matches the fluorescent reporter. This allows the fluorescent quencher (also known as the quencher) to function as a contact quencher or a FRET quencher. Suitable examples are from the literature ("Fluorescent Energy Nucleic Acid Probes" edited by Didenko, 2006, eg Chapters 1 and 2; Product Description "Flurescent Molecular Probes", published by GeneLink. For example, the fluorescence reporter can be fluorescein (FAM) and a suitable fluorescence quencher can be BHQ-1 or BHQ-2 or TAMRA. In one embodiment, the guanosine nucleobase can act as a quencher (eg, in combination with FAM as a reporter). When the fluorescence reporter is excited at the appropriate wavelength of light, a fluorescence signal is emitted in the absence of the quencher. However, if the fluorescent reporter is in close proximity to a suitable quencher, the intensity of the fluorescent reporter will be reduced. As the distance / separation between the fluorescent reporter and the quencher increases, the signal intensity increases.

少なくとも1つの蛍光レポーターを含むさらなる適切な検出系は、一実施形態では、FRET対が形成されるように蛍光レポーターと合致する少なくとも1つのドナー蛍光色素分子(ドナーとも呼ばれる)をさらに含む。適切な例は文献(「Fluorescent Energy Transfer Nucleic Acid Probes」Didenko編,2006,例えばChapter1及び2;Product Description「Flurescent Molecular Probes」,Gene Link Incにより出版)で知られる。FRET対は通常、ドナーとアクセプターとを含む(通常、レポーターはアクセプターとして機能する)。例えば、蛍光レポーターはテトラメチルロダミン(TAMRA)であり得、FRET対の適切な相手はFAM(ドナー)であり得、別の例はFAM(ドナー)及びCy3(アクセプター又はレポーターとして)であり得る。空間的に近接している場合、ドナー(FAMなど)の励起によりエネルギーがレポーター(TAMRA又はCy3)へ転移されることを引き起こし、そのため、レポーター自体が電磁放射(検出可能な光シグナル又は蛍光シグナル)としてエネルギーを放出できるようになる。レポーターのこの蛍光シグナルは、適切な手段で検出することができる。レポーターとドナー蛍光色素分子との空間的分離が増加すると、シグナルは徐々に減少し、通常は50ヌクレオチド(2本鎖の50ヌクレオチドとして測定)を超える距離からもはや測定可能に検出できなくなる。 Further suitable detection systems that include at least one fluorescent reporter further include, in one embodiment, at least one donor fluorescent dye molecule (also referred to as a donor) that matches the fluorescent reporter so that a FRET pair is formed. Suitable examples are from the literature ("Fluorescent Energy Nucleic Acid Probes" edited by Didenko, 2006, eg Chapters 1 and 2; Product Description "Flurescent Molecular Probes", published by GeneLink. A FRET pair usually includes a donor and an acceptor (usually the reporter acts as an acceptor). For example, the fluorescent reporter can be tetramethylrodamine (TAMRA), the appropriate counterpart of the FRET pair can be FAM (donor), another example can be FAM (donor) and Cy3 (as acceptor or reporter). .. In spatial proximity, excitation of a donor (such as FAM) causes energy to be transferred to a reporter (TAMRA or Cy3), so that the reporter itself emits electromagnetic radiation (detectable optical or fluorescent signal). You will be able to release energy as. This fluorescent signal of the reporter can be detected by appropriate means. As the spatial separation between the reporter and the donor fluorochrome increases, the signal gradually diminishes and is no longer measurable and detectable from distances usually greater than 50 nucleotides (measured as double-stranded 50 nucleotides).

オリゴヌクレオチドプローブ及び/又はコントローラーオリゴヌクレオチド上で検出系の個々の要素を適切に配置することにより、シグナルの増加又はシグナルの減少により、これらの成分の第1のプライマー伸長産物への結合事象を検出することが可能である。 Proper placement of individual elements of the detection system on oligonucleotide probes and / or controller oligonucleotides to detect binding events of these components to the first primer extension product by increasing or decreasing signals. It is possible to do.

そのような検出は、増幅中に(例えば、オンライン検出として)、又は適切な時間間隔で、又は反応の終わりのみのいずれかで行うことができる。 Such detection can be performed either during amplification (eg, as online detection), at appropriate time intervals, or only at the end of the reaction.

蛍光シグナルは、1つの検出ステップで取得される。この方法の検出ステップでは、オリゴヌクレオチドプローブが第1のプライマー伸長産物(P1−Ext)の3’セグメントに相補的に結合しているか否かを確認する必要がある。したがって、検出ステップでは、プローブが本質的に相補的な様式で第1のプライマー伸長産物の3’セグメントに結合できるように、反応温度が調整される。前記温度は、増幅中の温度のうちの1つに対応することができる、又は増幅の温度ステップとは別のステップを表すことができる。 The fluorescent signal is acquired in one detection step. In the detection step of this method, it is necessary to confirm whether the oligonucleotide probe is complementarily bound to the 3'segment of the first primer extension product (P1-Ext). Therefore, in the detection step, the reaction temperature is adjusted so that the probe can bind to the 3'segment of the first primer extension product in an essentially complementary manner. The temperature can correspond to one of the temperatures during amplification, or can represent a step separate from the temperature step of amplification.

前記ステップの間、反応は、適切な波長の光を使用する光源によって励起することができる。検出系の設計に応じて、波長は蛍光レポーター又はドナー蛍光色素分子の吸収スペクトルに適合される。オリゴヌクレオチドプローブが合成された第1のプライマー伸長産物の3’末端に結合できる場合、蛍光レポーターからのシグナルが期待され得る。前記シグナルは、波長の固有のスペクトルを有し、適切な検出系によって検出及び定量化することができる。現在のリアルタイムPCRデバイスは通常、励起用の光源とレポーターの蛍光を検出するための検出系の両方、及び反応バッチ用の温度制御コンテナーを含む。StepOne、LightCycler、RotorGeneなどのリアルタイムPCRデバイスが良い例である。 During the steps, the reaction can be excited by a light source that uses light of the appropriate wavelength. Depending on the design of the detection system, the wavelength is adapted to the absorption spectrum of the fluorescent reporter or donor fluorochrome molecule. A signal from the fluorescent reporter can be expected if the oligonucleotide probe can bind to the 3'end of the first primer extension product synthesized. The signal has a unique spectrum of wavelengths and can be detected and quantified by an appropriate detection system. Current real-time PCR devices typically include both a light source for excitation and a detection system for detecting the fluorescence of the reporter, and a temperature control container for the reaction batch. Real-time PCR devices such as StepOne, LightCycler, and RotorGene are good examples.

この検出は、反応中に存在する1つ又は複数の開始核酸鎖を定量化するために使用され得る。さらに、この検出を使用して、反応の開始時の開始核酸鎖の利用性を検出することができる。さらに、検出系は、内部増幅対照と組み合わせて使用できる。 This detection can be used to quantify one or more starting nucleic acid strands present in the reaction. In addition, this detection can be used to detect the availability of the starting nucleic acid chain at the onset of the reaction. In addition, the detection system can be used in combination with an internal amplification control.

さらなる実施形態では、2つ以上の核酸鎖は、増幅バッチにおいて特異的に増幅され得る。例えば、特異的な第1のプライマー及び/又は特異的なコントローラーオリゴヌクレオチド及び/又は特異的な第2のプライマーの組み合わせを使用することができる。例えば、標的配列及び内部増幅対照は1つのバッチで増幅される。したがって、個々の核酸鎖の検出を、それらの増幅中に別々にかつ独立して行うことが有利である。 In a further embodiment, the two or more nucleic acid chains can be specifically amplified in the amplification batch. For example, a combination of a specific first primer and / or a specific controller oligonucleotide and / or a specific second primer can be used. For example, the target sequence and internal amplification control are amplified in one batch. Therefore, it is advantageous to detect individual nucleic acid chains separately and independently during their amplification.

一実施形態では、特異的な検出系がそれぞれの場合に使用され、それにより、核酸鎖の増幅のモニタリングは、それぞれの場合に特異的な検出系によって実行される。蛍光レポーターからの特異的なシグナルは同時に検出され得る。好ましくは、蛍光レポーターのスペクトル特性は、特徴的な波長でそれぞれの蛍光シグナルを検出することによって行うことができる程度で異なる。例えば、2つ又は3つ又は4つの蛍光レポーターを使用することができる。蛍光シグナルのそれぞれの特異的な波長は、好ましくは、蛍光スペクトルの最大強度(蛍光ピーク)で測定して、約10nm超、特に約20nm超、特に約30nm超である。このような組み合わせが知られている。例えば、FAM及び/又はCy3及び/又はCy5又はFAM及び/又はHEX及び/又はROXを含む組み合わせが適切である。それぞれのクエンチャーは、好ましくは、クエンチャーによるシグナル減少が高い効率を有するように、各蛍光レポーターに対して特異的に選択される。例えば、FAM/BHQ−1及びHEX/BHQ−2又はFAM/BHQ−1及びCy5/BHQ−2の組み合わせが使用される。 In one embodiment, a specific detection system is used in each case, whereby monitoring of nucleic acid chain amplification is performed by the specific detection system in each case. Specific signals from the fluorescent reporter can be detected at the same time. Preferably, the spectral properties of the fluorescence reporter differ to the extent that they can be achieved by detecting each fluorescence signal at a characteristic wavelength. For example, two or three or four fluorescent reporters can be used. Each specific wavelength of the fluorescence signal is preferably greater than about 10 nm, particularly greater than about 20 nm, particularly greater than about 30 nm, as measured by the maximum intensity (fluorescence peak) of the fluorescence spectrum. Such combinations are known. For example, a combination containing FAM and / or Cy3 and / or Cy5 or FAM and / or HEX and / or ROX is appropriate. Each quencher is preferably specifically selected for each fluorescence reporter so that signal reduction by the quencher has high efficiency. For example, a combination of FAM / BHQ-1 and HEX / BHQ-2 or FAM / BHQ-1 and Cy5 / BHQ-2 is used.

さらなる実施形態では、異なる核酸鎖の群の増幅のモニタリングを可能にする検出系を使用することができる。前記群は、増幅される2つ以上の核酸鎖を含むことができる。検出系の成分はそれに応じて調整される。一実施形態では、増幅されるべき異なる核酸鎖のそのような群は、例えば、検出ステップの反応条件下でオリゴヌクレオチドプローブの相補的結合に使用されるオリゴヌクレオチドプローブに特異的な少なくとも1つの均一な配列セグメントを含む。さらなる実施形態では、増幅されるべき異なる核酸鎖のそのような群は、例えば、オリゴヌクレオチドプローブの主に相補的な結合のための少なくとも1つの配列セグメントを含み、この配列セグメントの配列組成は、この群内で異なる。これらの差異は、1〜10ヌクレオチド、好ましくは1〜3ヌクレオチドを含み得る。 In a further embodiment, a detection system can be used that allows monitoring of amplification of groups of different nucleic acid chains. The group can include two or more nucleic acid chains that are amplified. The components of the detection system are adjusted accordingly. In one embodiment, such a group of different nucleic acid chains to be amplified is, for example, at least one homogeneous specific to the oligonucleotide probe used for complementary binding of the oligonucleotide probe under the reaction conditions of the detection step. Contains array segments. In a further embodiment, such a group of different nucleic acid chains to be amplified comprises, for example, at least one sequence segment for predominantly complementary binding of the oligonucleotide probe, the sequence composition of this sequence segment. Different within this group. These differences may include 1-10 nucleotides, preferably 1-3 nucleotides.

さらなる態様及び実施形態は、本発明を限定することなく本発明を説明する以下の項目に見出される:
項目1: 核酸を増幅する方法であって、
a) 第1の標的配列M[及びMに(逆)相補的な配列M’]を含む第1の核酸ポリマーを含む試料であって、Mは、配列セグメントMPL、MS及びMPRを5’−3’方向に直近の配列に含む、前記試料を、第1の増幅ステップで次の成分:
b) 第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼ、特にDNAポリメラーゼ、並びに鋳型依存性核酸ポリメラーゼの基質(特にリボヌクレオシド三リン酸又はデオキシリボヌクレオシド三リン酸)及び適切な補因子;
c) MPLと(本質的に)同一である第1の左のオリゴヌクレオチドプライマーPL1;
d) 5’−3’方向に配列セグメントPCR及びPMRを直近に連続して含む、第1の右のオリゴヌクレオチドプライマーPR1であって、PMRは、MPRに相補的な[ハイブリダイズ]配列を有し、配列セグメントPCRはMに、[又は3’の配列Mに関してMPRの直後の配列に]結合できない、前記第1の右のオリゴヌクレオチドプライマーPR1、及び
ここで、PR1(特にPCR部位)は、PCRが第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼを活性化するための鋳型として機能できないように、修飾されたヌクレオチドビルディングブロックを含む;及び
e) 5’−3’方向に配列セグメントCSR、CPR及びCCRが直近に連続して含まれる、コントローラーオリゴヌクレオチドCRであって、CSRはMPRの5’にあるMSのセグメントと同一であり[及びPRのポリメラーゼの開始で最初に読み取られる、すなわちCSRはプライマーPR1の重合産物に結合できる]、CPRはPMRに相補的であり(かつMPRと同一であり)、かつCCRはPCRに相補的である、前記コントローラーオリゴヌクレオチドCR、
及び、ここで、CRは、CSRが、鋳型依存性核酸ポリメラーゼを活性化するための鋳型として機能できないように、CSRに修飾されたヌクレオチドビルディングブロックを含む;
と接触する、前記核酸を増幅する方法。
項目2: 配列領域PCR及びPMRに加えて、5’においてMPRに隣接する領域にて、標的配列Mに本質的に相補的な合成領域PSRを5’−3’方向に含む、第1のプライマー伸長産物PR1’が得られ、そして配列領域MPLに加えて、3’において隣接する領域の標的配列Mに本質的に同一の合成領域PSLを含む、第2のプライマー伸長産物PL1’が得られ、
そして、
− いずれかの第1の増幅ステップの反応条件が選択され、及び/又は
− PCR及びMSの長さ及び融解温度が、適用可能であれば、選択され、
その結果として、PR1’はMと二本鎖を形成でき、[PL1’はM’と二本鎖を形成できる]、[PR1’はPL1’と二本鎖を形成できる]、かつPR1’はCと二本鎖を形成でき、かつPR1’及びCの二本鎖の形成は、MとのPR1’の二本鎖の形成よりも(少なくともMPR領域で)優先される、
項目1に記載の核酸を増幅する方法。
項目3:
− いずれかの第1の増幅ステップの反応条件が選択され、及び/又は
− 適切に、PCRの長さ及び融解温度、及びMS及び/又はMPL及びMPRの位置が選択され、
その結果として、コントローラーオリゴヌクレオチドCRがない場合、第1のプライマー伸長産物PR1’は、第2のプライマー伸長産物PL1’から分離しない、
項目2に記載の核酸を増幅する方法。
項目4: 第2の増幅ステップにおいて、試料を、以下の成分:
a) 第1の2次プライマー結合領域MPL2と同一である、第2の左のオリゴヌクレオチドプライマーPL2、
b) 領域MPR2に相補的である、第2の右オリゴヌクレオチドプライマーPR2、
ここで、MPL2及びMPR2はMに含まれ、かつMPL2の3’末端[少なくとも20位置]は、MPR2の5’末端の5’に位置する(特に、MPL2はMPLと同一である及び/又はMPR2はMPRと同一である)、
と接触する、
項目1〜3のいずれか一項に記載の核酸を増幅する方法。
項目5: PL2及び/又はPR2が、それぞれMPL2と同一又はMPR2に相補的な配列部分の5’に、配列部分PCL2又はPCR2を[直接]含む、項目4に記載の方法。
項目6: 第2の鋳型依存性核酸ポリメラーゼ、特にDNAポリメラーゼ、並びに任意に鋳型依存性核酸ポリメラーゼの基質(特にリボヌクレオシド三リン酸又はデオキシリボヌクレオシド三リン酸及び適切な補因子)が、第2の増幅ステップで試料と接触する、項目1〜5のいずれか一項に記載の方法。
項目7: 修飾ヌクレオチドビルディングブロックが2’−O−アルキルリボヌクレオシドビルディングブロック、特に2’−O−メチルリボヌクレオシドビルディングブロックを含むことを特徴とする、項目1〜6のいずれか一項に記載の方法。
項目8: 第1の増幅ステップが本質的に等温で行われることを特徴とする、項目1〜7のいずれか一項に記載の方法。
項目9: MSが、20ヌクレオチド〜200ヌクレオチドの長さを有することを特徴とする、項目1〜8のいずれか一項に記載の方法。
項目10: PR1が、15ヌクレオチド〜100ヌクレオチドの範囲の長さを有することを特徴とする、項目1〜9のいずれか一項に記載の方法。
項目11: PCRが、5ヌクレオチド〜85ヌクレオチドの範囲の長さを有すること、特にPCRが、配列セグメントPMRの長さの50%〜300%の間を有することを特徴とする、項目1〜10のいずれか一項に記載の方法。
項目12: CR(コントローラーオリゴヌクレオチド)が、20ヌクレオチド〜100ヌクレオチドの範囲の長さを有することを特徴とする、項目1〜11のいずれか一項に記載の方法。
項目13: 第1の増幅及び第2の増幅が同じ反応バッチで行われることを特徴とする、項目1〜12のいずれか一項に記載の方法。
項目14: 第2の鋳型依存性核酸ポリメラーゼが、熱安定性ポリメラーゼ、特に熱安定性DNAポリメラーゼであることを特徴とする、項目1〜13のいずれか一項に記載の方法。
項目15: 第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼが、熱的に不活性化可能であること、特に第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼが、中温性ポリメラーゼであることを特徴とする、項目1〜14のいずれか一項に記載の方法。
項目16: 第2の鋳型依存性核酸ポリメラーゼ、第2の右のオリゴヌクレオチドプライマーPR2及び/又は第2の左のオリゴヌクレオチドプライマーPL2が、活性化されることが可能であり、かつ/又はコントローラーオリゴヌクレオチドCRが、非活性化されることが可能であることを特徴とする、項目1〜15のいずれか一項に記載の方法。
項目17: 第1の増幅ステップが実施された後、第2の増幅ステップの成分が試料と接触することを特徴とする、項目1〜16のいずれか一項に記載の方法。
項目18:CSR及びCPRにおいてCRが、第2の右のオリゴヌクレオチドプライマーPR2に配列を特異的に結合することができる配列領域を含むことを特徴とする、項目1〜17のいずれか一項に記載の方法。
項目19: 選択された反応条件、特に第1の増幅ステップの反応条件が、25℃〜80℃、特に50〜70℃の範囲の反応温度を含むことを特徴とする、項目1〜18のいずれか一項に記載の方法。
項目20: 項目1〜19のいずれか一項に記載の方法を実施するためのキットであって、
− 5’−3’方向に配列セグメントPCR及びPMRを直近に連続して含む、第1の右のオリゴヌクレオチドプライマーPR1であって、PMRは、真核生物又は病原性細菌、特に哺乳動物、特にヒトの標的配列のゲノム配列Mのプライマー結合部位MPRに結合することができ、5’−3’方向においてMは、配列セグメントMPL、MS及びMPRを直近に連続して含み、配列セグメントPCRは、MPRの3’に直接に位置する配列に結合できない、そして
PR1(特にPCR部位)は、PCRが第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼを活性化するための鋳型として機能できないように、修飾されたヌクレオチドビルディングブロックを含む、前記第1の右のオリゴヌクレオチドプライマーPR1;及び
− MPLと(本質的に)同一である、第1の左のオリゴヌクレオチドプライマーPL1
− 5’−3’方向に配列セグメントCSR、CPR及びCCRを直近に連続して含む、コントローラーオリゴヌクレオチドCRであって、CSRはMPRの5’にあるMSのセグメントと同一であり[かつPRのポリメラーゼの開始時に最初に読み取られる、したがってCSRはプライマーPR1の重合産物に結合でき]、CPRはPMRに相補的であり(かつMPRと同一であり)、かつCCRはPCRに相補的である、及び
ここで、CSRにおいてCRは、CSRが、鋳型依存性核酸ポリメラーゼを活性化するための鋳型として機能できないような方法で修飾されたヌクレオチドビルディングブロックを含む、前記コントローラーオリゴヌクレオチドCR;
− 第1の2次プライマー結合領域MPL2と同一である、第2の左のオリゴヌクレオチドプライマーPL2、及び
− 領域MPR2に相補的である、第2の右のオリゴヌクレオチドプライマーPR2であって、
ここで、MPL2及びMPR2は、Mに含まれ、かつMPL2の3’末端[少なくとも20位置]は、MPR2の5’末端の5’に位置する(特に、MPL2はMPLと同一である及び/又はMPR2はMPRと同一である)、前記第2の右のオリゴヌクレオチドプライマーPR2、
を含む、前記キット。
項目21: 第2の鋳型依存性核酸ポリメラーゼ、特にDNAポリメラーゼ、及び任意にDNAポリメラーゼの基質(特にリボヌクレオシド三リン酸又はデオキシリボヌクレオシド三リン酸)及び適切な補因子、特に中温性鋳型依存性ポリメラーゼ、特に5’−3’エキソヌクレアーゼ活性のない中温性鋳型依存性ポリメラーゼをさらに含む、項目20に記載のキット。
項目22: 第2の鋳型依存性核酸ポリメラーゼ、特にDNAポリメラーゼ、及び任意に鋳型依存性核酸ポリメラーゼの基質(特にリボヌクレオシド三リン酸又はデオキシリボヌクレオシド三リン酸)、及び適切な補因子、特に好熱性鋳型依存性ポリメラーゼ、特に5’−3’エキソヌクレアーゼ活性を有する好熱性鋳型依存性ポリメラーゼをさらに含む、項目20及び21のいずれか一項に記載のキット。
項目23: 核酸を増幅する方法であって、次のステップ:
a) 第1の増幅のステップであり、次のステップ:
− 第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)を、標的配列を含む増幅される核酸にハイブリダイズさせるステップであり、該第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)は以下の領域:
・ 増幅される核酸の領域に配列特異的に結合できる第1の領域であり、増幅される核酸の領域が、標的配列の少なくとも5’末端を含む、又は標的配列の5’方向に配置される、前記第1の領域;
・ 第1の領域の5’末端に隣接する、又はリンカーを介して接続される第2の領域であり、第2の領域が、コントローラーオリゴヌクレオチドによって結合されることができ、選択した反応条件下で使用されるポリメラーゼによって本質的にコピーされないままである、第2の領域
を含む、前記ステップ;、
− 第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)に加えて増幅される核酸又は標的配列に本質的に相補的である合成領域を含む、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)を得るための第1のポリメラーゼによる第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)の伸長のステップであり、第1のプライマー伸長産物及び増幅される核酸が、二本鎖として存在する、前記ステップ;
− 第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)へのコントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)の結合のステップであり、コントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)は以下の領域:
・ 第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)の第2の領域(オーバーハング)に結合できる第1の領域、
・ 第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)の第1の領域に本質的に相補的である第2の領域、及び
・ プライマー伸長産物(P1.1−Ext)の第1のセグメントの合成領域の少なくとも一部に本質的に相補的な第3の領域;及び
ここで、コントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)は、第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)のプライマー伸長の鋳型として機能せず、かつ第1のコントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)は、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)の第1及び第2の領域に結合するのと同時に、第1及び第2の領域に相補的に、増幅される核酸の領域を置換する;
を含む、前記ステップ、
− 第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)を第1のプライマー伸長産物にハイブリダイズするステップであり、第2のプライマー(P2.1)は、標的配列の少なくとも5’末端に相補的である、又はその3’方向に配置される、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)の合成領域に配列特異的に結合できる領域を含む、前記ステップ;
− 第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)に加えて、増幅される核酸又は標的配列に本質的に同一である合成領域を含む、第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)を得るための第1のポリメラーゼによる第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)の伸長のステップであり、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)及び第2のプライマー伸長産物(P2.1)が、第1の二本鎖増幅生成物を形成する、前記ステップ;
を含む、前記第1の増幅のステップ、及び
(b) 第2の増幅のステップであり、次のステップ:
−第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)を第1の増幅産物の第2のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)にハイブリダイズするステップであり、第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)が、標的配列の5’末端を少なくとも含む、又はその5’方向に配置される、第2のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)のセグメントに配列特異的に結合できる第1の領域を含む、前記ステップ;
− 第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)に加えて、第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)又は標的配列に本質的に相補的である合成領域を含む第3のプライマー伸長産物(P3.2−Ext)を得るための第2のポリメラーゼによる第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)の伸長のステップであって、第2のプライマー伸長産物(P2.1)及び第3のプライマー伸長産物(P3.1)が二本鎖として存在する、前記ステップ;
− 第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)を第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)にハイブリダイズするステップであり、第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)は、標的配列の少なくとも5’末端に相補的である、又はその3’方向に配置される、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)の合成領域に配列特異的に結合できる第1の領域を含む、前記ステップ;
− 第4のオリゴヌクレオチドプライマーに加えて、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)に本質的に相補的である、又は標的配列と同一である合成領域を含む第4のプライマー伸長産物(P4.2−Ext)を得るための、第2のポリメラーゼによる第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)の伸長のステップであり、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)及び第4プライマー伸長産物(P4.1−Ext)は二本鎖として存在する、前記ステップ;
− 第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)及び第4のプライマー伸長産物(P4.2−Ext)からの二本鎖、並びに第2のプライマー伸長産物(P2.1)及び第3のプライマー伸長産物(P3.1)からの二本鎖を分離するステップ;
− 第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)を第4のプライマー伸長産物(P4.2−Ext)にハイブリダイズし、第2のポリメラーゼによって第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)を伸長するステップ;及び
− 第4のオリゴヌクレオチドプライマーを、第3のプライマー伸長産物(P3.2−Ext)にハイブリダイズし、第2のポリメラーゼによって第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)を伸長するステップ、
を有する前記第2の増幅のステップ、
を含む、前記方法。
項目24: 第1の増幅のステップは、第1の増幅産物が10〜100,000,000,0000、特に100〜1000,000,000、特に1000〜100,000,000の範囲のコピー数で存在するまで繰り返されることを特徴とする、項目23に記載の方法。
項目25:第3のオリゴヌクレオチドプライマー及び/又は第4のオリゴヌクレオチドプライマーが、第1の領域の5’末端に隣接する、又はリンカーを介して接続される第2の領域を有し、第2の領域が、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)又は第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)に相補的に結合できないことを特徴とする、項目23又は24に記載の方法。
項目26:第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)及び第4のプライマー伸長産物(P4.2−Ext)の二本鎖の分離、並びに第2のプライマー伸長産物(P2.1)及び第3のプライマー伸長産物(P3.1)の二本鎖の分離は、熱変性によって、特に85℃〜105℃の範囲の温度で実施されることを特徴とする、項目23〜25のいずれか一項に記載の方法。
項目27: 第1のポリメラーゼ及び第2のポリメラーゼが同一であることを特徴とする、項目23〜26のいずれか一項に記載の方法。
項目28:
− 第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)及び第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)は、本質的に同一であること;及び/又は
− 第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)及び第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)は、本質的に同一であること、
を特徴とする、項目23〜27のいずれか一項に記載の方法。
項目29: 第1の増幅及び第2の増幅が、同じ反応バッチで行われることを特徴とする、項目23〜28のいずれか一項に記載の方法。
項目30: 第2のポリメラーゼ、第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.1)及び/又は第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.1)が活性化されることが可能であり、かつ/又はコントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)が非活性化されることが可能であることを特徴とする、項目29に記載の方法。
項目31: 第1の増幅が第1の反応バッチで行われ、そして第2の増幅が第2の反応バッチで行われることを特徴とする、項目23〜28のいずれか一項に記載の方法。
項目32: 第1の反応バッチのアリコート又は完全な第1の反応バッチが、第2の反応バッチに添加されることを特徴とする、項目31に記載の方法。
項目33: コントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)が、第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)に配列特異的に結合することができる第4の領域を含むことを特徴とする、項目23〜32のいずれか一項に記載の方法。
項目34: 第1の増幅が本質的に等温で行われることを特徴とする、項目23〜33のいずれか一項に記載の方法。
項目35:第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)が、第2の領域に、特に第1のオリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域の直後に1つ以上の修飾を含み、これにより、第2の領域で、第1のポリメラーゼを停止することを特徴とする、項目23〜24のいずれか一項に記載の方法。
項目36: 項目23〜35のいずれか一項に記載の方法を実施するためのキットであって、
− 第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)であり、以下の領域:
・ 増幅される核酸の領域に配列特異的に結合できる第1の領域であり、増幅される核酸の領域が、少なくとも標的配列の5’末端を含む、又はそれ自体が標的配列の5’方向に配置される、前記第1の領域;
・ 第1の領域の5’末端に近接する、又はリンカーを介して接続される第2の領域であり、第2の領域が、第1のコントローラーオリゴヌクレオチドにより結合されることができ、選択した反応条件下で増幅に使用されるポリメラーゼによって本質的にコピーされないままである、前記第2の領域;
ここで、第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)は、第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)に加えて、合成領域を含む第1のプライマー伸長産物へポリメラーゼによって伸長されることが可能である;
を有する前記第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)、
− 第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)であって、第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)は、標的配列の5’末端に少なくとも相補的である、又はその3’方向に配置される第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)の合成セグメントに配列特異的に結合できる領域を含み、そしてオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)に加えて合成セグメントを含む第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)へポリメラーゼによって伸長されることが可能である、前記第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)、
− コントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)であって、以下の領域:
・ 第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)の第2の領域に結合できる第1の領域、
・ 第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)の第1の領域に本質的に相補的である第2の領域、及び
・ プライマー伸長産物(P1.1−Ext)の第1の領域の合成領域の少なくとも一部に本質的に相補的な第3の領域;
を含み、
ここで、コントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)は、第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)のプライマー伸長の鋳型として機能せず、かつ該コントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)は、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)の第1及び第2の領域に結合すると同時に、第1及び第2の領域に相補的に増幅される核酸の領域を置換する、前記コントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1);
− 第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)であって、第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)は、標的配列の少なくとも5’末端を含む、又はその5’方向に配置される第2のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)の領域に、配列特異的に結合することができ、そして第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)に加えて合成領域を含む第3のプライマー伸長産物(P3.2−Ext)にポリメラーゼによって伸長することができる第1の領域を含む、前記第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2);及び
− 第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)であって、第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)は、標的配列の5’末端に少なくとも相補的である、又はその3’方向に配置される第1のプライマー伸長産物(P1−Ext)の合成領域に配列特異的に結合でき、そしてオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)に加えて合成領域を含む第4のプライマー伸長産物(P4.2−Ext)にポリメラーゼによって伸長されることが可能である第1の領域を含む、前記第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)、
を含む、前記キット。
項目37: 項目23〜35のいずれか一項に記載の方法を実施するための項目36に記載のキットの使用。
項目38: 核酸を増幅する方法であって、次のステップ:
a)第1の増幅のステップであり、次のステップ:
− 標的配列を含む開始核酸1.1の提供のステップ、
− 第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)を標的配列(開始核酸1.1又はP2.1−Extのいずれか)を有する増幅させる核酸にハイブリダイズさせるステップであり、第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)は以下の領域:
・ 増幅させる核酸の領域(P2.1E1)に配列特異的に結合できる第1の領域(P1.1.1)、
・ 第1の領域の5’末端に隣接する、又はリンカーを介して接続される第2の領域(P1.1.2)であり、第2の領域が、コントローラーオリゴヌクレオチドにより結合されることができ、選択した反応条件下で使用されるポリメラーゼによって本質的にコピーされないままである、前記第2の領域(P1.1.2);
を含む、前記ステップ
− 第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)に加えて、増幅される核酸又は標的配列に本質的に相補的である合成セグメント(P1.1E1からP1.1E4)を含む、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)を得るための、第1のポリメラーゼによる第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)の伸長のステップであり、第1のプライマー伸長産物及び増幅される核酸が、二本鎖として存在する、前記ステップ;
− 第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)へのコントローラーオリゴヌクレオチド(C1.2)の結合のステップであり、コントローラーオリゴヌクレオチド(C1.2)は以下の領域;
・ 第1のプライマー伸長産物(P1.1E6)の第2の領域(オーバーハング)に結合できる第1の領域(C1.2.1)、
・ 第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1.1)の第1の領域に相補的である第2の領域(C1.2.2)、及び
・ 第1のプライマー伸長産物(P1.1E4)の合成領域の少なくとも一部に本質的に相補的な第3の領域(C1.2.3);を含み、及び
ここで、コントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)は、第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)のプライマー伸長の鋳型として機能せず、かつ第1のコントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)は、第1のプライマー伸長産物(P1.1E6、P1.1E5、P1.1E4)に結合すると同時に、前記領域に増幅される核酸の相補的領域(P2.1E1,P2.1E2)を置換する、前記ステップ;
− 第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)を第1のプライマー伸長産物にハイブリダイズするステップであり、第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)は、第1のプライマー伸長産物(P1.1E1)の合成領域に配列特異的に結合できる領域(P2.1.1)を含む、前記ステップ、
− 第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)に加えて増幅される核酸又は標的配列に本質的に同一である合成領域(P2.1E4からP2.1E1)を含む、第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)を得るための第1のポリメラーゼによる第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)の伸長のステップであり、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)及び第2のプライマー伸長産物(P2.1)が、第1の二本鎖増幅生成物を形成する、前記ステップ;及び
− 所望の量の第1の増幅産物が合成されるまで、第1の増幅のステップが繰り返される必要があるステップ、
を含む、前記第1の増幅のステップ、
b)第2の増幅のステップであり、次のステップ:
− 第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)を第2及び/又は第4のプライマー伸長産物(P1.1−Ext又はP4.1−Ext)にハイブリダイズするステップであり、第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)は、第2のプライマー伸長産物(P2.1E1)及び第4のプライマー伸長産物(P4.1E2)の領域に配列を特異的に結合できる第1の領域(P3.1.1)を含む、前記ステップ、
− 第3のプライマー伸張産物に加えて、第2のプライマー伸張産物(P2.1−Ext)又は標的配列に本質的に相補的である合成領域(P3.1E5からP3.1E2又はP3.1E5からP3.1E1)を有する第3のオリゴヌクレオチドプライマー伸長産物(P3.2−Ext)を得るための第2のポリメラーゼによる第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)の伸長のステップであって、第2のプライマー伸張産物(P2.1)及び第3のプライマー伸張産物(P3.1)が二本鎖として存在する、前記ステップ;
− 第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)を第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)及び/又は第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)にハイブリダイズするステップであり、第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)は、第1のプライマー伸長産物(P1.1E1)及び第3のプライマー伸長産物(P3.1E2)の合成領域に配列特異的に結合できる第1のセグメント(P4.1.1)を含む、前記ステップ、
− 第4のオリゴヌクレオチドプライマーに加えて、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)に本質的に相補的である、又は標的配列と本質的に同一である合成領域(P4.1E5からP4.1E2又はP4.1E5からP4.1E1)を含有する第4のプライマー伸長産物(P4.2−Ext)を得るための、第2のポリメラーゼによる第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)の伸長のステップであり、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)及び第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext)は二本鎖として存在する、前記ステップ;
− 第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)及び第4のプライマー伸長産物(P4.2−Ext)の二本鎖を分離し、及び第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)及び第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)の二本鎖を分離し、及び第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext)及び第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)の二本鎖を分離するステップ;
− 第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)を第4のプライマー伸長産物(P4.2−Ext)にハイブリダイズし、第2のポリメラーゼによって第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)を伸長するステップ;及び
− 第4のオリゴヌクレオチドプライマーを、第3のプライマー伸長産物(P3.2−Ext)にハイブリダイズし、第2のポリメラーゼによって第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)を伸長するステップ、
を含む、前記第2の増幅のステップ、
を含む、前記方法。
項目39: 第1の増幅のステップは、第1の増幅産物が10〜100,000,000,0000、特に100〜1000,000,000、特に1000〜100,000,000の範囲のコピー数で存在するまで繰り返されることを特徴とする、項目38に記載の方法。
項目40: 第3のオリゴヌクレオチドプライマー及び/又は第4のオリゴヌクレオチドプライマーが、第1の領域の5’末端に隣接する第2の領域(それぞれP3.1.2又はP4.1.2)を有し、第2の領域は、第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)又は第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)に相補的に結合できないことを特徴とする、項目38又は39に記載の方法。
項目41: 第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)及び第4のプライマー伸長産物(P4.2−Ext)の二本鎖の分離、及び第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)及び第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)の二本鎖の分離、及び第4のプライマー伸長産物(P4.1−Ext)及び第3のプライマー伸長産物(P3.1−Ext)の二本鎖の分離は、特に85℃〜105℃の範囲の温度での熱変性によって実現されることを特徴とする、項目38〜40のいずれか一項に記載の方法。
項目42: 第1のポリメラーゼ及び第2のポリメラーゼが同一であることを特徴とする、項目38〜40のいずれか一項に記載の方法。
項目43:
・ 第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)及び第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)は、本質的に同一であること;及び/又は
・ 第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)及び第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.2)は、本質的に同一であること、
を特徴とする、項目38〜42のいずれか一項に記載の方法。
項目44: 第1の増幅及び第2の増幅が、同じ反応バッチで行われることを特徴とする、項目38〜40のいずれか一項に記載の方法。
項目45: 第2のポリメラーゼ、第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.1)及び/又は第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.1)が活性化されることが可能であり、及び/又はコントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)が非活性化されることが可能であることを特徴とする、項目44に記載の方法。
項目46:蛍光色素で標識された第1のオリゴヌクレオチドプローブが、第3のプライマー伸長産物に相補的に結合でき、蛍光色素のシグナルが検出されることを特徴とする、項目38〜45のいずれか一項に記載の方法。
項目47: 蛍光色素で標識された第1のオリゴヌクレオチドプローブが、第4のプライマー伸長産物に相補的に結合でき、蛍光色素のシグナルが検出されることを特徴とする、項目38〜46のいずれか一項に記載の方法。
Further embodiments and embodiments are found in the following items that describe the invention without limitation:
Item 1: A method for amplifying nucleic acid.
a) A sample containing a first nucleic acid polymer comprising a first target sequence M [and a (reverse) complementary sequence M'], where M has 5'-sequence segments MPL, MS and MPR. The sample, which is contained in the nearest sequence in the 3'direction, is added to the next component in the first amplification step:
b) First template-dependent nucleic acid polymerases, especially DNA polymerases, and substrates for template-dependent nucleic acid polymerases (particularly ribonucleoside triphosphates or deoxyribonucleoside triphosphates) and appropriate cofactors;
c) First left oligonucleotide primer PL1 that is (essentially) identical to MPL;
d) The first right oligonucleotide primer PR1, which contains the sequence segment PCR and PMR in the 5'-3'direction in the immediate vicinity, where the PMR has a [hybridizing] sequence complementary to the MPR. However, the first right oligonucleotide primer PR1, which cannot bind to M [or the sequence immediately following MPR with respect to sequence M of 3', and here PR1 (particularly the PCR site), is the sequence segment PCR. Containing a modified nucleotide building block such that PCR cannot serve as a template for activating the first template-dependent nucleic acid polymerase; and e) Sequence segments CSR, CPR and CCR in the 5'-3'direction. The most recent contiguous inclusion of the controller oligonucleotide CR, the CSR is identical to the segment of MS at 5'of the MPR [and is read first at the initiation of the polymerase of PR, ie the CSR is of primer PR1. Can bind to polymer products], CPR is complementary to PMR (and is identical to MPR), and CCR is complementary to PCR, said controller oligonucleotide CR,
And here, the CR comprises a nucleotide building block modified to the CSR so that the CSR cannot function as a template for activating the template-dependent nucleic acid polymerase;
A method of amplifying the nucleic acid in contact with.
Item 2: In addition to the sequence region PCR and PMR, a first primer comprising a synthetic region PSR essentially complementary to the target sequence M in the 5'-3'direction in the region adjacent to the MPR at 5'. An extension product PR1'is obtained, and in addition to the sequence region MPL, a second primer extension product PL1' is obtained that contains a synthetic region PSL that is essentially identical to the target sequence M in the adjacent region at 3'.
And
-The reaction conditions of any of the first amplification steps are selected and / or-the length and melting temperature of PCR and MS, if applicable, are selected.
As a result, PR1'can form a double strand with M, [PL1'can form a double strand with M'], [PR1'can form a double strand with PL1'], and PR1'is A double strand can be formed with C, and the formation of the double strand of PR1'and C takes precedence over the formation of the double strand of PR1'with M (at least in the MPR region).
The method for amplifying the nucleic acid according to item 1.
Item 3:
-The reaction conditions of any of the first amplification steps are selected and / or-appropriately, the length and melting temperature of the PCR and the positions of MS and / or MPL and MPR are selected.
As a result, in the absence of the controller oligonucleotide CR, the first primer extension product PR1'does not separate from the second primer extension product PL1'.
The method for amplifying the nucleic acid according to item 2.
Item 4: In the second amplification step, the sample is divided into the following components:
a) The second left oligonucleotide primer PL2, which is the same as the first secondary primer binding region MPL2,
b) Second right oligonucleotide primer PR2, which is complementary to region MPR2,
Here, MPL2 and MPR2 are included in M, and the 3'end [at least 20 positions] of MPL2 is located at 5'at the 5'end of MPR2 (in particular, MPL2 is identical to MPL and / or MPR2. Is the same as MPR),
Contact,
The method for amplifying the nucleic acid according to any one of items 1 to 3.
Item 5: The method of item 4, wherein PL2 and / or PR2 [directly] contain the sequence portion PCL2 or PCR2 in 5'of the sequence portion that is identical to MPL2 or complementary to MPR2, respectively.
Item 6: A second template-dependent nucleic acid polymerase, particularly a DNA polymerase, and optionally a template-dependent nucleic acid polymerase substrate (particularly ribonucleoside triphosphate or deoxyribonucleoside triphosphate and suitable cofactors) is the second. The method according to any one of items 1 to 5, wherein the sample is brought into contact with the sample in the amplification step.
Item 7: The item according to any one of items 1 to 6, wherein the modified nucleotide building block comprises a 2'-O-alkylribonucleoside building block, particularly a 2'-O-methylribonucleoside building block. Method.
Item 8: The method according to any one of items 1 to 7, wherein the first amplification step is performed essentially at an isothermal temperature.
Item 9: The method of any one of items 1-8, wherein the MS has a length of 20 to 200 nucleotides.
Item 10: The method of any one of items 1-9, wherein PR1 has a length in the range of 15 to 100 nucleotides.
Item 11: The PCR has a length in the range of 5 nucleotides to 85 nucleotides, in particular the PCR has a length between 50% and 300% of the sequence segment PMR, items 1-10. The method according to any one of the above.
Item 12: The method of any one of items 1-11, wherein the CR (controller oligonucleotide) has a length in the range of 20 to 100 nucleotides.
Item 13: The method of any one of items 1-12, wherein the first amplification and the second amplification are performed in the same reaction batch.
Item 14: The method according to any one of items 1 to 13, wherein the second template-dependent nucleic acid polymerase is a thermostable polymerase, particularly a thermostable DNA polymerase.
Item 15: Items 1-14, wherein the first template-dependent nucleic acid polymerase is thermally inactivated, particularly the first template-dependent nucleic acid polymerase is a mesophilic polymerase. The method according to any one of the above.
Item 16: A second template-dependent nucleic acid polymerase, a second right oligonucleotide primer PR2 and / or a second left oligonucleotide primer PL2 can be activated and / or a controller oligo. The method according to any one of items 1 to 15, wherein the nucleotide CR can be inactivated.
Item 17: The method according to any one of items 1 to 16, wherein the components of the second amplification step come into contact with the sample after the first amplification step has been performed.
Item 18: In any one of items 1 to 17, wherein in CSR and CPR the CR comprises a sequence region capable of specifically binding the sequence to the second right oligonucleotide primer PR2. The method described.
Item 19: Any of items 1-18, wherein the selected reaction condition, in particular the reaction condition of the first amplification step, comprises a reaction temperature in the range of 25 ° C. to 80 ° C., particularly 50-70 ° C. The method described in item 1.
Item 20: A kit for carrying out the method according to any one of items 1 to 19.
The first right oligonucleotide primer PR1, which contains the sequence segment PCR and PMR in the most recent sequence in the −5'-3'direction, where PMR is eukaryotic or pathogenic bacteria, especially mammals, in particular. The primer binding site MPR of the genome sequence M of the human target sequence can be bound, and in the 5'-3'direction, M contains the sequence segments MPL, MS and MPR in the immediate vicinity, and the sequence segment PCR is performed. A nucleotide that cannot bind to a sequence located directly at 3'of the MPR, and that PR1 (particularly the PCR site) cannot function as a template for PCR to activate the first template-dependent nucleic acid polymerase. The first left oligonucleotide primer PL1 which is (essentially) identical to the first right oligonucleotide primer PR1; and-MPL, which comprises a building block.
A controller oligonucleotide CR containing the sequence segments CSR, CPR and CCR in the most recent sequence in the −5'-3'direction, the CSR of which is identical to the segment of MS at 5'of the MPR [and of the PR. It is read first at the initiation of the polymerase, so the CSR can bind to the polymer product of primer PR1], the CPR is complementary to the PMR (and is identical to the MPR), and the CCR is complementary to the PCR. Here, in the CSR, the CR comprises the nucleotide building block modified in such a way that the CSR cannot function as a template for activating a template-dependent nucleic acid polymerase;
-The second left oligonucleotide primer PL2, which is the same as the first secondary primer binding region MPL2, and-the second right oligonucleotide primer PR2, which is complementary to the region MPR2.
Here, MPL2 and MPR2 are contained in M, and the 3'end [at least 20 positions] of MPL2 is located at 5'at the 5'end of MPR2 (in particular, MPL2 is identical to MPL and / or MPR2 is the same as MPR), said second right oligonucleotide primer PR2,
The kit comprising.
Item 21: A second template-dependent nucleic acid polymerase, in particular DNA polymerase, and optionally a DNA polymerase substrate (particularly ribonucleoside triphosphate or deoxyribonucleoside triphosphate) and suitable cofactors, in particular medium temperature template-dependent polymerase. The kit of item 20, which further comprises a medium temperature template-dependent polymerase, in particular which has no 5'-3'exonuclease activity.
Item 22: A second template-dependent nucleic acid polymerase, especially a DNA polymerase, and optionally a template-dependent nucleic acid polymerase substrate (particularly ribonucleoside triphosphate or deoxyribonucleoside triphosphate), and suitable cofactors, particularly thermophilic. The kit according to any one of items 20 and 21, further comprising a template-dependent polymerase, particularly a thermophilic template-dependent polymerase having 5'-3'exonuclease activity.
Item 23: A method of amplifying nucleic acid, the next step:
a) The first amplification step, the next step:
− The step of hybridizing the first oligonucleotide primer (P1.1) to the amplified nucleic acid containing the target sequence, the first oligonucleotide primer (P1.1) is the following region:
A first region that can be sequence-specifically bound to the region of the nucleic acid to be amplified, the region of the nucleic acid to be amplified that contains at least the 5'end of the target sequence or is located in the 5'direction of the target sequence. , Said first region;
A second region adjacent to the 5'end of the first region or connected via a linker, the second region can be bound by a controller oligonucleotide and under selected reaction conditions. The step, comprising a second region, which remains essentially uncopied by the polymerase used in.
-Obtain a first primer extension product (P1.1-Ext) containing a synthetic region that is essentially complementary to the amplified nucleic acid or target sequence in addition to the first oligonucleotide primer (P1.1). The step of extension of the first oligonucleotide primer (P1.1) by the first polymerase for the purpose, wherein the first primer extension product and the amplified nucleic acid are present as double strands;
− The step of binding the controller oligonucleotide (C1.1) to the first primer extension product (P1.1-Ext), the controller oligonucleotide (C1.1) is the following region:
A first region capable of binding to a second region (overhang) of the first primer extension product (P1.1-Ext),
A second region that is essentially complementary to the first region of the first oligonucleotide primer (P1.1), and a synthetic region of the first segment of the primer extension product (P1.1-Ext). A third region that is essentially complementary to at least a portion of; and where the controller oligonucleotide (C1.1) does not serve as a template for primer extension of the first oligonucleotide primer (P1.1). And the first controller oligonucleotide (C1.1) binds to the first and second regions of the first primer extension product (P1.1-Ext), and at the same time, the first and second regions. Complementarily to replace the amplified region of nucleic acid;
Including the above steps,
-The step of hybridizing the second oligonucleotide primer (P2.1) to the first primer extension product, where the second primer (P2.1) is complementary to at least the 5'end of the target sequence. , Or a region that is sequence-specifically capable of binding to the synthetic region of the first primer extension product (P1.1-Ext) located in the 3'direction thereof.
-In addition to the second oligonucleotide primer (P2.1), obtain a second primer extension product (P2.1-Ext) containing a synthetic region that is essentially identical to the nucleic acid or target sequence to be amplified. This is a step of extension of the second oligonucleotide primer (P2.1) by the first polymerase for the purpose, and is a first primer extension product (P1.1-Ext) and a second primer extension product (P2.1). To form the first double-stranded amplification product, said step;
The first amplification step, and (b) the second amplification step, comprising:
-A step of hybridizing the third oligonucleotide primer (P3.2) to the second primer extension product (P1.1-Ext) of the first amplification product, which is a step of hybridizing the third oligonucleotide primer (P3.2). ) Includes at least the 5'end of the target sequence, or is located in the 5'direction thereof, the first region capable of sequence-specifically binding to the segment of the second primer extension product (P1.1-Ext). Including, said step;
-In addition to the third oligonucleotide primer (P3.2), a second primer extension product (P2.1-Ext) or a third primer extension product containing a synthetic region that is essentially complementary to the target sequence. A step of extension of a third oligonucleotide primer (P3.2) by a second polymerase to obtain (P3.2-Ext), the second primer extension product (P2.1) and the third. The step in which the primer extension product (P3.1) is present as a double strand;
-A step of hybridizing the fourth oligonucleotide primer (P4.2) to the first primer extension product (P1.1-Ext), where the fourth oligonucleotide primer (P4.2) is of the target sequence. Includes a first region capable of sequence-specific binding to the synthetic region of the first primer extension product (P1.1-Ext), which is complementary to at least the 5'end or located in the 3'direction thereof. Said step;
-In addition to the fourth oligonucleotide primer, a fourth primer extension product containing a synthetic region that is essentially complementary to the first primer extension product (P1.1-Ext) or is identical to the target sequence. A step of extension of the fourth oligonucleotide primer (P4.2) by the second polymerase to obtain (P4.2-Ext), the first primer extension product (P1.1-Ext) and the first. The 4-primer extension product (P4.1-Ext) is present as a double strand, said step;
-Double strands from the first primer extension product (P1.1-Ext) and the fourth primer extension product (P4.2-Ext), and the second primer extension product (P2.1) and the third The step of separating the double strand from the primer extension product (P3.1);
-Hybrid the third oligonucleotide primer (P3.2) to the fourth primer extension product (P4.2-Ext) and extend the third oligonucleotide primer (P3.2) with the second polymerase. Steps; and-The step of hybridizing the fourth oligonucleotide primer to the third primer extension product (P3.2-Ext) and extending the fourth oligonucleotide primer (P4.2) with the second polymerase. ,
The second amplification step, which comprises:
The method described above.
Item 24: The first amplification step is the copy number of the first amplification product in the range of 10-100,000,000,000, especially 100-1,000,000,000,000, especially 1000-100,000,000. 23. The method of item 23, characterized in that it is repeated until it exists.
Item 25: A third oligonucleotide primer and / or a fourth oligonucleotide primer having a second region adjacent to the 5'end of the first region or connected via a linker, second 23 or 24, wherein the region of is not complementary to the first primer extension product (P1.1-Ext) or the second primer extension product (P2.1-Ext). Method.
Item 26: Double-strand separation of the first primer extension product (P1.1-Ext) and the fourth primer extension product (P4.2-Ext), and the second primer extension product (P2.1) and Any of items 23-25, characterized in that the double-stranded separation of the third primer extension product (P3.1) is carried out by thermal denaturation, in particular at temperatures in the range of 85 ° C to 105 ° C. The method described in paragraph 1.
Item 27: The method according to any one of items 23 to 26, wherein the first polymerase and the second polymerase are the same.
Item 28:
-The first oligonucleotide primer (P1.1) and the third oligonucleotide primer (P3.2) are essentially the same; and / or-the second oligonucleotide primer (P2.1) and The third oligonucleotide primer (P4.2) is essentially the same.
23. The method according to any one of items 23 to 27.
Item 29: The method of any one of items 23-28, wherein the first amplification and the second amplification are performed in the same reaction batch.
Item 30: A second polymerase, a third oligonucleotide primer (P3.1) and / or a fourth oligonucleotide primer (P4.1) can be activated and / or a controller oligonucleotide. 29. The method of item 29, wherein (C1.1) can be deactivated.
Item 31: The method of any one of items 23-28, wherein the first amplification is performed in a first reaction batch and the second amplification is performed in a second reaction batch. ..
Item 32: The method of item 31, wherein an aliquot of the first reaction batch or a complete first reaction batch is added to the second reaction batch.
Item 33: Items 23-32, wherein the controller oligonucleotide (C1.1) comprises a fourth region capable of sequence-specific binding to a third oligonucleotide primer (P3.2). The method according to any one of the above.
Item 34: The method of any one of items 23-33, wherein the first amplification is performed essentially at an isothermal temperature.
Item 35: The first oligonucleotide primer (P1.1) contains one or more modifications in the second region, particularly immediately after the first region of the first oligonucleotide primer, thereby the second. The method according to any one of items 23 to 24, which comprises stopping the first polymerase in the region of.
Item 36: A kit for carrying out the method according to any one of items 23 to 35.
− The first oligonucleotide primer (P1.1), which is the following region:
A first region that can be sequence-specifically bound to the region of the nucleic acid to be amplified, and the region of the nucleic acid to be amplified contains at least the 5'end of the target sequence, or itself in the 5'direction of the target sequence. The first area to be arranged;
A second region that is close to the 5'end of the first region or is connected via a linker, the second region can be bound by the first controller oligonucleotide and is selected. The second region, which remains essentially uncopied by the polymerase used for amplification under reaction conditions;
Here, the first oligonucleotide primer (P1.1) can be extended by a polymerase to a first primer extension product containing a synthetic region in addition to the first oligonucleotide primer (P1.1). Is;
The first oligonucleotide primer (P1.1) having
-A second oligonucleotide primer (P2.1), the second oligonucleotide primer (P2.1), which is at least complementary to the 5'end of the target sequence, or is located in the 3'direction thereof. A second primer extension product that contains a region capable of sequence-specific binding to the synthetic segment of the first primer extension product (P1.1-Ext) and that contains the synthetic segment in addition to the oligonucleotide primer (P2.1). The second oligonucleotide primer (P2.1), which can be extended to (P2.1-Ext) by a polymerase,
− Controller oligonucleotide (C1.1) in the following regions:
A first region capable of binding to a second region of the first primer extension product (P1.1-Ext),
A second region that is essentially complementary to the first region of the first oligonucleotide primer (P1.1), and a synthetic region of the first region of the primer extension product (P1.1-Ext). A third region that is essentially complementary to at least part of the
Including
Here, the controller oligonucleotide (C1.1) does not function as a template for primer extension of the first oligonucleotide primer (P1.1), and the controller oligonucleotide (C1.1) is the first primer. The controller oligonucleotide (C1.) Which binds to the first and second regions of the extension product (P1.1-Ext) and at the same time replaces the region of the nucleic acid which is complementarily amplified in the first and second regions. 1);
-A third oligonucleotide primer (P3.2), wherein the third oligonucleotide primer (P3.2) contains at least the 5'end of the target sequence or is located in the 5'direction thereof. A third primer extension product that is capable of sequence-specific binding to the region of the primer extension product (P1.1-Ext) and contains a synthetic region in addition to the third oligonucleotide primer (P3.2). The third oligonucleotide primer (P3.2); and the-fourth oligonucleotide primer (P4.2), which comprises a first region in (P3.2-Ext) that can be extended by a polymerase. The fourth oligonucleotide primer (P4.2) is at least complementary to the 5'end of the target sequence, or the synthesis of the first primer extension product (P1-Ext) located in the 3'direction thereof. It is capable of sequence-specific binding to a region and can be extended by a polymerase to a fourth primer extension product (P4.2-Ext) containing a synthetic region in addition to an oligonucleotide primer (P4.2). The fourth oligonucleotide primer (P4.2), which comprises region 1.
The kit comprising.
Item 37: Use of the kit according to item 36 for performing the method according to any one of items 23-35.
Item 38: A method of amplifying nucleic acid, the next step:
a) The first amplification step, the next step:
− Steps of providing the starting nucleic acid 1.1 containing the target sequence,
-A step of hybridizing the first oligonucleotide primer (P1.1) to an amplifying nucleic acid having a target sequence (either the starting nucleic acid 1.1 or P2.1-Ext), the first oligonucleotide primer. (P1.1) is the following area:
The first region (P1.1.1), which can be sequence-specifically bound to the region of nucleic acid to be amplified (P2.1E1),
A second region (P1.1.2) adjacent to the 5'end of the first region or connected via a linker, the second region being bound by a controller oligonucleotide. The second region (P1.1.2), which can and remains essentially uncopied by the polymerase used under the reaction conditions of choice;
In addition to the above-mentioned step-first oligonucleotide primer (P1.1), which comprises a synthetic segment (P1.1E1 to P1.1E4) that is essentially complementary to the nucleic acid or target sequence to be amplified. It is a step of extension of the first oligonucleotide primer (P1.1) by the first polymerase to obtain the first primer extension product (P1.1-Ext), and is amplified with the first primer extension product. The nucleic acid is present as a double strand, said step;
-The step of binding the controller oligonucleotide (C1.2) to the first primer extension product (P1.1-Ext), where the controller oligonucleotide (C1.2) is in the following region;
The first region (C1.2.1), which can bind to the second region (overhang) of the first primer extension product (P1.1E6),
The second region (C1.2.2), which is complementary to the first region of the first oligonucleotide primer (P1.1.1), and the first primer extension product (P1.1E4). It comprises a third region (C1.2.3); which is essentially complementary to at least a portion of the synthetic region, and where the controller oligonucleotide (C1.1) is the first oligonucleotide primer (P1). It does not function as a template for primer extension in 1), and the first controller oligonucleotide (C1.1) binds to the first primer extension products (P1.1E6, P1.1E5, P1.1E4) at the same time. , The step of substituting the complementary regions (P2.1E1, P2.1E2) of the nucleic acid amplified in the region;
-The step of hybridizing the second oligonucleotide primer (P1.1) to the first primer extension product, the second oligonucleotide primer (P2.1) is the first primer extension product (P1.1E1). The above step, which includes a region (P2.1.1) capable of sequence-specific binding to the synthetic region of).
-A second primer extension product (P2.1E4 to P2.1E1) containing a synthetic region (P2.1E4 to P2.1E1) that is essentially identical to the nucleic acid or target sequence to be amplified in addition to the second oligonucleotide primer (P2.1). A step of extension of the second oligonucleotide primer (P2.1) by the first polymerase to obtain P2.1-Ext), the first primer extension product (P1.1-Ext) and the second. The first amplification step, wherein the primer extension product (P2.1) forms the first double-stranded amplification product; and-until the desired amount of the first amplification product is synthesized. Steps that need to be repeated,
The first amplification step, comprising:
b) The second amplification step, the next step:
− A step of hybridizing a third oligonucleotide primer (P3.2) to a second and / or fourth primer extension product (P1.1-Ext or P4.1-Ext), the third oligonucleotide. The primer (P3.2) is a first region (P3.1E1) capable of specifically binding a sequence to a region of a second primer extension product (P2.1E1) and a fourth primer extension product (P4.1E2). The step, including 1).
-From a synthetic region (P3.1E5 to P3.1E2 or P3.1E5) that is essentially complementary to the second primer extension product (P2.1-Ext) or target sequence in addition to the third primer extension product. A step of extension of a third oligonucleotide primer (P3.2) by a second polymerase to obtain a third oligonucleotide primer extension product (P3.2-Ext) with P3.1E1). The step 2 in which the primer extension product (P2.1) and the third primer extension product (P3.1) are present as double strands;
− A step of hybridizing a fourth oligonucleotide primer (P4.2) to a first primer extension product (P1.1-Ext) and / or a third primer extension product (P3.1-Ext). The fourth oligonucleotide primer (P4.2) is a first segment capable of sequence-specific binding to the synthetic region of the first primer extension product (P1.1E1) and the third primer extension product (P3.1E2). The step, which comprises (P4.1.1).
-From the synthetic region (from P4.1E5) that is essentially complementary to the first primer extension product (P1.1-Ext) or essentially identical to the target sequence, in addition to the fourth oligonucleotide primer. A fourth oligonucleotide primer (P4.2) with a second polymerase to obtain a fourth primer extension product (P4.2-Ext) containing P4.1E2 or P4.1E5 to P4.1E1). The step of extension, wherein the first primer extension product (P1.1-Ext) and the fourth primer extension product (P4.1-Ext) are present as double strands;
-Separate the double strands of the first primer extension product (P1.1-Ext) and the fourth primer extension product (P4.2-Ext), and the second primer extension product (P2.1-Ext). And the double strand of the third primer extension product (P3.1-Ext) are separated, and the fourth primer extension product (P4.1-Ext) and the third primer extension product (P3.1-Ext). Steps to separate the double strands of
-Hybrid the third oligonucleotide primer (P3.2) to the fourth primer extension product (P4.2-Ext) and extend the third oligonucleotide primer (P3.2) with the second polymerase. Steps; and-The step of hybridizing the fourth oligonucleotide primer to the third primer extension product (P3.2-Ext) and extending the fourth oligonucleotide primer (P4.2) with the second polymerase. ,
The second amplification step, comprising:
The method described above.
Item 39: The first amplification step is a copy number of the first amplification product in the range of 10-100,000,000,000, especially 100-1,000,000,000,000, especially 1000-100,000,000. 38. The method of item 38, characterized in that it is repeated until it is present.
Item 40: A third oligonucleotide primer and / or a fourth oligonucleotide primer forms a second region (P3.1.2 or P4.1.2, respectively) adjacent to the 5'end of the first region. Item 38, wherein the second region cannot complementarily bind to the first primer extension product (P1.1-Ext) or the second primer extension product (P2.1-Ext). Or the method according to 39.
Item 41: Double-strand separation of the first primer extension product (P1.1-Ext) and the fourth primer extension product (P4.2-Ext), and the second primer extension product (P2.1-Ext). ) And the third primer extension product (P3.1-Ext), and the fourth primer extension product (P4.1-Ext) and the third primer extension product (P3.1-Ext). 38. The method of any one of items 38-40, characterized in that the double-stranded separation of is achieved, in particular, by thermal denaturation at a temperature in the range of 85 ° C. to 105 ° C.
Item 42: The method according to any one of items 38 to 40, wherein the first polymerase and the second polymerase are the same.
Item 43:
The first oligonucleotide primer (P1.1) and the third oligonucleotide primer (P3.2) are essentially the same; and / or the second oligonucleotide primer (P2.1) and The fourth oligonucleotide primer (P4.2) is essentially the same.
38. The method according to any one of items 38 to 42.
Item 44: The method of any one of items 38-40, wherein the first amplification and the second amplification are performed in the same reaction batch.
Item 45: A second polymerase, a third oligonucleotide primer (P3.1) and / or a fourth oligonucleotide primer (P4.1) can be activated and / or a controller oligonucleotide. 44. The method of item 44, wherein (C1.1) can be deactivated.
Item 46: Any of items 38-45, wherein the fluorescent dye-labeled first oligonucleotide probe can complementarily bind to the third primer extension product and the fluorescent dye signal is detected. The method described in item 1.
Item 47: Any of items 38-46, wherein the fluorescent dye-labeled first oligonucleotide probe can complementarily bind to the fourth primer extension product and the fluorescent dye signal is detected. The method described in item 1.

材料及び方法:
試薬は、以下の業者から購入した:
Materials and methods:
Reagents were purchased from the following vendors:

未修飾及び修飾のオリゴヌクレオチド(Eurofins MWG、Eurogentec、Biomers、Trilink Technologies、IBA Solutions for Life Sciences);ポリメラーゼNEB(New England Biolabs);dNTP’s:Jena Bioscience;挿入EvaGreen色素:Jena Bioscience;緩衝物質及びその他の化学物質:Sigma−Aldrich;プラスチック製品:Sarstedt Unmodified and modified oligonucleotides (Eurofins MWG, Eurogentec, Biomers, Trilink Technologies, IBA Solutions for Life Sciences); Polymerase NEB (New England Biolabs; Other chemicals: Sigma-Aldrich; Plastic products: Polymerase

溶液1(増幅反応溶液1):
グルタミン酸カリウム、50mmol/l、pH 8.0;酢酸マグネシウム、10mmol/l;dNTP(dATP、dCTP、dTTP、dGTP)、それぞれ200μmol/l;ポリメラーゼ(Bst2.0WarmStart、120.000U/ml NEB)、12ユニット/10μl;TritonX−100、0.1%(v/v);EDTA、0.1mmol/l;TPAC(塩化テトラプロピルアンモニウム)、50mmol/l、pH 8.0;EvaGreen色素(色素は、メーカーの指示に従って1:50の希釈で使用した)。
Solution 1 (amplification reaction solution 1):
Monopotassium glutamate, 50 mmol / l, pH 8.0; magnesium acetate, 10 mmol / l; dNTP (dATP, dCTP, dTTP, dGTP), 200 μmol / l, respectively; polymerase (Bst2.0 WarmStart, 120.000 U / ml NEB), 12 Unit / 10 μl; TritonX-100, 0.1% (v / v); EDTA, 0.1 mmol / l; TPAC (tetrapropylammonium chloride), 50 mmol / l, pH 8.0; EvaGreen dye (dye is manufacturer Used in a 1:50 dilution according to the instructions in).

溶液2(増幅反応溶液2):
1x等温緩衝液(New England Biolabs);単一濃度でこの緩衝液には次を含む:20mM Tris−HCl;10mM(NH4)2SO4;50mM KCl;2mM MgSO4;0.1%Tween(登録商標)20;pH 8.8、25℃にて);dNTP(dATP、dCTP、dUTP、dGTP)、各200μmol/l;
EvaGreen色素(色素は、メーカーの指示に従って1:50の希釈で使用した)
Solution 2 (amplification reaction solution 2):
1x Isothermal Buffers (New England Biolabs); In a single concentration, this buffer contains: 20 mM Tris-HCl; 10 mM (NH4) 2SO4; 50 mM KCl; 2 mM 00754; 0.1% Tween® 20 At pH 8.8 and 25 ° C.); dNTP (dATP, dCTP, dUTP, dGTP), 200 μmol / l each;
EvaGreen dye (dye used at 1:50 dilution according to manufacturer's instructions)

溶液4(増幅反応溶液4);1x等温緩衝液(New England Biolabs)上記参照。
すべての濃度は、反応における最終濃度である。標準反応からの偏差は、それに応じて示される。
Solution 4 (Amplification Reaction Solution 4); 1x Isothermal Buffers (New England Biolabs) See above.
All concentrations are the final concentration in the reaction. Deviations from the standard reaction are shown accordingly.

関与する成分の融解温度(Tm)は、溶液1中の各成分の濃度が1μmol/lで測定される。偏差パラメーターは、それぞれの場合に与えられる。 The melting temperature (Tm) of the components involved is measured at a concentration of 1 μmol / l of each component in the solution 1. Deviation parameters are given in each case.

反応に関する一般情報(第1の増幅)
Bst 2.0ポリメラーゼウォームスタートは、温度感受性オリゴヌクレオチド(メーカーの仕様に従う)により低温での機能が大幅に抑制されるため、反応溶液を反応温度に加熱することによって、反応を開始した。ポリメラーゼは45℃を超える温度でますます活性になる。65℃の温度では、ポリメラーゼBst2.0及びBst2.0ウォームスタートの間に違いは検出することができなかった。反応の調整段階中に大量の副産物(プライマーダイマーなど)が形成されるのを防ぐために、ポリメラーゼBst2.0ウォームスタートを使用した。これによる偏差は具体的に示される。
General information about the reaction (first amplification)
The Bst 2.0 polymerase warm start was initiated by heating the reaction solution to the reaction temperature, as the temperature sensitive oligonucleotide (according to the manufacturer's specifications) significantly suppressed its function at low temperatures. Polymerase becomes more and more active at temperatures above 45 ° C. At a temperature of 65 ° C., no difference could be detected between polymerase Bst 2.0 and Bst 2.0 warm start. Polymerase Bst 2.0 warm start was used to prevent the formation of large amounts of by-products (such as primer dimers) during the preparation phase of the reaction. The deviation due to this is shown concretely.

反応溶液を、80℃を超えて(例えば、95℃で10分)加熱することにより反応を停止させた。この温度では、ポリメラーゼBst2.0は不可逆的に変性し、合成反応の結果を後で変更することはできない。 The reaction was stopped by heating the reaction solution above 80 ° C. (eg, 95 ° C. for 10 minutes). At this temperature, polymerase Bst 2.0 is irreversibly denatured and the results of the synthetic reaction cannot be modified later.

反応は、蛍光測定デバイスを備えたサーモスタットで行われた。この目的のために、市販のリアルタイムPCRデバイスであるStepOne Plus(Biosystems、Thermofischerから供給)を使用した。標準反応容量は10μlであった。これによる偏差は示される。 The reaction was performed on a thermostat equipped with a fluorescence measuring device. For this purpose, a commercially available real-time PCR device, StepOne Plus (Biosystems, supplied by Thermofischer) was used. The standard reaction volume was 10 μl. The deviation due to this is shown.

終点の決定及び速度論的観察の両方が行われた。終点の決定において、シグナルは、例えば、核酸に結合された色素により、例えば、TMR(テトラメチルローダミン、TAMRAとも呼ばれる)又はFAM(フルオレセイン)により記録された。FAM及びTMRの蛍光シグナルの励起及び測定用の波長は、StepOne PlusリアルタイムPCRデバイスにデフォルト設定として保存されている。また、挿入染料(EvaGreen)を終点測定(例えば、融解曲線の測定)に使用した。EvaGreenは挿入色素であり、頻繁に使用される色素Sybrgreenのアナログであるが、ポリメラーゼの阻害はわずかに低くなっている。SybrGreen及びEvaGreenの蛍光シグナルの励起と測定用の波長は同一であり、工場設定としてStepOne PlusリアルタイムPCRデバイスに保存されている。蛍光は、内蔵の検出器によって連続的に、つまり「オンライン」又は「リアルタイム」で検出できる。ポリメラーゼはその合成中に二本鎖を合成するため、この手法は反応の速度論的測定(リアルタイムモニタリング)に使用できた。StepOne Plusデバイスのカラーチャンネル間の特定の混信により、1μmol/L(例えば、10μmol/L)を超える濃度のTMR標識プライマーを使用した測定で、基礎シグナル強度の増加が観察されることがあった。Sybr−GreenチャネルのTMRシグナルが基礎シグナル強度の増加をもたらすことが観察された。前記の高められた基礎値を計算に考慮した。 Both end point determination and kinetic observations were made. In determining the endpoint, the signal was recorded, for example, by a dye bound to nucleic acid, eg, by TMR (tetramethylrhodamine, also called TAMRA) or FAM (fluorescein). Wavelengths for excitation and measurement of fluorescent signals of FAM and TMR are stored as default settings in the StepOne Plus real-time PCR device. Also, an insert dye (EvaGreen) was used for end point measurements (eg, melting curve measurements). EvaGreen is an insert dye, an analog of the frequently used dye Sybrgreen, but with slightly lower polymerase inhibition. The wavelengths for excitation and measurement of the fluorescence signals of SYbrGreen and EvaGreen are the same and are stored in the StepOne Plus real-time PCR device as a factory setting. Fluorescence can be detected continuously, i.e. "online" or "in real time" by a built-in detector. Since the polymerase synthesizes double strands during its synthesis, this technique could be used for kinetic measurements of reactions (real-time monitoring). Due to specific interference between the color channels of the StepOne Plus device, an increase in basal signal intensity was sometimes observed in measurements using TMR-labeled primers at concentrations above 1 μmol / L (eg, 10 μmol / L). It was observed that the TMR signal of the Sybr-Green channel resulted in an increase in basal signal intensity. The increased basal value described above was taken into account in the calculation.

反応過程の速度論的観察は、フルオレセイン(FAM−TAMRAフレット対)又は挿入色素(EvaGreen)からの蛍光シグナルを使用して定期的に記録した。シグナルの時間依存性を記録した(StepOne plusPCRデバイスを用いるリアルタイムのシグナル取得)。対照反応と比較した反応中のシグナルの増加は、バッチの構造に応じて解釈した。例えば、Evagreen色素を使用した場合のシグナルの増加は、反応中の二本鎖核酸鎖の量の増加を示すものと解釈し、したがってDNAポリメラーゼによる合成の結果として解釈した。 Kinetic observations of the reaction process were recorded regularly using fluorescent signals from fluorescein (FAM-TAMRA fret pair) or insert dye (EvaGreen). The time dependence of the signal was recorded (real-time signal acquisition using the StepOne plus PCR device). The increase in signal during the reaction compared to the control reaction was interpreted according to the structure of the batch. For example, the increase in signal when using the Evagreen dye was interpreted as indicating an increase in the amount of double-stranded nucleic acid strands in the reaction and thus as a result of synthesis by DNA polymerase.

いくつかの反応では、反応後に融解曲線測定を行った。このような測定により、例えば、挿入色素を吸収し、したがって、色素のシグナル強度を大幅に増幅できる二本鎖が存在すると結論を出すことが可能である。温度が上昇すると、二本鎖の割合が減少し、シグナル強度も減少する。シグナルは、核酸鎖の長さ及び配列組成に依存する。前記技術は、当業者に十分に知られている。 For some reactions, melting curve measurements were performed after the reaction. From such measurements, it is possible to conclude, for example, that there are double strands that can absorb the inserted dye and thus significantly amplify the signal intensity of the dye. As the temperature rises, the proportion of double strands decreases and the signal intensity also decreases. The signal depends on the length of the nucleic acid chain and the sequence composition. The technique is well known to those of skill in the art.

かなりの量の修飾された核酸鎖(例えば、コントローラーオリゴヌクレオチド又はプライマー)を含有する反応に関連して融解曲線分析を使用する場合、EvaGreen色素からのシグナルは、例えば、DNAのB型と修飾された核酸鎖のA型との間で異なった挙動を示すことができることがわかった。例えば、二本鎖核酸鎖(通常は古典的なDNAセクションで想定される)のB型において、(例えば、ヌクレオチドのいくつかの2’−O−Me修飾による)A型に類似の形態と推測することができる核酸塩基の同じ配列を有する二本鎖核酸鎖よりも高いシグナル強度が観察された。この観察は、挿入色素を使用する場合に考慮された。 When using melting curve analysis in connection with reactions containing significant amounts of modified nucleic acid strands (eg, controller oligonucleotides or primers), the signal from the EvaGreen dye is modified, for example, with type B of DNA. It was found that the nucleic acid chain can behave differently from the A type. For example, in type B of a double-stranded nucleic acid strand (usually assumed in the classical DNA section), it is presumed to have a morphology similar to type A (eg, due to some 2'-O-Me modifications of nucleotides). Higher signal intensity than double-stranded nucleobases having the same sequence of nucleobases that can be observed was observed. This observation was taken into account when using insert dyes.

必要に応じて、反応をキャピラリー電気泳動で分析し、形成された断片の長さを標準と比較した。キャピラリー電気泳動の調製として、標識された核酸の濃度が約20nmol/lであるような範囲に、反応混合物を緩衝液(Tris−HCl、20mmol/l、pH 8.0、及びEDTA、20mmol/l、pH 8.0)で希釈した。キャピラリー電気泳動を、GATC−Biotech(コンスタンス、ドイツ)が契約サービスとして実施した。この供給者によれば、キャピラリー電気泳動は、POP7ゲルマトリックスを使用したサンガーシーケンシングの標準的な条件下で、約50℃、定電圧(約10kV)で、ABI3730キャピラリーシーケンサーで行われた。使用された条件は、二本鎖の変性をもたらし、その結果、キャピラリー電気泳動では、一本鎖形態が核酸鎖から分離された。電気泳動は遺伝子分析における標準的な技術である。今日、自動化キャピラリー電気泳動がサンガーシーケンシングに通常、使用されている。蛍光シグナルは、キャピラリー電気泳動(通常は仮想フィルターを使用)中に継続的に記録され、その結果、シグナル強度が電気泳動の継続時間に相関する電気泳動図が得られる。短い断片、例えば、未使用のプライマーの場合、より早いシグナルピークが観察され、より長い断片の場合、伸長セグメントの長さに比例するシグナルのタイムシフトが存在する。伸長断片の長さは、既知の長さの対照を使用して測定することができる。この技術は当業者に知られており、断片長多型のための標準としても使用されている。 If necessary, the reaction was analyzed by capillary electrophoresis and the length of the formed fragments was compared to the standard. As a preparation for capillary electrophoresis, buffer the reaction mixture (Tris-HCl, 20 mmol / l, pH 8.0, and EDTA, 20 mmol / l, to the extent that the concentration of the labeled nucleic acid is about 20 nmol / l. , PH 8.0). Capillary electrophoresis was performed by GATC-Biotech (Constance, Germany) as a contract service. According to this supplier, capillary electrophoresis was performed on the ABI 3730 capillary sequencer at about 50 ° C. and constant voltage (about 10 kV) under standard conditions for sanger sequencing using a POP7 gel matrix. The conditions used resulted in double-stranded denaturation, which resulted in the single-stranded form being separated from the nucleic acid strand by capillary electrophoresis. Electrophoresis is a standard technique in gene analysis. Today, automated capillary electrophoresis is commonly used for sanger sequencing. Fluorescent signals are continuously recorded during capillary electrophoresis (usually using a virtual filter), resulting in an electrophoresis map in which signal intensity correlates with the duration of electrophoresis. For short fragments, eg, unused primers, earlier signal peaks are observed, and for longer fragments, there is a signal time shift proportional to the length of the elongated segment. The length of the elongated fragment can be measured using a control of known length. This technique is known to those of skill in the art and is also used as a standard for fragment length polymorphisms.

特定のシーケンスに関して別段の定義がない限り、大文字及び小文字のagctとAGCTの両方は、DNAのデオキシリボヌクレオチドビルディングブロック、又は対応するリボヌクレオチド又は塩基アナログを示す。いくつかの実施例では、ウラシル核酸塩基を修飾された配列セグメントで使用し、それにより、2’−OMe修飾を糖として使用した(2’−O−メチル修飾を有するリボース)。他の2’−O−アルキル修飾も可能である。dUTPを伴うバッチ(特に第1の増幅反応)では、(汚染に対する保護として)dUMPを含む増幅断片が生成される。しかしながら、一般に、ウラシル塩基は、リボースと同様に2’−デオキシリボースを有して使用することができる。当業者は、古典的なDNA骨格、RNA、又は塩基アナログをどの点で有効に適用できるかを決定するために、新たな事実から、本明細書で使用される配列のそれぞれの配列セグメントに関連する全体の教示として応用する。 Unless otherwise defined for a particular sequence, both uppercase and lowercase agct and AGCT indicate a deoxyribonucleotide building block of DNA, or a corresponding ribonucleotide or base analog. In some examples, the uracil nucleobase was used in the modified sequence segment, thereby using the 2'-OMe modification as the sugar (ribose with 2'-O-methyl modification). Other 2'-O-alkyl modifications are also possible. Batches with dUTP (particularly the first amplification reaction) produce amplified fragments containing dUMP (as protection against contamination). However, in general, the uracil base can be used with 2'-deoxyribose as well as ribose. Those skilled in the art will be associated with each sequence segment of the sequences used herein from new facts to determine at what point a classical DNA backbone, RNA, or base analog can be effectively applied. Apply as an overall teaching.

実施例1(図36)
標的配列の供給源としてのヒトゲノムDNAの使用
この実施例は、標的配列の供給源としてのヒトゲノムDNA(hgDNA)の使用を示す。第V因子ライデン遺伝子(ホモサピエンス凝固第V因子(F5)、mRNA、ここではFVL遺伝子と呼ぶ)の配列セグメントを標的配列として選択した。
Example 1 (FIG. 36)
Use of Human Genome DNA as a Source for Target Sequences This example demonstrates the use of human genomic DNA (hgDNA) as a source for target sequences. The sequence segment of the factor V Leiden gene (Homo sapiens coagulation factor V (F5), mRNA, hereinafter referred to as the FVL gene) was selected as the target sequence.

第1の増幅のみを実行した。この実施例は、コントローラー依存性の第1の増幅を実行できることを示す。この実施例では、第2の増幅を行わなかった。 Only the first amplification was performed. This example shows that a controller-dependent first amplification can be performed. In this example, the second amplification was not performed.

標的配列:

Figure 2021514637
Target sequence:
Figure 2021514637

第1のオリゴヌクレオチドプライマーの結合配列には下線が引かれている。第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、その3’セグメントで二重下線付き配列の逆相補配列に結合する。 The binding sequence of the first oligonucleotide primer is underlined. The second oligonucleotide primer binds to the inverse complementary sequence of the double underlined sequence at its 3'segment.

第1のプライマー、第2のプライマー、及びコントローラーオリゴヌクレオチドを、遺伝子のFVL変異の変異体のために設計及び合成した。 A first primer, a second primer, and a controller oligonucleotide were designed and synthesized for variants of the FVL mutation in the gene.

第1のオリゴヌクレオチドプライマー: P1F5−200−AE2053

Figure 2021514637
First oligonucleotide primer: P1F5-200-AE2053
Figure 2021514637

反応でプライマーとして使用されるセグメントには下線が引かれている。 The segments used as primers in the reaction are underlined.

A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン) A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine)

このオリゴヌクレオチドは以下の修飾を含む:
1=C3リンカーを使用して、第2のプライマー伸長産物の合成を停止した。
This oligonucleotide contains the following modifications:
The synthesis of the second primer extension product was stopped using the 1 = C3 linker.

角括弧内のプライマー[CUCU GAUGCUUC]のセグメントは、2’−O−Me修飾を含み、コントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域に結合する第2のプライマー領域として機能した。
A=(2’−O−メチルアデノシン);G=(2’−O−メチルグアノシン);C=(2’−O−メチルシトシン);U=(2’−O−メチルウリジン)
The primer [CUCU GAUGCUC] segment in square brackets contained a 2'-O-Me modification and served as a second primer region that bound to the first region of the controller oligonucleotide.
A = (2'-O-methyladenosine); G = (2'-O-methylguanosine); C = (2'-O-methylcytosine); U = (2'-O-methyluridine)

このオリゴヌクレオチドプライマーは、第1の領域(3’末端から1〜12の位置)、第2の領域(C3リンカー、及び3’末端から13〜24の位置)、及び追加の配列変異体P1を持つセグメント(3’末端から25〜57の位置)を含む。第1の領域及び第2の領域は、特異的な増幅を行うために必要であり、「第1のプライマーの基本構造」又は「第1のプライマーの最小構造」として概要することができる。追加の配列変異体P1は、第1のオリゴヌクレオチドプライマーに組み込むことができる追加のセグメントの例を提供する。1〜12の位置は、第2のプライマー伸長産物の合成用の鋳型として機能する。C3修飾及び第2の領域は、第2のプライマー伸長産物の合成中に25〜57の位置での合成の継続を妨げる。 This oligonucleotide primer contains the first region (positions 1-12 from the 3'end), the second region (C3 linker, and positions 13-24 from the 3'end), and additional sequence variant P1. Includes segments (positions 25-57 from the 3'end). The first region and the second region are necessary for performing specific amplification and can be outlined as "basic structure of first primer" or "minimum structure of first primer". The additional sequence variant P1 provides an example of additional segments that can be incorporated into the first oligonucleotide primer. Positions 1-12 serve as templates for the synthesis of the second primer extension product. The C3 modification and the second region prevent the continuation of synthesis at positions 25-57 during the synthesis of the second primer extension product.

プライマー2: P2G3−5270−7063 Primer 2: P2G3-5270-7063

Figure 2021514637
Figure 2021514637

反応でプライマーとして使用されるセグメントには下線が引かれている。 The segments used as primers in the reaction are underlined.

このオリゴヌクレオチドは以下の修飾を含む:
6 = HEGリンカー
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン)
This oligonucleotide contains the following modifications:
6 = HEG linker A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine)

このオリゴヌクレオチドプライマーは、コピー可能な領域とコピー不可能な領域とを含む。コピー可能な領域は、(hgDNA内のFVL遺伝子の配列に相補的に結合できる3’末端から1〜13の位置と、FVL遺伝子の配列に相補的に結合しないが、増幅中に第1のプライマー伸長産物に結合できる14〜35の位置)を含む。コピー可能な領域は、「第2プライマーの基本構造」又は「第2プライマーの最小構造」として要約できる。 This oligonucleotide primer contains a copyable region and a non-copyable region. The copyable regions are (positions 1 to 13 from the 3'end that can complementarily bind to the sequence of the FVL gene in hgDNA and the first primer that does not complementarily bind to the sequence of the FVL gene, but during amplification. 14-35 positions) that can bind to the elongation product). The copyable region can be summarized as the "basic structure of the second primer" or the "minimum structure of the second primer".

コピー不可能な領域(FVL遺伝子の配列に相補的に結合しない3’末端から36〜70の位置)は、HEG修飾によってコピー可能な領域から分離され、これにより、第1のプライマー伸長産物の合成中の36〜70の位置での合成の継続を妨げる。コピー不可能なセグメントは、第2のオリゴヌクレオチドプライマーに組み込むことができる、追加の配列変異体P2の例である。 The non-copyable region (positions 36-70 from the 3'end that does not complementarily bind to the FVL gene sequence) is separated from the copyable region by HEG modification, thereby synthesizing the first primer extension product. Prevents continuation of synthesis at positions 36-70 of. The non-copyable segment is an example of an additional sequence variant P2 that can be incorporated into a second oligonucleotide primer.

以下のコントローラーオリゴヌクレオチドを使用した: AD−F5−1001−503

Figure 2021514637
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン) The following controller oligonucleotides were used: AD-F5-1001-503
Figure 2021514637
A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine)

角括弧のオリゴヌクレオチドの5’セグメント[UAAUCUGUAA GAGCAGAUCC CUGGACAGGC AA GGAAUAC]は、2’−O−Meヌクレオチド修飾を含んだ:
修飾:A=(2’−O−メチルアデノシン);G=(2’−O−メチルグアノシン);C=(2’−O−メチルシトシン);U=(2’−O−メチルウリジン)
X=ポリメラーゼによる可能な伸長をブロックする3’−リン酸基。
The 5'segment of oligonucleotides in square brackets [UAAUCUGUAA GAGCAGAUCC CUGGACAGGC AA GGAAUAC] contained a 2'-O-Me nucleotide modification:
Modifications: A = (2'-O-methyladenosine); G = (2'-O-methylguanosine); C = (2'-O-methylcytosine); U = (2'-O-methyluridine)
X = 3'-phosphate group that blocks possible elongation by the polymerase.

ヌクレオチド及びヌクレオチド修飾体は、ホスホジエステル結合によって互いに連結される。コントローラーオリゴヌクレオチドの3’末端は、ポリメラーゼによる可能な伸長を防ぐためにリン酸基でブロックされる。 Nucleotides and nucleotide modifications are linked to each other by phosphodiester bonds. The 3'end of the controller oligonucleotide is blocked with a phosphate group to prevent possible elongation by the polymerase.

第1のプライマーは、その第1の領域に、ゲノムDNA内の第V因子ライデン遺伝子の配列に特異的に結合することができる配列を含み、その結果、ポリメラーゼによって合成を開始することができる。第1のプライマーの第2の領域は、FVL遺伝子の配列に特異的にハイブリダイズしない配列を含む。さらに、第1のプライマーは、第2の領域の5’末端に連結されるさらなる配列セグメントを含む(追加の配列変異体P1)。前記セグメントは、第5因子ライデンセグメントの特異的な増幅には関与しない。前記セグメントの機能は主に副反応の遅延に見られる。 The first primer contains, in its first region, a sequence capable of specifically binding to the sequence of the Factor V Leiden gene in genomic DNA, so that synthesis can be initiated by the polymerase. The second region of the first primer contains a sequence that does not specifically hybridize to the sequence of the FVL gene. In addition, the first primer contains an additional sequence segment linked to the 5'end of the second region (additional sequence variant P1). The segment is not involved in the specific amplification of the Factor V Leiden segment. The function of the segment is mainly seen in the delay of side reactions.

第2のプライマーは、その3’セグメントに、ゲノムDNAに特異的に結合して、その結果、ポリメラーゼによって合成を開始できるセグメントを含む。第2のプライマーの5’セグメントは、FVL遺伝子の配列に特異的にハイブリダイズしない配列を含む。後方の合成中に、この配列セグメントをコピーできる。第2のプライマーは、コントローラーオリゴヌクレオチド、第1のプライマー又は第2のプライマーに特異的にハイブリダイズできないさらなる配列セグメントを含む。前記セグメントは、第2のプライマーの5’末端に配置され、HEGリンカー(追加の配列変異体P2)によってプライマーの5’末端から分離される。前記セグメントは、特異的な増幅には関与しない。前記セグメントの機能には、主に副反応の遅延が見られる。 The second primer contains in its 3'segment a segment that can specifically bind to genomic DNA and, as a result, initiate synthesis by the polymerase. The 5'segment of the second primer contains a sequence that does not specifically hybridize to the sequence of the FVL gene. You can copy this sequence segment during the back synthesis. The second primer contains a controller oligonucleotide, a first primer or an additional sequence segment that cannot specifically hybridize to the second primer. The segment is located at the 5'end of the second primer and is separated from the 5'end of the primer by a HEG linker (additional sequence variant P2). The segment is not involved in specific amplification. The function of the segment is mainly due to the delay of side reactions.

コントローラーオリゴヌクレオチドは、FVL遺伝子の結果の第V因子ライデン変異の配列と完全に一致するように構築されている。コントローラーオリゴヌクレオチドは、第1、第2及び第3の領域を含む。 The controller oligonucleotide is constructed to exactly match the sequence of the Factor V Leiden mutation resulting in the FVL gene. The controller oligonucleotide contains the first, second and third regions.

FVL変異のWHO標準をゲノムDNAとして使用した。反応に使用する前に、DNAを加熱(95℃で5分)により変性させ、二本鎖状態から一本鎖状態に移した。この一本鎖hgDNAを使用して、開始核酸鎖をプライマー伸長によって最初に作成した。続いて、この開始核酸鎖から開始して指数関数的増幅を行った。増幅の特異性は、融解曲線分析及びシーケンシングプライマーによるサンガーシーケンシングによって決定された。 The WHO standard for FVL mutations was used as genomic DNA. Prior to use in the reaction, the DNA was denatured by heating (95 ° C. for 5 minutes) to transfer from the double-stranded state to the single-stranded state. Using this single-stranded hgDNA, the starting nucleic acid strand was first created by primer extension. Subsequently, exponential amplification was performed starting from this starting nucleic acid strand. The specificity of amplification was determined by melting curve analysis and sanger sequencing with sequencing primers.

すべての反応は増幅溶液1で行った。
使用したdNTPは、dATP、dGTP、dCTP、dUTP(dTTPの代わり)を含んだ。
NEB製のBst2.0ウォームスタートポリメラーゼをポリメラーゼとして使用した。
All reactions were carried out in amplified solution 1.
The dNTPs used included dATP, dGTP, dCTP, dUTP (instead of dTTP).
Bst2.0 warm start polymerase manufactured by NEB was used as a polymerase.

開始核酸鎖を次のように作成した:
約50,000半数体ゲノム同等物(HGE)、150ng hgDNAを、第2のプライマー(0.5μmol/l)及びBst−2.0ウォームスタートポリメラーゼ(約1ユニット)、並びにdNTP(約250μmol/l)と、ハイブリダイゼーション条件下(増幅溶液1、温度約60℃)で、50μlの反応容量において接触させ、そして約10分間インキュベートした。この段階の間、第2のプライマーが伸長され、ゲノムDNAが鋳型として機能する。その結果、開始核酸として使用できるプライマー伸長産物が得られる。この反応の完了後、反応混合物を約10分間95℃に加熱して、この開始核酸鎖を分離した。この反応混合物を凍結し、必要に応じて開始核酸鎖の供給源として使用した。
The starting nucleic acid strand was created as follows:
Approximately 50,000 haploid genomic equivalents (HGE), 150 ng hg DNA, second primer (0.5 μmol / l) and Bst-2.0 warm start polymerase (approximately 1 unit), and dNTP (approximately 250 μmol / l). ) And in hybridization conditions (amplified solution 1, temperature about 60 ° C.), contacted in a reaction volume of 50 μl and incubated for about 10 minutes. During this stage, the second primer is extended and the genomic DNA acts as a template. The result is a primer extension product that can be used as the starting nucleic acid. After completion of this reaction, the reaction mixture was heated to 95 ° C. for about 10 minutes to separate the starting nucleic acid chain. The reaction mixture was frozen and used as a source of starting nucleic acid chains as needed.

FVL遺伝子の標的配列の特異的増幅は、開始核酸鎖(約5000 HGEに対応)を伴う5μlの反応混合物を使用して実行した。 Specific amplification of the target sequence of the FVL gene was performed using 5 μl of the reaction mixture with the starting nucleic acid strand (corresponding to about 5000 HGE).

その他の反応成分(第1のプライマー、第2のプライマー、コントローラーオリゴヌクレオチド、Eva−Green色素、ポリメラーゼBst.2.0ウォームスタート、dNTP)を添加し、約10μlの反応終了容量を得た。成分の最終濃度は次のとおりである:第1のプライマー:5μmol/l、第2のプライマー:2μmol/l、コントローラーオリゴヌクレオチド:1μmol/l、Eva−Green色素(1:50)、ポリメラーゼBst.2.0ウォームスタート(約8ユニット)、dNTP:約250μmol/l。 Other reaction components (first primer, second primer, controller oligonucleotide, Eva-Green dye, polymerase Bst. 2.0 warm start, dNTP) were added to obtain a reaction termination volume of about 10 μl. The final concentrations of the components are as follows: first primer: 5 μmol / l, second primer: 2 μmol / l, controller oligonucleotide: 1 μmol / l, Eva-Green dye (1:50), polymerase Bst. 2.0 warm start (about 8 units), dNTP: about 250 μmol / l.

対照バッチにはhgDNAを添加しなかった。 No hgDNA was added to the control batch.

反応は、Step−One Plusデバイス(Thermofisher Scientific)で行った。 The reaction was performed on a Step-One Plus device (Thermorphisher Scientific).

反応温度は、65℃(5分間、検出ステップを含む)と55℃(1分間)の間の周期的な変更(30サイクル)によって、初期に変更され、次いで、65℃で1時間(2分ごとの検出ステップ)一定に維持した。反応の過程の後に、EvaGreen色素のシグナル検出を行った。反応の完了後、反応混合物を10分間、95℃に最初にもたらし、次に形成された生成物の融解曲線を測定した。 The reaction temperature was initially changed by periodic changes (30 cycles) between 65 ° C. (5 minutes, including detection steps) and 55 ° C. (1 minute), then at 65 ° C. for 1 hour (2 minutes). (Detection step for each) It was kept constant. After the reaction process, signal detection of EvaGreen dye was performed. After completion of the reaction, the reaction mixture was first brought to 95 ° C. for 10 minutes and then the melting curve of the formed product was measured.

最初に、開始核酸鎖が確立され(図50)、続いて、コントローラーオリゴヌクレオチドを使用して、第1のプライマー及び第2のプライマーを伸長することにより指数関数的増幅を行った。 First, the starting nucleic acid strand was established (FIG. 50), followed by exponential amplification using controller oligonucleotides by extending the first and second primers.

増幅の結果は、増幅断片の堆積である。増幅の検出結果を図36に示す。蛍光における可視的な増加は、反応の約2時間後に発生することがわかる(36A)。後続の融解曲線分析は、84℃のTmを持つ特異的な融解曲線を示した(図36B)。 The result of amplification is the deposition of amplified fragments. The amplification detection result is shown in FIG. It can be seen that the visible increase in fluorescence occurs about 2 hours after the reaction (36A). Subsequent melting curve analysis showed a specific melting curve with a Tm of 84 ° C. (FIG. 36B).

配列チェック(図36C):
配列検証は、シーケンシングプライマーを使用して実行した:
5’− AAG CTCGACAAAAGAAC TCAG AG TGTG CTCGAC AC tacctgtattcc ttgcc 3’ (配列番号005)
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン)
Sequence check (Fig. 36C):
Sequence validation was performed using sequencing primers:
5'-AAG CTCGACAAAAAGAAC TCAG AG TGTG CTCGAC AC tacctgtattcc ttgcc 3'(SEQ ID NO: 005)
A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine)

配列を検証するために、反応混合物(融解曲線の測定後)を水で希釈し(約1:10〜約1:100)、得られたアリコートをシーケンシングプライマーと混合した(2μmol/lの濃度で添加)。この混合物は、商用の配列決定業者(GATC−Biotec)によって出荷され、契約した配列決定法としてサンガーシーケンシングを使用して配列決定された。得られた電気泳動図を、FVL配列遺伝子との一致についてチェックした。反応の結果、FVL遺伝子の配列を同定した。 To verify the sequence, the reaction mixture (after measuring the melting curve) was diluted with water (about 1: 10 to about 1: 100) and the resulting aliquot was mixed with sequencing primers (concentration of 2 μmol / l). Add in). The mixture was shipped by a commercial sequencing company (GATC-Biotec) and was sequenced using Sanger sequencing as a contracted sequencing method. The resulting electrophoretic map was checked for matching with the FVL sequence gene. As a result of the reaction, the sequence of the FVL gene was identified.

実施例2(図37):
標的配列の配列変異体の選択的増幅反応。
この実施例では、鋳型における配列変更の増幅への影響を調査した。第1のオリゴヌクレオチドプライマーが伸長される場合、鋳型に相補的な配列を有し、したがってこれらの配列変異を含む相補鎖が形成される。目的は、得られた第1のプライマー伸長産物とコントローラーオリゴヌクレオチドの間のそのような不一致が増幅に及ぼす影響を評価することであった。不一致の位置は第1のプライマーの3’方向にあり、それにより、プライマーではなくコントローラーのオリゴヌクレオチドによって評価される。
Example 2 (FIG. 37):
Selective amplification reaction of sequence variants of the target sequence.
In this example, the effect of sequence changes on the amplification in the template was investigated. When the first oligonucleotide primer is extended, it has sequences complementary to the template and thus forms complementary strands containing these sequence mutations. The purpose was to evaluate the effect of such discrepancies between the resulting first primer extension product and the controller oligonucleotide on amplification. The location of the discrepancy is in the 3'direction of the first primer, which is assessed by the controller's oligonucleotide rather than the primer.

したがって、標的配列の個々の配列変異体の間の識別は、均一な第1及び第2のプライマーを使用するコントローラーオリゴヌクレオチドによって行われる。 Therefore, discrimination between individual sequence variants of the target sequence is performed by controller oligonucleotides that use uniform first and second primers.

第1の増幅のみを実行した。この実施例は、2つの標的配列変異体の間を識別を用いて、コントローラー依存性の第1の増幅を実行できることを示す。この実施例では、第2の増幅は行われなかった。 Only the first amplification was performed. This example shows that the discrimination between two target sequence variants can be used to perform a controller-dependent first amplification. In this example, no second amplification was performed.

次の鋳型を使用した:
コントローラーオリゴヌクレオチドと完全に一致する第1のプライマー伸長産物をもたらす配列組成を有する鋳型:M2SF5−M001−200

Figure 2021514637
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン) The following mold was used:
Template with sequence composition that yields a first primer extension product that perfectly matches the controller oligonucleotide: M2SF5-M001-200
Figure 2021514637
A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine)

第1のオリゴヌクレオチドプライマーの結合配列には下線が引かれている。第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、二重下線付き配列の逆相補に結合する(5’末端の35の位置)。 The binding sequence of the first oligonucleotide primer is underlined. The second oligonucleotide primer binds to the inverse complement of the double underlined sequence (35 positions at the 5'end).

単一の塩基位置(太字)でコントローラーオリゴヌクレオチドとの不一致を形成する第1のプライマー伸長産物をもたらす配列組成を有する鋳型(配列番号7):

Figure 2021514637
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン) A template having a sequence composition that results in a first primer extension product that forms a mismatch with the controller oligonucleotide at a single base position (bold):
Figure 2021514637
A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine)

第1のオリゴヌクレオチドプライマーの結合配列には下線が引かれている。第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、二重下線付きの配列の逆相補に結合する。 The binding sequence of the first oligonucleotide primer is underlined. The second oligonucleotide primer binds to the inverse complement of the double underlined sequence.

次の鋳型を使用した。
第1のオリゴヌクレオチドプライマー:
P1F5−200−AE2053

Figure 2021514637
The following mold was used.
First oligonucleotide primer:
P1F5-200-AE2053
Figure 2021514637

反応でプライマーとして使用されるセグメントには下線が引かれている。
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン)
The segments used as primers in the reaction are underlined.
A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine)

このオリゴヌクレオチドは以下の修飾を含む:
1=C3リンカーを使用して、第2のプライマー伸長産物の合成を停止した。
プライマーのセグメント[CUCU GAUGCUUC]は、2’−O−Me修飾を含み、コントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域に結合する第2のプライマー領域として機能した。
A=(2’−O−メチルアデノシン);G=(2’−O−メチルグアノシン);C=(2’−O−メチルシトシン);U=(2’−O−メチルウリジン)
This oligonucleotide contains the following modifications:
The synthesis of the second primer extension product was stopped using the 1 = C3 linker.
The primer segment [CUCU GAUGCUC] contained a 2'-O-Me modification and served as a second primer region that binds to the first region of the controller oligonucleotide.
A = (2'-O-methyladenosine); G = (2'-O-methylguanosine); C = (2'-O-methylcytosine); U = (2'-O-methyluridine)

プライマー2:P2G3−5270−7063

Figure 2021514637
Primer 2: P2G3-5270-7063
Figure 2021514637

反応でプライマーとして使用されるセグメントには下線が引かれている。
このオリゴヌクレオチドは以下の修飾を含む:
6 =HEGリンカー
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン)
The segments used as primers in the reaction are underlined.
This oligonucleotide contains the following modifications:
6 = HEG linker A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine)

以下のコントローラーオリゴヌクレオチドを使用した:
AD−F5−1001−503

Figure 2021514637
A=2’−デオキシ−アデノシン;C=2’−デオキシ−シトシン;G=2’−デオキシ−グアノシン;T=2’−デオキシ−チミジン(チミジン)
角括弧のオリゴヌクレオチドの5’セグメント[UAAUCUGUAA GAGCAGAUCC CUGGACAGGC AA GGAAUAC]は、2’O−Meヌクレオチド修飾を含んだ: The following controller oligonucleotides were used:
AD-F5-1001-503
Figure 2021514637
A = 2'-deoxy-adenosin; C = 2'-deoxy-cytosine; G = 2'-deoxy-guanosine; T = 2'-deoxy-thymidine (thymidine)
The 5'segment of oligonucleotides in square brackets [UAAUCUGUAA GAGCAGAUCC CUGGACAGGC AA GGAAUAC] contained a 2'O-Me nucleotide modification:

修飾:
A=(2’−O−メチルアデノシン);G=(2’−O−メチルグアノシン);C=(2’−O−メチルシトシン);U=(2’−O−メチルウリジン)
X=ポリメラーゼによる可能な伸長をブロックする3’−リン酸基。
Qualification:
A = (2'-O-methyladenosine); G = (2'-O-methylguanosine); C = (2'-O-methylcytosine); U = (2'-O-methyluridine)
X = 3'-phosphate group that blocks possible elongation by the polymerase.

ヌクレオチド及びヌクレオチド修飾体は、ホスホジエステル結合によって互いに連結される。コントローラーオリゴヌクレオチドの3’末端は、ポリメラーゼによる可能な伸長を防ぐためにリン酸基でブロックされる。 Nucleotides and nucleotide modifications are linked to each other by phosphodiester bonds. The 3'end of the controller oligonucleotide is blocked with a phosphate group to prevent possible elongation by the polymerase.

4つのバッチを調製した:
バッチ1は、開始核酸鎖として鋳型M2SF5−M001−200(完全一致状況)が300fmol/lの濃度(約2x10コピー/バッチに相当)で含有する。
4 batches were prepared:
Batch 1, mold M2SF5-M001-200 as the starting nucleic acid strand (exact match situation) is at a concentration of 300 fmol / l (about 2x10 corresponding to 6 copies / batch).

バッチ2は、開始核酸鎖として鋳型M2SF5−M001−200(完全一致の状況)が300amol/lの濃度(約2x10コピー/バッチに相当)で含有する。 Batch 2, mold M2SF5-M001-200 as the starting nucleic acid strand (the status of exact) contains a concentration of 300Amol / l (corresponding to about 2x10 3 copies / Batch).

バッチ3は、鋳型が含まれていないため、コントロールを形成する。 Batch 3 forms a control because it does not contain a template.

バッチ4は、開始核酸鎖として鋳型M2SF5−WT01−200(単一不一致の状況)が300pmol/lの濃度で含有する(バッチあたり約2x10コピー)。 Batch 4 is started as a nucleic acid strand template M2SF5-WT01-200 (single mismatch situation) is at a concentration of 300 pmol / l (approximately 2x10 9 copies per batch).

プライマー1は5μmol/lで使用し、コントローラーオリゴヌクレオチドは2μmol/lで使用し、プライマー2は1μmol/lで使用した。 Primer 1 was used at 5 μmol / l, controller oligonucleotide was used at 2 μmol / l, and primer 2 was used at 1 μmol / l.

さらなる反応条件は次のとおりである:増幅液2。 Further reaction conditions are as follows: Amplified solution 2.

アッセイでゲノムDNAの存在を模倣するために、100ngの新たに変性した魚DNA(サーモンDNA)を反応ごとに加えた。 To mimic the presence of genomic DNA in the assay, 100 ng of freshly denatured fish DNA (salmon DNA) was added per reaction.

熱反応条件は、周期的に変化する温度変化であり、55℃での2分間の間隔の後に65℃での5分間の間隔を続けた。増幅は100サイクルにわたってモニターした。EvaGreen蛍光シグナルの検出は65℃で行った。 The thermal reaction condition was a cyclically changing temperature change, with a 2-minute interval at 55 ° C followed by a 5-minute interval at 65 ° C. Amplification was monitored over 100 cycles. The detection of the EvaGreen fluorescent signal was performed at 65 ° C.

増幅の成功を、EvaGreen蛍光シグナルの経時的な増加によって測定した。 Successful amplification was measured by an increase in EvaGreen fluorescence signal over time.

温度変化及びリアルタイムモニタリングは、ThermofisherのStepPne PlusリアルタイムPCRデバイスを使用して実行した。 Temperature changes and real-time monitoring were performed using Thermo Fisher's StepPne Plus real-time PCR device.

図37は、EvaGreenシグナルの典型的な曲線を示す。Y軸は蛍光シグナルの増加(Delta Rn)を示し、X軸は反応時間(サイクル数として)を示す。矢印は個々の反応調製物を示す。記された位置は次のバッチに属する: FIG. 37 shows a typical curve of the EvaGreen signal. The Y-axis shows the increase in fluorescence signal (Delta Rn), and the X-axis shows the reaction time (as the number of cycles). Arrows indicate individual reaction preparations. The marked positions belong to the following batch:

矢印1: 300fmol/lの完全一致鋳型(約2x10コピー/バッチ) Arrow 1: 300 fmol / l of exact match template (approximately 2x10 6 copies / Batch)

矢印2: 300fmol/lの完全一致鋳型(約2x10コピー/バッチ) Arrow 2: 300 fmol / l exact match template (approx. 2x10 3 copies / batch)

矢印3: 鋳型なし Arrow 3: No mold

矢印4: 300pmol/lの不一致鋳型(バッチあたり約2x10コピー)。 Arrow 4: 300 pmol / l mismatch template (approximately 2x10 9 copies per batch) of.

鋳型の完全一致及び不一致変異の両方で蛍光シグナルの増加を確認でき、不一致の変異(4)のシグナルは、100倍の過剰にもかかわらず、後に出現する。不一致の増幅シグナルは、完全一致増幅シグナルと比較して大幅に遅延していることがわかる。単一の不一致に対して約15サイクルの遅延が観察される。時間遅延(=サイクル数)は、増幅における識別の即時測定である。増幅における識別のさらなる定量は、完全一致増幅下での鋳型濃度系列で比較することによって得ることができる。 An increase in the fluorescence signal can be confirmed in both the exact match and the mismatched mutations of the template, and the signal of the mismatched mutation (4) appears later, despite a 100-fold excess. It can be seen that the mismatched amplification signal is significantly delayed compared to the exact match amplification signal. A delay of about 15 cycles is observed for a single discrepancy. The time delay (= number of cycles) is an immediate measurement of identification in amplification. Further quantification of discrimination in amplification can be obtained by comparing with the template concentration series under exact coincidence amplification.

完全一致鋳型を使用する場合、プライマー伸長産物の相補鎖が合成される。この伸長産物は、完全一致の鋳型及び使用されるコントローラーオリゴヌクレオチドの両方に相補的である。 When using an exact match template, complementary strands of primer extension products are synthesized. This extension is complementary to both the exact match template and the controller oligonucleotide used.

対照的に、不一致配列が使用される場合、プライマー伸長産物の第1のセグメントの合成は、不一致鋳型に完全に相補的である伸長産物の相補鎖の生成をもたらすが、それによりオリゴヌクレオチドコントローラーの第3の領域との相補性から相違する。この相違は、コントローラーオリゴヌクレオチドと反応して、鎖置換プロセスを進行させることを許容するはずである、伸長産物の5’−鎖セグメントで起こる。この例に示すように、不一致はコントローラーオリゴヌクレオチドによる鎖置換により干渉する。 In contrast, when a mismatched sequence is used, the synthesis of the first segment of the primer extension product results in the production of a complementary strand of the extension product that is completely complementary to the mismatched template, thereby causing the oligonucleotide controller. It differs from the complementarity with the third region. This difference occurs in the 5'-chain segment of the extension product, which should allow the chain substitution process to proceed by reacting with the controller oligonucleotide. As shown in this example, the mismatch interferes with the strand substitution by the controller oligonucleotide.

完全一致鋳型を使用した制御反応(矢印1及び2)は、増幅の濃度依存性を示した。濃度が低下すると、シグナルがベースラインレベルを超えて増幅される核酸を増幅するための十分な量が合成するための反応時間はより長かった。 Controlled reactions using the exact match template (arrows 1 and 2) showed concentration dependence of amplification. As the concentration decreased, the reaction time was longer for the synthesis to be sufficient to amplify the nucleic acid at which the signal was amplified above baseline levels.

この結果は、コントローラーオリゴヌクレオチドの塩基組成の重要性を示す:コントローラーオリゴヌクレオチドとプライマー伸長産物の間の相補性からの相違は、増幅を遅くする、又はさらには中断し得る。 This result indicates the importance of the base composition of the controller oligonucleotide: the difference from complementarity between the controller oligonucleotide and the primer extension product can slow or even interrupt amplification.

この実施例では、完全一致の鋳型と不一致の鋳型との配列末端は完全に同一であり、したがって両方のオリゴヌクレオチドプライマーの結合の可能性は同じであったが、両方の反応は完全に異なることがわかった:コントローラーオリゴヌクレオチドと、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの伸長産物の5’セグメントとの間に完全な相補性がある場合、増幅は計画通りに行われた。配列の相違(この場合は不一致による)による鎖置換の中断は、増幅の抑制をもたらした。 In this example, the sequence ends of the exact and mismatched templates were exactly the same, so the likelihood of binding of both oligonucleotide primers was the same, but both reactions were completely different. It was found: If there was perfect complementarity between the controller oligonucleotide and the 5'segment of the extension product of the first oligonucleotide primer, the amplification was as planned. Interruption of strand substitution due to sequence differences (in this case due to mismatch) resulted in suppression of amplification.

実施例3(図38〜42):
2つの増幅の使用:第1の増幅、その後の第2の増幅
この実施例は、第1の増幅の増幅産物(第1の増幅)が、その後の古典的なPCR(第2の増幅)によって開始核酸鎖として使用できることを示している。したがって、合計2つの別個の増幅反応が行われた:最初に第1の増幅、次いで第2の増幅。
Example 3 (FIGS. 38-42):
Use of Two Amplifications: First Amplification, Subsequent Second Amplification In this example, the amplification product of the first amplification (first amplification) is followed by classical PCR (second amplification). It is shown that it can be used as a starting nucleic acid chain. Therefore, a total of two separate amplification reactions were performed: first amplification first, then second amplification.

第1の増幅
最初に、第1の増幅を、第1の増幅系を使用して、標的配列を含む一本鎖核酸鎖(ここでは一本鎖の開始核酸鎖1.1として)を使用して行った。使用する反応条件(温度55℃及び65℃)では、コントローラーオリゴヌクレオチドの非存在における、第1のプライマー伸長産物及び第2のプライマー伸長産物を含む、反応中に形成される2本鎖の自然分離を起こすことを許容しない。
First Amplification First, the first amplification is performed using the single-stranded nucleic acid strand containing the target sequence (here, as the single-stranded starting nucleic acid strand 1.1) using the first amplification system. I went. In the reaction conditions used (temperatures 55 ° C and 65 ° C), the double strands formed during the reaction spontaneously separate, including the first primer extension product and the second primer extension product in the absence of the controller oligonucleotide. Is not allowed to occur.

第1の増幅系は、次の成分を含んだ:
・ 第1のオリゴヌクレオチドプライマー、
・ 第2のオリゴヌクレオチドプライマー、
・ コントローラーオリゴヌクレオチド及び
・ 鎖置換特性を有するポリメラーゼ(BST2.0ウォームスタートポリメラーゼ)、
・ 並びに、ポリメラーゼに必要な基質(dNTP:dATP、dCTP、dGTP、dTTP)及び適切な緩衝系(反応は等温緩衝液1倍(NEB)で実行した)。
The first amplification system contained the following components:
-First oligonucleotide primer,
-Second oligonucleotide primer,
・ Controller oligonucleotide and ・ Polymerase with strand substitution properties (BST2.0 warm start polymerase),
-And the substrates required for the polymerase (dNTPs: dATP, dCTP, dGTP, dTTP) and the appropriate buffer system (reaction was performed with isothermal buffer 1x (NEB)).

反応の進行はEvaGreenによって65℃で検出した。 Reaction progression was detected by EvaGreen at 65 ° C.

第1のオリゴヌクレオチドプライマー(5μmol/l)と、使用されるコントローラーオリゴヌクレオチド(2μmol/l)との濃度比では、第1のプライマーはコントローラーオリゴヌクレオチドに対して相対的に過剰である。第1のオリゴヌクレオチドプライマー及びコントローラーオリゴヌクレオチドを含む複合体の融解温度は、約63℃(Tm)であり、同じ反応溶液で測定した。 In the concentration ratio of the first oligonucleotide primer (5 μmol / l) to the controller oligonucleotide (2 μmol / l) used, the first primer is in excess relative to the controller oligonucleotide. The melting temperature of the complex containing the first oligonucleotide primer and the controller oligonucleotide was about 63 ° C. (Tm) and was measured with the same reaction solution.

第1の増幅反応では、2つの温度範囲を使用した:
55℃(2分)及び65℃(2分)。55℃の温度ステップでは、コントローラーオリゴヌクレオチドは第1のオリゴヌクレオチドプライマーと完全に複合化した。これは、コントローラーオリゴヌクレオチドが第1のプライマー伸長産物に結合するのを妨げた。第2の温度ステップ(65℃)では、この複合体は少なくとも部分的に複合体から解離することが可能であり、その結果、遊離の一本鎖コントローラーオリゴヌクレオチドがバッチで利用可能になった。このような遊離のコントローラーオリゴヌクレオチドは、新しい第1のオリゴヌクレオチドプライマーと複合体を形成する、又は第1のプライマー伸長産物にアニーリングすることのいずれかが可能である。第1のプライマー伸長産物との接触は、ポリメラーゼによってコピーされない、プライマーの第2の領域の対応する配列セグメントへコントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域の配列セグメントが相補的に結合することによって始まる。
Two temperature ranges were used in the first amplification reaction:
55 ° C (2 minutes) and 65 ° C (2 minutes). At the 55 ° C. temperature step, the controller oligonucleotide was fully complexed with the first oligonucleotide primer. This prevented the controller oligonucleotide from binding to the first primer extension product. In the second temperature step (65 ° C.), the complex was capable of at least partially dissociating from the complex, resulting in the availability of free single-stranded controller oligonucleotides in batches. Such free controller oligonucleotides can either form a complex with a new first oligonucleotide primer or anneal to a first primer extension product. Contact with the first primer extension product begins with the complementary binding of the sequence segment of the first region of the controller oligonucleotide to the corresponding sequence segment of the second region of the primer, which is not copied by the polymerase.

個々の合成方法及び鎖分離方法は、本質的に次のプロセスからなる:
第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、提供された核酸鎖の3’セグメント(開始核酸鎖1.1)に主に特異的に結合でき、ポリメラーゼによって伸長できる(この反応は主に55℃で行われる)。合成は、鋳型鎖の末端へ進む(開始核酸鎖の5’領域)。これは第1のプライマー伸長産物をもたらした。コントローラーオリゴヌクレオチドは、相補的塩基対形成によって前記第1のプライマー伸長産物に結合でき、相補的塩基対形成によって鋳型鎖(ここでは第1の開始核酸鎖)を置換する(この反応は主に65℃で行われる)。65℃で、第1のプライマー伸長産物の3’セグメント(コントローラーによって結合されなかった)は、主に温度のために、鋳型鎖との複合体から分離した(前記3’セグメントのTmは65℃未満であった)。したがって、第1のプライマー伸長産物の3’セグメントは一本鎖になった。したがって、第1のプライマー伸長産物は、コントローラーオリゴヌクレオチドと複合化して存在した。
The individual synthetic and chain separation methods essentially consist of the following processes:
The first oligonucleotide primer is primarily capable of specifically binding to the 3'segment of the provided nucleic acid strand (starting nucleic acid strand 1.1) and can be extended by the polymerase (this reaction is predominantly carried out at 55 ° C.). .. Synthesis proceeds to the end of the template strand (5'region of the starting nucleic acid strand). This resulted in a first primer extension product. The controller oligonucleotide can bind to the first primer extension product by complementary base pairing and replace the template strand (here the first starting nucleic acid strand) by complementary base pairing (this reaction is predominantly 65). Performed at ° C). At 65 ° C., the 3'segment of the first primer extension product (not bound by the controller) was separated from the complex with the template strand mainly due to temperature (Tm of the 3'segment was 65 ° C. Was less than). Therefore, the 3'segment of the first primer extension product became single strand. Therefore, the first primer extension product was present in combination with the controller oligonucleotide.

第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1のプライマー伸長産物の前記セグメントに結合することがこれより可能であり、ポリメラーゼによる第2のプライマー伸長産物の合成を開始した(このステップは、55℃及び65℃で実行できる)。合成を実行するのと同時に、コントローラーオリゴヌクレオチドを第1のプライマー伸長産物への結合から同時置換した。第1のプライマー伸長反応で使用されるポリメラーゼ(Bst2.0ウォームスタート)は、鎖置換特性を有する。第2のプライマー伸長産物の合成は、ポリメラーゼによってコピーされた第1のプライマーの第1の領域まで、及び該第1の領域を含み実行された。第2のプライマー伸長産物の合成は、第1のプライマー伸長産物のC3リンカーによって停止し、それにより、第1のプライマー伸長産物の第2の領域は、ポリメラーゼによってコピーされなかった。これにより、第1のプライマー伸長産物と二本鎖を形成する第2のプライマー伸長産物が得られた(この二本鎖のTm=第1の増幅産物は約79℃であった)。反応混合物を65℃に繰り返し加熱すると、コントローラーオリゴヌクレオチドの第1のプライマー伸長産物への再結合をもたらし、それにより、第2のプライマー伸長産物が第1のプライマー伸長産物への結合から解放された。 The second oligonucleotide primer was thus capable of binding to said segment of the first primer extension product and initiated the synthesis of the second primer extension product by the polymerase (this step was 55 ° C. and 65 ° C.). Can be run at ° C). At the same time as the synthesis was performed, the controller oligonucleotide was co-substituted from binding to the first primer extension product. The polymerase used in the first primer extension reaction (Bst2.0 warm start) has chain substitution properties. Synthesis of the second primer extension product was carried out up to the first region of the first primer copied by the polymerase and including the first region. Synthesis of the second primer extension product was stopped by the C3 linker of the first primer extension product, so that the second region of the first primer extension product was not copied by the polymerase. As a result, a second primer extension product forming a double strand with the first primer extension product was obtained (Tm of this double strand = the first amplification product was about 79 ° C.). Repeated heating of the reaction mixture to 65 ° C. resulted in the recombination of the controller oligonucleotide to the first primer extension product, thereby releasing the second primer extension product from binding to the first primer extension product. ..

第2のプライマー伸長産物の解放の結果として、この産物は鋳型としてこれより機能することができ、第2のプライマー伸長産物は、3’セグメントに、第1のプライマーの第1の領域に相補的な配列を含み、したがって新しいオリゴヌクレオチドプライマーを結合することができ、ポリメラーゼによって合成を開始することができる。 As a result of the release of the second primer extension product, this product can more function as a template, the second primer extension product complementing the first region of the first primer in the 3'segment. Sequences, thus new oligonucleotide primers can be attached and synthesis can be initiated by the polymerase.

その結果、繰り返される合成及び鎖分離のプロセスが実行され、合成された両方のプライマー伸長産物が後続のサイクルで鋳型として機能することができた。 As a result, repeated synthesis and chain separation processes were performed, allowing both synthesized primer extension products to serve as templates in subsequent cycles.

第1の増幅産物は、提供されたプライマーを使用して開始核酸鎖(1.1)から開始して、提供されたコントローラーオリゴヌクレオチドの助けにより、目的のコピー数が達成されるまで合成できた(ここで、第1の増幅産物1.1の濃度は、第1の増幅の終わりに向けて約0.8〜1μmol/l、これは10μlの反応バッチで約1,000,000,000コピーに相当する)。コピーの数は、説明のために濃度から見積もった。 The first amplification product could be synthesized starting from the starting nucleic acid strand (1.1) using the provided primers and with the help of the provided controller oligonucleotide until the desired copy number was achieved. (Here, the concentration of the first amplification product 1.1 is about 0.8-1 μmol / l towards the end of the first amplification, which is about 1,000,000 copies in a 10 μl reaction batch. Corresponds to). The number of copies was estimated from the concentration for illustration.

95℃へ10分間加熱することにより反応を停止させ、第1のポリメラーゼを変性させた。次に、短い融合分析を行って、特異的な増幅を確認した。反応バッチを凍結し、必要に応じて第2の増幅で使用した。 The reaction was stopped by heating to 95 ° C. for 10 minutes to denature the first polymerase. Next, a short fusion analysis was performed to confirm specific amplification. The reaction batch was frozen and used in a second amplification as needed.

第2の増幅(PCR)
第1の増幅の完了後、第1の反応バッチの一部を第2の増幅に加えた。第1の増幅中に合成された第1の増幅断片(1.1)は、第2の増幅の第2の開始核酸鎖(2.1)として機能した。
Second amplification (PCR)
After completion of the first amplification, a portion of the first reaction batch was added to the second amplification. The first amplified fragment (1.1) synthesized during the first amplification served as the second starting nucleic acid chain (2.1) of the second amplification.

第1に完了したバッチのいくつかの希釈ステップが第2の増幅反応に追加され、1つの希釈系列が得られた。 Several dilution steps of the first completed batch were added to the second amplification reaction to give one dilution series.

形成された第1の増幅断片(1.1)の精製は行われず、希釈のみが行われたことに注意すべきである。したがって、第1の増幅系のすべての未使用の成分は、希釈された形態ではあるが、第2の増幅ステップにも存在した。 It should be noted that the first amplified fragment (1.1) formed was not purified, only diluted. Therefore, all unused components of the first amplification system, albeit in diluted form, were also present in the second amplification step.

PCR反応条件(55℃(1分)及び72℃(3分)及び95℃(20秒)の3つの温度範囲)を使用して、標準PCR(第2の増幅)を実行した。 Standard PCR (second amplification) was performed using PCR reaction conditions (three temperature ranges of 55 ° C. (1 minute) and 72 ° C. (3 minutes) and 95 ° C. (20 seconds)).

第2の増幅系は、それぞれ次の成分を含む:
・ 第3のオリゴヌクレオチドプライマー、
・ 第4のオリゴヌクレオチドプライマー、
・ 熱安定性ポリメラーゼであるポリメラーゼ(Taqポリメラーゼ)
・ 及び、ポリメラーゼのための基質(dNTP:dATP、dCTP、dGTP、dTTP)及び適切な緩衝液系。
The second amplification system contains the following components, respectively:
-Third oligonucleotide primer,
・ Fourth oligonucleotide primer,
-Polymerase that is a thermostable polymerase (Taq polymerase)
And substrates for polymerases (dNTPs: dATP, dCTP, dGTP, dTTP) and suitable buffer systems.

PCRでは、個々の成分の一般的な濃度を使用した:最終濃度が各0.5μmol/lのPCRプライマー、及び濃度(1,100希釈、約1ユニット/反応に相当)のTaqポリメラーゼ及び濃度約200μmol/lのdNTP(A、G、C、T)。この反応は、等温緩衝液1倍(NEB)において実施した。 In the PCR, the general concentrations of the individual components were used: PCR primers with a final concentration of 0.5 μmol / l each, and Taq polymerase at a concentration (1,100 dilution, equivalent to about 1 unit / reaction) and a concentration of about. 200 μmol / l dNTP (A, G, C, T). This reaction was performed in isothermal buffer 1x (NEB).

第2の増幅は、この第1の増幅断片を開始核酸鎖(2.1)として使用し、第2の増幅系を使用して実行した。合成の進行は、72℃でEvaGreenによって検出した。第2の増幅系で鋳型としても使用できるNTC及び開始核酸鎖1.1は、対照反応として使用した。 The second amplification was performed using this first amplification fragment as the starting nucleic acid chain (2.1) and using the second amplification system. The progress of the synthesis was detected by EvaGreen at 72 ° C. NTC and the starting nucleic acid chain 1.1, which can also be used as templates in the second amplification system, were used as control reactions.

特異的なシグナルが増加するまでの第2の増幅に必要なサイクル数を測定し、参照値と比較した。検出可能な増幅に必要なサイクル数の比較から、PCRでの第1の増幅断片(1.1)の使用の成功が結論付けられた。 The number of cycles required for the second amplification until the specific signal increased was measured and compared to the reference value. A comparison of the number of cycles required for detectable amplification concluded the successful use of the first amplified fragment (1.1) in PCR.

詳細には、以下を実行した:
コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく第1の増幅反応の第1の増幅産物を、希釈し、一般的なPCR条件下で鋳型(インプット)として増幅した。この実施例では、後続のPCRでの検出は、挿入色素EvaGreenを使用して実行する。多数の異なる制御アプローチと比較することにより、本発明者らは、コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応が成功した場合にのみ、後続のPCRでシグナルが生成されることを示している。このため、その後の従来のPCRは検出PCRとも呼ぶ。
For more information, I did the following:
The first amplification product of the first amplification reaction based on the controller oligonucleotide was diluted and amplified as a template (input) under common PCR conditions. In this example, subsequent PCR detections are performed using the insert dye EvaGreen. By comparing with a number of different control approaches, we have shown that subsequent PCR signals are generated only if the controller oligonucleotide-based amplification reaction is successful. For this reason, the subsequent conventional PCR is also referred to as detection PCR.

コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応の増幅産物を、実施例2に記載されるように本質的に生成した。 The amplification product of the amplification reaction based on the controller oligonucleotide was essentially produced as described in Example 2.

以下のオリゴヌクレオチドプライマーを使用した:
第1のオリゴヌクレオチドプライマー: P1F5−200−AE205

Figure 2021514637
反応でプライマーとして使用されるセグメントには下線が引かれている。
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン)
このオリゴヌクレオチドは以下の修飾を含む:
1=C3リンカーを使用して、第2のプライマー伸長産物の合成を停止した。
2=2’−デオキシイノシン The following oligonucleotide primers were used:
First oligonucleotide primer: P1F5-200-AE205
Figure 2021514637
The segments used as primers in the reaction are underlined.
A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine)
This oligonucleotide contains the following modifications:
The synthesis of the second primer extension product was stopped using the 1 = C3 linker.
2 = 2'-deoxyinosine

プライマーのセグメント[CUCU GAUGCUUC]は、2’−O−Me修飾を含み、コントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域に結合する第2のプライマー領域として機能した。
A=(2’−O−メチルアデノシン);G=(2’−O−メチルグアノシン);C=(2’−O−メチルシトシン);U=(2’−O−メチルウリジン)
第2のオリゴヌクレオチドプライマー: P2G3−5270−7063

Figure 2021514637
反応でプライマーとして使用されるセグメントには下線が引かれている。
このオリゴヌクレオチドは以下の修飾を含む:
6=HEGリンカー
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン)
以下のコントローラーオリゴヌクレオチド(配列番号4)を使用した:
AD−F5−1001−503
Figure 2021514637
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン) The primer segment [CUCU GAUGCUC] contained a 2'-O-Me modification and served as a second primer region that binds to the first region of the controller oligonucleotide.
A = (2'-O-methyladenosine); G = (2'-O-methylguanosine); C = (2'-O-methylcytosine); U = (2'-O-methyluridine)
Second oligonucleotide primer: P2G3-5270-7063
Figure 2021514637
The segments used as primers in the reaction are underlined.
This oligonucleotide contains the following modifications:
6 = HEG linker A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine)
The following controller oligonucleotide (SEQ ID NO: 4) was used:
AD-F5-1001-503
Figure 2021514637
A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine)

角括弧のオリゴヌクレオチドの5’セグメント[UAAUCUGUAA GAGCAGAUCC CUGGACAGGC AA GGAAUAC]は、2’−O−Meヌクレオチド修飾を含んだ:
A=(2’−O−メチルアデノシン);G=(2’−O−メチルグアノシン);C=(2’−O−メチルシトシン);U=(2’−O−メチルウリジン)
X=ポリメラーゼによる可能な伸長をブロックする3’−リン酸基
The 5'segment of oligonucleotides in square brackets [UAAUCUGUAA GAGCAGAUCC CUGGACAGGC AA GGAAUAC] contained a 2'-O-Me nucleotide modification:
A = (2'-O-methyladenosine); G = (2'-O-methylguanosine); C = (2'-O-methylcytosine); U = (2'-O-methyluridine)
X = 3'-phosphate group that blocks possible elongation by polymerase

ヌクレオチド及びヌクレオチド修飾体は、ホスホジエステル結合によって互いに連結される。コントローラーオリゴヌクレオチドの3’末端は、ポリメラーゼによる可能な伸長を防ぐためにリン酸基でブロックされる。 Nucleotides and nucleotide modifications are linked to each other by phosphodiester bonds. The 3'end of the controller oligonucleotide is blocked with a phosphate group to prevent possible elongation by the polymerase.

コントローラーと完全一致を有する開始核酸鎖(1.1)。
M2SF5−M001−200
5’ GCT CATA CTACAATGTCA CT TA CTGTAA GAGCAGATCC CTGGACAGGC AA GGAATACAGGTA AAAAA 3’ (配列番号006)
開始核酸鎖は約1pMの濃度で使用した。
Starting nucleic acid strand (1.1) with exact match with the controller.
M2SF5-M001-200
5'GCT CATA CTACAATGTCA CT TA CTGTAA GAGCAGATCC CTGGACAGGC AA GGAATACAGGTA AAAAA 3'(SEQ ID NO: 006)
The starting nucleic acid chain was used at a concentration of about 1 pM.

その結果、増幅断片は、次の配列を持つ第2のプライマー伸長産物を生成することが期待できる:
5’ GCT CATA CTACAATGTCA CT TA CTGTAA GAGCAGATCC CTGGACAGGC AA GGAATACAGGTA 3’ (配列番号10)
(コピーできない第2のプライマーの配列セグメントはここには示さない)
As a result, the amplified fragment can be expected to produce a second primer extension product with the following sequence:
5'GCT CATA CTACAATGTCA CT TA CTGTAA GAGCAGATCC CTGGACAGGC AA GGAATACAGGTA 3'(SEQ ID NO: 10)
(The sequence segment of the second primer that cannot be copied is not shown here)

PCRは、3つの異なるプライマー対で実行した。このプライマーは、増幅産物の異なる配列領域をカバーする。理解を深めるために、鋳型鎖(=増幅産物)のプライマー結合部位にも、各プライマー対のマークが付けられている。 PCR was performed with three different primer pairs. This primer covers different sequence regions of the amplification product. For better understanding, each primer pair is also marked on the primer binding site of the template chain (= amplification product).

PCRに使用したもの:
第3のオリゴヌクレオチドプライマーSeqP1F5 300−35x(配列番号8)及び第4のオリゴヌクレオチドプライマーP2−4401−601 TMR(配列番号9)からなるPCRプライマー対1:
What was used for PCR:
PCR primer pair 1: consisting of a third oligonucleotide primer SeqP1F5 300-35x (SEQ ID NO: 8) and a fourth oligonucleotide primer P2-4401-601 TMR (SEQ ID NO: 9).

第3のオリゴヌクレオチドプライマー SeqP1F5 300−35x
5’ ACGAAGCTCGCAAGAACTCAGAGTGTGCTCGACACTACCTGTATTCC 3’ (配列番号8)
第4のオリゴヌクレオチドプライマーP2−4401−601
TMR 5’ GCTCATACTACAATGTCACTTAC 3’(配列番号9)
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン):をそれぞれ有する。
TMR=この鎖の5’末端に接続したテトラメチルローダミン(P2−4401−601 TMR)
Third oligonucleotide primer SeqP1F5 300-35x
5'ACGAAGCTCGCAAGACACTCAGAGTGTGCTGACTACACTGTATTCC 3'(SEQ ID NO: 8)
Fourth Oligonucleotide Primer P2-4401-601
TMR 5'GCTCATACTACAAATGTCACTTAC 3'(SEQ ID NO: 9)
It has A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine) :.
TMR = tetramethylrhodamine (P2-4401-601 TMR) connected to the 5'end of this chain

前記2つのプライマーは、以下の様式で鋳型鎖に結合する(ここでは、第1の増幅の第2のプライマー伸長産物として示される):

Figure 2021514637
The two primers bind to the template strand in the following manner (here, shown as the second primer extension product of the first amplification):
Figure 2021514637

制御アプローチでは、このプライマー対のプライマーは、次のように開始核酸鎖1.1にも結合できる。
M2SF5−M001−200 (配列番号006):

Figure 2021514637
In a regulatory approach, the primers of this primer pair can also bind to the starting nucleic acid chain 1.1 as follows:
M2SF5-M001-200 (SEQ ID NO: 006):
Figure 2021514637

第1のオリゴヌクレオチドプライマーの結合配列には下線が引かれている。 The binding sequence of the first oligonucleotide primer is underlined.

第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、二重下線付きの配列の逆相補に結合する。 The second oligonucleotide primer binds to the inverse complement of the double underlined sequence.

第3のオリゴヌクレオチドプライマーP3F5D−600−203(配列番号XY)及び第4のオリゴヌクレオチドプライマーP2−4401−601 TMRからなるPCRプライマー対2: PCR primer pair 2: consisting of third oligonucleotide primer P3F5D-600-203 (SEQ ID NO: XY) and fourth oligonucleotide primer P2-4401-601 TMR:

第3のオリゴヌクレオチドプライマー:
P3F5D−600−203
− 5’ TMR GTACCGAAGC TCGCAGGAAC TCAGAGTGTG GAGAGGACGA AAATGTCCAG GGA 3’ (配列番号11)
Third oligonucleotide primer:
P3F5D-600-203
-5'TMR GTACCGAAGC TCGCAGGAAC TCAGAGTGTG GAGAGGACGA AAATGTCCAG GGA 3'(SEQ ID NO: 11)

第4のオリゴヌクレオチドプライマーP2−4401−601
TMR TMR − 5’ GCTCATACTACAATGTCACTTAC 3’ (配列番号9)
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン):をそれぞれ有する。
Fourth Oligonucleotide Primer P2-4401-601
TMR TMR-5'GCTCATACTACAAATGTCACTTAC 3'(SEQ ID NO: 9)
It has A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine) :.

修飾:
TMR=鎖の5’末端(P3F5D−600−203)及びP2−4401−601 TMRに接続したテトラメチルローダミン
Qualification:
TMR = tetramethylrhodamine connected to the 5'end of the chain (P3F5D-600-203) and P2-4401-601 TMR

前記2つのプライマーは、以下の様式で鋳型鎖に結合する(ここでは、第1の増幅の第2のプライマー伸長産物として示される):

Figure 2021514637
The two primers bind to the template strand in the following manner (here, shown as the second primer extension product of the first amplification):
Figure 2021514637

制御バッチでは、このプライマー対のプライマーは、次のように開始核酸鎖1.1にも結合できる。 In a controlled batch, the primers of this primer pair can also bind to the starting nucleic acid chain 1.1 as follows:

M2SF5−M001−200

Figure 2021514637
第1のオリゴヌクレオチドプライマーの結合配列には下線が引かれている。
第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、二重下線付きの配列の逆相補に結合する。 M2SF5-M001-200
Figure 2021514637
The binding sequence of the first oligonucleotide primer is underlined.
The second oligonucleotide primer binds to the inverse complement of the double underlined sequence.

第3のオリゴヌクレオチドプライマー SeqP1F5−35−X02及び第4のオリゴヌクレオチドプライマーP2−4401−601 TMRからなるPCRプライマー対3:
第3のオリゴヌクレオチドプライマーSeqP1F5−35−X02
5’ AAGCTCGACAAAAGAACTCAGAGTGTGCTCGACACTACCTGTATTCCTTG 3’ (配列番号012)
PCR Primer Pair 3: Consisting of Third Oligonucleotide Primer SeqP1F5-35-X02 and Fourth Oligonucleotide Primer P2-4401-601 TMR:
Third oligonucleotide primer SeqP1F5-35-X02
5'AAGCTCGACAAAAAGAACTCAGAGTGTGTCCGACACTACCTGTATTTCCTTG 3'(SEQ ID NO: 012)

第4 のオリゴヌクレオチドプライマーP2−4401−601 TMR
TMR − 5’ GCTCATACTACAATGTCACTTAC 3’ (配列番号009)
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン):をそれぞれ有する。
TMR=この鎖の5’末端(P2−4401−601 TMR)に接続したテトラメチルローダミン
Fourth Oligonucleotide Primer P2-4401-601 TMR
TMR-5'GCTCATACTACAAATGTCACTTAC 3'(SEQ ID NO: 009)
It has A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine) :.
TMR = tetramethylrhodamine connected to the 5'end of this chain (P2-4401-601 TMR)

前記2つのプライマーは、以下の様式で鋳型鎖に結合する(ここでは、第1の増幅の第2のプライマー伸長産物として示される):

Figure 2021514637
The two primers bind to the template strand in the following manner (here, shown as the second primer extension product of the first amplification):
Figure 2021514637

制御バッチでは、このプライマー対のプライマーは、次のように開始核酸鎖1.1にも結合できる。
M2SF5−M001−200:

Figure 2021514637
第1のオリゴヌクレオチドプライマーの結合配列には下線が引かれている。
第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、二重下線付きの配列の逆相補に結合する。 In a controlled batch, the primers of this primer pair can also bind to the starting nucleic acid chain 1.1 as follows:
M2SF5-M001-200:
Figure 2021514637
The binding sequence of the first oligonucleotide primer is underlined.
The second oligonucleotide primer binds to the inverse complement of the double underlined sequence.

ヌクレオチド及びヌクレオチド修飾体は、ホスホジエステル結合によって互いに連結される。 Nucleotides and nucleotide modifications are linked to each other by phosphodiester bonds.

Taqポリメラーゼ(NEB、カタログ番号M0273S)をPCRで使用した。反応ごとに1:100のポリメラーゼ希釈を使用した。 Taq polymerase (NEB, catalog number M0273S) was used in PCR. A 1: 100 polymerase dilution was used for each reaction.

コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応(第1の増幅)からの増幅産物は、1:5,000〜1:500,000,000の希釈でPCRに使用した。 Amplification products from the controller oligonucleotide-based amplification reaction (first amplification) were used for PCR at a dilution of 1: 5,000 to 1: 500,000,000.

対照として、増幅用の鋳型を含まない反応混合物も調査した(NTC=鋳型なしの対照=陰性対照)。 As a control, a reaction mixture containing no template for amplification was also investigated (NTC = untemplated control = negative control).

さらに、コントローラーオリゴヌクレオチドがPCRプライマーの鋳型として機能するかどうかを確認するために、さらなる制御アプローチを使用した。この目的のために、前にコントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅中に使用されていたコントローラーオリゴヌクレオチド(配列番号4=ここでは「コントローラー503」と呼ぶ)を1μmol/l〜1pmol/lの濃度でPCRでの増幅に提供した。 In addition, a further regulatory approach was used to determine if the controller oligonucleotide functions as a template for PCR primers. To this end, the controller oligonucleotide (SEQ ID NO: 4 = referred to herein as "controller 503") previously used during controller oligonucleotide-based amplification was used by PCR at concentrations of 1 μmol / l to 1 pmol / l. Provided for amplification of.

さらなる対照において、規定量の鋳型M2SF5−M001−200をPCRでの増幅のために提供した(陽性対照)。前記対照は、(理想的な条件下で)PCR−プライマー対の機能を実証した。さらに、受け取ったCt値を陽性対照の標準希釈系列と比較することにより、第1の増幅後に試料を定量化できた。鋳型M2SF5−M001−200は、1nmol/l〜1fmol/lの濃度で試験した。 In a further control, a defined amount of template M2SF5-M001-200 was provided for amplification in PCR (positive control). The control demonstrated the function of the PCR-primer pair (under ideal conditions). In addition, samples could be quantified after the first amplification by comparing the received Ct values with the standard dilution series of positive controls. The template M2SF5-M001-200 was tested at a concentration of 1 nmol / l to 1 fmol / l.

第3及び第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、それぞれ0.5μmol/lの濃度で使用した。 The third and fourth oligonucleotide primers were used at a concentration of 0.5 μmol / l, respectively.

さらなる反応条件は次のとおりである:
1倍等温緩衝液(New England Biolabs);単一濃度では、緩衝液には以下を含有する:20mMのTris−HCl;10mMの(NH4)2SO4;50mMのKCl;2mMのMgSO4;0.1% Tween(登録商標)20;25℃にてpH8.8);dNTP(dATP、dCTP、dUTP、dGTP)、各200μmol/l;
EvaGreen色素(色素は、メーカーの指示に従って1:50の希釈で使用した)
Further reaction conditions are as follows:
1x Isothermal Buffer (New England Biolabs); At a single concentration, the buffer contains: 20 mM Tris-HCl; 10 mM (NH4) 2SO4; 50 mM KCl; 2 mM sulfonyl4; 0.1% Tween® 20; pH 8.8 at 25 ° C.); dNTPs (dATP, dCTP, dUTP, dGTP), 200 μmol / l each;
EvaGreen dye (dye used at 1:50 dilution according to manufacturer's instructions)

熱反応条件は次のように選択した:
・ 20秒95℃、系をアクティブ化する
・ 30サイクル、それぞれが、次の温度−時間プロファイルを有する
o 1分55℃
o 3分72℃
o 20秒95℃
・ 増幅産物の標準化のために10分72℃
・ 融解曲線分析
The thermal reaction conditions were selected as follows:
20 seconds 95 ° C, activate the system 30 cycles, each with the following temperature-time profile o 1 minute 55 ° C
o 3 minutes 72 ° C
o 20 seconds 95 ° C
・ 72 ° C for 10 minutes for standardization of amplification products
・ Melting curve analysis

増幅は通常、30サイクル、つまり、30x(1分55℃+3分72℃+20秒95℃)=約30x260秒=130分にわたってモニターした。増幅の成功は、経時的なEvaGreen蛍光シグナルの増加によって測定した。 Amplification was typically monitored over 30 cycles, ie 30x (1 minute 55 ° C. + 3 minutes 72 ° C. + 20 seconds 95 ° C.) = about 30x260 seconds = 130 minutes. Successful amplification was measured by an increase in EvaGreen fluorescence signal over time.

検出PCRの分析
以下の手法を使用して、検出PCRを分析し、得られた増幅産物を評価した。
・ 挿入色素(EvaGreen)の蛍光シグナル
・ 得られた増幅産物の融解曲線分析
PCRを分析する場合、Taqポリメラーゼの1:100希釈で得られたデータについてのみ説明する。
Analysis of Detected PCR The following techniques were used to analyze the detected PCR and evaluate the resulting amplification products.
-Fluorescent signal of the inserted dye (EvaGreen) -Melting curve analysis of the obtained amplification product When analyzing PCR, only the data obtained by diluting Taq polymerase at 1: 100 will be described.

鋳型(M2SF5−M001−200)での制御実験では、選択した3つすべてのPCRプライマー対が、使用したPCR条件下で特異的なPCR産物を生成できたことを確認できた。また、3つすべてのプライマー対が、コントローラーオリゴヌクレオチドから開始する産物を形成できなかったことも確認できた。使用されたすべての「第3の」プライマーは、コントローラーオリゴヌクレオチドの修飾された部分に結合するため、これは期待された結果であった。 Control experiments with the template (M2SF5-M001-200) confirmed that all three selected PCR primer pairs were able to produce specific PCR products under the PCR conditions used. It was also confirmed that all three primer pairs failed to form a product starting with the controller oligonucleotide. This was the expected result as all the "third" primers used bind to the modified portion of the controller oligonucleotide.

図38Aは、プライマー対1による希釈されたコントローラーオリゴヌクレオチド増幅アプローチの増幅中に得られたEvaGreen蛍光シグナルの典型的な時間経過を示す。Y軸はEvaGreen色素の蛍光シグナルを示し、X軸は反応時間を示す(サイクル数として)。矢印は、さまざまな増幅アプローチを示す。矢印は、次のバッチを示す: FIG. 38A shows the typical time course of the EvaGreen fluorescent signal obtained during amplification of a primer-to-one diluted controller oligonucleotide amplification approach. The Y-axis shows the fluorescence signal of the EvaGreen dye and the X-axis shows the reaction time (as the number of cycles). Arrows indicate different amplification approaches. Arrows indicate the next batch:

Figure 2021514637
Figure 2021514637

矢印6は、鋳型を含まないため、実験中に増幅シグナルを生成しない陰性対照バッチを示す。 Arrow 6 indicates a negative control batch that does not generate an amplification signal during the experiment because it does not contain a template.

コントローラーオリゴヌクレオチド増幅バッチの選択された希釈に応じて、時間遅延した増幅シグナルが観察される。PCRプライマー対1の場合、1:5,000〜1:50,000,000の希釈は、選択した条件下で十分に分解可能である。1:50,000,000の希釈は、陰性対照とわずかに異なる増幅シグナルを生成する(矢印5を参照)。 Depending on the selected dilution of the controller oligonucleotide amplification batch, a time-delayed amplification signal is observed. For PCR primer pair one, dilutions from 1: 5,000 to 1: 50,000,000 are well degradable under selected conditions. A dilution of 1: 50,000,000 produces an amplified signal that is slightly different from the negative control (see arrow 5).

図38Bは、反応1〜5の関連する融解曲線分析を示し、特異的な増幅産物が形成されたことを明らかにする(Tm=82.7℃)。 FIG. 38B shows the relevant melting curve analysis of reactions 1-5, revealing that a specific amplification product was formed (Tm = 82.7 ° C.).

図38Bは、図38Aからのプライマー対1の増幅産物の融解曲線を示す。Y軸、温度に対する蛍光シグナルの導関数を示し、X軸は、温度を示す。矢印1でマークされた均一なピークを検出した。融点が82.7℃に近い位置1のピークは、プライマー対1の増幅産物に属する。融解曲線分析は特異的な増幅を示す。 FIG. 38B shows the melting curve of the primer-to-one amplification product from FIG. 38A. The Y-axis shows the derivative of the fluorescence signal with respect to temperature, and the X-axis shows the temperature. A uniform peak marked by arrow 1 was detected. The peak at position 1 whose melting point is close to 82.7 ° C belongs to the primer-to-one amplification product. Melting curve analysis shows specific amplification.

図39Aは、PCRプライマー対2による、希釈されたコントローラーオリゴヌクレオチド増幅アプローチの増幅から得られたEvaGreen蛍光シグナルの一般的な時間曲線を示す。Y軸はEvaGreen色素の蛍光シグナルであり、X軸は反応時間(サイクル数として)である。矢印は、さまざまな増幅アプローチを示す。矢印は、次のバッチを示す: FIG. 39A shows a general time curve of the EvaGreen fluorescence signal obtained from amplification of the diluted controller oligonucleotide amplification approach with PCR primer pair 2. The Y-axis is the fluorescence signal of the EvaGreen dye, and the X-axis is the reaction time (as the number of cycles). Arrows indicate different amplification approaches. Arrows indicate the next batch:

Figure 2021514637
Figure 2021514637

矢印5は、鋳型を含まないため、実験中に増幅シグナルを生成しない陰性対照バッチを示す。 Arrow 5 indicates a negative control batch that does not generate an amplification signal during the experiment because it does not contain a template.

コントローラーオリゴヌクレオチド増幅バッチの選択された希釈に応じて、時間遅延した増幅シグナルが観察される。PCRプライマー対2の場合、1:5,000〜1:5,000,000の希釈は、選択した条件下で十分に分解可能である。1:5,000,000の希釈は、陰性対照から際だった増幅シグナルを生成する(矢印4を参照)。 Depending on the selected dilution of the controller oligonucleotide amplification batch, a time-delayed amplification signal is observed. For PCR primer pair 2, a dilution of 1: 5,000 to 1: 5,000,000 is fully degradable under selected conditions. A dilution of 1: 5,000,000 produces a striking amplification signal from the negative control (see arrow 4).

図39Bは、反応1〜4についての関連する融解曲線分析を示し、特異的な増幅産物が形成されたことを明らかにしている。 FIG. 39B shows the relevant melting curve analysis for reactions 1-4, revealing the formation of specific amplification products.

図39Bは、図39AからのPCRプライマー対2の増幅産物の融解曲線を示す。Y軸は、温度に対する蛍光シグナルの導関数を示し、X軸は、温度を示す。矢印1でマークされた均一なピークを検出した。融点が81.9℃に近い位置1のピークは、プライマー対2のPCR増幅産物に属する。融解曲線分析は特異的な増幅を示す。 FIG. 39B shows the melting curve of the PCR primer pair 2 amplification product from FIG. 39A. The Y-axis represents the derivative of the fluorescence signal with respect to temperature, and the X-axis represents temperature. A uniform peak marked by arrow 1 was detected. The peak at position 1 whose melting point is close to 81.9 ° C belongs to the PCR amplification product of primer pair 2. Melting curve analysis shows specific amplification.

図40Aは、PCRプライマー対3による、希釈されたコントローラーオリゴヌクレオチド増幅アプローチの増幅から得られたEvaGreen蛍光シグナルの一般的な時間曲線を示す。Y軸はEvaGreen色素の蛍光シグナルであり、X軸は反応時間(サイクル数として)である。矢印は、さまざまな増幅アプローチを示す。矢印は、次のバッチを示す: FIG. 40A shows a general time curve of the EvaGreen fluorescence signal obtained from amplification of a diluted controller oligonucleotide amplification approach with PCR primer pairs 3. The Y-axis is the fluorescence signal of the EvaGreen dye, and the X-axis is the reaction time (as the number of cycles). Arrows indicate different amplification approaches. Arrows indicate the next batch:

Figure 2021514637
Figure 2021514637

矢印7は、鋳型を含まないため、実験中に増幅シグナルを生成しない陰性対照バッチを示す。 Arrow 7 indicates a negative control batch that does not generate an amplified signal during the experiment because it does not contain a template.

コントローラーオリゴヌクレオチド増幅アプローチの選択された希釈に応じて、時間遅延した増幅シグナルが観察される。プライマー対3の場合、1:5,000〜1:500,000,000の希釈は、選択した条件下で十分に分解可能である。1:500,000,000の希釈は、陰性対照から際立った増幅シグナルを生成する(矢印6及び7を参照)。 A time-delayed amplification signal is observed, depending on the selected dilution of the controller oligonucleotide amplification approach. For primer pair 3, dilutions from 1: 5,000 to 1: 500,000,000 are well degradable under selected conditions. A dilution of 1: 500,000,000 produces a prominent amplified signal from the negative control (see arrows 6 and 7).

図40Bは、反応1〜6についての関連する融解曲線分析を示し、特異的な増幅産物が形成されたことを明らかにしている。 FIG. 40B shows the relevant melting curve analysis for reactions 1-6, revealing the formation of specific amplification products.

図40Bは、図40AからのPCRプライマー対3の増幅産物の融解曲線を示す。Y軸は、温度に対する蛍光シグナルの導関数を示し、X軸は、温度を示す。矢印1でマークされた均一なピークを検出した。融点が81.2℃に近い位置1のピークは、プライマー対3のPCR増幅産物に属する。融解曲線分析は特異的な増幅を示す。 FIG. 40B shows the melting curve of the PCR primer vs. 3 amplification product from FIG. 40A. The Y-axis represents the derivative of the fluorescence signal with respect to temperature, and the X-axis represents temperature. A uniform peak marked by arrow 1 was detected. The peak at position 1 whose melting point is close to 81.2 ° C belongs to the PCR amplification product of primer pair 3. Melting curve analysis shows specific amplification.

増幅の過程での蛍光シグナルの分析(増幅プロット)及び増幅の終わりでの融解曲線分析により、PCRプライマーの対1〜3はそれぞれ、第1の増幅反応から得られた希釈増幅産物を鋳型として使用できることを示した。 Analysis of the fluorescent signal during the amplification process (amplification plot) and melting curve analysis at the end of the amplification showed that each of the PCR primer pairs 1-3 used the diluted amplification product obtained from the first amplification reaction as a template. Showed that it can be done.

選択した希釈に応じて、時間遅延した増幅シグナルが生成され、これは、希釈系列に一般的である。ここで選択したPCR条件で、5,000,000倍に希釈された増幅産物を検出できる。プライマー対3は最も感度が高く、500,000,000倍の希釈で増幅産物をなお検出することができる。 Depending on the dilution selected, a time-delayed amplification signal is generated, which is common in dilution series. Under the PCR conditions selected here, amplification products diluted 5,000,000 times can be detected. Primer pair 3 is the most sensitive and the amplification product can still be detected at a dilution of 500,000,000 times.

図41は、1nmol/l(矢印1)及び10pmol/l(矢印2)で使用された鋳型(M2SF5−M001−200)、及びNTC対照(矢印3)による対照実験を示す。 FIG. 41 shows a control experiment using a template (M2SF5-M001-200) used at 1 nmol / l (arrow 1) and 10 pmol / l (arrow 2), and an NTC control (arrow 3).

図41Aは、PCRプライマー対1の結果を示す。
図41Bは、PCRプライマー対2の結果を示す。
図41Cは、PCRプライマー対3の結果を示す。
FIG. 41A shows the results of PCR primer pair 1.
FIG. 41B shows the results of PCR primer pair 2.
FIG. 41C shows the results of PCR primer pair 3.

対照実験(鋳型)と第1の増幅断片から実行された第2の増幅との間の蛍光シグナルの立ち上がり時間の比較は、第1の増幅が第2の増幅で鋳型として使用できる増幅断片の増加を引き起こしたことを示す。 A comparison of the rise time of the fluorescent signal between the control experiment (template) and the second amplification performed from the first amplification fragment shows that the first amplification can be used as a template in the second amplification. Indicates that it caused.

図42は、第1の増幅の過程を示す(PCR前)。 FIG. 42 shows the process of the first amplification (before PCR).

シグナルの増加が見られ、これを第1の増幅でのコピー数の増加として解釈した。矢印1は、開始核酸鎖1.1を有するバッチに対応した。矢印2=NTC対照。 An increase in signal was seen, which was interpreted as an increase in copy number in the first amplification. Arrow 1 corresponds to the batch having the starting nucleic acid chain 1.1. Arrow 2 = NTC control.

実施例4(図43〜47):
同一のバッチでの第1の増幅及び第2の増幅の組み合わせ(均一アッセイ)
この実施例では、本発明者らは、コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応が、均一アッセイ形式で後続の古典的なPCRとどのように組み合わせることができるかを実証する。ここで、本発明者らは、増幅の初期段階で高選択性のコントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応を使用し、その後、増幅及び増幅産物の検出のために古典的PCRに切り替える。実施例3(=不均一アッセイ形式)とは対照的に、この実施例における組み合わせは、均一アッセイ形式で行われる。すべてのアッセイの成分は、反応の開始時にすでに利用可能である。コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅と従来のPCRとの切り替えは、反応の過程で温度制御を変更することで行われる。
Example 4 (FIGS. 43-47):
Combination of first and second amplifications in the same batch (uniform assay)
In this example, we demonstrate how a controller oligonucleotide-based amplification reaction can be combined with subsequent classical PCR in a homogeneous assay format. Here, we use a highly selective controller oligonucleotide-based amplification reaction in the early stages of amplification and then switch to classical PCR for amplification and detection of amplification products. In contrast to Example 3 (= heterogeneous assay format), the combinations in this example are performed in a homogeneous assay format. All assay components are already available at the start of the reaction. Switching between controller oligonucleotide-based amplification and conventional PCR is done by altering temperature control during the course of the reaction.

最初に、第1の増幅産物1.1は、15〜30サイクルのコントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応を使用して、一本鎖開始核酸鎖(1.1)から開始して増幅され、その後30サイクルの古典的なPCRでさらに増幅して前増幅産物を検出した。この例では、挿入色素EvaGreenを検出に使用する。 First, the first amplification product 1.1 is amplified starting from the single strand initiation nucleic acid strand (1.1) using a 15-30 cycle controller oligonucleotide-based amplification reaction, then 30 Pre-amplification products were detected by further amplification by cycle classical PCR. In this example, the insert dye EvaGreen is used for detection.

第1の増幅系は、次の成分を含んだ:
・ 第1のオリゴヌクレオチドプライマー、
・ 第2のオリゴヌクレオチドプライマー、
・ コントローラーオリゴヌクレオチド及び
・ 鎖置換特性を有するポリメラーゼ(BST2.0ウォームスタートポリメラーゼ)、
・ 並びに、ポリメラーゼに必要な基質(dNTP:dATP、dCTP、dGTP、dTTP)及び適切な緩衝液系(反応は等温緩衝液1倍(NEB)で実行した)。
The first amplification system contained the following components:
-First oligonucleotide primer,
-Second oligonucleotide primer,
・ Controller oligonucleotide and ・ Polymerase with strand substitution properties (BST2.0 warm start polymerase),
-And the substrates required for the polymerase (dNTPs: dATP, dCTP, dGTP, dTTP) and the appropriate buffer system (reaction was performed with isothermal buffer 1x (NEB)).

第2の増幅系は、次の成分を含んだ:
・ 第3のオリゴヌクレオチドプライマー、
・ 第4のオリゴヌクレオチドプライマー、
・ 熱安定性ポリメラーゼであるポリメラーゼ(Taqポリメラーゼ)
・ 及び、ポリメラーゼに必要な基質(dNTP:dATP、dCTP、dGTP、dTTP)及び適切な緩衝液系。
The second amplification system contained the following components:
-Third oligonucleotide primer,
・ Fourth oligonucleotide primer,
-Polymerase that is a thermostable polymerase (Taq polymerase)
-And the substrates required for the polymerase (dNTP: dATP, dCTP, dGTP, dTTP) and the appropriate buffer system.

両方の増幅系は、第1の増幅が始まる前に一緒に利用できた。 Both amplification systems were available together before the first amplification began.

この例では、第2のオリゴヌクレオチドプライマーを両方の増幅に使用した。したがって、第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、第2のオリゴヌクレオチドプライマーと同一である。 In this example, a second oligonucleotide primer was used for both amplifications. Therefore, the fourth oligonucleotide primer is the same as the second oligonucleotide primer.

第3のオリゴヌクレオチドプライマーは変更した。 The third oligonucleotide primer was changed.

この実施例では、発明者らは4つの異なるプライマーを提示し、そのそれぞれは、「第3のオリゴヌクレオチドプライマー」としてバッチごとに個別に使用した。 In this example, the inventors presented four different primers, each of which was used individually for each batch as a "third oligonucleotide primer".

それぞれの第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、第1のオリゴヌクレオチドプライマーとは異なる。したがって、各反応バッチは、3つのプライマー、すなわち、第1のオリゴヌクレオチドプライマー及び第2のオリゴヌクレオチドプライマー(第1の増幅系の成分として)及び第2の増幅系の特異的なプライマーとして使用された第3のオリゴヌクレオチドプライマーを含む。第4のプライマーの役割は、後続のPCR反応にも適する、第1の増幅系の第2のプライマーによって引き継がれた。よりよく理解するために、各プライマーの組み合わせのプライマー結合部位は、鋳型鎖(=増幅産物)上にマークされている。 Each third oligonucleotide primer is different from the first oligonucleotide primer. Therefore, each reaction batch is used as three primers, namely a first oligonucleotide primer and a second oligonucleotide primer (as a component of the first amplification system) and a specific primer of the second amplification system. Also contains a third oligonucleotide primer. The role of the fourth primer was taken over by the second primer of the first amplification system, which is also suitable for subsequent PCR reactions. For better understanding, the primer binding sites of each primer combination are marked on the template chain (= amplification product).

次の開始核酸鎖(1.1)を一本鎖鋳型として使用した: The following starting nucleic acid strand (1.1) was used as the single strand template:

コントローラーオリゴヌクレオチドと完全に一致する第1のプライマー伸長産物をもたらす配列組成を持つ鋳型(配列番号6):
M2SF5−M001−200:

Figure 2021514637
第1のオリゴヌクレオチドプライマーの結合配列には下線が引かれている。 A template with a sequence composition that yields a first primer extension product that exactly matches the controller oligonucleotide (SEQ ID NO: 6):
M2SF5-M001-200:
Figure 2021514637
The binding sequence of the first oligonucleotide primer is underlined.

第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、二重下線の配列の逆相補に結合する。第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3F5D−600−203)の結合配列は、太字のイタリック体で示される。 The second oligonucleotide primer binds to the inverse complement of the double underlined sequence. The binding sequence of the third oligonucleotide primer (P3F5D-600-203) is shown in bold italics.

第1の増幅系:
第1のオリゴヌクレオチドプライマー:P1F5−200−AE205

Figure 2021514637
First amplification system:
First oligonucleotide primer: P1F5-200-AE205
Figure 2021514637

反応でプライマーとして使用されるセグメントには下線が引かれている。
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン)
The segments used as primers in the reaction are underlined.
A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine)

このオリゴヌクレオチドは以下の修飾を含む:
1=C3リンカーを使用して、第2のプライマー伸長産物の合成を停止した。
2=2’−デオキシイノシン
This oligonucleotide contains the following modifications:
The synthesis of the second primer extension product was stopped using the 1 = C3 linker.
2 = 2'-deoxyinosine

プライマーの1つのセグメント[CUCU GAUGCUUC]は、2’−O−Me修飾を含み、コントローラーオリゴヌクレオチドの第1の領域に結合する第2のプライマー領域として機能した。
A=(2’−O−メチルアデノシン);G=(2’−O−メチルグアノシン);C=(2’−O−メチルシトシン);U=(2’−O−メチルウリジン)
One segment of the primer [CUCU GAUGCUC] contained a 2'-O-Me modification and served as a second primer region that binds to the first region of the controller oligonucleotide.
A = (2'-O-methyladenosine); G = (2'-O-methylguanosine); C = (2'-O-methylcytosine); U = (2'-O-methyluridine)

第2のオリゴヌクレオチドプライマー: P2G3−5270−7063

Figure 2021514637
Second oligonucleotide primer: P2G3-5270-7063
Figure 2021514637

反応でプライマーとして使用されるセグメントには下線が引かれている。 The segments used as primers in the reaction are underlined.

このオリゴヌクレオチドは以下の修飾を含む:
6 =HEGリンカー
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン)
This oligonucleotide contains the following modifications:
6 = HEG linker A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine)

以下のコントローラーオリゴヌクレオチドを使用した:
AD−F5−1001−503

Figure 2021514637
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン) The following controller oligonucleotides were used:
AD-F5-1001-503
Figure 2021514637
A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine)

角括弧のオリゴヌクレオチドの5’セグメント[UAAUCUGUAA GAGCAGAUCC CUGGACAGGC A GGAAUAC]は、2’−O−Meヌクレオチド修飾を含んだ:
修飾:
A=(2’−O−メチルアデノシン);G=(2’−O−メチルグアノシン);C=(2’−O−メチルシトシン);U=(2’−O−メチルウリジン)
X=ポリメラーゼによる可能な伸長をブロックする3’リン酸基
5 the brackets oligonucleotide 'segment [UAAUCUGUAA GAGCAGAUCC CUGGACAGGC A A GGAAUAC] contained a 2'-O-Me nucleotide modifications:
Qualification:
A = (2'-O-methyladenosine); G = (2'-O-methylguanosine); C = (2'-O-methylcytosine); U = (2'-O-methyluridine)
X = 3'phosphate group that blocks possible elongation by polymerase

ヌクレオチド及びヌクレオチド修飾体は、ホスホジエステル結合によって互いに連結される。コントローラーオリゴヌクレオチドの3’末端は、ポリメラーゼによる可能な伸長を防ぐためにリン酸基でブロックされる。 Nucleotides and nucleotide modifications are linked to each other by phosphodiester bonds. The 3'end of the controller oligonucleotide is blocked with a phosphate group to prevent possible elongation by the polymerase.

第2の増幅系は、以下の一覧から第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3プライマー)を特に含む:
・ 第3のオリゴヌクレオチドプライマー: P3F5D−600−201
TMR 5’ GTACCGAAGC TCGCAGGAAC TCAGAGTGTG GAGAGGACGA AAA CTGTCCAGGGATC 3’ (配列番号14)
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン)
修飾:
5’位置におけるTMR(=テトラメチルローダミン)
・ 第3のオリゴヌクレオチドプライマー: P3F5D−600−202
TMR 5’GTACCGAAGC TCGCAGGAAC TCAGAGTGTG GAGAGGACGAAAA CCAGGGAT 3’ (配列番号15)
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン)
修飾:
5’位置におけるTMR(=テトラメチルローダミン)
・ 第3のオリゴヌクレオチドプライマーP3F5D−600−203
TMR 5’ GTACCGAAGCTCGCAGGAACTCAGAGTGTGGAGAGGACGAAAA TGTCCAGGGA 3’ (配列番号11):
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン)
修飾:
5’位置におけるTMR(=テトラメチルローダミン)
・ 第3のオリゴヌクレオチドプライマー: P3F5D−600−204
TMR 5’ GTACCGAAGCTCGCAGGAACTCAGAGTGTGGAGAGGACGAAAA CTGTCCAG 3’ (配列番号16)
A=2’−デオキシアデノシン;C=2’−デオキシシトシン;G=2’−デオキシグアノシン;T=2’−デオキシチミジン(チミジン)
修飾:
5’位置におけるTMR(=テトラメチルローダミン)
The second amplification system specifically comprises a third oligonucleotide primer (P3 primer) from the list below:
-Third oligonucleotide primer: P3F5D-600-201
TMR 5'GTACCGAAGC TCGCAGGAAC TCAGAGTGTG GAGAGGACGA AAA CTGTCCAGGATC 3'(SEQ ID NO: 14)
A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine)
Qualification:
TMR (= tetramethylrhodamine) at the 5'position
-Third oligonucleotide primer: P3F5D-600-202
TMR 5'GTACCGAAGC TCGCAGGAAC TCAGAGTGTG GAGAGGACGAAAA CCAGGGAT 3'(SEQ ID NO: 15)
A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine)
Qualification:
TMR (= tetramethylrhodamine) at the 5'position
-Third oligonucleotide primer P3F5D-600-203
TMR 5'GTACCGAAGCTCGCAGGGAACTCAGAGTGTGGGAGAGGACGAAAA TGTCCAGGGGA 3'(SEQ ID NO: 11):
A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine)
Qualification:
TMR (= tetramethylrhodamine) at the 5'position
-Third oligonucleotide primer: P3F5D-600-204
TMR 5'GTACCGAAGCTCGCAGGGAACTCAGAGTGTGGGAGAGGACGAAAA CTGTCCAG 3'(SEQ ID NO: 16)
A = 2'-deoxyadenosine; C = 2'-deoxycytosine; G = 2'-deoxyguanosine; T = 2'-deoxythymidine (thymidine)
Qualification:
TMR (= tetramethylrhodamine) at the 5'position

ヌクレオチド及びヌクレオチド修飾体は、ホスホジエステル結合によって一緒に連結される。この3’末端は、ポリメラーゼによる可能な伸長を防ぐためにリン酸基でブロックされる。 Nucleotides and nucleotide modifications are linked together by phosphodiester bonds. This 3'end is blocked with a phosphate group to prevent possible elongation by the polymerase.

開始核酸鎖1.1(鋳型)は1pmol/lの濃度で使用した。プライマー1は5μmol/l、コントローラーオリゴヌクレオチドは2μmol/l、プライマー2は1μmol/l、プライマー3は0.5μmol/lで使用した。増幅には、2つのポリメラーゼが1:100の希釈でバッチにおいてTaqポリメラーゼ(NEB、カタログ番号M0273S?)で存在し、及び1:200の希釈でBst2.0ウォームスタートポリメラーゼ(NEB、カタログ番号M0538S?)で存在した。 The starting nucleic acid chain 1.1 (template) was used at a concentration of 1 pmol / l. Primer 1 was used at 5 μmol / l, controller oligonucleotide was used at 2 μmol / l, primer 2 was used at 1 μmol / l, and primer 3 was used at 0.5 μmol / l. For amplification, two polymerases are present in batch with Taq polymerase (NEB, catalog number M0273S?) At a dilution of 1: 100, and Bst2.0 warm start polymerase (NEB, catalog number M0538S?) At a dilution of 1: 200. ) Existed.

対照反応では、P3プライマーは使用しなかった。さらなる制御反応では、BSTポリメラーゼのみを使用し、Taqポリメラーゼは使用しなかった。 No P3 primer was used in the control reaction. For further regulatory reactions, only BST polymerase was used, not Taq polymerase.

さらなる反応条件は次のとおりである:
1倍等温緩衝液(New England Biolabs);単一の濃度では、緩衝液には以下を含有する:20mMのTris−HCl;10mMの(NH4)2SO4;50mMのKCl;2mMのMgSO4;0.1% Tween(登録商標)20;25℃にてpH 8.8);dNTP(dATP、dCTP、dUTP、dGTP)、各200μmol/l;
EvaGreen色素(色素は、メーカーの指示に従って1:50の希釈で使用した)
熱反応条件は次のプロファイルに従い選択した:
・ 2分65℃、系を活性化するため
・ 次の温度−時間プロファイルで15サイクル又は30サイクル(コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応)
o 2分55℃
o 2分65℃
・ 20秒95℃、系を活性化するため
・ 次の温度−時間プロファイルで30サイクル(PCR)
o 1分55℃
o 3分72℃
o 20秒95℃
・ 10分72℃、増幅産物の標準化のため
・ 融解曲線分析
Further reaction conditions are as follows:
1x Isothermal Buffer (New England Biolabs); At a single concentration, the buffer contains: 20 mM Tris-HCl; 10 mM (NH4) 2SO4; 50 mM KCl; 2 mM sulfonyl4; 0.1 % Tween® 20; pH 8.8 at 25 ° C.); dNTPs (dATP, dCTP, dUTP, dGTP), 200 μmol / l each;
EvaGreen dye (dye used at 1:50 dilution according to manufacturer's instructions)
The thermal reaction conditions were selected according to the following profile:
-To activate the system at 65 ° C for 2 minutes-15 or 30 cycles at the next temperature-time profile (amplification reaction based on controller oligonucleotide)
o 2 minutes 55 ° C
o 2 minutes 65 ° C
20 seconds 95 ° C, to activate the system 30 cycles (PCR) with the following temperature-time profile
o 1 minute 55 ° C
o 3 minutes 72 ° C
o 20 seconds 95 ° C
・ 10 minutes 72 ℃, for standardization of amplification products ・ Melting curve analysis

総増幅を通常、45〜60サイクルにわたり実行した、すなわち、
第1の増幅:(15又は30)x(2分55℃+2分65℃)=(15〜30)x4分=60〜120分
第2の増幅(PCR):30x(1分55℃+3分72℃+20秒95℃)=30x260秒=130分(モニターした)。これは、190〜250分の合計時間に相当する。
Total amplification was typically performed over 45-60 cycles, i.e.
First amplification: (15 or 30) x (2 min 55 ° C + 2 min 65 ° C) = (15-30) x 4 min = 60-120 min Second amplification (PCR): 30 x (1 min 55 ° C + 3 min) 72 ° C. + 20 seconds 95 ° C.) = 30 x 260 seconds = 130 minutes (monitored). This corresponds to a total time of 190-250 minutes.

増幅の成功は、経時的なEvaGreen蛍光シグナルの増加によって測定することが可能であった。 Successful amplification could be measured by an increase in EvaGreen fluorescence signal over time.

コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応と検出PCRとの組み合わせの分析。
次の手法を使用して、得られた増幅産物を分析及び評価した。
・ 挿入色素(EvaGreen)の蛍光シグナル
・ 得られた増幅産物の融解曲線分析
Analysis of the combination of amplification reaction based on controller oligonucleotide and detection PCR.
The resulting amplification products were analyzed and evaluated using the following techniques:
-Fluorescent signal of the inserted dye (EvaGreen) -Melting curve analysis of the obtained amplification product

第1の部分増幅(15サイクル又は30サイクルによる)により、核酸鎖(第1の増幅断片1.1)の富化をもたらし、後続のPCRで鋳型として使用できる。これは、PCRが検出可能な量のPCR産物を生成するために必要なサイクルが少ないことを意味する。2つの増幅段階のサイクル数を選択することにより、2つの増幅反応の全増幅の増幅率を調整できる。 The first partial amplification (by 15 or 30 cycles) results in enrichment of the nucleic acid strand (first amplified fragment 1.1) and can be used as a template in subsequent PCR. This means that PCR requires fewer cycles to produce a detectable amount of PCR product. By selecting the number of cycles of the two amplification steps, the amplification factor of the total amplification of the two amplification reactions can be adjusted.

これをいくつかの異なる制御アプローチと比較することにより、本発明者らは、第1の増幅を使用することにより、検出可能なシグナルが生成されるまで(Ct)、第2の増幅(PCR)のサイクル数を減らすことができることを示している。このPCRサイクル数の減少は、第1の増幅(コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応)が成功した場合にのみ発生した。次に、第1の増幅産物から検出まで、第2の増幅を実施した。このため、後続の従来のPCRは検出PCRとも呼ぶ。 By comparing this with several different control approaches, we use the first amplification until a detectable signal is generated (Ct) until a second amplification (PCR). It shows that the number of cycles can be reduced. This reduction in the number of PCR cycles occurred only if the first amplification (amplification reaction based on the controller oligonucleotide) was successful. Next, a second amplification was performed from the first amplification product to the detection. For this reason, subsequent conventional PCR is also referred to as detection PCR.

さらに、本発明者らは、1つのバッチで第1及び第2の増幅系を組み合わせることが可能であり、それより、均一なアッセイ形式を実行できることを示している。 Furthermore, we have shown that it is possible to combine the first and second amplification systems in one batch, which makes it possible to perform a more uniform assay format.

個々の反応バッチの結果を以下に示す。
図43Aは、プライマーP3F5D−600−201を用いた鋳型M2SF5−M001−200の組み合わせ増幅中のEvaGreen蛍光シグナルの一般的な経過を示す。Y軸はEvaGreen色素の蛍光シグナルを示し、X軸は反応時間を示す(サイクル数として)。サイクル1〜15では、コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応を使用する。サイクル15〜サイクル45までは、従来のPCR(検出PCR)を使用する。切り替え時間(サイクル15の終わり)は、矢印1でマークされている。
The results of the individual reaction batches are shown below.
FIG. 43A shows the general course of EvaGreen fluorescence signal during combinatorial amplification of template M2SF5-M001-200 with primer P3F5D-600-201. The Y-axis shows the fluorescence signal of the EvaGreen dye and the X-axis shows the reaction time (as the number of cycles). In cycles 1-15, a controller oligonucleotide-based amplification reaction is used. Conventional PCR (detection PCR) is used from cycle 15 to cycle 45. The switching time (end of cycle 15) is marked with arrow 1.

矢印2は、鋳型M2SF5−M001−200が1pmol/lの開始濃度から開始するBSTポリメラーゼ及びTaqポリメラーゼにより増幅される増幅アプローチを示す。 Arrow 2 indicates an amplification approach in which the template M2SF5-M001-200 is amplified by BST and Taq polymerase starting from a starting concentration of 1 pmol / l.

矢印3は、BSTポリメラーゼのみを含有する対照の実行を示す。熱感受性BSTポリメラーゼは、検出PCRの温度プロファイルによってサイクル16以降で変性するため、増幅は省かれる。コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応から既に形成された増幅産物は、EGの検出閾値を下回り隠れたままである。 Arrow 3 indicates the execution of a control containing only BST polymerase. Amplification is omitted because the heat sensitive BST polymerase is denatured after cycle 16 depending on the temperature profile of the detection PCR. Amplification products already formed from the controller oligonucleotide-based amplification reaction remain below the EG detection threshold and remain hidden.

矢印4は、プライマーP3F5D−600−201の追加を省いた別の制御アプローチを示す。検出PCRでの指数関数的増幅は第3のプライマーなしでは不可能であるため、増幅シグナルはもはや観察されない。コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応からすでに生成された増幅産物は、EGの検出閾値を下回り隠れたままである。 Arrow 4 indicates another control approach that omits the addition of primer P3F5D-600-201. Exponential amplification in detection PCR is not possible without a third primer, so amplification signals are no longer observed. Amplification products already produced from the controller oligonucleotide-based amplification reaction remain below the EG detection threshold and remain hidden.

図43Bは、プライマーP3F5D−600−202との鋳型M2SF5−M001−200の組み合わせ増幅中のEvaGreen蛍光シグナルの一般的な経過を示す。Y軸はEvaGreen色素の蛍光シグナルを示し、X軸は反応時間を示す(サイクル数として)。サイクル1〜15では、コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応を使用する。サイクル15〜サイクル45までは、従来のPCR(検出PCR)を使用する。切り替え時間(サイクル15の終わり)は、矢印1でマークされている。 FIG. 43B shows the general course of EvaGreen fluorescence signal during combinatorial amplification of template M2SF5-M001-200 with primer P3F5D-600-202. The Y-axis shows the fluorescence signal of the EvaGreen dye and the X-axis shows the reaction time (as the number of cycles). In cycles 1-15, a controller oligonucleotide-based amplification reaction is used. Conventional PCR (detection PCR) is used from cycle 15 to cycle 45. The switching time (end of cycle 15) is marked with arrow 1.

矢印2は、鋳型M2SF5−M001−200が1pmol/lの開始濃度から開始するBST及びTaqポリメラーゼにより増幅される増幅アプローチを示す。 Arrow 2 indicates an amplification approach in which the template M2SF5-M001-200 is amplified by BST and Taq polymerase starting from a starting concentration of 1 pmol / l.

矢印3は、BSTポリメラーゼのみを含有する対照の実行を示す。熱感受性BSTポリメラーゼは、検出PCRの温度プロファイルによってサイクル16以降で変性するため、増幅は省かれる。コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応から既に形成された増幅産物は、EGの検出閾値を下回り隠れたままである。 Arrow 3 indicates the execution of a control containing only BST polymerase. Amplification is omitted because the heat sensitive BST polymerase is denatured after cycle 16 depending on the temperature profile of the detection PCR. Amplification products already formed from the controller oligonucleotide-based amplification reaction remain below the EG detection threshold and remain hidden.

矢印4は、プライマーP3F5D−600−202を追加しなかった別の制御アプローチを示す。検出PCRでの指数関数的増幅は第3のプライマーなしでは不可能であるため、増幅シグナルはもはや観察されない。コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応からすでに生成された増幅産物は、EGの検出閾値を下回り隠れたままである。 Arrow 4 indicates another control approach without the addition of primer P3F5D-600-202. Exponential amplification in detection PCR is not possible without a third primer, so amplification signals are no longer observed. Amplification products already produced from the controller oligonucleotide-based amplification reaction remain below the EG detection threshold and remain hidden.

図44Aは、プライマーP3F5D−600−203との鋳型M2SF5−M001−200の組み合わせ増幅中のEvaGreen蛍光シグナルの一般的な経過を示す。Y軸はEvaGreen色素の蛍光シグナルを示し、X軸は反応時間を示す(サイクル数として)。サイクル1〜15では、コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応を使用する。サイクル15〜サイクル45までは、従来のPCR(検出PCR)を使用する。切り替え時間(サイクル15の終わり)は、矢印1でマークされている。 FIG. 44A shows the general course of EvaGreen fluorescence signal during combinatorial amplification of template M2SF5-M001-200 with primer P3F5D-600-203. The Y-axis shows the fluorescence signal of the EvaGreen dye and the X-axis shows the reaction time (as the number of cycles). In cycles 1-15, a controller oligonucleotide-based amplification reaction is used. Conventional PCR (detection PCR) is used from cycle 15 to cycle 45. The switching time (end of cycle 15) is marked with arrow 1.

矢印2は、鋳型M2SF5−M001−200が1pmol/lの開始濃度から開始してBSTポリメラーゼ及びTaqポリメラーゼにより増幅される増幅アプローチを示す。 Arrow 2 indicates an amplification approach in which the template M2SF5-M001-200 is amplified by BST and Taq polymerase starting from a starting concentration of 1 pmol / l.

矢印3は、BSTポリメラーゼのみを含有する対照の実行を示す。熱感受性BSTポリメラーゼは、検出PCRの温度プロファイルによってサイクル16以降で変性するため、増幅は省かれる。コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応から既に形成された増幅産物は、EGの検出閾値を下回り隠れたままである。 Arrow 3 indicates the execution of a control containing only BST polymerase. Amplification is omitted because the heat sensitive BST polymerase is denatured after cycle 16 depending on the temperature profile of the detection PCR. Amplification products already formed from the controller oligonucleotide-based amplification reaction remain below the EG detection threshold and remain hidden.

矢印4は、プライマーP3F5D−600−203を追加しなかった別の制御アプローチを示す。検出PCRでの指数関数的増幅は第3のプライマーなしでは不可能であるため、増幅シグナルはもはや観察されない。コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応からすでに生成された増幅産物は、EGの検出閾値を下回り隠れたままである。 Arrow 4 indicates another control approach without the addition of primer P3F5D-600-203. Exponential amplification in detection PCR is not possible without a third primer, so amplification signals are no longer observed. Amplification products already produced from the controller oligonucleotide-based amplification reaction remain below the EG detection threshold and remain hidden.

図44Bは、プライマーP3F5D−600−204との鋳型M2SF5−M001−200の組み合わせ増幅中のEvaGreen蛍光シグナルの一般的な経過を示す。Y軸はEvaGreen色素の蛍光シグナルを示し、X軸は反応時間を示す(サイクル数として)。サイクル1〜15では、コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応を使用する。サイクル15〜サイクル45までは、従来のPCR(検出PCR)を使用する。切り替え時間(サイクル15の終わり)は、矢印1でマークされている。 FIG. 44B shows the general course of EvaGreen fluorescence signal during combinatorial amplification of template M2SF5-M001-200 with primer P3F5D-600-204. The Y-axis shows the fluorescence signal of the EvaGreen dye and the X-axis shows the reaction time (as the number of cycles). In cycles 1-15, a controller oligonucleotide-based amplification reaction is used. Conventional PCR (detection PCR) is used from cycle 15 to cycle 45. The switching time (end of cycle 15) is marked with arrow 1.

矢印2は、鋳型M2SF5−M001−200が1pmol/lの開始濃度から開始してBSTポリメラーゼ及びTaqポリメラーゼにより増幅される増幅アプローチを示す。 Arrow 2 indicates an amplification approach in which the template M2SF5-M001-200 is amplified by BST and Taq polymerase starting from a starting concentration of 1 pmol / l.

矢印3は、BSTポリメラーゼのみを含有する対照の実行を示す。熱感受性BSTポリメラーゼは、検出PCRの温度プロファイルによってサイクル16以降で変性するため、増幅は省かれる。コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応から既に形成された増幅産物は、EGの検出閾値を下回り隠れたままである。 Arrow 3 indicates the execution of a control containing only BST polymerase. Amplification is omitted because the heat sensitive BST polymerase is denatured after cycle 16 depending on the temperature profile of the detection PCR. Amplification products already formed from the controller oligonucleotide-based amplification reaction remain below the EG detection threshold and remain hidden.

矢印4は、プライマーP3F5D−600−204を追加しなかった別の制御アプローチを示す。検出PCRでの指数関数的増幅は第3のプライマーなしでは不可能であるため、増幅シグナルはもはや観察されない。コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応からすでに生成された増幅産物は、EGの検出閾値を下回り隠れたままである。 Arrow 4 indicates another control approach without the addition of primer P3F5D-600-204. Exponential amplification in detection PCR is not possible without a third primer, so amplification signals are no longer observed. Amplification products already produced from the controller oligonucleotide-based amplification reaction remain below the EG detection threshold and remain hidden.

均一アッセイ形式でのコントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応と、4つのプライマー3の変異体(P3F5D−600−201〜P3F5D−600−204)のいずれかを有する(従来の)検出PCRとの組み合わせが成功していることがわかる。BST及びTaqポリメラーゼの併用は重要である。同様に重要なのは、第3のプライマーであり、これがないと、増幅シグナルを検出できなかった。プライマー3の変異体は非常に個別に動作し、これは、増幅シグナルがベースラインから目立ち始めた時点のさまざまな点から確認できる。検出PCRで増幅シグナルが早く検出されるほど、以前に生成されたコントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅産物の検出において、それぞれのプライマー3の変異体がより効果的になる。 Successful combination of controller oligonucleotide-based amplification reaction in uniform assay format with (conventional) detection PCR with any of the four primer 3 variants (P3F5D-600-201-P3F5D-600-204) You can see that it is doing. The combination of BST and Taq polymerase is important. Equally important is the third primer, without which the amplified signal could not be detected. The variants of Primer 3 act very individually, which can be seen at various points when the amplified signal begins to stand out from baseline. The earlier the amplification signal is detected in the detection PCR, the more effective each primer 3 variant is in the detection of amplification products based on previously generated controller oligonucleotides.

初期増幅段階でのコントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応のサイクル数を2倍にすると、定性的に非常に類似した結果が得られることを以降に示す。 It will be shown below that doubling the number of cycles of the controller oligonucleotide-based amplification reaction in the initial amplification step yields qualitatively very similar results.

図45Aは、プライマーP3F5D−600−201との鋳型M2SF5−M001−200の組み合わせ増幅中のEvaGreen蛍光シグナルの一般的な経過を示す。Y軸はEvaGreen色素の蛍光シグナルを示し、X軸は反応時間を示す(サイクル数として)。コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応は、サイクル1〜30で使用する。サイクル31〜サイクル60までは従来のPCR(検出PCR)を使用する。切り替え時間(サイクル30の終わり)は、矢印1でマークされている。 FIG. 45A shows the general course of EvaGreen fluorescence signal during combinatorial amplification of template M2SF5-M001-200 with primer P3F5D-600-201. The Y-axis shows the fluorescence signal of the EvaGreen dye and the X-axis shows the reaction time (as the number of cycles). Amplification reactions based on controller oligonucleotides are used in cycles 1-30. Conventional PCR (detection PCR) is used for cycles 31 to 60. The switching time (end of cycle 30) is marked with arrow 1.

矢印2は、鋳型M2SF5−M001−200が1pmol/lの開始濃度から開始してBSTポリメラーゼ及びTaqポリメラーゼにより増幅される増幅アプローチを示す。 Arrow 2 indicates an amplification approach in which the template M2SF5-M001-200 is amplified by BST and Taq polymerase starting from a starting concentration of 1 pmol / l.

矢印3は、BSTポリメラーゼのみを含有する対照の実行を示す。熱感受性BSTポリメラーゼは、検出PCRの温度プロファイルによってサイクル16以降で変性するため、増幅は省かれる。コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応から既に形成された増幅産物は、EGの検出閾値を下回り隠れたままである。 Arrow 3 indicates the execution of a control containing only BST polymerase. Amplification is omitted because the heat sensitive BST polymerase is denatured after cycle 16 depending on the temperature profile of the detection PCR. Amplification products already formed from the controller oligonucleotide-based amplification reaction remain below the EG detection threshold and remain hidden.

矢印4は、プライマーP3F5D−600−201の追加を省いた別の制御アプローチを示す。検出PCRでの指数関数的増幅は第3のプライマーなしでは不可能であるため、増幅シグナルはもはや観察されない。コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応からすでに生成された増幅産物は、EGの検出閾値を下回り隠れたままである。 Arrow 4 indicates another control approach that omits the addition of primer P3F5D-600-201. Exponential amplification in detection PCR is not possible without a third primer, so amplification signals are no longer observed. Amplification products already produced from the controller oligonucleotide-based amplification reaction remain below the EG detection threshold and remain hidden.

図45Bは、プライマーP3F5D−600−203との鋳型M2SF5−M001−200の組み合わせ増幅中のEvaGreen蛍光シグナルの一般的な経過を示す。Y軸はEvaGreen色素の蛍光シグナルを示し、X軸は反応時間を示す(サイクル数として)。コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応は、サイクル1〜30で使用する。サイクル31〜サイクル60までは従来のPCR(検出PCR)を使用する。切り替え時間(サイクル30の終わり)は、矢印1でマークされている。 FIG. 45B shows the general course of EvaGreen fluorescence signal during combinatorial amplification of template M2SF5-M001-200 with primer P3F5D-600-203. The Y-axis shows the fluorescence signal of the EvaGreen dye and the X-axis shows the reaction time (as the number of cycles). Amplification reactions based on controller oligonucleotides are used in cycles 1-30. Conventional PCR (detection PCR) is used for cycles 31 to 60. The switching time (end of cycle 30) is marked with arrow 1.

矢印2は、鋳型M2SF5−M001−200が1pmol/lの開始濃度から開始してBSTポリメラーゼ及びTaqポリメラーゼにより増幅される増幅バッチを示す。 Arrow 2 indicates an amplification batch in which the template M2SF5-M001-200 is amplified by BST and Taq polymerase starting from a starting concentration of 1 pmol / l.

矢印3は、BSTポリメラーゼのみを含有する対照の実行を示す。熱感受性BSTポリメラーゼは、検出PCRの温度プロファイルによってサイクル16以降で変性するため、増幅は省かれる。コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応から既に形成された増幅産物は、EGの検出閾値を下回り隠れたままである。 Arrow 3 indicates the execution of a control containing only BST polymerase. Amplification is omitted because the heat sensitive BST polymerase is denatured after cycle 16 depending on the temperature profile of the detection PCR. Amplification products already formed from the controller oligonucleotide-based amplification reaction remain below the EG detection threshold and remain hidden.

矢印4は、プライマーP3F5D−600−203を追加しなかった別の制御アプローチを示す。検出PCRでの指数関数的増幅は第3のプライマーなしでは不可能であるため、増幅シグナルはもはや観察されない。コントローラーオリゴヌクレオチドに基づく増幅反応からすでに生成された増幅産物は、EGの検出閾値を下回り隠れたままである。 Arrow 4 indicates another control approach without the addition of primer P3F5D-600-203. Exponential amplification in detection PCR is not possible without a third primer, so amplification signals are no longer observed. Amplification products already produced from the controller oligonucleotide-based amplification reaction remain below the EG detection threshold and remain hidden.

図46は、組み合わせ増幅(第1及び第2の増幅を含む)とPCR単独(第2の増幅のみ)の時間間隔の比較を示す。
第1の増幅は上記のとおり実施した。第2の反応では、第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3F5D−600−203)を使用した。バッチをピペットで取り、反応を上記のとおり実施した。上に示すとおり、コントローラー依存増幅は、最初に組み合わせバッチ(ここでは15サイクル)で実行し、次にPCRに切り替えた(矢印1)。時間間隔1と2とを比較した。
FIG. 46 shows a comparison of the time intervals between combined amplification (including first and second amplification) and PCR alone (second amplification only).
The first amplification was carried out as described above. In the second reaction, a third oligonucleotide primer (P3F5D-600-203) was used. The batch was pipetted and the reaction was carried out as described above. As shown above, controller-dependent amplification was first performed in a combination batch (15 cycles in this case) and then switched to PCR (arrow 1). Time intervals 1 and 2 were compared.

矢印2は、組み合わせ増幅の経過を示す(Bstポリメラーゼ及びTaqポリメラーゼは両方ともバッチ内に存在した)。第1の増幅が始まる前に、バッチには1pmol/lの開始核酸鎖(鋳型)を含有した。蛍光シグナルの増加は、時間間隔1の後に発生している。 Arrow 2 indicates the course of combined amplification (both Bst and Taq polymerases were present in the batch). Prior to the initiation of the first amplification, the batch contained a starting nucleic acid chain (template) of 1 pmol / l. The increase in fluorescent signal occurs after time interval 1.

矢印3は、Bstが省かれ、その結果、第1の増幅反応が「停止」した制御バッチの経過を示す(第1の増幅系のすべての成分はバッチ内にあるが、正しいポリメラーゼ、この場合Bst2.0は不在であった)。このバッチは、第1の増幅の開始前に、1pmol/lの開始核酸鎖(鋳型)を含有した。蛍光シグナルの増加は、時間間隔2の後に発生している。Taqポリメラーゼは同じ鋳型から産物を合成することもできるが、PCRだけでこれを行うにはさらにサイクルが必要である。 Arrow 3 indicates the course of the control batch in which Bst was omitted and as a result the first amplification reaction was "stopped" (all components of the first amplification system are in the batch, but the correct polymerase, in this case). Bst 2.0 was absent). This batch contained a starting nucleic acid chain (template) of 1 pmol / l prior to the initiation of the first amplification. The increase in fluorescent signal occurs after time interval 2. Taq polymerase can also synthesize products from the same template, but PCR alone requires more cycles to do this.

矢印4は、開始核酸鎖1.1なし(鋳型なし=NTC対照)の組み合わせバッチの経過を示す。 Arrow 4 shows the course of the combination batch without starting nucleic acid chain 1.1 (no template = NTC control).

総じて、PCRで次いで開始核酸鎖2.1(鋳型)として機能することができる、増幅断片1.1の数を第1の増幅中に増やすことにより、バッチ2での反応のPCR断片の生成が全体として速くなることがわかる:検出可能な量の第2の増幅産物(2.1)が生成されるまで、必要なPCRのサイクル数は少ない。時間間隔1は時間間隔2より短い。 Overall, increasing the number of amplified fragments 1.1 during the first amplification, which can then serve as the starting nucleic acid chain 2.1 (template) in PCR, results in the production of PCR fragments of the reaction in batch 2. It turns out to be faster overall: the number of PCR cycles required is small until a detectable amount of second amplification product (2.1) is produced. The time interval 1 is shorter than the time interval 2.

図47は、組み合わせ増幅(第1及び第2の増幅を含む)とPCR単独(第2の増幅のみ)の時間間隔の比較を示す。
第1の増幅は上記のとおり実施した。第2の反応では、第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3F5D−600−203)を使用した。バッチをピペットで取り、反応を上記のとおり実施した。上に示すとおり、コントローラー依存増幅は、最初に組み合わせバッチ(ここでは30サイクル)で実行し、次にPCRに切り替えた(矢印1)。時間間隔3と4とを比較した。
FIG. 47 shows a comparison of the time intervals between combined amplification (including first and second amplification) and PCR alone (second amplification only).
The first amplification was carried out as described above. In the second reaction, a third oligonucleotide primer (P3F5D-600-203) was used. The batch was pipetted and the reaction was carried out as described above. As shown above, controller-dependent amplification was first performed in combination batches (here 30 cycles) and then switched to PCR (arrow 1). Time intervals 3 and 4 were compared.

矢印2は、組み合わせ増幅の経過を示す(Bstポリメラーゼ及びTaqポリメラーゼは両方ともバッチ内に存在した)。第1の増幅が始まる前に、バッチには1pmol/lの開始核酸鎖(鋳型)を含有した。蛍光シグナルの増加は、時間間隔3の後に発生している。 Arrow 2 indicates the course of combined amplification (both Bst polymerase and Taq polymerase were present in the batch). Prior to the initiation of the first amplification, the batch contained a starting nucleic acid chain (template) of 1 pmol / l. The increase in fluorescent signal occurs after time interval 3.

矢印3は、Bstが省かれ、その結果、第1の増幅反応が「停止」した制御バッチの経過を示す(第1の増幅系のすべての成分はバッチ内にあるが、正しいポリメラーゼ、この場合はBst2.0がなかった)。このバッチは、第1の増幅の開始前に、1pmol/lの開始核酸鎖(鋳型)を含有した。蛍光シグナルの増加は、時間間隔4の後に発生している。Taqポリメラーゼは同じ鋳型から産物を合成することもできるが、PCR単独でこれを行うにはさらにサイクルが必要である。 Arrow 3 indicates the course of the control batch in which Bst was omitted and as a result the first amplification reaction was "stopped" (all components of the first amplification system are in the batch, but the correct polymerase, in this case). Did not have Bst 2.0). This batch contained a starting nucleic acid chain (template) of 1 pmol / l prior to the initiation of the first amplification. The increase in fluorescent signal occurs after time interval 4. Taq polymerase can also synthesize products from the same template, but PCR alone requires more cycles to do this.

矢印4は、開始核酸鎖1.1なし(鋳型なし=NTC対照)の組み合わせバッチの経過を示す。 Arrow 4 shows the course of the combination batch without starting nucleic acid chain 1.1 (no template = NTC control).

総じて、PCRで次いで開始核酸鎖2.1(鋳型)として機能し得る、増幅断片1.1の数を第1の増幅中に増加することにより、PCR断片の生成がバッチ2での反応を全体として速くさせることがわかる:検出可能な量の第2の増幅産物(2.1)が生成されるまで、必要なPCRのサイクル数は少ない。時間間隔3は時間間隔4より短い。 Overall, by increasing the number of amplified fragments 1.1 during the first amplification, which can then serve as the starting nucleic acid chain 2.1 (template) in PCR, PCR fragment production wholes the reaction in batch 2. It turns out that the number of PCR cycles required is small until a detectable amount of the second amplification product (2.1) is produced. The time interval 3 is shorter than the time interval 4.

実施例5(図48〜49、71):野生型配列変異体を有するヒトゲノムDNAの存在下で変異を伴うヒトFVL標的配列の増幅
この実施例は、2つの配列変異体(変異型又は野生型)を含む多型遺伝子座を含む標的配列(凝固第V因子ライデン遺伝子、FVL遺伝子のSNP変異体)の選択的増幅を示す。
Example 5 (FIGS. 48-49, 71): Amplification of human FVL target sequence with mutation in the presence of human genomic DNA with wild-type sequence variant This example shows two sequence variants (mutant or wild-type). ) Is included, and the target sequence (coagulation factor V Leiden gene, SNP mutant of FVL gene) is selectively amplified.

第1の増幅系の成分(第1のプライマー、第2のプライマー、コントローラー、ポリメラーゼ)及び反応条件は、増幅される核酸(両方のプライマー伸長産物(P1.1−Ext及びP2.1−Ext)を含む増幅断片1.1)は、FVL遺伝子に変異がある配列変異体を好ましくは含むように選択した。野生型配列変異体(WT配列)は、第1の増幅動作中に大幅に増幅されるべきではない。第1の増幅は、一本鎖ヒトgDNA(標的配列を含む鋳型)を使用してプライマー伸長産物として得られた開始核酸1.1から開始した。増幅は、所望のレベルの増幅断片が達成されるまで実施した。第1の増幅で生成された産物(増幅断片1.1)は、第2の増幅(PCR)の鋳型(開始核酸2.1)として機能することができた。 The components of the first amplification system (first primer, second primer, controller, polymerase) and the reaction conditions are the nucleic acids to be amplified (both primer extension products (P1.1-Ext and P2.1-Ext)). The amplified fragment 1.1) containing the FVL gene was selected so as to preferably contain a sequence variant having a mutation in the FVL gene. Wild-type sequence variants (WT sequences) should not be significantly amplified during the first amplification operation. The first amplification was initiated from the initiating nucleic acid 1.1 obtained as a primer extension product using a single-stranded human gDNA (template containing the target sequence). Amplification was performed until the desired level of amplified fragment was achieved. The product produced by the first amplification (amplification fragment 1.1) was able to function as a template (starting nucleic acid 2.1) for the second amplification (PCR).

標的配列の両方の変異体を増幅できるように、第2の増幅系の成分(第3のプライマー、第4のプライマー、ポリメラーゼ)及び反応条件(PCR増幅)を選択した。第2の増幅(PCR)は、第1の増幅に続く別のステップで実行した。 The components of the second amplification system (third primer, fourth primer, polymerase) and reaction conditions (PCR amplification) were selected so that both variants of the target sequence could be amplified. The second amplification (PCR) was performed in a separate step following the first amplification.

第1の増幅系及び第2の増幅系の概略的なトポグラフィーを図71に示す。第2の増幅系のプライマーは、第1の増幅系のプライマーに対して「ネスト形式」であった。 Schematic topography of the first amplification system and the second amplification system is shown in FIG. The second amplification system primers were "nested" with respect to the first amplification system primers.

第1の増幅の得られた産物(増幅断片1.1)及び第2の増幅の得られた産物(増幅断片2.1)を、異なる方法によって検出及び分析した。検出方法の1つは、挿入色素(Eva−Green色素)によるリアルタイム検出からなり、別の検出方法は、配列特異的オリゴヌクレオチドプローブ(Taqmanプローブ)によるリアルタイム検出からなり(これらのプローブにより、配列変異体に応じた識別が可能になる:突然変異体と野生型変異体)、別の分析方法は、増幅で得られた増幅断片のサンガーシーケンシングからなった。 The product obtained with the first amplification (amplified fragment 1.1) and the product obtained with the second amplification (amplified fragment 2.1) were detected and analyzed by different methods. One of the detection methods consists of real-time detection with an insertion dye (Eva-Green dye), and another detection method consists of real-time detection with a sequence-specific oligonucleotide probe (Taqman probe) (sequencing with these probes). Body-specific discrimination (mutants and wild-type mutants)), another method of analysis consisted of sanger sequencing of the amplified fragments obtained by amplification.

配列特異的な増幅の実施は、いくつかの方法で達成した。第一に、標的配列の増幅は突然変異体を含んでいた(第1の増幅単独によるか、又は第1及び第2の増幅の組み合わせによる)。第二に、野生型変異体を伴う約30,000コピーのヒトgDNAの存在下で、1つの突然変異体(100又は10コピー)を含む標的配列の増幅を達成した。さらに、選択された条件下では、野生型変異体(5000コピー)による標的配列の測定可能な増幅が起こらなかったことが示された。 Implementation of sequence-specific amplification was achieved in several ways. First, amplification of the target sequence contained mutants (either by the first amplification alone or by a combination of the first and second amplifications). Second, amplification of the target sequence containing one mutant (100 or 10 copies) was achieved in the presence of approximately 30,000 copies of human gDNA with the wild-type mutant. Furthermore, it was shown that under selected conditions, measurable amplification of the target sequence by the wild-type mutant (5000 copies) did not occur.

材料及び方法:
標的配列:
以下の変異体を、多型遺伝子座を持つ標的配列として選択した。
突然変異を伴うFVL配列変異体:

Figure 2021514637
Materials and methods:
Target sequence:
The following mutants were selected as target sequences with polymorphic loci.
FVL sequence mutant with mutation:
Figure 2021514637

野生型配列変異体:

Figure 2021514637
Wild-type sequence mutants:
Figure 2021514637

どちらの配列も、NCBIから入手可能な情報に基づいて誘導した:
ホモサピエンス染色体1、GRCh38.p12一次アセンブリ、配列番号:NC_000001.11
SNP1691G>A(置換)を伴う凝固第V因子、コドン506において。
Both sequences were derived based on the information available from NCBI:
Homo sapiens chromosome 1, GRCh38. p12 primary assembly, SEQ ID NO: NC_000001.11
At coagulation factor V, codon 506 with SNP1691G> A (substitution).

開始核酸1.1の調製のためのバッチ内の成分 Ingredients in batch for preparation of starting nucleic acid 1.1

ヒトgDNA:FVL遺伝子のためのヒトgDNAのWHO標準04/224
・ ヒトgDNAの突然変異を保有する変異体(03/260第V因子ライデンホモ接合体)(FVL変異)
・ ヒトgDNAの変異を保有する野生型(03/254野生型第V因子)(WT配列)
・ オリゴヌクレオチドプライマー
P1F5G2−2001−203 (配列番号19)

Figure 2021514637
1=C3
下線の配列は、2’−OMe修飾ヌクレオチド(2’−O−メチルヌクレオチド)からなり、第1のプライマーの第2の領域に相当する。 Human gDNA: WHO standard 04/224 for human gDNA for the FVL gene
-Mutant carrying a mutation in human gDNA (03/260 factor V Leiden homoconjugate) (FVL mutation)
-Wild type (03/254 wild type factor V) (WT sequence) carrying a mutation in human gDNA
Oligonucleotide Primer P1F5G2-2001-203 (SEQ ID NO: 19)
Figure 2021514637
1 = C3
The underlined sequence consists of 2'-OMe modified nucleotides (2'-O-methyl nucleotides) and corresponds to the second region of the first primer.

− Bst2.0ウォームスタートDNAポリメラーゼ(NEB 120,000ユニット/ml)(1:1000希釈の反応で使用された)(さらには「Bstポリメラーゼ」と呼ばれる) -Bst 2.0 warm-start DNA polymerase (NEB 120,000 units / ml) (used in the 1: 1000 dilution reaction) (also called "Bst polymerase")

第1の増幅系
・ 第1のオリゴヌクレオチドプライマーP1F5G2−1001−103

Figure 2021514637
1=C3 First Amplification System-First Oligonucleotide Primer P1F5G2-1001-103
Figure 2021514637
1 = C3

下線の配列は2’−OMe修飾ヌクレオチドからなり、第1のプライマーの第2の領域に相当する。
・ ブロックオリゴヌクレオチド: B1−P1F5G2−3501−304

Figure 2021514637
2=HEG
X=3’−リン酸基 The underlined sequence consists of 2'-OMe modified nucleotides and corresponds to the second region of the first primer.
-Block oligonucleotide: B1-P1F5G2-3501-304
Figure 2021514637
2 = HEG
X = 3'-phosphate group

括弧内の下線の配列は、2’−OMe修飾ヌクレオチドからなる。
・ コントローラーオリゴヌクレオチド:CF5G2−1002−401(配列番号22)
5’ [Aggacuacuu cuaaucugua agagcagauc ccuggacagg caaggaauac agguauu] ttgACagagcat cagagag X
X=3’−リン酸基
The underlined sequence in parentheses consists of 2'-OMe modified nucleotides.
Controller oligonucleotide: CF5G2-1002-401 (SEQ ID NO: 22)
5'[Aggacuau couau cougua aga cou cou cou c cou cou cou c cou cou cou cou cou cou cou cou cou cou cou cou cou cou cou cou cou cou cou cou
X = 3'-phosphate group

括弧内の配列は、2’−OMe修飾ヌクレオチドからなる。
・ 第2のオリゴヌクレオチドプライマー
P2−HAF5−081−1051 (配列番号23)
CAcaaTCATCAATACtaataggac 6 ctctgggctaataggactacttctaatctgtaagagca
6=HEG
・ BST2.0ウォームスタートDNAポリメラーゼ(NEB 120,000ユニット/ml)、さらには「BSTポリメラーゼ」とも呼ばれる
The sequence in parentheses consists of 2'-OMe modified nucleotides.
Second Oligonucleotide Primer P2-HAF5-081-1051 (SEQ ID NO: 23)
CAcaaTCATCAATACtaataggac 6 ctctggggtatataggacttcttcattgttagtagca
6 = HEG
BST 2.0 warm-start DNA polymerase (NEB 120,000 units / ml), also known as "BST polymerase"

個々の成分に以下の濃度を使用した:
・ 第1のオリゴヌクレオチドプライマー 0.3 μmol/l
・ ブロックオリゴヌクレオチド 5 μmol/l
・ コントローラーオリゴヌクレオチド 2 μmol/l
・ 第2のオリゴヌクレオチドプライマー 0.2 μmol/l
・ BST ポリメラーゼ 1:1000希釈において反応に使用した
ヒトgDNA(「ヒト男性」、Promega製)をバッチあたり(12μl)約100ngの濃度で一本鎖の形で第1の増幅のバッチに添加した。これは、複合的な遺伝的背景を持つ試験系をシミュレーションした。ヒトgDNAはプールされた試料を含む(バッチあたり約30,000コピー)。
The following concentrations were used for the individual ingredients:
-First oligonucleotide primer 0.3 μmol / l
Block oligonucleotide 5 μmol / l
Controller oligonucleotide 2 μmol / l
-Second oligonucleotide primer 0.2 μmol / l
The human gDNA used in the reaction at 1: 1000 dilution of BST polymerase (“human male”, manufactured by Promega) was added to the batch of first amplification in the form of a single strand at a concentration of about 100 ng per batch (12 μl). This simulated a test system with a complex genetic background. Human gDNA contains pooled samples (approximately 30,000 copies per batch).

第2の増幅系(EvaGreen検出)
・ 第3のオリゴヌクレオチドプライマー P3F5G2−1001−301
5’− CTCGACACTACTTCAAGGACAAAATacctgtattcc (配列番号24) (0,5μmol/lで使用)
・ 第4のオリゴヌクレオチドプライマー: P4F5G2−1001−401
5’− ctc tgggctaata ggactacttc taatatgtaa gagca gat (配列番号25) (0,5μmol/lで使用)
・ Taqポリメラーゼホットスタート(NEB 5,000ユニット/ml)(1:100希釈で反応において使用)
・ EvaGreen色素を使用した検出(Jena Biosciences Stock 1:50)
Second amplification system (EvaGreen detection)
-Third oligonucleotide primer P3F5G2-1001-301
5'-CTCGACACTACTTCAGGACAAAATactgtattcc (SEQ ID NO: 24) (used at 0.5 μmol / l)
-Fourth oligonucleotide primer: P4F5G2-1001-401
5'-ctc tgggctata ggactacttc taatatgtaa gagca gat (SEQ ID NO: 25) (used at 0.5 μmol / l)
Taq polymerase hot start (NEB 5,000 units / ml) (used in reaction at 1: 100 dilution)
-Detection using EvaGreen dye (Jena Biosciences Stock 1:50)

第3及び第4のプライマーは、それぞれ第1及び第2のプライマーに対し「ネスト形式」で設計した。 The third and fourth primers were designed in a "nested form" with respect to the first and second primers, respectively.

第2の増幅でFVL系を検出するためのオリゴヌクレオチドプローブ:
第2の増幅系(プローブ検出)
・ 第3のオリゴヌクレオチドプライマー: P3F5G3−1001−3303−4
5’− ACTTCAAGGACAAAATacctgt att (配列番号26)(0,5μmol/lで使用)
・ 第4のオリゴヌクレオチドプライマー: P4F5G3−1001−3404−2
5’− ATATGTAA GAGCA GAT CCC (配列番号27) (0,5μmol/lで使用)
・ Taqポリメラーゼホットスタート(NEB 5,000ユニット/ml)(1:100希釈で反応において使用)
・ オリゴヌクレオチドプローブによる検出
Oligonucleotide probe for detecting FVL system in the second amplification:
Second amplification system (probe detection)
-Third oligonucleotide primer: P3F5G3-1001-3303-4
5'-ACTTCAGGACAAAATactgt att (SEQ ID NO: 26) (used at 0.5 μmol / l)
-Fourth oligonucleotide primer: P4F5G3-1001-3404-2
5'-ATATGTAA GAGCA GAT CCC (SEQ ID NO: 27) (used at 0.5 μmol / l)
Taq polymerase hot start (NEB 5,000 units / ml) (used in reaction at 1: 100 dilution)
・ Detection by oligonucleotide probe

第3及び第4のプライマーは、それぞれ第1及び第2のプライマーに対し「ネスト形式」で設計した。
・ FVL変異の特異的検出のためのプローブオリゴヌクレオチドS1P4−FVL−1007

Figure 2021514637
(Thermofisher製)(0,2μmol/lで使用)
・ WT特異的検出のためのプローブオリゴヌクレオチド: S1P4−FVL−1003−1
Figure 2021514637
(Thermofisher製)(0,6μmol/lで使用)
識別塩基には下線が引かれている。
NFQ=非蛍光クエンチャー(BlackHoleシリーズのクエンチャー)
これらのプローブは、蛍光レポーターと蛍光クエンチャーとを備えた「Taqmanプローブ」の例である。 The third and fourth primers were designed in a "nested form" with respect to the first and second primers, respectively.
Probe oligonucleotide S1P4-FVL-1007 for specific detection of FVL mutations
Figure 2021514637
(Manufactured by Thermo Fisher) (Used at 0.2 μmol / l)
Probe oligonucleotides for WT-specific detection: S1P4-FVL-1003-1
Figure 2021514637
(Manufactured by Thermo Fisher) (Used at 0.6 μmol / l)
The distinguishing base is underlined.
NFQ = non-fluorescent citrate (BlackHole series citrate)
These probes are examples of "Taqman probes" with fluorescent reporters and fluorescent quenchers.

緩衝液:
すべての反応は同じ緩衝液で行った。1倍緩衝液成分(NEB)20mM Tris−HCl
10mM(NHSO
50mM KCl
2mM MgSO
0.1%Tween(登録商標)20
25℃でpH 8.8
・ 任意に、Eva−Green色素(Jena Biosciences)(1:50希釈において反応に使用した)。
・ Bstポリメラーゼ用dNTPミックス:dATP、dCTP、dGTP 各200μmol/L、dUTP 400μmol/l
・ Taqポリメラーゼ用dNTPミックス:dATP、dCTP、dGTP、dTTP 各200μmol/L
Buffer solution:
All reactions were performed in the same buffer. 1x buffer component (NEB) 20 mM Tris-HCl
10 mM (NH 4 ) 2 SO 4
50 mM KCl
2 mM sulfonyl 4
0.1% Tween® 20
PH 8.8 at 25 ° C
-Optionally, Eva-Green dye (Jena Biosciences) (used in the reaction at 1:50 dilution).
-DNTP mix for Bst polymerase: dATP, dCTP, dGTP 200 μmol / L each, dUTP 400 μmol / l
DNTP mix for Taq polymerase: 200 μmol / L each of dATP, dCTP, dGTP, dTTP

方法の手順:
第1の増幅のための開始核酸の調製
最初に、一本鎖ヒトゲノムDNA(FVL及びWT配列変異体のWHO標準)から開始する標的配列を含む開始核酸1.1を、プライマー(P1F5G2−2001−203、0.2μmol/lで挿入)を使用して、Bstポリメラーゼによるプライマー伸長(50℃で10分)により合成し、次いで、95℃(5分)での熱変性により鋳型鎖から分離した。FVL変異及び野生型変異を有する標的配列の配列変異体の開始核酸1.1の生成は、別々のバッチで実施した。バッチあたり約100,000コピーのヒトgDNAを使用した。これに使用したプライマーは、第1のオリゴヌクレオチドプライマーP1F5G2−1001−103と構造が類似していた。
Method procedure:
Preparation of Initiating Nucleic Acid for First Amplification First, a primer (P1F5G2-2001-) was added to the initiating nucleic acid 1.1 containing the target sequence starting from the single-stranded human genomic DNA (WHO standard for FVL and WT sequence variants). Synthesized by primer extension (50 ° C. for 10 minutes) with Bst polymerase using 203, inserted at 0.2 μmol / l) and then separated from the template chain by thermal denaturation at 95 ° C. (5 minutes). Generation of starting nucleic acid 1.1 for sequence variants of target sequences with FVL and wild-type mutations was performed in separate batches. Approximately 100,000 copies of human gDNA were used per batch. The primer used for this was similar in structure to the first oligonucleotide primer P1F5G2-1001-103.

プライマー伸長後、標的核酸に相補的な配列セグメント及び5’末端にオーバーハングを有するプライマー伸長産物を含む開始核酸1.1が得られた。第1の増幅では、そのような開始核酸が鋳型として機能し、第2のプライマーは、そのような開始核酸1.1に特異的に配列を結合し、ポリメラーゼによって伸長することができる。コントローラーオリゴヌクレオチドは、その第1の領域でオーバーハングに結合できる。 After primer extension, starting nucleic acid 1.1 was obtained containing a sequence segment complementary to the target nucleic acid and a primer extension product with an overhang at the 5'end. In the first amplification, such an initiating nucleic acid acts as a template, and the second primer can specifically bind the sequence to such initiating nucleic acid 1.1 and extend with a polymerase. The controller oligonucleotide can bind to the overhang in its first region.

第1の増幅及び検出の実行:
開始核酸1.1(FVL変異及び/又はWT配列を有する)を増幅バッチにさまざまな希釈度で添加した(100コピー、FVL変異には10コピー、及びWT配列には5000コピー)。反応は、50℃〜65℃の間の周期的な温度変化の下で実施した。前記温度では、特異的な増幅の課題である自然減衰は発生しなかった。1サイクルは、50℃(2分)及び65℃(4分)でのインキュベーションを含んだ。このバッチを異なる時間(最大約15時間)インキュベートした。挿入色素Eva Greenからのシグナルが反応中に検出された。反応の完了後、融解曲線を決定した。増幅は、挿入色素を保存することができる二本鎖DNA(増幅断片1.1)の量の増加をもたらし、EvaGreenのシグナルが増加する結果となった。
Execution of first amplification and detection:
Starting nucleic acid 1.1 (having FVL mutations and / or WT sequences) was added to amplification batches at various dilutions (100 copies, 10 copies for FVL mutations, and 5000 copies for WT sequences). The reaction was carried out under periodic temperature changes between 50 ° C and 65 ° C. At the above temperatures, natural attenuation, which is a specific amplification problem, did not occur. One cycle included incubation at 50 ° C. (2 minutes) and 65 ° C. (4 minutes). The batches were incubated for different times (up to about 15 hours). A signal from the insert dye Eva Green was detected during the reaction. After completion of the reaction, the melting curve was determined. Amplification resulted in an increase in the amount of double-stranded DNA (amplified fragment 1.1) capable of preserving the insert dye, resulting in an increase in the signal of EvaGreen.

この反応中に合成された増幅断片1.1は、第2の増幅又はサンガーシーケンス分析の鋳型として使用可能であった。 The amplified fragment 1.1 synthesized during this reaction could be used as a template for a second amplification or Sanger sequencing analysis.

第2の増幅及び検出の実行(EvaGreen):
第2の増幅で使用する前に、第1の増幅の産物を1:6000に希釈した。前記希釈されたバッチに存在する増幅断片は、PCR反応のための開始核酸2.1として機能した。PCR反応は40サイクルで行った。1つのサイクルには次を含んだ:55℃1分、68℃3分、95℃20秒。検出はEva−Green色素を用いて実施した。シグナルの増加(Ct値)を観察することで、反応の開始時に添加される鋳型の相対量を推定することが可能であった。第2の増幅で合成された増幅断片2.1は、サンガーシーケンシングに使用することができた。
Performing a second amplification and detection (EvaGreen):
The product of the first amplification was diluted 1: 6000 before use in the second amplification. The amplified fragment present in the diluted batch served as the starting nucleic acid 2.1 for the PCR reaction. The PCR reaction was performed in 40 cycles. One cycle included: 55 ° C. 1 minute, 68 ° C. 3 minutes, 95 ° C. 20 seconds. Detection was performed using Eva-Green dye. By observing the increase in signal (Ct value), it was possible to estimate the relative amount of template added at the start of the reaction. The amplified fragment 2.1 synthesized in the second amplification could be used for sanger sequencing.

第2の増幅及び検出の実行(プローブオリゴヌクレオチド):
第2の増幅で使用する前に、第1の増幅の産物を1:6000に希釈した。前記希釈されたバッチに存在する増幅断片は、PCR反応のための開始核酸2.1として機能した。PCR反応は40サイクルで行った。1つのサイクルには次を含んだ:57℃1分、95℃20秒。検出は、配列特異的なオリゴヌクレオチドプローブ(Thermofisher製の蛍光レポーター及びMGBを備えたTaqmanプローブ)を使用して実施した。シグナルの増加(Ct値)を観察することにより、反応の開始時に添加された鋳型の相対量は、合成産物の関連配列セグメントの配列組成と同様に推定することが可能であった。
Performing a second amplification and detection (probe oligonucleotide):
The product of the first amplification was diluted 1: 6000 before use in the second amplification. The amplified fragment present in the diluted batch served as the starting nucleic acid 2.1 for the PCR reaction. The PCR reaction was performed in 40 cycles. One cycle included: 57 ° C. 1 minute, 95 ° C. 20 seconds. Detection was performed using a sequence-specific oligonucleotide probe (Taqman probe with Thermo Fisher's fluorescent reporter and MGB). By observing the increase in signal (Ct value), the relative amount of template added at the start of the reaction could be estimated in the same manner as the sequence composition of the relevant sequence segment of the synthetic product.

結果及び評価:
第1の増幅では、(EvaGreen色素の)シグナルの増加が、開始核酸1.1(FVL変異配列変異体を持つ標的配列)から開始するバッチにおいて、バッチあたり約100及び10コピーの初期濃度で検出可能であった(図48、矢印1及び2、A)増幅中のシグナル曲線、B)融解曲線)。初期濃度がバッチあたり約5000コピーのWT変異体の標的配列を有するバッチでは、シグナルの増加は検出されなかった(図48、矢印3)。このシグナルは、開始核酸のないバッチのレベルであった。第1の増幅の完了後、アリコートを取り、希釈して、第2の増幅に加えた。
Results and evaluation:
In the first amplification, an increase in signal (of the EvaGreen dye) was detected at an initial concentration of about 100 and 10 copies per batch in batches starting with starting nucleic acid 1.1 (target sequence with FVL mutant sequence variant). It was possible (FIGS. 48, arrows 1 and 2, A) signal curve during amplification, B) melting curve). No signal increase was detected in batches with an initial concentration of approximately 5000 copies of the target sequence of WT mutants per batch (FIG. 48, arrow 3). This signal was at the level of a batch without starting nucleic acid. After completion of the first amplification, aliquots were taken, diluted and added to the second amplification.

第2の増幅は、完了した第1の増幅からのバッチの希釈に基づいた(最終希釈1:6000)。第2の増幅では、第3及び第4のプライマーを使用し、これは第1及び第2のプライマーへネスト化した。第2の増幅は、FVL変異変異体の標的配列を備えた開始核酸1.1に由来する増幅断片を有する、第1の増幅のすべてのバッチで特異的なシグナルの増加を示した(図49矢印2、A)増幅中のシグナルの進行を示す、B)融解曲線を示す)。シグナルの増加はPCRの過程において初期に発生し(Ct値は約5又は8)、第1の増幅からの増幅断片の高い濃度を示す。野生型変異体の標的配列を有する開始核酸1.1から開始するバッチでは、開始核酸のないバッチのレベル(図49、矢印4、Ct値約25)にあるシグナルが観察された(図49、矢印3、Ct値約25)。これらのバッチでのシグナル増加の時点(Ct値)の比較では、第1の増幅の終わりにFVL変異を持つ増幅断片の量が、野生型DNAを持つ増幅断片の量よりも有意に多いことを示している。第1の増幅で使用された開始核酸(FVL配列変異体の10コピー、対、野生型DNAの5000コピー)を考慮すると、FVL配列変異体の増幅が野生型変異体よりも明らかに優先であることが観察できた。個々の反応の増幅産物(FVL配列)の組成を、サンガー分析及びプローブに基づく検出によってさらに確認した。 The second amplification was based on the dilution of the batch from the first amplification completed (final dilution 1: 6000). The second amplification used third and fourth primers, which were nested into the first and second primers. The second amplification showed an increase in specific signal in all batches of the first amplification having an amplification fragment derived from the initiating nucleic acid 1.1 with the target sequence of the FVL mutant (FIG. 49). Arrows 2, A) show the progress of the signal during amplification, B) show the melting curve). The increase in signal occurs early in the PCR process (Ct value is about 5 or 8) and indicates a high concentration of amplified fragments from the first amplification. In batches starting with starting nucleic acid 1.1 with the target sequence of the wild-type variant, a signal was observed at the level of the batch without starting nucleic acid (FIG. 49, arrow 4, Ct value about 25) (FIG. 49, Arrow 3, Ct value about 25). A comparison of the time points of signal increase (Ct values) in these batches showed that the amount of amplified fragment with the FVL mutation at the end of the first amplification was significantly higher than the amount of amplified fragment with wild-type DNA. Shown. Given the starting nucleic acid used in the first amplification (10 copies of the FVL sequence variant, vs. 5000 copies of wild-type DNA), amplification of the FVL sequence variant is clearly preferred over the wild-type variant. I was able to observe that. The composition of the amplification products (FVL sequences) of the individual reactions was further confirmed by Sanger analysis and probe-based detection.

この結果は、第1の増幅中の前記標的配列の特異的な増幅を表す。第1の増幅で合成された増幅断片は、第2の増幅の鋳型として使用することができた。 This result represents the specific amplification of the target sequence during the first amplification. The amplified fragment synthesized in the first amplification could be used as a template for the second amplification.

第1の増幅中の標的配列の2つの変異体の違いは、突然変異を伴う標的配列に相補的であるように設計されたコントローラーオリゴヌクレオチドの影響によってなされた。したがって、このコントローラーオリゴヌクレオチドは、1つのヌクレオチド位置にて、前記標的配列の野生型変異体に対する不一致を含む。コントローラーオリゴヌクレオチドを、標的配列の多型遺伝子座がコントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域に位置するように設計した。したがって、この多型遺伝子座は、第1のプライマーの3’及び第2のプライマーの3’である、標的配列の配列セグメントに位置した。単独で使用されるプライマーは、標的配列の多型遺伝子座における個々の配列変異体を区別することができなかったであろう。 The difference between the two variants of the target sequence during the first amplification was made by the influence of a controller oligonucleotide designed to be complementary to the mutated target sequence. Therefore, this controller oligonucleotide contains a mismatch for the wild-type variant of the target sequence at one nucleotide position. The controller oligonucleotide was designed so that the polymorphic locus of the target sequence is located in the third region of the controller oligonucleotide. Therefore, this polymorphic locus was located in the sequence segment of the target sequence, 3'of the first primer and 3'of the second primer. Primers used alone would not have been able to distinguish individual sequence variants at the polymorphic locus of the target sequence.

第1の増幅中に、主にこのコントローラーの第3の領域に完全に相補的な配列(突然変異を含むFVL標的配列)を有する産物の選択的増幅を実施した。この実施例では、一方でプライマー濃度がコントローラーオリゴヌクレオチドの濃度よりも低く、他方で周期的な温度変化(50℃から65℃の間)を使用する、反応条件の有利な実施形態を選択した。 During the first amplification, selective amplification of products having a sequence (FVL target sequence containing mutations) that was predominantly complementary to the third region of this controller was performed. In this example, a favorable embodiment of the reaction conditions was selected, where on the one hand the primer concentration was lower than the concentration of the controller oligonucleotide and on the other hand periodic temperature changes (between 50 ° C and 65 ° C) were used.

使用されるオリゴヌクレオチドにおいて、オリゴヌクレオチドプライマーは、対応するコントローラーオリゴヌクレオチドと相互作用対を形成する(例えば、第1のオリゴヌクレオチドプライマー及び第1のコントローラーオリゴヌクレオチド)。前記相互作用対は、増幅反応条件下で約63℃の融解温度を有した(増幅緩衝液条件下で両方の成分の約1μmol/lの濃度で測定)。オリゴヌクレオチドプライマーの第1の領域は、約50℃の融解温度で鋳型の相補配列部分と複合体を形成した(例えば、第1のプライマーの第1のセグメントと第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)とは、この増幅の緩衝液条件下での両方の成分の濃度は約1μmol/lで測定した)。 In the oligonucleotide used, the oligonucleotide primer forms an interacting pair with the corresponding controller oligonucleotide (eg, first oligonucleotide primer and first controller oligonucleotide). The interacting pair had a melting temperature of about 63 ° C. under amplification reaction conditions (measured at a concentration of about 1 μmol / l of both components under amplification buffer conditions). The first region of the oligonucleotide primer formed a complex with the complementary sequence portion of the template at a melting temperature of about 50 ° C. (eg, the first segment of the first primer and the second primer extension product (P2. 1-Ext) means that the concentration of both components under buffered conditions of this amplification was measured at about 1 μmol / l).

実施形態に応じて、プライマー及びコントローラーオリゴヌクレオチドを異なる比率で使用することができる。 Depending on the embodiment, primers and controller oligonucleotides can be used in different ratios.

有利な実施形態では、プライマーの濃度がコントローラーの濃度よりも高いプライマーとコントローラーの組み合わせを使用した(例えば、第1のプライマー5μmol/l及びコントローラー2μmol/l、実施例1〜3を参照)。前記実施形態では、過剰なプライマーが存在し、それにより、50℃の温度でのプライマー伸長ステップは、オリゴヌクレオチドプライマーのコントローラーオリゴヌクレオチドの部分的結合にもかかわらず、良好な収率をもたらした。 In an advantageous embodiment, a combination of a primer and a controller having a primer concentration higher than that of the controller was used (see, for example, first primer 5 μmol / l and controller 2 μmol / l, Examples 1-3). In the embodiment, excess primers were present, so that the primer extension step at a temperature of 50 ° C. resulted in good yields despite partial binding of the controller oligonucleotide of the oligonucleotide primer.

さらに有利な実施形態(実施例5)では、プライマーの濃度がコントローラーオリゴヌクレオチドの濃度よりも低いプライマー及び対応するコントローラーオリゴヌクレオチドの混合物を使用した(例えば、プライマー0.5μmol/l及びコントローラー2μmol/l)。したがって、コントローラーオリゴヌクレオチドは過剰であった。前記実施形態では、反応温度を50℃に下げることにより、オリゴヌクレオチドプライマーのコントローラーオリゴヌクレオチドへの迅速な結合がもたらされた。これにより、50℃でのプライマー伸長ステップの収量が減少し、増幅速度が低下した。低温でも十分なプライマー濃度を維持し、したがってプライマー伸長ステップでの収量を増やすために、いわゆるブロックオリゴヌクレオチドを使用した。そのようなブロックオリゴヌクレオチドは、コントローラーオリゴヌクレオチドへの結合に関してオリゴヌクレオチドプライマーと競合したが、ポリメラーゼ自体によって伸長することができなかった。 In a more advantageous embodiment (Example 5), a mixture of a primer having a primer concentration lower than that of the controller oligonucleotide and a corresponding controller oligonucleotide was used (eg, primer 0.5 μmol / l and controller 2 μmol / l). ). Therefore, the controller oligonucleotide was in excess. In the embodiment, lowering the reaction temperature to 50 ° C. resulted in rapid binding of the oligonucleotide primer to the controller oligonucleotide. This reduced the yield of the primer extension step at 50 ° C. and reduced the amplification rate. So-called block oligonucleotides were used to maintain sufficient primer concentration even at low temperatures and thus increase yields in the primer extension step. Such block oligonucleotides competed with oligonucleotide primers for binding to controller oligonucleotides, but could not be extended by the polymerase itself.

ブロックオリゴヌクレオチドを使用することにより、いくつかの濃度範囲でオリゴヌクレオチドプライマーとコントローラーオリゴヌクレオチドとの組み合わせを使用し、それらを周期的な温度変化と組み合わせることが可能であった。これにより、反応速度が向上した。 By using block oligonucleotides, it was possible to use a combination of oligonucleotide primers and controller oligonucleotides in several concentration ranges and combine them with periodic temperature changes. This improved the reaction rate.

ブロックオリゴヌクレオチドの構造は、本質的にオリゴヌクレオチドプライマーの構造に類似するが、次の点が異なる:
− ブロックオリゴヌクレオチドはポリメラーゼによって伸長されない。これは、例えば、3’−末端を修飾(例えば、3’−リン酸、3’−C3、ジデオキシヌクレオチド)でブロックすることにより、及び/又はブロックオリゴヌクレオチドの3’−末端に末端不一致を導入することにより達成できる。
− ブロックオリゴヌクレオチドは、対応するプライマーとは配列組成が異なり得る。配列不一致の数は、1ヌクレオチド〜20ヌクレオチドまで変化可能である。
The structure of block oligonucleotides is essentially similar to that of oligonucleotide primers, with the following differences:
-Block oligonucleotides are not extended by polymerase. This is done, for example, by blocking the 3'-end with a modification (eg, 3'-phosphate, 3'-C3, dideoxynucleotide) and / or introducing a terminal mismatch at the 3'-end of the blocked oligonucleotide. Can be achieved by doing.
-Block oligonucleotides may differ in sequence composition from the corresponding primers. The number of sequence mismatches can vary from 1 nucleotide to 20 nucleotides.

ブロックオリゴヌクレオチドを設計する場合、ブロックオリゴヌクレオチドのTmを、オリゴヌクレオチドプライマー及びコントローラーオリゴヌクレオチドのTmと同様の範囲のコントローラーオリゴヌクレオチドに保つことが有利である。結果として、ブロックオリゴヌクレオチドとオリゴヌクレオチドプライマーとは、同様のレベル(例:プライマー−コントローラー複合体のTmプラス/マイナス3℃)でコントローラーオリゴヌクレオチドへの結合をめぐって競合する。オリゴヌクレオチドプライマーよりも高濃度のブロックオリゴヌクレオチドを使用することにより、結合比に有利に影響を与えることができる。 When designing a block oligonucleotide, it is advantageous to keep the Tm of the block oligonucleotide in the same range of controller oligonucleotides as the oligonucleotide primer and the Tm of the controller oligonucleotide. As a result, block oligonucleotides and oligonucleotide primers compete for binding to the controller oligonucleotide at similar levels (eg, Tm plus / minus 3 ° C. of the primer-controller complex). By using a block oligonucleotide having a higher concentration than the oligonucleotide primer, the binding ratio can be adversely affected.

本発明の実施形態のさらなる実施例
図1は、第1の増幅系及び第2の増幅系の成分を使用する、第1の増幅(図1A)(第1の部分増幅)、及び次いで第2の増幅(図1B)(第2の部分増幅)を含む増幅の遊離物及び産物を概略的に示す。反応は、標的配列を含み、第1の部分増幅を開始するための鋳型として使用される開始核酸1.1で開始する。
Further Examples of Embodiments of the Invention FIG. 1 shows a first amplification (FIG. 1A) (first partial amplification) using components of a first amplification system and a second amplification system, and then a second. The frees and products of amplification, including amplification of (FIG. 1B) (second partial amplification), are shown schematically. The reaction begins with the starting nucleic acid 1.1, which comprises the target sequence and is used as a template for initiating the first partial amplification.

第1の増幅系の成分は、特に:第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)、第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)、コントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)及び第1のポリメラーゼ(Pol1.1)、dNTPである。
第1の部分増幅(A1.1)中に、第1の増幅断片1.1の特異的な増幅(第1のプライマー伸長産物P1.1−Ext及び第2のプライマー伸長産物P2.1−Extを含む)が行われる。プライマー伸長産物P1.1−Extは、第1の部分増幅の反応条件下で、ポリメラーゼによるP1.1の鋳型依存伸長として実現される。プライマー伸長産物2.1−Extは、第1の部分増幅の反応条件下でのP2.1の鋳型依存伸長からもたらされる。プライマーP1.1及びP2.1は両方とも、標的配列又はその相補的配列セグメントに相補的に結合することができる配列セグメントを含み、その結果、プライマーは標的配列の両端に配置される。
The components of the first amplification system are particularly: first oligonucleotide primer (P1.1), second oligonucleotide primer (P2.1), controller oligonucleotide (C1.1) and first polymerase (Pol1). .1), dNTP.
During the first partial amplification (A1.1), the specific amplification of the first amplification fragment 1.1 (first primer extension product P1.1-Ext and second primer extension product P2.1-Ext). Including) is performed. The primer extension product P1.1-Ext is realized as a template-dependent extension of P1.1 by a polymerase under the reaction conditions of the first partial amplification. The primer extension product 2.1-Ext results from the template-dependent extension of P2.1 under the reaction conditions of the first partial amplification. Both primers P1.1 and P2.1 include a sequence segment capable of complementarily binding to the target sequence or its complementary sequence segment, so that the primers are placed at both ends of the target sequence.

第1の部分増幅中に形成された増幅産物1.1は、第2の部分増幅(A2.1)の開始核酸2.1として使用できる。第2の部分増幅中に、第3のプライマー伸長産物P3.1−Ext及び第4のプライマー伸長産物P4.1−Extを含む第2の増幅断片2.1が増幅され、プライマー伸長産物P3.1−Extは、P3.1の鋳型依存伸長としてかつポリメラーゼによって形成され、プライマー伸長産物4.1−Extは、第2の部分増幅の反応条件下でのP4.1の鋳型依存性伸長から生じる。プライマーP3.1及びP4.1の両方は、標的配列又はその相補的配列セグメントに相補的に結合することができる配列セグメントを含む。P1.1及びP3.1は、それらの3’セグメントで相補的にコントローラーオリゴヌクレオチドに結合できるが、コントローラーオリゴヌクレオチドの修飾により、それらは使用されるポリメラーゼによって伸長されない。 The amplification product 1.1 formed during the first partial amplification can be used as the starting nucleic acid 2.1 of the second partial amplification (A2.1). During the second partial amplification, the second amplification fragment 2.1 containing the third primer extension product P3.1-Ext and the fourth primer extension product P4.1-Ext was amplified, and the primer extension product P3. 1-Ext is formed as a template-dependent extension of P3.1 and by a polymerase, and the primer extension product 4.1-Ext results from a template-dependent extension of P4.1 under the reaction conditions of the second partial amplification. .. Both primers P3.1 and P4.1 include a sequence segment that can complementarily bind to the target sequence or its complementary sequence segment. P1.1 and P3.1 can complementarily bind controller oligonucleotides in their 3'segment, but due to modification of the controller oligonucleotide they are not extended by the polymerase used.

図2は、第1の部分増幅の遊離物及び産物を概略的に示す。第1の部分的な増幅の間、第1の増幅断片1.1の特異的な増幅(第1のプライマー伸長産物P1.1−Ext及び第2のプライマー伸長産物P2.1−Extを含む)。プライマー伸長産物P1.1−Extは、P1.1の鋳型依存性伸長として実現され、プライマー伸長産物2.1−Extは、P2.1の鋳型依存性伸長から生じる。 FIG. 2 schematically shows the free products and products of the first partial amplification. Specific amplification of the first amplification fragment 1.1 during the first partial amplification, including the first primer extension product P1.1-Ext and the second primer extension product P2.1-Ext. .. The primer extension product P1.1-Ext is realized as a template-dependent extension of P1.1, and the primer extension product 2.1-Ext results from a template-dependent extension of P2.1.

この反応中に形成された合成産物(P1.1−Ext及びP2.1−Ext)は、それらの間で、及びコントローラーオリゴヌクレオチドと異なる複合体を形成できる(濃度比と反応条件に応じて)詳細には、これらの形態は、P1.1−Ext/C1.1及び/又はP1.1−Ext及び/又はP1.1−Ext/C1.1/P2.1−Extの複合体を含むことができる。 The synthetic products (P1.1-Ext and P2.1-Ext) formed during this reaction can form a complex between them and different from the controller oligonucleotide (depending on the concentration ratio and reaction conditions). Specifically, these forms include a complex of P1.1-Ext / C1.1 and / or P1.1-Ext and / or P1.1-Ext / C1.1 / P2.1-Ext. Can be done.

P1−Extは、第2の部分増幅の反応条件下でP4.1プライマーに本質的に相補的に結合できる配列部分を含む3’セグメントを含む。P2−Extは、第2の部分増幅の反応条件下でP3.1プライマーに本質的に相補的に結合できる配列部分を含む3’セグメントを含む。 P1-Ext comprises a 3'segment containing a sequence moiety capable of binding essentially complementary to the P4.1 primer under the reaction conditions of the second partial amplification. P2-Ext comprises a 3'segment containing a sequence moiety capable of binding essentially complementary to the P3.1 primer under the reaction conditions of the second partial amplification.

図3は、2回の部分増幅の温度プロファイル(図3A)を示し、第1及び第2の部分増幅中の産物の蓄積(時間依存性様式でのコピー数の増加として)の概略図を示す(図3B)。 FIG. 3 shows the temperature profile of the two partial amplifications (FIG. 3A) and illustrates the accumulation of products during the first and second partial amplifications (as an increase in copy number in a time-dependent manner). (Fig. 3B).

第1の部分増幅セクションA1.1は、特異的なコントローラーオリゴヌクレオチドの非存在下で非特異的な自発的な鎖分離を許さない温度条件下で実行する。本質的に、この反応は温度T1とT2との間で起こる。より低い温度(T1)では、特に第1の増幅系の少なくとも1つのプライマーのハイブリダイゼーション及びポリメラーゼによるその伸長が起こり、第2の温度(T2)では、特にP1−Ext及びP2−Extの分離が、コントローラーオリゴヌクレオチドが関与して起こる。反応は、反応温度の周期的変化として進行し、必要なサイクル数を選択でき、増幅の程度に影響を与えることができる。ここでは、約10コピー〜約10コピーへの概略的な増加を示す(図3B)。さらに、第1の部分増幅が完了した後、形成された産物の一部(増幅生成物1.1)がアリコートとして第2の部分増幅に移され、第2の部分増幅の開始核酸鎖として機能できることをここに概略的に示す。したがって、このバッチが第1の部分反応の後に希釈される場合、第1の反応で形成されたコピーの部分的な量だけが第2の反応に移される。第1の増幅系の成分も希釈され、その結果、第2の増幅系へのそれらの作用は、結果として得られる低濃度に起因して低減される。 The first partial amplification section A1.1 is performed under temperature conditions that do not allow non-specific spontaneous chain separation in the absence of specific controller oligonucleotides. In essence, this reaction occurs between temperatures T1 and T2. At lower temperatures (T1), in particular hybridization of at least one primer of the first amplification system and its elongation by the polymerase occurs, and at the second temperature (T2), especially the separation of P1-Ext and P2-Ext. , Which occurs with the involvement of controller oligonucleotides. The reaction proceeds as a periodic change in reaction temperature, the required number of cycles can be selected and the degree of amplification can be affected. Here, a schematic increase to about 10 copies to about 10 8 copies (Figure 3B). Further, after the first partial amplification is completed, a part of the formed product (amplification product 1.1) is transferred as an aliquot to the second partial amplification and functions as a starting nucleic acid chain of the second partial amplification. Here is a schematic description of what you can do. Therefore, if this batch is diluted after the first partial reaction, only a partial amount of the copy formed in the first reaction is transferred to the second reaction. The components of the first amplification system are also diluted, so that their effect on the second amplification system is reduced due to the resulting low concentration.

図3Aは、第2の部分増幅(A2.1)の配列をさらに概略的に示し、使用される温度条件は、温度(T3)で得られる増幅産物の分離が、合成された相補的プライマー伸長産物の両方の鎖の間の結合の熱不安定化により、かつコントローラーオリゴヌクレオチドの本質的な関与がなく主に非特異的であるように選択される。T1でのプライマーの結合及び伸長は、第1の部分増幅の場合と同様である。反応は本質的にPCRのように進行し、必要なコピー数を生成するために必要な数のPCRサイクルが実行される。反応は、鋳型へのプライマーの結合、対応するプライマー伸長産物の形成までのそれらの伸長、及び形成された鎖の温度による分離を含む。PCRは、約10の標的配列を含む第1の増幅産物1.1の初期コピー数で始まり、約1010のコピー数まで標的配列を含む増幅産物2.1を増幅する。 FIG. 3A more schematically shows the sequence of the second partial amplification (A2.1), the temperature condition used is complementary primer extension in which the separation of the amplification product obtained at temperature (T3) was synthesized. The product is selected to be predominantly non-specific due to the thermal destabilization of the bond between both strands and without the intrinsic involvement of the controller oligonucleotide. The binding and extension of the primer at T1 is the same as in the case of the first partial amplification. The reaction proceeds essentially like PCR, with the required number of PCR cycles performed to produce the required copy number. The reaction involves binding the primers to the template, extending them to the formation of the corresponding primer extension products, and separating the formed chains by temperature. PCR begins with the initial copy number of the first amplification product 1.1 containing a target sequence of about 10 5, it amplifies the amplified product 2.1 containing a target sequence to the copy number of about 10 10.

第1の部分増幅は、コントローラーオリゴヌクレオチドの関与により、合成された鎖の配列依存性分離を引き起こす条件下で進行する。第2の部分増幅はPCRとして進行し、鎖分離は主に配列非特異的である。 The first partial amplification proceeds under conditions that, with the involvement of the controller oligonucleotide, cause sequence-dependent separation of the synthesized strand. The second partial amplification proceeds as PCR and the strand separation is predominantly sequence non-specific.

図4は、2回の部分増幅の温度プロファイル(図4A)を概略的に示し、第1及び第2の部分増幅中の産物の蓄積(時間依存性様式でのコピー数の増加として)の概略図を示す(図4B)。反応は図3に示すように進行するが、第1の部分増幅を伴うバッチに第2の増幅系の成分が追加され、それにより、形成される第1の増幅断片1.1のコピー数は、第2の部分増幅の開始核酸2.1を構成し、第1の増幅系の成分の有意な希釈は起こらないという違いがある。 FIG. 4 schematically shows the temperature profile of the two partial amplifications (FIG. 4A) and outlines the accumulation of products during the first and second partial amplifications (as an increase in copy number in a time-dependent manner). The figure is shown (FIG. 4B). The reaction proceeds as shown in FIG. 3, but the copy number of the first amplification fragment 1.1 formed by adding the components of the second amplification system to the batch with the first partial amplification The difference is that it constitutes the second partial amplification initiation nucleic acid 2.1 and no significant dilution of the components of the first amplification system occurs.

図5は、第1の増幅系及び第2の増幅系の成分を使用する、第1の部分増幅(図5A)及びその後の第2の部分増幅(図5B)を含む増幅の出発物質及び産物を概略的に示す。反応は本質的に図1に示すように進行するが、第2の部分増幅中には、プライマーP3.2及びP4.2が使用され、これらはそれぞれP1.1−Ext及びP2.1−Extの3’末端セグメントに本質的に相補的な配列セグメントを含まないという違いがある。したがって、3’末端を有するP1.1−Ext及びP2.1−Ext産物は、ポリメラーゼ(例えば、Pol1.1又はPol2.1)によって伸長される、プライマーP3.2及びP4.2それぞれに相補的な結合を形成できない。これは、プライマーP3.2及びP4.2が第1の部分増幅の反応条件下で使用された場合に、P1.1−Ext及びP2.1−Extが過度に伸長することを防ぐ。第2の部分的な増幅中に、完全なP3.1−Ext及びP4.1−Ext産物が、周期的合成プロセス及びその伝播の間に形成される。このようなプライマーの組み合わせ(P1.1及びP2.1を含むセット1及びP3.1及びP4.1を含むセット2)を使用すると、両方のプライマーセットが増幅の最初に同じ反応バッチで提供される均一反応の設計が可能になる。 FIG. 5 shows starting materials and products of amplification including a first partial amplification (FIG. 5A) and a subsequent second partial amplification (FIG. 5B) using the components of the first amplification system and the second amplification system. Is shown schematically. The reaction essentially proceeds as shown in FIG. 1, but during the second partial amplification, primers P3.2 and P4.2 were used, which were P1.1-Ext and P2.1-Ext, respectively. The difference is that the 3'end segment of the is essentially free of complementary sequence segments. Thus, P1.1-Ext and P2.1-Ext products with a 3'end are complementary to primers P3.2 and P4.2, respectively, which are extended by a polymerase (eg, Pol1.1 or Pol2.1). Cannot form a primer. This prevents P1.1-Ext and P2.1-Ext from overstretching when the primers P3.2 and P4.2 are used under the reaction conditions of the first partial amplification. During the second partial amplification, complete P3.1-Ext and P4.1-Ext products are formed during the periodic synthesis process and its propagation. Using such a combination of primers (set 1 containing P1.1 and P2.1 and set 2 containing P3.1 and P4.1), both primer sets are provided in the same reaction batch at the beginning of amplification. It is possible to design a uniform reaction.

図6は、両方の部分増幅の温度プロファイル(図6A)を概略的に示し、第1及び第2の部分増幅中の産物の蓄積(時間依存性様式でのコピー数の増加として)の概略図を示す(図6B)。 FIG. 6 schematically shows the temperature profile of both partial amplifications (FIG. 6A) and is a schematic representation of product accumulation (as copy number increase in a time-dependent manner) during the first and second partial amplifications. (Fig. 6B).

この図は、両方の部分増幅が互いに直後に実行される温度プロファイルを概略的に示す(両方のプライマーセットが反応の開始時にバッチに存在する)。第1の増幅中に、増幅産物1.1のコピー数が約10〜約10に増加することが概略的に示されている。これらの産物は標的配列を含み、第2の増幅のための開始核酸2.1として機能する。第2の増幅中に、増幅された標的配列の数は、約10の増幅産物1.1から約1010の得られる増幅産物2.2にさらに増加する。 This figure schematically shows the temperature profiles in which both partial amplifications are performed immediately after each other (both primer sets are present in the batch at the start of the reaction). During the first amplification, it is shown schematically that the number of copies of the amplification product 1.1 is increased to about 10 to about 10 4. These products contain the target sequence and serve as the starting nucleic acid 2.1 for the second amplification. During the second amplification, the number of the amplified target sequence is further increased to the amplification product 2.2 resulting from the amplification product 1.1 to about 10 4 of approximately 10 10.

図7Aは、2つの部分増幅の温度プロファイルを概略的に示す。図7Aの一連の温度変化は、図3で説明したものに対応している:第1の部分増幅セグメントA1.1は、特異的なコントローラーオリゴヌクレオチドの非存在下で非特異的な自発的な鎖分離を許さない温度条件下で進行する。本質的に、この反応は温度T1とT2との間で起こる。より低い温度(T1)では、特に第1の増幅系の少なくとも1つのプライマーのハイブリダイゼーション及びポリメラーゼによるその伸長が進行し、第2の温度(T2)では、特にP1−Ext及びP2−Extの分離が、コントローラーオリゴヌクレオチドの関与により進行する。反応の過程で、第1の増幅産物1.1の増幅が起こり、これは、第2の部分増幅における開始核酸2.1として使用することができる。反応は、反応温度の周期的変化として進行し、必要なサイクル数を選択でき、増幅の程度に影響を与えることができる。図7Aはまた、第1の部分増幅の直後に進行する第2の部分増幅(A2.1)の経過も概略的に示し、使用される温度条件は、温度(T3)で得られる増幅産物の分離が、合成された相補的プライマー伸長産物の2つの鎖の間の結合が熱的に不安定になるため、かつコントローラーオリゴヌクレオチドの実質的な関与がなく主に非特異的であるように使用される。T1でのプライマーの結合及び伸長は、第1の部分増幅の場合と同様である。反応は本質的にPCRのように進行し、必要なコピー数を生成するために必要な数のPCRサイクルが実行される。反応は、鋳型へのプライマーの結合、対応するプライマー伸長産物の形成までのそれらの伸長、及び形成された鎖の温度による分離を含む。第1の部分増幅は、コントローラーオリゴヌクレオチドの関与により、合成された鎖の配列依存性分離を引き起こす条件下で実施される。第2の部分増幅はPCRとして行われ、鎖の分離は主に配列非特異的である。 FIG. 7A schematically shows the temperature profiles of the two partial amplifications. The series of temperature changes in FIG. 7A correspond to those described in FIG. 3: The first partially amplified segment A1.1 is non-specific spontaneous in the absence of specific controller oligonucleotides. Proceed under temperature conditions that do not allow chain separation. In essence, this reaction occurs between temperatures T1 and T2. At lower temperatures (T1), hybridization of at least one primer of the first amplification system and its elongation by polymerase proceed, especially at the second temperature (T2), especially separation of P1-Ext and P2-Ext. However, it proceeds with the involvement of controller oligonucleotides. In the course of the reaction, amplification of the first amplification product 1.1 occurs, which can be used as the starting nucleic acid 2.1 in the second partial amplification. The reaction proceeds as a periodic change in reaction temperature, the required number of cycles can be selected and the degree of amplification can be affected. FIG. 7A also schematically shows the course of the second partial amplification (A2.1) that proceeds immediately after the first partial amplification, the temperature condition used being that of the amplification product obtained at temperature (T3). Separation is used so that the bond between the two strands of the synthesized complementary primer extension product becomes thermally unstable and is predominantly non-specific with no substantial involvement of the controller oligonucleotide. Will be done. The binding and extension of the primer at T1 is the same as in the case of the first partial amplification. The reaction proceeds essentially like PCR, with the required number of PCR cycles performed to produce the required copy number. The reaction involves binding the primers to the template, extending them to the formation of the corresponding primer extension products, and separating the formed chains by temperature. The first partial amplification is performed under conditions that, with the involvement of the controller oligonucleotide, cause sequence-dependent separation of the synthesized strands. The second partial amplification is performed as PCR and the strand separation is predominantly sequence non-specific.

図7Bは、図7Aのような第1及び第2の増幅を示す。両方の反応は、ここでは「温度切り替えステップ」と呼ばれるさらなる温度ステップによって分離され、これは、一定時間、温度を約T3に上げることを含む。前記ステップの間、例えば、第1の部分増幅のポリメラーゼの不活性化及び/又は第2の部分増幅のポリメラーゼの活性化及び/又は熱不安定性プライマーの活性化が起こり得る。したがって、このようなステップにより、増幅系の個々の成分の活性の変化も進行する。 FIG. 7B shows the first and second amplifications as in FIG. 7A. Both reactions are separated by a further temperature step, here referred to as the "temperature switching step", which involves raising the temperature to about T3 for a period of time. During the steps, for example, inactivation of the polymerase of the first partial amplification and / or activation of the polymerase of the second partial amplification and / or activation of the thermal instability primer can occur. Therefore, such a step also promotes a change in the activity of the individual components of the amplification system.

図8は、両方の部分増幅の温度プロファイルを概略的に示す。第1の部分増幅の配列は、図7Aに記載されたものに対応する。第2の部分増幅は2つの段階に分割される。第1の段階(A2.1段階1)では、T1とT3の間で温度変化が起こる。T1の間、第2の増幅系の少なくとも1つのプライマーは、増幅産物1.1の対応する相補的な位置に結合でき、そして伸長できる。より低い温度を使用することにより、比較的短い3’セグメントを持つプライマーを使用でき、これは相補的に結合できる(図5を参照)。段階1は数サイクルを含み、初期の増幅産物2.1が形成され、これは、より長い相補的セグメントを含み、したがってより高い温度でプライマーを結合することができる。これにより、段階2でのプライマー結合及びプライマー伸長ステップに高い温度を使用できる(ここではT2とT3との間の周期的伸長として示す)。例えば、温度を上げることにより、副反応の発生を防ぐことができる。 FIG. 8 schematically shows the temperature profile of both partial amplifications. The sequence of the first partial amplification corresponds to that shown in FIG. 7A. The second partial amplification is divided into two stages. In the first step (A2.1 step 1), a temperature change occurs between T1 and T3. During T1, at least one primer in the second amplification system can bind and extend to the corresponding complementary position of amplification product 1.1. By using a lower temperature, primers with relatively short 3'segments can be used, which can bind complementarily (see Figure 5). Step 1 involves several cycles to form the initial amplification product 2.1, which contains longer complementary segments and thus allows the primers to bind at higher temperatures. This allows higher temperatures to be used for the primer binding and primer extension steps in step 2 (shown here as periodic extension between T2 and T3). For example, raising the temperature can prevent the occurrence of side reactions.

図8Bでは、例えば、セット2のプライマーが結合できるように、A2.1の段階1の間に温度がさらに温度T4に低下することが概略的に示される。段階1での温度T4の使用は、第1の増幅産物の相補的配列セグメントに対する少なくとも1つの不一致を含むセット2の少なくとも1つのプライマーの使用のためであり得る。低温(T4)は、P3.1及び/又はP4.1から始まるプライマー伸長産物の初期生成をサポートすることを目的としている。この初期生成後、完全に相補的なプライマー結合部位がそのとき存在するようになるため、プライマー結合及びプライマー伸長を伴うステップの温度を上げることができる(段階2)。 FIG. 8B schematically shows that the temperature is further reduced to temperature T4 during step 1 of A2.1 so that, for example, the primers of set 2 can bind. The use of temperature T4 in step 1 may be due to the use of at least one primer in set 2 containing at least one mismatch for the complementary sequence segment of the first amplification product. The low temperature (T4) is intended to support the initial production of primer extension products starting with P3.1 and / or P4.1. After this initial formation, a fully complementary primer binding site will then be present, allowing the temperature of the step with primer binding and primer extension to be raised (step 2).

図9Aは、2つの部分増幅の温度プロファイルを概略的に示す。第1の部分増幅は、均一な温度、ここではT2で進行する。第1の部分増幅のすべての必要なステップは、この温度で実行される。これに、(図7Bで説明したように)例えば、温度上昇(温度切り替えステップ)が続くことができる。この後、第2の部分増幅としてPCR反応が行われる。 FIG. 9A schematically shows the temperature profiles of the two partial amplifications. The first partial amplification proceeds at a uniform temperature, here T2. All necessary steps of the first partial amplification are performed at this temperature. This can be followed, for example, by a temperature rise (temperature switching step) (as described in FIG. 7B). After this, a PCR reaction is performed as a second partial amplification.

第1の部分的な増幅は均一な温度で進行し、コントローラーオリゴヌクレオチドを使用して配列依存性鎖分離を促進する。 The first partial amplification proceeds at a uniform temperature and uses controller oligonucleotides to promote sequence-dependent chain separation.

図9Bは、(開始時の)等温段階及び後の周期的段階の両方を含む、第1の部分増幅のさらなる温度曲線を概略的に示す。ここでは、また、第1の部分増幅は、コントローラーオリゴヌクレオチドが関与する配列依存性鎖分離を促進する温度で進行する。 FIG. 9B schematically shows a further temperature curve of the first partial amplification, including both an isothermal step (at the start) and a subsequent periodic step. Here, the first partial amplification also proceeds at a temperature that promotes sequence-dependent chain separation involving the controller oligonucleotide.

図10Aは、2つの部分増幅の温度プロファイルを概略的に示す。段階2の第2の部分増幅は、T2より高い、更なる温度T5の使用を含む。前記温度は、約68℃〜82℃の間である。温度T5を使用すると、コントローラーオリゴヌクレオチドのP3.1 Extへの結合を弱めることができ、したがって、P4.1の伸長に対するこの結合の影響を減らすことができ、それにより、P4.1の伸長がより効果的であり得る。 FIG. 10A schematically shows the temperature profiles of the two partial amplifications. The second partial amplification of step 2 involves the use of an additional temperature T5, which is higher than T2. The temperature is between about 68 ° C and 82 ° C. Temperature T5 can be used to weaken the binding of the controller oligonucleotide to P3.1 Ext, thus reducing the effect of this binding on P4.1 elongation, thereby causing P4.1 elongation. Can be more effective.

図10Bは、両方の部分増幅の温度プロファイルを概略的に示す。第2の部分増幅セグメントの間、第2の増幅産物の最初の生成は段階1で進行する。より高温(T5)で相補的な位置に結合でき、ポリメラーゼによって伸長できるプライマー3.1及び4.1を使用して、第2段階の温度をT5とT3の間で変更することができる。反応条件の選択により、中間産物又は最終産物の形成に影響を与えることができる。例えば、より長いP3.1及びP4.1(例えば、30〜40ヌクレオチド長)を、第2の部分増幅におけるプライマー結合ステップ及びプライマー伸長ステップにおけるより高い温度と組み合わせて使用することにより(例えば、T2及び/又はT5での)、P3.1−Ext及びP4.1−Extは、好ましくは蓄積される。 FIG. 10B schematically shows the temperature profile of both partial amplifications. During the second partial amplification segment, the first production of the second amplification product proceeds in step 1. Primers 3.1 and 4.1, which can bind to complementary positions at higher temperatures (T5) and can be extended by polymerase, can be used to change the temperature of the second stage between T5 and T3. The choice of reaction conditions can affect the formation of intermediates or final products. For example, by using longer P3.1 and P4.1 (eg, 30-40 nucleotides in length) in combination with higher temperatures in the primer binding and primer extension steps in the second partial amplification (eg, T2). And / or (at T5), P3.1-Ext and P4.1-Ext are preferably accumulated.

図11は、両方の部分増幅の温度プロファイルを概略的に示す。2つの部分増幅間の移行段階は、異なる方法で設計できる。図11Aは、第1の部分増幅の終わりに向う温度の連続的上昇を示す。図11Bでは、温度の周期的な低下が第1の部分増幅の終わりに示されている。したがって、部分増幅の両方のセグメントは、反応プロセスにおいて部分的な重複を有することができる。 FIG. 11 schematically shows the temperature profile of both partial amplifications. The transition stage between the two partial amplifications can be designed differently. FIG. 11A shows a continuous rise in temperature towards the end of the first partial amplification. In FIG. 11B, a periodic drop in temperature is shown at the end of the first partial amplification. Therefore, both segments of partial amplification can have partial overlap in the reaction process.

図12〜18は、第1の増幅系の個々の成分の間の関係(図14まで)及び第1の増幅系及び第2の増幅系の成分の間の関係を示す。図15Aは、開始核酸1.1から開始する第1の増幅断片(P1.1−Ext及びP2.1−Extを含む)の生成を概略的に示す(ここでは増幅される核酸として反応に概略的に追加される)。図15Bは、第1の部分増幅のプライマーP3.1及びP4.1並びにP1.1−Ext及びP2.1−Extを鋳型として使用して生成される中間体の生成を概略的に示す(P3.1−Ext part1及びP4.1−Ext Part1)。これらの中間体は、P3.1−Ext part1及びP4.1−Ext part1を鋳型として使用して再プライマー結合及び伸長により、後続のサイクルで完全なP3.1−Ext及びP4.1−Extに変換され得る。反応条件の選択は、中間産物又は最終産物の形成に影響を与えることができる。例えば、より長いP3.1及びP4.1(例えば、30〜40ヌクレオチド長)を、第2の部分増幅でのプライマー結合ステップ及びプライマー伸長ステップでの高温と組み合わせて使用することによって(例えば、T2及び/又はT5)P3.1−Ext及びP4.1−Extは、好ましく蓄積される。 FIGS. 12-18 show the relationships between the individual components of the first amplification system (up to FIG. 14) and the relationships between the components of the first amplification system and the second amplification system. FIG. 15A schematically shows the production of a first amplified fragment (including P1.1-Ext and P2.1-Ext) starting from the starting nucleic acid 1.1 (here schematic as the nucleic acid to be amplified in the reaction). Will be added). FIG. 15B schematically shows the formation of intermediates produced using the first partial amplification primers P3.1 and P4.1 and P1.1-Ext and P2.1-Ext as templates (P3). .1-Ext Part1 and P4.1-Ext Part1). These intermediates are reprimer bound and extended using P3.1-Ext part1 and P4.1-Extpart1 as templates to complete P3.1-Ext and P4.1-Ext in subsequent cycles. Can be converted. The choice of reaction conditions can affect the formation of intermediates or final products. For example, by using longer P3.1 and P4.1 (eg, 30-40 nucleotides in length) in combination with high temperatures in the primer binding step and primer extension step in the second partial amplification (eg, T2). And / or T5) P3.1-Ext and P4.1-Ext are preferably accumulated.

図19〜26は、コントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)、第1のプライマー(P1.1)及び第3のプライマー(P3.1)並びに第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)の配列セグメントの配置の例を概略的に示す。P2.1−Extは3’セグメントにおいてP1.1に相補的な配列を含み、第1の部分増幅でP1.1−Extを生成するための鋳型として機能する。さらに、P2.1−Extは、P2.1−Extに結合し、ポリメラーゼによって伸長されるP3.1の3’セグメントのためのさらなる相補的セグメントを含み、その結果、P3.1−Extは第2の部分増幅で生成されることができる。 19-26 show the sequences of the controller oligonucleotide (C1.1), the first primer (P1.1) and the third primer (P3.1), and the second primer extension product (P2.1-Ext). An example of segment arrangement is shown schematically. P2.1-Ext contains a sequence complementary to P1.1 in the 3'segment and serves as a template for producing P1.1-Ext in the first partial amplification. In addition, P2.1-Ext contains an additional complementary segment for the 3'segment of P3.1 that binds to P2.1-Ext and is extended by the polymerase, so that P3.1-Ext is the first. It can be produced by partial amplification of 2.

図16〜26は、コントローラーオリゴヌクレオチド及びP1.1及びP3.1におけるセグメントの配置の例を要約する。P3.1は、3’セグメントと相補的な様式でコントローラーオリゴヌクレオチドに結合できる。この結合は、ここでは第4の領域と呼ばれる、コントローラーオリゴヌクレオチドの配列セグメントで生じる。P3.1がどのように詳細に配置されているかに応じて、この第4の領域は、領域1、2、又は3に関して異なる配置を持つことができる。特定の実施形態では、第4の領域は第2の領域内に位置し(図19、20)、別の実施形態では、第4の領域は領域2と3との間の移行部に位置し(図21)、別の実施形態では、第4の領域はコントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域に位置する(図22)。特に、コントローラーオリゴヌクレオチドの存在は、意図しない副産物の形成につながるべきではない。とりわけ、コントローラーオリゴヌクレオチドに結合するプライマーは、ポリメラーゼがコントローラーオリゴヌクレオチドを使用してP1.1伸長又はP3.1伸長を触媒することをもたらすべきではない。これは一般に、コントローラーオリゴヌクレオチドにヌクレオチド修飾を使用することにより、例えば、2’−O−アルキル修飾を使用することにより達成される。このような修飾は、それぞれのプライマーの少なくとも3’セグメントに相補的な配列を含むコントローラーオリゴヌクレオチドの配列セグメントで特に使用される。さらに、そのような修飾は、プライマーに相補的な配列セグメントを超えて伸長でき、例えば、これらの配列セグメントは、約マイナス10〜約プラス10ヌクレオチドの位置又はそれぞれのプライマーの3’末端の位置を含むことができる。そのようなヌクレオチド修飾を有する配列セグメントは、本明細書では「第2のブロッキングユニット」と呼ばれ、第1のプライマー(P1.1)に相補的な配列セグメントを含む(図1及び2)、又は「第4のブロッキングユニット」とよばれ、第3のプライマー(P3.1)に相補的な配列セグメントを含む(図19−22)。コントローラーオリゴヌクレオチドのそのような修飾は、プライマーがコントローラーオリゴヌクレオチドに結合するとき、ポリメラーゼが鋳型依存性プライマー伸長を開始することを防ぐ。ヌクレオチド修飾の組成は、第2及び第4のブロッキングユニットにおいて同じであっても異なっていてもよい。組み合わされて第2又は第4のブロッキングユニットを形成するそれぞれの配列セグメントの長さはまた、それぞれのブロッキングユニットについて同じであり得る、又は異なり得る。それぞれのブロッキングユニットの位置は、コントローラーオリゴヌクレオチド上のプライマーのそれぞれの可能な結合部位の位置に依存する(図19〜22)。第1のプライマーのための第2のブロッキングユニットの可能な組成が詳細に示されている。第4のブロッキングユニットの成分は、第2のブロッキングユニットの成分と同様であり得る。特定の実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域は、完全にヌクレオチドの2’−O−アルキル修飾からなる。さらなる特定の実施形態において、その3’セグメントにおけるコントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域(例えば、コントローラーオリゴヌクレオチドの第2の領域に隣接する1〜20のヌクレオチド位置)は、ヌクレオチドの2’−O−アルキル修飾から完全に構成される。別の特定の実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチドの第2の領域は、完全にヌクレオチドの2’−O−アルキル修飾からなる。さらなる特定の実施形態において、その3’セグメントにおけるコントローラーオリゴヌクレオチドの第2の領域及びコントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域(第2の領域に続く1〜20位値)は、完全にヌクレオチドの2’−O−アルキル修飾からなる。従って、修飾を有する個々のセグメントを別々に提供することは全く必要ではなく、コントローラーオリゴヌクレオチドの完全な配列セグメントは、例えば、2’−O−アルキル修飾を有する相補的ヌクレオチドによって提供されることが可能である。 Figures 16-26 summarize examples of controller oligonucleotides and segment placement in P1.1 and P3.1. P3.1 can bind to the controller oligonucleotide in a manner complementary to the 3'segment. This binding occurs in the sequence segment of the controller oligonucleotide, referred to here as the fourth region. Depending on how P3.1 is arranged in detail, this fourth region can have different arrangements with respect to areas 1, 2, or 3. In certain embodiments, the fourth region is located within the second region (FIGS. 19 and 20), and in another embodiment, the fourth region is located at the transition between regions 2 and 3. (FIG. 21), in another embodiment, the fourth region is located in the third region of the controller oligonucleotide (FIG. 22). In particular, the presence of controller oligonucleotides should not lead to the formation of unintended by-products. In particular, primers that bind to the controller oligonucleotide should not result in the polymerase using the controller oligonucleotide to catalyze P1.1 or P3.1 elongation. This is generally achieved by using nucleotide modifications for controller oligonucleotides, for example by using 2'-O-alkyl modifications. Such modifications are particularly used in sequence segments of controller oligonucleotides that contain sequences complementary to at least the 3'segment of each primer. In addition, such modifications can extend beyond the sequence segments complementary to the primers, for example, these sequence segments can be located at about -10 to about plus 10 nucleotides or at the 3'end of each primer. Can include. Sequence segments with such nucleotide modifications are referred to herein as "second blocking units" and include sequence segments complementary to the first primer (P1.1) (FIGS. 1 and 2). Alternatively, it is called a "fourth blocking unit" and contains a sequence segment complementary to a third primer (P3.1) (Fig. 19-22). Such modification of the controller oligonucleotide prevents the polymerase from initiating template-dependent primer extension when the primer binds to the controller oligonucleotide. The composition of the nucleotide modifications may be the same or different in the second and fourth blocking units. The length of each sequence segment that is combined to form a second or fourth blocking unit can also be the same or different for each blocking unit. The position of each blocking unit depends on the position of each possible binding site of the primer on the controller oligonucleotide (FIGS. 19-22). The possible composition of the second blocking unit for the first primer is shown in detail. The components of the fourth blocking unit can be similar to the components of the second blocking unit. In certain embodiments, the third region of the controller oligonucleotide consists entirely of 2'-O-alkyl modifications of the nucleotide. In a further specific embodiment, the third region of the controller oligonucleotide in its 3'segment (eg, 1-20 nucleotide positions adjacent to the second region of the controller oligonucleotide) is the 2'-O-O- of the nucleotides. Completely composed of alkyl modifications. In another particular embodiment, the second region of the controller oligonucleotide consists entirely of 2'-O-alkyl modifications of the nucleotide. In a further specific embodiment, the second region of the controller oligonucleotide and the third region of the controller oligonucleotide (positions 1-20 following the second region) in its 3'segment are completely nucleotides 2'. Consists of —O—alkyl modifications. Therefore, it is not necessary to provide the individual segments with modifications separately, and the complete sequence segment of the controller oligonucleotide can be provided, for example, by complementary nucleotides with 2'-O-alkyl modifications. It is possible.

(鋳型依存的な様式でのポリメラーゼの酵素活性の結果として生成される)プライマー伸長産物の相補的配列セグメントに修飾がないため、ポリメラーゼによりこのような配列セグメントに相補的に結合する場合、プライマーは認識され及び伸長され得る。 Because the complementary sequence segments of the primer extension product (produced as a result of the enzymatic activity of the polymerase in a template-dependent manner) are unmodified, the primers are used when the polymerase binds complementaryly to such sequence segments. Can be recognized and stretched.

図27〜31は、プライマーセット1(P1.1及びP2.1)及びプライマーセット2(P3.1及びP4.1)を含む配置及び可能な組み合わせの例を概略的に示す。プライマーセット1のプライマーの1つは、セット2のプライマーの1つと同一であり得る(例えば、図27〜28においてP4.1は、P2.1に相当する)。特に、第1の部分増幅後に反応混合物の希釈液を使用し、第1の部分増幅後に第2の増幅系の成分を添加する場合、第2のプライマーセットのプライマーはプライマーセット1と長さが異なり得る(図30)。好ましくは、その3’セグメントにのみコントローラーオリゴヌクレオチドに相補的な配列を含むプライマー3の構造が使用される。第3のプライマーの5’セグメントの組成は、特に、コントローラーオリゴヌクレオチドへの相補的配列セグメントを含まない(図31)。 27-31 schematically show examples of arrangements and possible combinations including primer set 1 (P1.1 and P2.1) and primer set 2 (P3.1 and P4.1). One of the primers in the primer set 1 can be the same as one of the primers in the set 2 (eg, P4.1 in FIGS. 27-28 corresponds to P2.1). In particular, when a diluent of the reaction mixture is used after the first partial amplification and the components of the second amplification system are added after the first partial amplification, the primers of the second primer set have the same length as the primer set 1. It can be different (Fig. 30). Preferably, the structure of primer 3 is used that contains a sequence complementary to the controller oligonucleotide only in its 3'segment. The composition of the 5'segment of the third primer does not specifically include the complementary sequence segment to the controller oligonucleotide (FIG. 31).

図32〜35は、第1の部分増幅における成分の相互作用を概略的に示す。 FIGS. 32 to 35 schematically show the interaction of the components in the first partial amplification.

図32は、図33〜35に示される構造の成分を記載する。 FIG. 32 describes the components of the structure shown in FIGS. 33-35.

図33は、鎖置換メカニズムを概略的に示す。 FIG. 33 schematically shows the chain substitution mechanism.

図34は、鎖置換中の構造の相互作用を概略的に示す。 FIG. 34 schematically shows the interaction of structures during strand substitution.

図35は、第1のオリゴヌクレオチドプライマー及び第2のオリゴヌクレオチドプライマーの一方における増幅による第1の核酸増幅の間の構造の相互作用、及びさらにコントローラーオリゴヌクレオチドの作用及び得られる鎖置換を概略的に示す。 FIG. 35 schematically illustrates the structural interaction between the first nucleic acid amplification by amplification in one of the first oligonucleotide primer and the second oligonucleotide primer, as well as the action of the controller oligonucleotide and the resulting strand substitution. Shown in.

図36は、実施例1の結果を示す。図37は実施例2の結果を示す。図38〜40は、実施例3の結果を示す。図41〜47は実施例4の結果を示し、図48〜49は実施例5の結果を示す。 FIG. 36 shows the results of Example 1. FIG. 37 shows the results of Example 2. FIGS. 38-40 show the results of Example 3. 41 to 47 show the results of Example 4, and FIGS. 48 to 49 show the results of Example 5.

図50〜51は、開始核酸鎖1.1の調製を概略的に示す。 Figures 50-51 schematically show the preparation of starting nucleic acid chain 1.1.

図52〜54は、増幅方法の特定の実施形態を概略的に示す。 FIGS. 52-54 schematically show specific embodiments of the amplification method.

第1の増幅を開始するために、第1の標的配列M[及びMに(逆)相補的な配列M’]を含む第1の核酸ポリマーが提供され、5’−3’方向においてMは、配列セグメントMPL、MS及びMPRを直近に連続して含む。 To initiate the first amplification, a first nucleic acid polymer comprising a first target sequence M [and a sequence M'(reverse) complementary to M'] is provided, where M is in the 5'-3'direction. , Sequence segments MPL, MS and MPR are included most recently in succession.

一実施形態では、第1の核酸ポリマーは、開始核酸鎖を含む。別の実施形態では、第1の核酸ポリマーは、増幅される第1の増幅核酸鎖を含む。別の実施形態では、第1の核酸ポリマーは、第2の増幅による増幅される核酸鎖を含む。 In one embodiment, the first nucleic acid polymer comprises a starting nucleic acid chain. In another embodiment, the first nucleic acid polymer comprises a first amplified nucleic acid chain that is amplified. In another embodiment, the first nucleic acid polymer comprises a nucleic acid chain that is amplified by a second amplification.

前記実施形態では、5’−3’方向において標的配列M[及びMに(逆)相補的な配列M’]は、配列セグメントMPL、MS及びMPRを直近に連続して含む。一実施形態では、第1の核酸ポリマーはそのような標的配列Mを含む。さらなる実施形態では、開始核酸鎖はそのような標的配列Mを含む。さらなる実施形態では、第1の増幅で増幅される核酸鎖は、そのような標的配列Mを含む。さらなる実施形態では、第1の増幅の増幅断片1.1は、そのような標的配列Mを含む。さらなる実施形態では、第2の増幅の増幅される核酸鎖は、そのような標的配列Mを含む。さらなる実施形態では、第2の増幅の増幅断片2.1は、そのような標的配列Mを含む。 In the embodiment, the target sequence M [and the (reverse) complementary sequence M'] in the 5'-3'direction comprises the sequence segments MPL, MS and MPR in the immediate vicinity. In one embodiment, the first nucleic acid polymer comprises such a target sequence M. In a further embodiment, the starting nucleic acid chain comprises such a target sequence M. In a further embodiment, the nucleic acid strand amplified by the first amplification comprises such a target sequence M. In a further embodiment, the amplified fragment 1.1 of the first amplification comprises such a target sequence M. In a further embodiment, the amplified nucleic acid strand of the second amplification comprises such a target sequence M. In a further embodiment, the amplified fragment 2.1 of the second amplification comprises such a target sequence M.

ここに示されている第1の左のオリゴヌクレオチドプライマーPL1は、(本質的に)標的配列MのMPLと同一である。そのようなPL1は、第2のオリゴヌクレオチドプライマー(P2.1)の特定の実施形態である。 The first left oligonucleotide primer PL1 shown herein is (essentially) identical to the MPL of target sequence M. Such PL1 is a specific embodiment of the second oligonucleotide primer (P2.1).

ここに示す第1の右のオリゴヌクレオチドプライマーPR1は、第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)の特定の実施形態である。PR1は、配列セグメントPCR及びPMRをすぐに連続して5’−3’方向に含み、PMR(この実施形態では、増幅される核酸に含まれる前記標的配列Mの第1の領域に対応する)は、本質的に相補的な[ハイブリダイズする]配列であり[本質的に配列特異的に結合でき]、かつ配列セグメントPCR(前記実施形態では、前記セグメントは第1のプライマーの第2の領域に対応する)が標的配列M[又は、例えば第1の開始核酸の、3’において配列Mに対してMPRに直近に隣接する配列]に結合しない、かつPR1(特にPCR部位では)は、PCRが第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼの活性のための鋳型として機能できないように、修飾ヌクレオチドビルディングブロックを含む。 The first right oligonucleotide primer PR1 shown here is a specific embodiment of the first oligonucleotide primer (P1.1). PR1 immediately contains the sequence segment PCR and PMR in the 5'-3'direction and PMR (in this embodiment, corresponds to the first region of said target sequence M contained in the amplified nucleic acid). Is an essentially complementary [hybridizing] sequence [which can bind essentially sequence-specifically] and sequence segment PCR (in the embodiment, the segment is a second region of a first primer. (Corresponding to) does not bind to the target sequence M [or, for example, the sequence of the first starting nucleic acid closest to the MPR with respect to sequence M in 3'], and PR1 (especially at the PCR site) Includes a modified nucleotide building block so that does not function as a template for the activity of the first template-dependent nucleic acid polymerase.

ここに示されているコントローラーオリゴヌクレオチドCRは、5’−3’方向に、配列セグメントCSR、CPR及びCCRを直近に連続して含む。配列セグメントCSRは、コントローラーオリゴヌクレオチドの第3の領域に相当する。配列セグメントCPRは、コントローラーオリゴヌクレオチドの第2の領域に相当する。配列セグメントCCRは、コントローラーオリゴヌクレオチドの第1のセグメントに相当する。 The controller oligonucleotide CR shown herein comprises the sequence segments CSR, CPR and CCR in the most recent contiguous direction in the 5'-3'direction. The sequence segment CSR corresponds to the third region of the controller oligonucleotide. The sequence segment CPR corresponds to the second region of the controller oligonucleotide. The sequence segment CCR corresponds to the first segment of the controller oligonucleotide.

一実施形態では、配列セグメントCSRは、MPRの5’に位置する標的配列のMSのセグメントと同一である[かつPR1のポリメラーゼの開始時に最初に読み取られる、すなわち、CSRは、プライマーPR1の重合産物(第1のプライマーの伸長産物)に結合できる]。 In one embodiment, the sequence segment CSR is identical to the MS segment of the target sequence located at 5'of the MPR [and is first read at the start of the polymerase of PR1, i.e., the CSR is a polymerization product of primer PR1. (Can bind to the extension product of the first primer)].

一実施形態では、配列セグメントCPRは、第1のプライマーのPMRに相補的である(かつ標的配列MのMPRと同一である)。 In one embodiment, the sequence segment CPR is complementary to the PMR of the first primer (and is identical to the MPR of the target sequence M).

一実施形態では、配列セグメントCCR(コントローラーオリゴヌクレオチドの第1のセグメント)は、第1のプライマーのPCR(第2の領域)に相補的である。 In one embodiment, the sequence segment CCR (first segment of controller oligonucleotide) is complementary to PCR (second region) of the first primer.

一実施形態では、コントローラーオリゴヌクレオチド(CR)は、その第3のセグメント(CSR)に修飾ヌクレオチドビルディングブロックを含み、その結果、CSRは、鋳型依存性核酸ポリメラーゼ活性のための鋳型として機能することができない。 In one embodiment, the controller oligonucleotide (CR) comprises a modified nucleotide building block in its third segment (CSR), so that the CSR can serve as a template for template-dependent nucleic acid polymerase activity. Can not.

第1のプライマー伸長産物(PR1’):この第1のプライマー伸長産物は、(第1のオリゴヌクレオチドプライマーの)配列領域PCR及びPMRに加えて、5’においてMPRに隣接する領域において標的配列Mに本質的に相補的な合成領域PSRを5’−3’方向に含む。 First Primer Extension Product (PR1'): This first primer extension product is the target sequence M in the region adjacent to the MPR at 5'in addition to the sequence region PCR and PMR (of the first oligonucleotide primer). Contains a synthetic region PSR that is essentially complementary to the 5'-3'direction.

第2のプライマー伸長産物(PL1’):配列領域MPLに加えて、このプライマー伸長産物は、3’においてMPLに隣接する領域において標的配列Mと本質的に同一の合成領域PSLを含む。 Second Primer Extension Product (PL1'): In addition to the sequence region MPL, this primer extension product contains a synthetic region PSL that is essentially identical to the target sequence M in the region adjacent to the MPL at 3'.

PR1’及びPL1’は一緒に増幅断片1.1を形成し、第2の増幅のための鋳型(開始核酸2.1)として機能する。 PR1'and PL1'together form an amplified fragment 1.1 and serve as a template (starting nucleic acid 2.1) for the second amplification.

第2の左のオリゴヌクレオチドプライマーPL2:そのようなPL2は、第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.1)の特定の実施形態である。一実施形態では、前記PL2は、第1の二次プライマー結合領域MPL2と同一である。この種類の実施形態におけるこのMPL2は、第2の増幅断片2.1のP4.1 Extに含まれる。別の実施形態では、MPL2は、第2のプライマー伸長産物に含まれ得る。さらなる実施形態では、MPL2は、標的配列Mに含まれ得る。 Second Left Oligonucleotide Primer PL2: Such PL2 is a particular embodiment of the fourth oligonucleotide primer (P4.1). In one embodiment, the PL2 is identical to the first secondary primer binding region MPL2. This MPL2 in this type of embodiment is included in the P4.1 Ext of the second amplified fragment 2.1. In another embodiment, MPL2 can be included in the second primer extension product. In a further embodiment, MPL2 can be included in the target sequence M.

第2の右のオリゴヌクレオチドプライマーPR2:PR2は、一実施形態では領域MPR2に相補的である第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.1)の特定の実施形態である。前記MPR2は、第2のプライマー伸長産物の実施形態に含まれ得る。これ以外の実施形態では、MPR2は、第4のプライマー伸長産物に含まれ得る。さらなる実施形態において、MPR2は、標的配列Mに含まれ得る。 Second Right Oligonucleotide Primer PR2: PR2 is a particular embodiment of a third oligonucleotide primer (P3.1) that is complementary to region MPR2 in one embodiment. The MPR2 can be included in an embodiment of a second primer extension product. In other embodiments, MPR2 can be included in the fourth primer extension product. In a further embodiment, MPR2 can be included in the target sequence M.

PL2及びPR2の配置は異なり得る。一実施形態では、MPL2及びMPR2は、標的配列Mから構成されるであろう。一実施形態では、MPL2の3’末端[少なくとも20位置]は、MPR2の5’末端の5’に配置される。さらなる実施形態では、特に、MPL2は、MPLと同一であり、及び/又はMPR2は、MPRと同一である。 The arrangement of PL2 and PR2 can be different. In one embodiment, MPL2 and MPR2 will consist of the target sequence M. In one embodiment, the 3'end [at least 20 positions] of MPL2 is located at the 5'end 5'of MPR2. In a further embodiment, in particular, MPL2 is identical to MPL and / or MPR2 is identical to MPR.

さらなる実施形態では、第3(PR2)及び第4(PL2)のオリゴヌクレオチドプライマーは、さらなる配列セグメント(PCL2又はPCR2)を含み得る。 In a further embodiment, the third (PR2) and fourth (PL2) oligonucleotide primers may include additional sequence segments (PCL2 or PCR2).

第2の増幅では、第3(PR2)及び第4(PL2)のオリゴヌクレオチドプライマーが第1の増幅断片の対応する相補的部位に結合でき、それにより、これらのプライマーは第2の増幅で第2のポリメラーゼによって伸長される。第2の増幅の結果、第3及び第4のプライマーのプライマー伸長産物(P3.1−Ext及びP4.1−Ext)が増加する。この結果は、第2の増幅断片2.1である。 In the second amplification, the third (PR2) and fourth (PL2) oligonucleotide primers can bind to the corresponding complementary sites of the first amplification fragment, whereby these primers are second in the second amplification. It is extended by the polymerase of 2. As a result of the second amplification, the primer extension products (P3.1-Ext and P4.1-Ext) of the third and fourth primers are increased. The result is the second amplified fragment 2.1.

図55は、第1の増幅系の成分のトポグラフィーの特定の実施形態を概略的に示す。 FIG. 55 schematically illustrates a particular embodiment of topography of the components of the first amplification system.

開始核酸1.1は、次のセグメントを(5’−3’方向に)含む:M1Y、M1.5、M1.4、M1.3、M1.2、M1.1、M1.X。 The starting nucleic acid 1.1 contains the following segments (in the 5'-3'direction): M1Y, M1.5, M1.4, M1.3, M1.2, M1.1, M1. X.

第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、(5’−3’の方向に)次のセグメントを含む:第1のセグメント(p1.1.1)及び第2の領域(p1.1.2)。 The first oligonucleotide primer comprises the following segment (in the direction of 5'-3'): the first segment (p1.1.1) and the second region (p1.1.2).

コントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)は(5’−3’方向に)次のセグメントを含む:第3の領域(C1.1.3)、第2の領域(C1.1.2)、第1の領域(C.1.1.1)。 The controller oligonucleotide (C1.1) contains the following segments (in the 5'-3'direction): third region (C11.3), second region (C1.1.2), first. Region (C.1.1.1).

コントローラーオリゴヌクレオチド(C1.2)は(5’−3’方向に)次のセグメントを含む:第3のセグメント(C1.2.3)、第2の領域(C1.2.2)、第1の領域(C.1.2.1)。 The controller oligonucleotide (C1.2) contains the following segments (in the 5'-3'direction): third segment (C1.2.3), second region (C1.2.2), first. Region (C.1.2.1).

第2のプライマーP2.1は、次のセグメントを(5’−3’方向に)含む:P2.1.1。 The second primer P2.1 contains the next segment (in the 5'-3'direction): P2.1.1.

第2のプライマーP2.2は、次のセグメントを(5’−3’方向に)含む:P2.2.1。 The second primer P2.2 contains the next segment (in the 5'-3'direction): P2.2.1.

第2のプライマーP2.3は、次のセグメントを(5’−3’方向に)含む:P2.3.1。 The second primer P2.3 contains the next segment (in the 5'-3'direction): P2.3.1.

第1のプライマー伸長産物(P1.1−Ext)は、次のセグメントを(5’−3’方向に)含む:P1.1E6、P1.1E5、P1.1E4、P1.1E3、P1.1E2、P1.1E1。 The first primer extension product (P1.1-Ext) contains the following segments (in the 5'-3'direction): P1.1E6, P1.1E5, P1.1E4, P1.1E3, P1.1E2, P1.1E1.

第2のプライマー伸長産物(P2.1−Ext)は、次のセグメントを(5’−3’方向に)含む:P2.1E5、P2.1E4、P2.1E3、P2.1E2、P2.1E1。 The second primer extension product (P2.1-Ext) contains the following segments (in the 5'-3'direction): P2.1E5, P2.1E4, P2.1E3, P2.1E2, P2.1E1.

第1の増幅中に好ましくは得られるプライマー伸長産物P1.1−Ext及びP2.1−Extは、相補的な二重鎖を形成でき、一緒に第2の増幅断片1.1を表し、これは第2の増幅の開始核酸2.1として機能することができる。 The primer extension products P1.1-Ext and P2.1-Ext preferably obtained during the first amplification can form complementary duplexes and together represent the second amplification fragment 1.1. Can function as the starting nucleic acid 2.1 for the second amplification.

P1.1.1は主にM1.1に相補的に結合でき、ポリメラーゼによって伸長されることができる。P2.1.1はP1.1E1と相補的に結合でき、ポリメラーゼによって伸長されることが可能である。P1.1−Ext及びP2.1−Extは、第2の増幅の開始核酸2.1として機能する、増幅される核酸を表す。P2.1、P2.2及びP2.3は第2のプライマーの変異体を表し、同一の増幅断片をもたらす。 P1.1.1 can mainly bind complementarily to M1.1 and can be extended by the polymerase. P2.1.1 can complement P1.1E1 and can be extended by the polymerase. P1.1-Ext and P2.1-Ext represent the nucleic acid to be amplified, which functions as the starting nucleic acid 2.1 of the second amplification. P2.1, P2.2 and P2.3 represent variants of the second primer, resulting in the same amplified fragment.

図56〜57は、第1及び第2の増幅系のトポグラフィーの特定の実施形態を概略的に示す: Figures 56-57 schematically show specific embodiments of topography of the first and second amplification systems:

第3のオリゴヌクレオチドプライマーは、次のセグメントを(5’−3’方向に)含む:P3.1.2、P3.1.1、ここでP3.1.2は、開始核酸1.1又はP2.1−Extに相補的ではない。P3.1.1はP2.1−ExtのP2.1E1に本質的に相補的である。 The third oligonucleotide primer contains the following segment (in the 5'-3'direction): P3.1.2, P3.1.1, where P3.1.2 is the starting nucleic acid 1.1 or Not complementary to P2.1-Ext. P3.1.1 is essentially complementary to P2.1E1 of P2.1-Ext.

第4のオリゴヌクレオチドプライマーは、次のセグメントを(5’−3’方向に)含む:P4.1.2、P4.1.1、ここでP4.1.2は、開始核酸1.1の相補鎖又はP1.1−Extに相補的ではない。P4.1.1はP1.1−ExtのP1.1E1に本質的に相補的である。 The fourth oligonucleotide primer contains the following segment (in the 5'-3'direction): P4.1.2, P4.1.1, where P4.1.2 is the starting nucleic acid 1.1. Not complementary to complementary strands or P1.1-Ext. P4.1.1 is essentially complementary to P1.1E1 of P1.1-Ext.

好ましくは第2の増幅中に得られるプライマー伸長産物P3.1−Ext及びP4.1−Extは、相補的な二重鎖を形成することができ、共に第2の増幅断片2.1を表す。 Preferably, the primer extension products P3.1-Ext and P4.1-Ext obtained during the second amplification can form complementary duplexes, both representing the second amplification fragment 2.1. ..

P3.1−Extは、次のセグメントを(5’−3’方向に)含む:P3.1E7、P3.1E6、P3.1E5、P3.1E4、P3.1E3、P3.1E2、P3.1E1。セグメントP3.1.E5からP3.1E3は、P1.1E4からP1.1E2の配列と同一である。 P3.1-Ext includes the following segments (in the 5'-3'direction): P3.1E7, P3.1E6, P3.1E5, P3.1E4, P3.1E3, P3.1E2, P3.1E1. Segment P3.1. E5 to P3.1E3 are identical to the sequences of P1.1E4 to P1.1E2.

P4.1−Extは、次のセグメントを(5’−3’方向に)含む:P4.1E7、P4.1E6、P43.1E5、P4.1E4、P4.1E3、P43.1E2、P4.1E1。セグメントP4.1.E5からP4.1E3は、P2.1E4からP2.1E2の配列と同一である。 P4.1-Ext includes the following segments (in the 5'-3'direction): P4.1E7, P4.1E6, P43.1E5, P4.1E4, P4.1E3, P43.1E2, P4.1E1. Segment P4.1. E5 to P4.1E3 are identical to the sequences of P2.1E4 to P2.1E2.

図57は、第3のプライマー(P3.1、P3.2、P3.3)及び第4のプライマー(P4.1、P4.2、P4.3)の特定の実施形態を概略的に示し、それぞれのプライマーの3’セグメントは、互いに対してシフトされ得る。 FIG. 57 schematically illustrates specific embodiments of the third primer (P3.1, P3.2, P3.3) and the fourth primer (P4.1, P4.2, P4.3). The 3'segments of each primer can be shifted relative to each other.

図58〜59は、オリゴヌクレオチドプローブの局在領域の特定の実施形態を概略的に示す:
D1−はP4.1Extの5’末端に配置される。したがって、プローブ機能を持つプライマーを使用でき、例えば、Scorpionプライマー、Luxプライマーである。プライマーはP4.1と同様に3’セグメントに構築される。
Figures 58-59 schematically show specific embodiments of localized regions of oligonucleotide probes:
D1- is located at the 5'end of P4.1Ext. Therefore, a primer having a probe function can be used, for example, a Scorpion primer and a Lux primer. Primers are constructed in the 3'segment as in P4.1.

D4−は、P3.1−Extの5’末端に配置される。したがって、プローブ機能を持つプライマーを使用でき、例えば、Scorpionプライマー、Luxプライマーである。プライマーはP3.1と同様に3’セグメントに構築される。 D4- is located at the 5'end of P3.1-Ext. Therefore, a primer having a probe function can be used, for example, a Scorpion primer and a Lux primer. Primers are constructed in the 3'segment as in P3.1.

領域D2及びD3は、それぞれP3.1−Ext及びP4.1−Extの中央のセグメントに配置される。したがって、ハイブリダイゼーションプローブ(例えば、分子ビーコン、Taqmanプローブ(5’−3’ヌクレアーゼ切断可能プローブ、又はFRET対を備えた2−オリゴヌクレオチドプローブ)は、ここでは位置特定されることが可能である。 Regions D2 and D3 are located in the central segment of P3.1-Ext and P4.1-Ext, respectively. Thus, hybridization probes (eg, molecular beacons, Taqman probes (5'-3'nuclease cleavable probes, or 2-oligonucleotide probes with FRET pairs) can be located here.

D2領域はコントローラーオリゴヌクレオチドと重複しないため、(P3.1−Ext又はP4.1−Extにおいて)可能なプローブの局在に特に適する。したがって、プローブは、特に均一アッセイの前記領域で使用することができる。前記領域は、第3のプライマー伸長産物の3’セグメントを含む。領域D3のプローブは、P3.1−ExtとP4.1−Extの両方に提供することもできる。ただし、C1.2の濃度が比較的高い場合(コントローラー、例えば、0.5mol/l〜5μmol/l、例えば、均一系アッセイ)、そのようなプローブがコントローラーと相互作用し得る、又はコントローラによって置換され得るように考慮しなければならない。コントローラーの濃度が比較的低い場合(例えば、1nmol/l未満のセグメントでは)、コントローラーとのこの相互作用は無視できる(例えば、第1の増幅を第2の増幅の前に希釈する場合)。 Since the D2 region does not overlap with the controller oligonucleotide, it is particularly suitable for possible probe localization (at P3.1-Ext or P4.1-Ext). Therefore, the probe can be used especially in the area of the uniform assay. The region contains the 3'segment of the third primer extension product. The probe for region D3 can also be provided for both P3.1-Ext and P4.1-Ext. However, if the concentration of C1.2 is relatively high (controller, eg 0.5 mol / l-5 μmol / l, eg homogeneous assay), such probes may interact with or be replaced by the controller. Must be considered so that it can be done. If the concentration of the controller is relatively low (eg, in the segment below 1 nmol / l), this interaction with the controller is negligible (eg, when diluting the first amplification before the second amplification).

図60は、第3(及びおそらくは第1)のプライマー伸長産物(P3.1−Ext及びP1.1−Ext)に主に相補的に結合できるプローブセグメントの局在の特定の実施形態を概略的に示す。可能なプローブの局在にはいくつかの可能性があることを示す。 FIG. 60 schematically illustrates a particular embodiment of the localization of probe segments capable of predominantly complementary binding to third (and perhaps first) primer extension products (P3.1-Ext and P1.1-Ext). Shown in. We show that there are several possibilities for possible probe localization.

図61は、第4(及びおそらくは第2)のプライマー伸長産物(P4.1−Ext及びP2.1−Ext)に主に相補的に結合できるプローブセグメントの局在の特定の実施形態を概略的に示す。可能なプローブの局在にはいくつかの可能性があることを示す。 FIG. 61 schematically illustrates a particular embodiment of the localization of probe segments capable of predominantly complementary binding to fourth (and perhaps second) primer extension products (P4.1-Ext and P2.1-Ext). Shown in. We show that there are several possibilities for possible probe localization.

図62〜63は、プローブの特定の実施形態を図式的に示す: Figures 62-63 schematically show specific embodiments of the probe:

D1に局在化されたプローブ:S3.1、S3.2、S3.3のプローブは、蛍光レポーター(R)/蛍光クエンチャー(Q)対を含み、これは、プライマー伸長産物の対応するセグメントにハイブリダイズする場合、シグナルの増加をもたらす(レポーター/クエンチャーの空間的分離)。プローブS3.1及びS3.3はプライマーとして伸長でき、プローブ機能を備えたプライマーに基づくプライマー伸長産物が得られる(図63におけるS3.1−Ext及びS3.3.Ext)。 Probes localized to D1: The probes S3.1, S3.2, S3.3 contain a fluorescent reporter (R) / fluorescent quencher (Q) pair, which is the corresponding segment of the primer extension product. When hybridized to, it results in an increase in signal (spatial separation of reporter / quencher). The probes S3.1 and S3.3 can be extended as primers to obtain primer extension products based on the primers having a probe function (S3.1-Ext and S3.3.Ext in FIG. 63).

図64〜67は、オリゴヌクレオチドプローブ及びそれらのプローブがどれだけ広がるかの特定の実施形態を概略的に示す:S3.4は、5’−3’ヌクレアーゼ分裂可能プローブ(「Taqmanプローブ」)を表す。このプローブは、P3.1Extへのハイブリダイゼーション後にTaqポリメラーゼによって切断され、P4.1伸長が同時に起こる。 FIGS. 64-67 schematically show specific embodiments of oligonucleotide probes and how widespread they are: S3.4 is a 5'-3'nuclease fibrable probe ("Taqman probe"). Represent. The probe is cleaved by Taq polymerase after hybridization to P3.1Ext and P4.1 elongation occurs simultaneously.

プローブS3.6は、2つのオリゴヌクレオチドがP3.1Extに結合できる、又は結合する必要があるプローブ系を表す。これにより、一方のオリゴヌクレオチドは蛍光レポーター(R)を備えたプローブS3.6であり、もう一方のプローブは、5’領域にドナー蛍光色素分子を含むコントローラーオリゴヌクレオチドC1.2である。両方のオリゴヌクレオチドが同時にP3.1−Extに結合する場合、FRETが発生するのに十分な空間的近接性(25NT未満)があり、これはシグナルをもたらす。 Probe S3.6 represents a probe system in which two oligonucleotides can or need to bind to P3.1Ext. Thus, one oligonucleotide is probe S3.6 with a fluorescent reporter (R) and the other probe is controller oligonucleotide C1.2, which contains a donor fluorescent dye molecule in the 5'region. If both oligonucleotides bind to P3.1-Ext at the same time, there is sufficient spatial proximity (less than 25 NT) for FRET to occur, which results in a signal.

プローブS3.7は、自己相補的なパーツ(「分子ビーコン」)を備えたプローブを概略的に表す。非結合状態では、蛍光レポーター(R)からのシグナルは、選択された反応条件下で蛍光クエンチャー(Q)によって優先的に消光される。相補的結合は構造のデコンボリューションをもたらし、結果としてQからRを空間的に分離し、これは通常、シグナルの増加をもたらす。 Probe S3.7 schematically represents a probe with self-complementary parts (“molecular beacons”). In the unbound state, the signal from the fluorescent reporter (R) is quenched preferentially by the fluorescent quencher (Q) under selected reaction conditions. Complementary binding results in structural deconvolution, resulting in spatial separation of R from Q, which usually results in an increase in signal.

図68〜71は、開始核酸1.1、増幅断片1.1(P1.1−Ext及びP2.1−Ext)、及び第2の増幅断片2.1(P3.1−Ext及びP4.1−Ext)における標的配列1〜3の局在の特定の実施形態を概略的に示す。 FIGS. 68-71 show the starting nucleic acid 1.1, the amplified fragment 1.1 (P1.1-Ext and P2.1-Ext), and the second amplified fragment 2.1 (P3.1-Ext and P4.1). Specific embodiments of localization of target sequences 1 to 3 in −Ext) are schematically shown.

Claims (22)

核酸を増幅する方法であって(図56):
・ 第1の標的配列M1[及びM1に(逆)相補的な配列M1’]を含み、5’−3’方向においてMは配列セグメントM1.5、M1.4、M1.3、M1.2及びM1.1を直近に連続して含む、第1の核酸ポリマーを含有する試料を、第1の増幅ステップにおいて、以下の成分:
・ 第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼ、特にDNAポリメラーゼ、並びに鋳型依存性核酸ポリメラーゼの基質(特にリボヌクレオシド三リン酸又はデオキシリボヌクレオシド三リン酸)及び適切な補因子、特にマグネシウムイオン、
・ 5’−3’方向に配列セグメントP1.1.2及びP1.1.1を直近に連続して含む第1(右)のオリゴヌクレオチドプライマーP1.1であって、P1.1.1が、[本質的に配列特異的に結合できる]M1.1に相補的な[ハイブリダイズする]配列を有し、かつ配列セグメントP1.1.2はM1[又は配列M1に関して3’方向にあるM1.1の直後の配列]に結合できない、及び
P1.1(特にセグメントP1.1.2において)は、修飾ヌクレオチドビルディングブロックを含み、それにより、P1.1.2が第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼを活性化するための鋳型として機能できない;及び
・ M1.5と(本質的に)同一である[かつM1の反対側の鎖上のM1.5の逆相補配列又はP1.1の伸長産物、P1.1−Ext(P1.1E1と呼ばれる)に配列特異的に結合できる]第2(左)のオリゴヌクレオチドプライマーP2.1;
・ 5’−3’方向に配列セグメントC1.2.3、C1.2.2及びC1.2.1を直近に連続して含むコントローラーオリゴヌクレオチドC1.2であって、C1.2.3はM1.1の5’方向に位置するM1のセグメントM1.2と同一であり[かつP1.1のポリメラーゼの開始時に最初に読み取られ、C1.2.3はプライマーの重合産物P1.1−Extに結合でき]、C1.2.2はP1.1.1に相補的であり(及びM1.1と同一であり)、かつC1.2.1はP1.1.2に相補的である、
及び、C1.2は、C1.2.1で修飾されたヌクレオチドビルディングブロックを含み、それにより、C1.2.1が、鋳型依存性核酸ポリメラーゼを活性化するための鋳型として機能できない、
と接触し、
及び、前記試料を、第2の増幅ステップにおいて、以下の成分:
a) 3’末端に配列セグメント3.1.1を含み[又は本質的に3.1.1からなり]、M1のM1.1に(逆)相補的である[P2.1−Extに相補的に結合できる]、第3(右)のオリゴヌクレオチドプライマーP3.1、
b) M1のM1.5と同一及び/又は本質的に同一である[P1.1−Extへ相補的に結合できる]、3’末端に配列セグメント4.1.1を含む[又は本質的に4.1.1からなる]第4(左)のオリゴヌクレオチドプライマーP4.1、
c) 第2の鋳型依存性核酸ポリメラーゼ、特にDNAポリメラーゼ、及び任意に鋳型依存性核酸ポリメラーゼの基質(特にリボヌクレオシド三リン酸又はデオキシリボヌクレオシド三リン酸)及び適切な補因子、
と接触する、
前記方法。
A method of amplifying nucleic acid (Fig. 56):
• Contains the first target sequence M1 [and sequence M1'(reverse) complementary to M1], where M is the sequence segments M1.5, M1.4, M1.3, M1.2 in the 5'-3'direction. In the first amplification step, a sample containing the first nucleic acid polymer containing the most recent contiguously and M1.1 was prepared with the following components:
First template-dependent nucleic acid polymerases, especially DNA polymerases, and substrates for template-dependent nucleic acid polymerases (particularly ribonucleoside triphosphates or deoxyribonucleoside triphosphates) and suitable cofactors, especially magnesium ions,
The first (right) oligonucleotide primer P1.1 containing the sequence segments P1.1.2 and P1.1.1 in the 5'-3'direction in the immediate vicinity, wherein P1.1.1 is , Has a [hybridizing] sequence complementary to M1.1 [which can bind essentially sequence-specific], and sequence segment P1.1.2 is M1 [or 3'direction with respect to sequence M1. The sequence immediately following .1] cannot be attached, and P1.1 (especially in segment P1.1.2) contains a modified nucleotide building block, whereby P1.1.2 is the first template-dependent nucleic acid. It cannot serve as a template for activating polymerase; and is (essentially) identical to M1.5 [and an inverse complementary sequence of M1.5 or an extension of P1.1 on the opposite strand of M1. , P1.1-Ext (called P1.1E1) can bind sequence-specifically] Second (left) oligonucleotide primer P2.1;
A controller oligonucleotide C1.2 containing the sequence segments C1.2.3, C1.2.2 and C1.2.1 in the 5'-3'direction in the immediate vicinity, wherein C1.2.3 is. Identical to segment M1.2 of M1 located in the 5'direction of M1.1 [and first read at the start of polymerase of P1.1, C1.2.3 is the polymer product of the primer P1.1-Ext Can bind to], C1.2.2 is complementary to P1.1.1 (and is identical to M1.1), and C1.2.1 is complementary to P1.1.2.
And, C1.2 contains a nucleotide building block modified with C1.2.1 Thus, C1.2.1 cannot function as a template for activating a template-dependent nucleic acid polymerase.
Contact with
And, in the second amplification step, the sample is subjected to the following components:
a) Containing sequence segment 3.1.1 at the 3'end [or essentially consisting of 3.1.1] and (reverse) complementary to M1.1 of M1 [complementary to P2.1-Ext] Can bind], 3rd (right) oligonucleotide primer P3.1,
b) Identical and / or essentially identical to M1.5 of M1 [can complementarily bind to P1.1-Ext], containing sequence segment 4.1.1 at the 3'end [or essentially] Consists of 4.1.1] Fourth (left) oligonucleotide primer P4.1,
c) A second template-dependent nucleic acid polymerase, especially a DNA polymerase, and optionally a template-dependent nucleic acid polymerase substrate (particularly ribonucleoside triphosphate or deoxyribonucleoside triphosphate) and suitable cofactors.
Contact,
The method.
第1のプライマー伸長産物P1.1−Extは、配列領域P1.1.2及びP1.1.1に加えて、配列セグメントP1.1E4、P1.1E3、P1.1E2及びP1.1E1を5’−3’方向に含む合成領域を5’−3’方向に含む、前記第1のプライマー伸長産物P1.1−Extが得られ、P1.1E4、P1.1E3、P1.1E2及びP1.1E1は、それぞれ標的配列M1の配列セグメントM1.2、M1.3、M1.4及びM1.5に本質的に相補的であり、かつ第2のプライマー伸長産物P2.1ーExtは、配列領域P2.1.1に加えて、3’方向でM1.5に隣接する領域における標的配列M1と本質的に同一である合成領域P2.1−Extを含む、前記第2のプライマー伸長産物P2.1ーExtが得られ、
かつ、
P1.1−ExtがM1又はP2.1−Extと二本鎖を形成でき、かつP1.1−ExtがC1.2と二本鎖を形成でき、かつP2.1−Extを有するP1.1−Extの二本鎖の形成よりも、C1.2を有するP1.1−Extの二本鎖の形成が優先されるように、
− 第1の増幅ステップの反応条件が選択される、及び/又は
− P1.1.2、及び該当する場合はM1.4、M1.3、M1.2及びM1.1の長さ及び/又は溶融温度が選択される、
請求項1に記載の核酸を増幅する方法。
The first primer extension product, P1.1-Ext, contains the sequence segments P1.1E4, P1.1E3, P1.1E2 and P1.1E1 5'in addition to the sequence regions P1.1.2 and P1.1.1. The first primer extension product P1.1-Ext containing the synthetic region contained in the -3'direction in the 5'-3'direction was obtained, and P1.1E4, P1.1E3, P1.1E2 and P1.1E1 , Which are essentially complementary to the sequence segments M1.2, M1.3, M1.4 and M1.5 of the target sequence M1, respectively, and the second primer extension product P2.1-Ext is the sequence region P2. In addition to 1.1, the second primer extension product P2.1-containing a synthetic region P2.1-Ext that is essentially identical to the target sequence M1 in the region adjacent to M1.5 in the 3'direction. Ext is obtained,
And,
P1.1-Ext can form a double strand with M1 or P2.1-Ext, P1.1-Ext can form a double strand with C1.2, and P1.1 with P2.1-Ext So that the formation of the P1.1-Ext double strand with C1.2 is prioritized over the formation of the -Ext double strand.
− The reaction conditions of the first amplification step are selected and / or − P1.1.2 and, if applicable, lengths and / or M1.4, M1.3, M1.2 and M1.1. Melting temperature is selected,
The method for amplifying the nucleic acid according to claim 1.
コントローラーオリゴヌクレオチドC1.2が不在の場合、第1のプライマー伸長産物P1.1−Extは、全く分離しない、又は第2のプライマー伸長産物P2.1−Extから本質的に分離しないように、
− 第1の増幅ステップの反応条件が選択される、及び/又は
− P1.1.2、及び該当する場合は、M1.4、M1.3、M1.2、及びM1.1の長さ及び/又は溶融温度が選択される、
請求項2に記載の核酸を増幅する方法。
In the absence of controller oligonucleotide C1.2, the first primer extension product P1.1-Ext does not separate at all or essentially does not separate from the second primer extension product P2.1-Ext.
-The reaction conditions of the first amplification step are selected and / or-P1.1.2 and, where applicable, the lengths of M1.4, M1.3, M1.2, and M1.1 and / Or the melting temperature is selected,
The method for amplifying the nucleic acid according to claim 2.
修飾ヌクレオチドビルディングブロックは、2’−O−アルキルリボヌクレオシドビルディングブロック、特に2’−O−メチルリボヌクレオシドビルディングブロックを含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the modified nucleotide building block comprises a 2'-O-alkylribonucleoside building block, particularly a 2'-O-methylribonucleoside building block. .. 第1の増幅ステップは、特に20℃〜50℃の間の範囲の温度で、本質的に等温的に実施される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the first amplification step is performed essentially isothermally, particularly at a temperature in the range of 20 ° C to 50 ° C. P1.1−Extが10〜1e12、特に100〜1e10、特に1000〜1e8の範囲のコピー数で存在するまで、第1の増幅ステップが実施される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。 The first amplification step is carried out until P1.1-Ext exists in a copy number in the range of 10 to 1e12, particularly 100 to 1e10, particularly 1000 to 1e8, according to any one of claims 1 to 5. The method described. P3.1及びP4.1は、領域P3.1.1及びP4.1.1の5’末端にそれぞれ隣接する、第2の領域P3.1.2及びP4.1.2をそれぞれ含み、第2の領域は、それぞれP1.1−Ext及びP2.1−Extに相補的ではない、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。 P3.1 and P4.1 contain a second region P3.1.2 and P4.1.2, respectively, adjacent to the 5'end of regions P3.1.1 and P4.1.1, respectively. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the region 2 is not complementary to P1.1-Ext and P2.1-Ext, respectively. 第2の増幅ステップ中に、特に低温としての20℃〜75℃の間の範囲の温度と、85℃〜105℃の間の範囲の温度との間で、反応温度を周期的に増加及び減少する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。 During the second amplification step, the reaction temperature is periodically increased and decreased, especially between temperatures in the low temperature range of 20 ° C. to 75 ° C. and temperatures in the range of 85 ° C. to 105 ° C. The method according to any one of claims 1 to 7. 第1のポリメラーゼ及び第2のポリメラーゼが同一であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the first polymerase and the second polymerase are the same. − P1.1及びP3.1は本質的に同一であること、及び/又は
− P2.1及びP4.1は本質的に同一であること、
を特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
-P1.1 and P3.1 are essentially the same, and / or-P2.1 and P4.1 are essentially the same.
The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the method is characterized by.
第1の増幅及び第2の増幅は、同じ反応バッチで実施されることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the first amplification and the second amplification are carried out in the same reaction batch. 第2のポリメラーゼ、第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.1)及び/又は第4のオリゴヌクレオチドプライマー(P4.1)が活性化されることが可能であり、及び/又はコントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)が非活性化されることが可能であることを特徴とする、請求項7に記載の方法。 A second polymerase, a third oligonucleotide primer (P3.1) and / or a fourth oligonucleotide primer (P4.1) can be activated and / or a controller oligonucleotide (C1. The method according to claim 7, wherein 1) can be deactivated. 第1の増幅は、第1の反応バッチで実施され、かつ第2の増幅は第2の反応バッチで実施されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the first amplification is carried out in a first reaction batch and the second amplification is carried out in a second reaction batch. .. 第1の反応バッチのアリコート又は全ての第1の反応バッチは、第2の反応バッチに添加されることを特徴とする、請求項9に記載の方法。 The method of claim 9, wherein the aliquot of the first reaction batch or all the first reaction batches are added to the second reaction batch. コントローラーオリゴヌクレオチド(C1.1)は、第3のオリゴヌクレオチドプライマー(P3.2)に配列特異的に結合することができる第4の領域を含むことを特徴とする、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。 Any of claims 1-14, the controller oligonucleotide (C1.1) comprises a fourth region capable of sequence-specific binding to a third oligonucleotide primer (P3.2). The method described in item 1. 第1のオリゴヌクレオチドプライマー(P1.1)は、第2領域に、特に第1のプライマーオリゴヌクレオチドの第1の領域の直後に、第2の領域で、第1のポリメラーゼを停止する1つ以上の修飾を含むことを特徴とする、請求項1〜15のいずれか一項に記載の方法。 The first oligonucleotide primer (P1.1) is one or more that terminates the first polymerase in the second region, especially immediately after the first region of the first primer oligonucleotide, in the second region. The method according to any one of claims 1 to 15, which comprises the modification of. a.配列セグメントが、
i.配列セグメントM1.2、M1.3、及びM1.4に位置するM1の配列と同一である;又は
ii. 配列セグメントM1.3及びM1.4に位置するM1の配列に相補的である、
前記配列セグメントを含み、
b.蛍光色素が、
iii. 第1のプローブオリゴヌクレオチドに連結される第2のプローブオリゴヌクレオチドを有するドナー−クエンチャー対又はFRET対を形成する;又は
iv. 第1のプローブオリゴヌクレオチドの結合部位に十分近接して結合できる第2のプローブオリゴヌクレオチドに連結される蛍光色素を有するドナー−クエンチャー対又はFRET対を形成する、
前記蛍光色素に結合する、第1のプローブオリゴヌクレオチドと、
試料をさらに接触する、請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法。
a. The array segment is
i. It is identical to the sequence of M1 located in the sequence segments M1.2, M1.3, and M1.4; or ii. Complementary to the sequence of M1 located in sequence segments M1.3 and M1.4,
Contains the sequence segment
b. Fluorescent dye,
iii. Form a donor-quencher pair or FRET pair with a second probe oligonucleotide linked to a first probe oligonucleotide; or iv. Forming a donor-quencher pair or FRET pair with a fluorescent dye linked to a second probe oligonucleotide that can bind in close proximity to the binding site of the first probe oligonucleotide.
A first probe oligonucleotide that binds to the fluorescent dye,
The method according to any one of claims 1 to 16, wherein the sample is further contacted.
核酸を増幅する方法であって:
a) 第1の標的配列M1を含む第1の核酸ポリマーを含有する試料であって、5’−3’方向においてM1は、配列セグメントM1.5、M1.4、M1.3、M1.2及びM1.1を直近に連続して含む、前記試料を、第1の増幅ステップにおいて、次の成分:
b) 第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼ、特にDNAポリメラーゼ、及び鋳型依存性核酸ポリメラーゼの基質、
c) 5’−3’方向に配列セグメントP1.1.2及びP1.1.1を直近に連続して含む第1(右)のオリゴヌクレオチドプライマーP1.1であって、P1.1.1はM1.1に相補的である[ハイブリダイズする]配列を有し、かつ配列セグメントP1.1.2はM1に結合できない、及び
P1.1(特にセグメントP1.1.2において)は、修飾ヌクレオチドビルディングブロックを含み、それにより、P1.1.2が第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼを活性化するための鋳型として機能できない、前記第1(右)のオリゴヌクレオチドプライマーP1.1;及び
d) M1.5と(本質的に)同一である、第2(左)のオリゴヌクレオチドプライマーP2.1;
e) 5’−3’方向に配列セグメントC1.2.3、C1.2.2及びC1.2.1を直近に連続して含むコントローラーオリゴヌクレオチドC1.2であって、C1.2.3は、M1.1の5’方向に位置するM1のセグメントM1.2と同一であり、C1.2.2はP1.1.1に相補的であり(かつM1.1と同一であり)、かつC1.2.1はP1.1.2と相補的である、
及び、C1.2は、C1.2.1で修飾されたヌクレオチドビルディングブロックを含み、それにより、C1.2.1が、鋳型依存性核酸ポリメラーゼを活性化するための鋳型として機能できない、前記コントローラーオリゴヌクレオチドC1.2、
と接触し、
該試料を、さらに
a.配列セグメントが、
i.配列セグメントM1.2、M1.3、及びM1.4に位置するM1の配列と同一である;又は
ii. 配列セグメントM1.3及びM1.4に位置するM1配列に相補的である、
前記配列セグメントを含み、
b.蛍光色素が、
i.第1のプローブオリゴヌクレオチドに連結された第2のプローブオリゴヌクレオチドを有するドナークエンチャー対又はFRET対を形成する;又は
ii. 第1のプローブオリゴヌクレオチドの結合部位に十分近接して結合できる第2のプローブオリゴヌクレオチドに連結される蛍光色素を有するドナー−クエンチャー対又はFRET対を形成する
前記蛍光色素に結合する、第1のプローブオリゴヌクレオチド
に接触する、
前記方法。
A method of amplifying nucleic acids:
a) A sample containing a first nucleic acid polymer containing the first target sequence M1 in which M1 in the 5'-3'direction is sequence segments M1.5, M1.4, M1.3, M1.2. And M1.1 in the most recent contiguously, the sample is subjected to the following components in the first amplification step:
b) A first template-dependent nucleic acid polymerase, particularly a DNA polymerase, and a substrate for a template-dependent nucleic acid polymerase,
c) The first (right) oligonucleotide primer P1.1 containing the sequence segments P1.1.2 and P1.1.1 in the 5'-3'direction in the immediate vicinity, P1.1.1. Has a [hybridizing] sequence that is complementary to M1.1, and sequence segment P1.1.2 cannot bind to M1, and P1.1 (especially in segment P1.1.2) is modified. The first (right) oligonucleotide primer P1.1; and d, which contain a nucleotide building block, whereby P1.1.2 cannot function as a template for activating the first template-dependent nucleic acid polymerase. ) Second (left) oligonucleotide primer P2.1, which is (essentially) identical to M1.5;
e) A controller oligonucleotide C1.2 containing the sequence segments C1.2.3, C1.2.2 and C1.2.1 in the 5'-3'direction in the immediate vicinity, C1.2.3. Is identical to the segment M1.2 of M1 located in the 5'direction of M1.1, and C1.2.2 is complementary to P1.1.1 (and identical to M1.1). And C1.2.1 is complementary to P1.1.2,
And C1.2 comprises a nucleotide building block modified with C1.2.1 so that C1.2.1 cannot function as a template for activating a template-dependent nucleic acid polymerase, said controller. Oligonucleotide C1.2,
Contact with
The sample is further a. The array segment is
i. It is identical to the sequence of M1 located in the sequence segments M1.2, M1.3, and M1.4; or ii. Complementary to the M1 sequence located in sequence segments M1.3 and M1.4,
Contains the sequence segment
b. Fluorescent dye,
i. Form a donor quencher pair or FRET pair with a second probe oligonucleotide linked to a first probe oligonucleotide; or ii. A first that binds to the fluorescent dye forming a donor-quencher pair or FRET pair with a fluorescent dye linked to a second probe oligonucleotide that can bind close enough to the binding site of the first probe oligonucleotide. Contact with probe oligonucleotides,
The method.
第1のプローブオリゴヌクレオチドの配列セグメントは、第2の増幅ステップの反応条件下で、P1.1、P2.1、P3.1及びP4.1とも、又はC1.2ともハイブリダイズしない、請求項17又は18に記載の方法。 Claim that the sequence segment of the first probe oligonucleotide does not hybridize with P1.1, P2.1, P3.1 and P4.1, or with C1.2 under the reaction conditions of the second amplification step. 17 or 18. 請求項1〜19のいずれか一項に記載の方法を実施するためのキットであって、
a)5’−3’方向に配列セグメントP1.1.2及びP1.1.1を直近に連続して含む、第1(右)のオリゴヌクレオチドプライマーP1.1であって、P1.1.1は、真核生物又は病原性細菌、特に哺乳動物、特にヒト標的配列のゲノム配列M1のプライマー結合部位M1.1に結合し、5’−3’方向においてM1は、直近に連続して、配列セグメントM1.5、M1.4、M1.3、M1.2及びM1.1を含み、かつ配列セグメントP1.1.2は、M1[又は3’における配列M1に関してM1.1の直後の配列]に結合できない、及び
P1.1(特にセグメントP1.1.2)は、P1.1.2が第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼを活性化するための鋳型として機能できないように、修飾ヌクレオチドビルディングブロックを含む、前記第1(右)のオリゴヌクレオチドプライマーP1.1;及び
b) M1.5と(本質的に)同一である[かつM1の反対側の鎖上のM1.5の逆相補配列又はP1.1の伸長産物、P1.1−Ext(P1.1E1と呼ばれる)に配列特異的に結合できる]第2(左)のオリゴヌクレオチドプライマーP2.1;
c) 5’−3’方向に配列セグメントC1.2.3、C1.2.2、及びC1.2.1を直近に連続して含むコントローラーオリゴヌクレオチドC1.2であって、C1.2.3はM1.1の5’に位置する[及びP1.1のポリメラーゼの開始時に最初に読み取られ、したがってC1.2.3はプライマーの重合産物P1.1−Extに結合することができる]M1のセグメントM1.2と同一であり、C1.2.2はP1.1.1に相補的(及びM1.1と同一)であり、及びC1.2.1はP1.1.2に相補的である、
C1.2は、C1.2.1が、第一の鋳型依存性核酸ポリメラーゼを活性化するための鋳型として機能できないように、C1.2.1で修飾されたヌクレオチドビルディングブロックを含む、
及び
d) 3’末端に配列セグメント3.1.1を含み[又は本質的に3.1.1からなり]、M1のM1.1に(逆)相補的である[P2.1−Extに相補的に結合できる]、第3(右)のオリゴヌクレオチドプライマーP3.1、
e) 3’末端に、M1のM1.5と同一及び/又は本質的に同一である[P1.1−Extに相補的に結合できる]、配列セグメント4.1.1を含む[又は本質的に4.1.1からなる]第4(左)のオリゴヌクレオチドプライマーP4.1、
及び任意に、第2の鋳型依存性核酸ポリメラーゼ、特にDNAポリメラーゼ、及び任意に鋳型依存性核酸ポリメラーゼの基質(特にリボヌクレオシド三リン酸又はデオキシリボヌクレオシド三リン酸)及び適切な補因子、特に好熱性鋳型依存性ポリメラーゼ、特に5’−3’エキソヌクレアーゼ活性を有する好熱性鋳型依存性ポリメラーゼ;
を含み、
及び/又は
a.配列セグメントが、
i. 配列セグメント M1.2、M1.3、及びM1.4に位置するM1の配列と同一である;又は
ii. 配列セグメントM1.3及びM1.4に位置するM1の配列に相補的である
前記配列セグメントを含み、
かつ
b.蛍光色素が、
i. 第1のプローブオリゴヌクレオチドに連結された第2のプローブオリゴヌクレオチドを有するドナークエンチャー対又はFRET対を形成する;又は
ii. 第1のプローブオリゴヌクレオチドの結合部位に十分近接して結合できる第2のプローブオリゴヌクレオチドに連結される蛍光色素を有するドナークエンチャー対又はFRET対を形成する、
前記蛍光色素に結合する、第1のプローブオリゴヌクレオチドを含む、前記キット。
A kit for carrying out the method according to any one of claims 1 to 19.
a) The first (right) oligonucleotide primer P1.1 containing the sequence segments P1.1.2 and P1.1.1 in the 5'-3'direction in the immediate vicinity, wherein P1.1. 1 binds to the primer binding site M1.1 of the genome sequence M1 of the eukaryotic or pathogenic bacteria, especially mammals, especially human target sequences, and M1 in the 5'-3'direction is the most recent contiguous. Containing sequence segments M1.5, M1.4, M1.3, M1.2 and M1.1, and sequence segment P1.1.2 is the sequence immediately following M1.1 with respect to sequence M1 in M1 [or 3'. ], And P1.1 (particularly segment P1.1.2) is modified nucleotide building so that P1.1.2 cannot function as a template for activating the first template-dependent nucleic acid polymerase. The first (right) oligonucleotide primer P1.1; and b) containing the block are (essentially) identical to M1.5 [and the inverse complementary sequence of M1.5 on the opposite strand of M1]. Alternatively, it can bind to P1.1-Ext (called P1.1E1), an extension product of P1.1, in a sequence-specific manner.] Second (left) oligonucleotide primer P2.1;
c) A controller oligonucleotide C1.2 containing the sequence segments C1.2.3, C1.2.2, and C1.2.1 in the 5'-3'direction in the most recent sequence, C1.2. 3 is located at 5'of M1.1 [and is first read at the start of the polymerase of P1.1, so C1.2.3 can bind to the polymerization product P1.1-Ext of the primer] M1 Is identical to segment M1.2, C1.2.2 is complementary to P1.1.1 (and identical to M1.1), and C1.2.1 is complementary to P1.1.2. Is,
C1.2 comprises a nucleotide building block modified with C1.2.1 so that C1.2.1 cannot function as a template for activating the first template-dependent nucleic acid polymerase.
And d) Containing sequence segment 3.1.1 at the 3'end [or essentially consisting of 3.1.1] and (reverse) complementary to M1.1 of M1 [to P2.1-Ext] Can complementarily bind], 3rd (right) oligonucleotide primer P3.1,
e) Containing [or essentially] sequence segment 4.1.1 at the 3'end, which is identical and / or essentially identical to M1.5 of M1 [can complementarily bind to P1.1-Ext]. Consists of 4.1.1] Fourth (left) oligonucleotide primer P4.1,
And optionally, a second template-dependent nucleic acid polymerase, particularly DNA polymerase, and optionally a template-dependent nucleic acid polymerase substrate (particularly ribonucleoside triphosphate or deoxyribonucleoside triphosphate) and suitable cofactors, particularly thermophilic. Template-dependent polymerases, especially thermophilic template-dependent polymerases with 5'-3'exonuclease activity;
Including
And / or a. The array segment is
i. The sequence is identical to the sequence of M1 located in the sequence segments M1.2, M1.3, and M1.4; or ii. Containing said sequence segment complementary to the sequence of M1 located at sequence segments M1.3 and M1.4.
And b. Fluorescent dye,
i. Form a donor quencher pair or FRET pair with a second probe oligonucleotide linked to a first probe oligonucleotide; or ii. Forming a donor quencher pair or FRET pair with a fluorescent dye linked to a second probe oligonucleotide that can bind in close proximity to the binding site of the first probe oligonucleotide.
The kit comprising a first probe oligonucleotide that binds to the fluorescent dye.
第1の鋳型依存性核酸ポリメラーゼ、特にDNAポリメラーゼ、及び任意にDNAポリメラーゼの基質(特にリボヌクレオシド三リン酸又はデオキシリボヌクレオシド三リン酸)及び適切な補因子、特に中温性鋳型依存性ポリメラーゼ、特に5’−3’エキソヌクレアーゼ活性のない中温性鋳型依存性ポリメラーゼをさらに含む、請求項20に記載のキット。 A first template-dependent nucleic acid polymerase, especially a DNA polymerase, and optionally a substrate for the DNA polymerase (especially ribonucleoside triphosphate or deoxyribonucleoside triphosphate) and suitable cofactors, especially a medium-temperature template-dependent polymerase, especially 5 '-3' The kit according to claim 20, further comprising a medium temperature template-dependent polymerase having no exonuclease activity. 修飾ヌクレオチドビルディングブロックは、2’−O−アルキルリボヌクレオシドビルディングブロック、特に2’−O−メチルリボヌクレオシドビルディングブロックを含む、請求項20又は21に記載のキット。 The kit of claim 20 or 21, wherein the modified nucleotide building block comprises a 2'-O-alkylribonucleoside building block, particularly a 2'-O-methylribonucleoside building block.
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