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JP4873812B2 - Immunodetection of RNA: DNA hybrids on microarrays - Google Patents

Immunodetection of RNA: DNA hybrids on microarrays Download PDF

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Description

【0001】
技術分野
本発明はDNA、RNA、タンパク質などを含む生物学的分子検出の一般的分野、特に、ハイブリダイゼーションアッセイを使用する、固相上のRNA:DNAハイブリッド検出の分野である。
【0002】
背景技術
疾患状態に関係するものを含む多くの遺伝子、および微生物およびウイルスのRNAまたはDNAが単離され、および配列決定されている。そのような配列に基づいた核酸プローブが、多数の遺伝子および感染を同定するために現在利用可能である。核酸プローブとは、試験試料中の相補的RNAまたはDNAへハイブリダイズする検出可能な核酸配列である。プローブの検出は、試験試料中の特定の核酸配列(それに対してプローブが特異的である)の存在を示している。科学的研究を助けるのに加え、核酸プローブはウイルスおよび細菌、酵母および原虫のような微生物、ならびに患者試料中の特定の障害に関連する遺伝子突然変異を検出するために使用される。
【0003】
Grunstein.et al.Proc.Natl.Acad.Sci.USA 72:3961(1975)およびSouthern,J.Mol.Biol.98:503(1975)は放射性標識核酸プローブを使用するハイブリダイゼーション技術について記載している。核酸ハイブリダイゼーションプローブは他の検出法よりも高い感受性および特異性、および生きている生物体を必要としないことの利点を持っている。核酸ハイブリダイゼーションプローブはしばしば、容易に検出されるであろう放射性物質で標識される。
【0004】
プローブを標識するために放射性同位元素を利用する現在のハイブリダイゼーション技術は、放射性廃棄物の処理、および身体および作業場の汚染をモニタリングする必要があるため高い費用がかかる。加えて、32Pのような短い半減期の放射性化合物では放射性プローブを頻繁に製造する必要がある。放射性核酸プローブハイブリダイゼーションはそれ故、臨床的診断のような商業的分野では思いとどまられている。
【0005】
直接的放射性標識に付随する問題を避ける試みとして、プローブが間接的に標識された。間接的標識における一つの普通の方法は、化学的または酵素的技術を使用して核酸プローブへビオチン(小さなビタミン)を結合させることである。特異的核酸へのハイブリダイゼーションに続いて、ビオチンがストレプトアビジン(ビオチンを強固に結合し、酵素または蛍光色素で標識されている)との反応により検出される。結合されたビオチン−ストレプトアビジン複合体は発色基質との反応により検出され、および蛍光色素は適切な波長の入射光と反応させた場合に観察されるであろう。しかしながら、ビオチンまたはその他のハプテンによるハイブリダイゼーションプローブの間接標識は、しばしばプローブの“疎水性”を増加させる。プローブは相補的核酸標的以外の物質と非特異的に反応しやすくなり、高いバックグラウンドを導く。ビオチン標識は非特異的結合を増加させ、それは高いバックグラウンドを導き、それにより感度が減少し、偽陽性結果の可能性を増加させる。間接標識はまた標識密度が制限されるため、直接標識よりも感度が悪くなる;塩基の少しの分画のみが標識され、信号発生部位の数が限られる。プローブの標識密度を増加させると、非特異的結合を増加させ、バックグラウンドをより高くし、および最終的にはハプテンの塩基対形成の妨害によりプローブがその標的にハイブリダイズしなくなる。間接的に標識されたプローブはそれ故、その不正確さおよび偽陽性結果のため臨床的診断には適していない。
【0006】
特異的核酸配列へのプローブのハイブリダイゼーションは、Albarellaらによる米国特許第4,563,417号に記載されているようにアクリジンオレンジまたはエチジウムブロミドのような挿入剤で検出されている。挿入剤はプローブおよび試料核酸のハイブリダイズした塩基対間に挿入されるようになり、へリックスの三次構造を解いてしまう。挿入剤およびほどかれたへリックスにより作り出された、新規形成抗原決定基に対する特異的な抗体が通常の手段により検出される。この方法は、挿入剤が特異的配列を認識できないために標的ハイブリッドに対する選択性を欠いている。さらに、抗体は挿入剤/核酸複合体のみを認識し、特異的配列を検出しない。従って、非特異的信号を防止するために追加の選択または精製工程が必要とされ、この時間を消費し、および労力がかかる方法を臨床診断には適さないものにしている。
【0007】
特異的核酸配列へのプローブのハイブリダイゼーションはまた、Carricoによる米国特許第4,743,535号に記載されているような標識されたプローブへ特異的である抗体の助けによっても検出できるであろう。プローブはフラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)または蛍光剤のような検出可能な物質で標識される。特異的核酸配列へハイブリダイズした後、標識されたプローブに対して特異的な抗体が生化学的反応により検出される。この検出方法もまた非特異的結合および偽陽性結果の可能性を持ち、臨床スクリーニングにはあまり適していない。
【0008】
標的増幅による核酸アッセイの感度を増加させる試みがなされてきた。核酸配列を増幅する方法は商業的に入手可能である。これらの方法にはポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、連結増幅反応(LCR)および転写に基づいた増幅反応(TMA)が含まれる。PCR技術はMiehael A.Innis,David H.Gelfand,John J.SninskyおよびThomas J.WhiteによるPCR Protocols A Guide to Methods and Application,pp.39−45および337−385(Academic Press,Inc.,Harcourt Brace Jovanovich,Publishers,1990)に記載されている。PCR技術はまたMarxJ.L.による、Science 140:1408−1410(1988)およびMullisによる米国特許第4,683.195および4,683,202、にも記載されている。連結増幅反応はWu,D.Y.and Wallace,R.B,Genomics 4:560−569(1989)およびBarringer,K.J.,et al.,Gene 89:117−122(1990)、に記載されている。転写に基づいた増幅反応はKwoh,D.Y.,et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 86:1173−1177(1989)、に記載されている。これらの方法は高感度の利点を持っているが、試料調製は長々しく、あきあきし、および費用がかかり、反応生成物夾雑物から生じる偽陽性を示しがちであり、および標的核酸の最初の量を正確に定量することができないという欠点を持っている。増幅反応生成物は最も多くの場合、ハイブリダイゼーションアッセイにより検出される。
【0009】
試料中の核酸分子(RNAかまたはDNA)検出のためのアッセイで達成される感度の度合いは、DNAよりもRNAの方が一般的に低く、なぜなら、RNAは試料中の内因性RNAaseによる分解を受けやすく、検出に利用できるRNAがより少なくなるためである。加えて、試料中の夾雑物により生じるバックグラウンド妨害を、RNAのような標的核酸のさらなる分解を起こすことなく除くことは困難である。
【0010】
核酸分子(即ち、RNA)検出のためのハイブリダイゼーションアッセイが開発されてきた。例えば、RNAのためのハイブリダイゼーション保護アッセイがGen-Probe Inc.(San Diego, CA)から市販品として入手可能である。ハイブリダイゼーション保護アッセイは、Engleberg, N. C., ASM News 57:183-186(1991), Amold et a1. Clin. Chem. 35:1588-1594 (1989) および米国特許第4,851,330、に記載されているように、アクリジニウム エステルヘ連結された一本鎖核酸プローブを用いる。標的RNA分子へのプローブのハイブリダイゼーションは、熱加水分解からアクリジニウム エステル結合を保護し、そのため検出された化学発光信号は試料中の標的RNA量に比例する。この保護アッセイの感度はハイブリダイズされていないプローブにより起こされるバックグラウンド発光により制限される。
【0011】
ポリクローナルおよびモノクローナル抗体および他の類似の実在物が検出目的のため一般に使用される。特に、ポリクローナル抗体は多数のエピトープを認識し、一方、モノクローナル抗体は一つの特異的エピトープのみを認識する。RNA:DNAハイブリッドを検出するモノクローナル抗体は現在入手可能である。RNA:DNAハイブリッドを検出するポリクローナル抗体は製造されているが、しかしながら一般的に、それらは特異的エピトープに結合するように設計されているモノクローナル抗体ほど特異的ではない。
【0012】
RNA:DNAハイブリッドに対するモノクローナル抗体は現在入手可能である。Stuartによる米国特許第4,732,847号およびStuartらによるProc.Natl.Acad.Sci.USA 78:375 1(1981)の報文は、ポリ(A)−ポリ(dT)二重鎖に対して特異的なモノクローナル抗体を含んでいる固体表面上での特異的核酸配列のハイブリダイゼーション検出法を記載している。Stuartによれば、問題とする配列と相補的なDNAまたはRNAのアニーリングはRNA:DNAハイブリッドを形成する。Stuartは特に、ポリクローナル抗体では、一本または二本鎖核酸への有意な結合を排除することができないので、ポリクローナル抗体の使用に反対している。さらに、本明細書に記載した本発明とは異なり、Stuartはガラスまたはシリコンチップ上の非常に短いオリゴマーアレイのためのポリクローナル抗体の利点を企図していない。加えて、Stuartはガラススライドまたはシリコンチップ上のマイクロアレイ、特に高密度アレイを企図していない。Stuartは固相表面へ核酸プローブを結合させることを開示していない。その代わり、Stuartは試料ポリヌクレオチドを表面に固定し、一方、プローブ(例えば、前もって決定されたヌクレオチド配列)は液相に存在している。前記のことを考えると、本発明は本分野に著しい利益および利点を提供する。
【0013】
Boguslawski et al.,J.Immunol.Methods 89:123−130(1986)、は非特異的結合を減少させ、複雑な洗浄法を避ける試みにおいて、フィルター上の単離された抗−ハイブリッド被覆ポリスチレンビーズを使用するハイブリダイゼーションアッセイを開発した。ハイブリドーマHB8730により分泌されるRNA:DNAハイブリッドに特異的なモノクローナル抗体がCarricoらにより米国特許第4,833,084号に開示されている。Carricoの特許において、プローブポリヌクレオチドおよび問題とする配列の特異的再アニーリングにより形成されたRNA:DNAハイブリッドは、モノクローナル抗体への結合により感度よくおよび特異的に検出できる。
【0014】
マイクロアレイとは固相基板へ配列または固定化された、RNA、DNA、タンパク質などを含む別個の生物学的分子の規則的な配置を意味している。オリゴヌクレオチドおよびプローブのような結合剤のこれらのマイクロアレイは、バイオテクノロジー工業および関連分野において、ますます重要な道具となってきている。多数の結合剤から成っているマイクロアレイは、規則的な様式またはパターンで固体支持体の表面上へ固定化されており、薬剤スクリーニング、核酸スクリーニング、突然変異分析などを含む種々の応用での使用が見つけられている。マイクロアレイに関連してここで使用されるような要素には、基板の表面上に他とは別なおよび同定可能な様式で配置された、ハイブリダイズ可能な核酸配列、オリゴヌクレオチド、プライマー、プローブおよび/またはアミノ酸が当てはまる。マイクロアレイの使用を通した生物学的分子の検出は、多数の試料および生物学的分子を分析し、分析に必要とされる試料量を減少させ、実験変化性を減少させ、試料調製時間を減少させ、結果を確認し、およびそのような分析の費用を減少させるために利益がある。
【0015】
現在、マイクロアレイの主たる使用は生物学的試料中の遺伝子発現を測定することである。遺伝子発現測定はmRNAの存在または不在の検出、またはmRNA濃度の増加または減少の測定を含んでいる。しかしながら、通常の方法でハイブリダイゼーションを検出するため、および遺伝子発現を測定するためには、試料は最初に精製および標識されていなければならない。試料を精製および標識するための普通の技術は:1)RNA増幅、標識およびハイブリダイゼーション、および2)cDNA標識およびハイブリダイゼーションである。第一の技術の増幅部分はVan Gelderらにより、1998および1999年に公開された、各々米国特許第5,716,785および5,891,636号に記載されている。高度に精製された全RNAまたはmRNAが使用され、それは費用のかかる、およびあきあきするほど時間を消費する方法である。オリゴ−dTプライマーはまた、ポリ−A尾部付きmRNAをアンチセンス一本鎖cDNAへ逆転写するためにも使用される。オリゴ−dTはさらに、dT配列の5開始末端にT7 RNAポリメラーゼのための配列を含んでいる。逆転写後、RNAase H、DNAリガーゼおよびDNAポリメラーゼの組み合わせが、二本鎖cDNAを発生させるために使用される。本来のRTプライマーはT7 RNAポリメラーゼプロモーターを含んでいたので、二本鎖cDNAは完全T7 RNAプロモーターを含んでいる。二本鎖cDNAは次にT7 RNAポリメラーゼの鋳型として使用される。RNAの約100−1000の追加コピーがcDNAの各々のコピーから発生される。転写過程の間、標識ヌクレオチドが転写されたRNA内へ取り込まれる。標識RNAは次にDNAマイクロアレイへハイブリダイズされ、標識RNA:DNAハイブリッドを形成する。蛍光標識は直接的に検出され、一方、間接的標識は第二の結合剤との反応後に検出されるであろう。
【0016】
第二の試料調製技術は標識cDNAを製造しおよび測定する。この技術において、全RNAおよびmRNAは生物学的試料から精製される。オリゴ−dTプライマーはポリ−A尾部付きmRNAをアンチセンス一本鎖cDNAへ逆転写するために使用される。逆転写過程の間、標識ヌクレオチドが発生しようとしているDNA鎖内へ取り込まれる。合成後、RNA鎖は破壊される。標識cDNA鎖は次にマイクロアレイへハイブリダイズされる。もし、ヌクレオチドが蛍光で標識されていたら、ハイブリッドは蛍光アレイスキャナーで直接可視化される。もしヌクレオチドがビオチンで標識されていたら、マイクロアレイは最初に標識ストレプトアビジンと反応させ、続いてスキャンされる。
【0017】
これら両方の技術の欠点は数倍にものぼる。第一に、両方とも大量の高度に精製された核酸(即ち、RNAまたはDNA)を必要とする。精製は時間を消費し、および労力がかかる追加工程を必要とする。加えて、これらの技術は不正確である。逆転写は核酸配列に依存して異なった効率および動力学的速度で起こり、人為的に特定の核酸配列の濃度を変化させる。原核生物mRNAおよびいくつかの真核生物mRNAは3開始末端にポリA配列または尾部を含んでいないか、またはポリA尾部が精製の間に分解され、従って、逆転写工程を開始させるための配列が存在しないので、現在の技術では標識または検出できない。現在の技術はそれ故、検出に使用できる試料型に限定されている。また、これらの方法論は標識ヌクレオチドを含んでいる。非標識核酸内への標識核酸の取り込みは天然のヌクレオチドよりも低い効率および遅い速度で起こる。もう一度、標識は配列に依存して異なった効率で取り込まれるであろう。従って、標識密度は異なった配列間で相違し、これらの核酸の測定量を人為的に変化させる。それ故、定量は相対的であるのみである。標識核酸はまた、天然の核酸とは異なったハイブリダイゼーション動力学を示し、通常それらの特異性を低くする。加えて、本方法は同レベルの特異性を達成するために非修飾ヌクレオチドよりも高いストリンジェンシー ハイブリダイゼーション条件を必要とするであろう。しかしながら、受容可能な特異性を達成するためのより高いストリンジェンシー条件の使用は、検出の感度を低下させるであろう。従って、正確で、時間および費用の両方が効率的であり、およびより高い感度および最少の非特異的結合で、一つまたはそれ以上の試料生物学的分子をスクリーニングできる、生物学的分子(DNA、RNA、タンパク質など)の検出および定量的分析のためのアッセイが必要とされている。
【0018】
それ故、生物学的分子をスクリーニングするために使用が容易で、高度に特異的で、正確で、および感度が良好な、一つまたはそれ以上の生物学的分子(RNA、DNAまたはタンパク質が含まれるが、それらに限定されるわけではない)を検出および測定する方法を持つことは有用であろう。
【0019】
従って、生物学的分子(RNA、DNAまたはタンパク質が含まれるが、それらに限定されるわけではない)の不在または存在を検出、および定量するアッセイを提供するのが本発明の目的である。
【0020】
試料中の第一の特異的標的生物学的分子および第二の生物学的プローブを含むRNA:DNAハイブリッドを検出するための方法を提供するのも本発明の目的である。
【0021】
最少偽陽性を持っている、感度が高いおよび定量的なアッセイを提供するのも本発明の目的である。
大量、平行スクリーニングのためのアッセイを提供するのも本発明のさらなる目的である。
【0022】
発明の要約
生体分子を相補的生体分子プローブとハイブリダイズさせることにより二本鎖ハイブリッドを形成し、続いて、検出可能であり、およびRNA:DNAハイブリッドを特異的に認識する抗体または他の実在物での、固相上に形成されたこれらの二本鎖ハイブリッドの免疫学的検出により、RNA、DNA、タンパク質などを含んでいる問題とする生物学的分子を検出および測定するためのアッセイが開示されている。この方法は、種々の試料中に存在する一つまたはそれ以上の特異的生物学的分子の存在を検出するために使用される。
【0023】
本発明は多数の生物学的分子の量を同時にモニタリングする(例えば、検出しおよび量を定量する)方法を提供する。
本発明はRNA:DNAハイブリッドを認識するために特異的である、検出可能に標識された実在物を使用する、RNA:DNAハイブリッドを検出するためのアッセイに関している。好適には、実在物は検出可能に標識されたRNA:DNAハイブリッド−特異的抗体またはその断片である。RNA:DNAハイブリッドを検出するために使用される抗体は、モノクローナルでもポリクローナルでもよいが、好適には、30塩基未満の長さを持っている、短い生物学的分子プローブ検出のためにポリクローナルである。
【0024】
本発明はまた、遺伝子発現、多型突然変異検出、またはSNP分析などによる生理学的応答を決定するために本発明のマイクロアレイを使用するアッセイにも関している。本方法は挿入または欠失突然変異を含んだ任意のおよびすべての遺伝子型変異を検出するために使用される。
【0025】
さらに、本発明は短い生物学的分子を伸張するために逆転写を利用し、それによりRNA:DNAハイブリッドの検出を促進するアッセイにも関している。好適には、逆転写酵素は熱安定性であり、およびRNAase H機能が欠けている。
【0026】
本発明はさらに、生物学的分子を検出および定量するためのキットに関しており、ここでそのキットは本発明によりここに記載されている多数の標的で、試料をスクリーニングするために使用される。
発明の詳細な説明
1以上の試料中の1以上の標的生物分子検出及び定量用のアッセイ及びキットが提供される。一般的に、限定はされないが、RNA、DNA、タンパク質などの生物分子からなる試験試料が集められ、固相に結合した、標的生物分子に特異的な核酸プローブに、直接的あるいは間接的にハイブリダイズする。ハイブリダイズしない核酸配列は、好ましくは洗浄により除かれる。次にハイブリダイゼーションは、検出可能な標識で直接的あるいは間接的に標識されたRNA:DNAハイブリッド抗体との反応により検出される、及び/又は結合核酸プローブ配列に相補的な標識された核酸配列により検出される。
【0027】
本発明の一つの態様において、好ましくは固相にスポットしたあるいは結合させたオリゴヌクレオチドあるいは他の核酸を用いて、試料の特異的な核酸を相補的な核酸プローブにハイブリダイズし、二本鎖RNA:DNAハイブリッドを形成する。RNA:DNAハイブリッドを特異的に認識するいかなる存在物、好ましくはRNA:DNAハイブリッドに特異的な抗体あるいはその断片も、検出及び測定に使用されてよい。
【0028】
また、本発明は短い生物分子、好ましくは固相に固定されたプライマーあるいはプローブ、を利用する。好ましくはRNAseH機能を欠く逆転写酵素を用いてプライマーを伸長し、RNA:DNAハイブリッド特異的抗体、RNA:DNAハイブリッド抗体断片、あるいはRNA:DNAハイブリッドに特異的に結合する存在物がより効果的に結合し検出されるようにすることが望ましいだろう。
【0029】
本発明のさらなる態様は3つの生物分子を包含し、その全てが好ましくは核酸である。第一の試料生物分子が、好ましくはプローブである相補的な第二の生物分子にハイブリダイズし、同時にあるいは連続して、第二の核酸が第三の核酸にハイブリダイズし、ここで核酸のうちの一つは固相に固定され、形成されたRNA:DNAハイブリッドは、RNA:DNAハイブリッドに特異的な存在物により検出される。
【0030】
本発明のさらなる態様において、好ましくはタンパク質からなる固定された生物分子が、好ましくは核酸である試料生物分子に結合し、もしもその核酸がRNA:DNAハイブリッドである場合にはRNA:DNAハイブリッドに特異的な存在物により検出されるようにしてもよい。例えばDNAは固定化されたタンパク質のDNA結合部位に結合してもよく、ここでタンパク質−DNA複合体のDNA部分がRNAにハイブリダイズされてもよい。同様の様式で、固定化されたタンパク質はRNAに結合してもよく、ここでタンパク質−RNA複合体のRNA部分はDNAに結合してもよい。生じたRNA:DNAハイブリッドは、RNA:DNAハイブリッド特異的抗体あるいはその断片のようなRNA:DNAハイブリッドに特異的な存在物によって検出されてもよい。
【0031】
本発明はマイクロアレイの使用において当業に対する顕著な効果を提供する。クルード又は精製された試料のいずれもが使用されてよいために、本発明の試料調製法は単純化されており、生物分子のより正確な検出と測定を可能にする。また、生物試料は検出と測定のために直接標識される必要がなく、標識に帰せられる干渉が避けられる。RNA:DNAハイブリッドに結合する存在物を利用することにより非常に高い標識密度が得られるであろうことから、本発明は生物分子を検出及び測定するための非常に感度の高い方法を提供する。このような鋭敏な感度により分析に要する試料の量が減少する。他の方法と異なり、本発明は原核生物mRNAといくつかの真核生物mRNAであってポリA尾部を欠くものあるいは精製後に分解されたものを測定するだろう。
【0032】
本発明の他の効果は、逆転写酵素が必要でないことであるが、感度を上昇するために要望されるならば用いても良い。本発明の最も効果的な側面の一つは、生物分子の直接定量である。比較的にのみRNAを定量する他の慣用的な技法、例えば2色比較法、とは異なり、本発明は結果を解釈するための直接的アプローチと生物分子の単純化された分析を利用する。加えて、本発明はその単純化された試料化方法により複数の生物分子を同時に分析できる。したがって、本発明により、さらに直接的な解釈と結果の単純化が可能となる。
【0033】
本発明では、本明細書中で使用される「プローブ」又は「核酸プローブ」は、第二の核酸へのハイブリダイゼーションが検出されるであろう1以上の核酸あるいは核酸様の断片の集合として定義される。このプローブは以下に記載のように未標識あるいは標識されており、第二の核酸への結合が検出されるだろう。プローブはゲノムの1以上の特定の部分からの核酸源から作製されてよく、これは周知でも未知でもよいが、例えば1以上のクローン、単離された全染色体又は染色体断片、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)増幅産物の集合、あるいは合成核酸又はPNA分子である。またはプローブは無作為の、半無作為の、又は標的とされた配列からなるものであってよい。このプローブはある様式で、例えば繰り返し核酸のブロッキングあるいは除去により、又は特有の核酸の添加により加工されてもよい。したがって、「プローブ」という単語は本明細書中では、検出可能な核酸のみならず、検出可能な核酸であってたとえば核酸のブロッキングなどにより標的に適用される形態をとっているもの、をも指すものとして使用される。このブロッキング核酸も別に言及されるだろう。「プローブ」が何を特定して指しているかは、この単語が用いられる文脈から明確となる。重合の開始点としての使用の文脈では、すなわち転写又は複製のためには、プローブはプライマーとしても機能するだろう。
【0034】
プローブは固体表面上に固定された分離された核酸であってもよい。いくつかの実施例では、プローブは例えばWO96/17958に記載のような核酸のマイクロアレイのメンバーであってもよい。高密度のマイクロアレイを作製できる技術もこの目的のために使用される(Foder et al. Science 767-773 (1991)及び米国特許第5143854号、Pirrung, M.C.参照)。プローブは標的分子に質問するために反応基板上に素子として沈着されてもよく、直接的あるいは間接的に標識されていてよい。
【0035】
開示された本発明のアッセイははあらゆる生物分子あるいは試料中の生物分子の組合せを検出及び定量するのに用いられてよく、ここで相互に交換可能に用いられる「生物学的分子(biological molecule)」及び「生物分子(biomolecule)」は、本明細書中で定義されるように、核酸、アミノ酸、類似体、ペプチド、抗体、等を指している。「核酸」はデオキシリボヌクレオチド又はリボヌクレオチド及びそれらの重合体を指し、限定はされないが、合成あるいは細菌、酵母、ウイルス、及び植物や動物のような高等生物の細胞や組織から由来するものを含む、いかなる源からのものでもよく、別途限定しない限りは、天然に存在するヌクレオチドと同様の様式で機能するであろう天然のヌクレオチドの周知の類似体を含包してよい。ペプチド核酸(PNAs)も核酸という用語の範囲内に含包される。
【0036】
さらに本明細書中で「核酸」は2〜約10000塩基長の範囲の一本又は二本鎖核酸として定義される。また本明細書中で用いられる場合、「核酸」はオリゴヌクレオチド、cDNA、mRNA、アンプリコン、プラスミド、等を指す。「オリゴヌクレオチド」は一つの所望の核酸プローブであって、少なくとも6〜約60塩基、好ましくは約15〜30塩基、さらに好ましくは約20〜25塩基からなり、PCR増幅やハイブリダイゼーションアッセイやマイクロアレイに用いられてよい。本明細書で使用される場合、当業で慣用的に定義されるように、オリゴヌクレオチドは「アンプリマー」及び「オリゴマー」の用語と実質的に同等であり、本明細書中で「プライマー」及び「プローブ」として使用されるだろう。
【0037】
また、他に別途記載しない限り、この用語は天然ヌクレオチドの周知の類似体であって標準(reference)核酸と同様の結合特性を持ち天然に存在するヌクレオチドと同様の様式で代謝されるものを含む核酸を含包する。さらに、特定の核酸配列は保存的に修飾されたその変種(例えば縮重コドン置換)及び相補的な配列並びに明示的に示された配列をも暗黙的に含包する。
【0038】
検出用の核酸配列、本明細書では対象の核酸分子(nucleic acid molecules of interest)あるいは標的核酸分子(target nucleic acid molecules)と称されているもの、は検出の必要性と目的に基づいて選択される。一般的に、対象の核酸分子は検出用核酸配列の選択のための周知の尺度に基づいて選ばれてよい。例えばある特定の核酸分子は病原体、病態あるいは疾病素質に関連しているかもしれず、そのような核酸分子の検出は診断的な価値を持つだろう。例えば、癌細胞又は正常細胞に特異的なmRNAが検出されるだろう。さらに、ここで開示の方法により、限定されないが、タンパク質、ペプチド、プライマー、及びDNA又はRNA分子からなる生物学的分子であって、他の生物学的あるいは化学的方法により生成した(CAR、NASBAなどにより生じた物のような)分子の検出をも可能にする。核酸の検出は突然変異、欠失、一ヌクレオチド多型の挿入、及び他の多型の検出も含む。
【0039】
「試料(sample)」又は「標的試料(target sample)」は本明細書中で交換可能に用いられるが、最も広義に定義されて、核酸、アミノ酸、タンパク質、ペプチドなど(限定はされないが)の生物学的材料と生物学的分子の合成材料の両方を含み、全ゲノムDNA、全RNA、例えば染色体からのゲノムDNA又はmRNA、あるいは特定のアンプリコン又は欠失内の選択された配列(例えば特定のプロモーター、遺伝子、増幅あるいは制限断片、cDNAなど)からなる試料を指す。本発明の一つの態様は標的核酸試料の存在又は不在のいずれかを検出し、定量されるべき試料の量を測定することである。「標的(target)核酸」なる用語は、プローブが向けられるより大きな核酸の特定の部分配列、あるいは全体の配列(例えば遺伝子又はmRNA)であって検出、定量及び存在又は不在を調べるためにそのレベルが必要とされるもの、を指してよい。その使用の違いは文脈から明らかになるだろう。
【0040】
生物分子試料は特定の細胞又は組織から抽出されてよい。そこから生物分子が調製されるような組織試料は、典型的には、検出される増幅や欠失に関連した疾患に罹っていると疑われる患者から採取される。いくつかのケースでは、生物学的分子、例えば核酸、はPCRのような標準的手法を用いてハイブリダイゼーションの前に増幅されてもよい。「核酸試料」なる用語のこのような特別な使用法はこの用語が用いられる文脈から当業者にとって容易に明らかとなるだろう。例えば、核酸試料は当業者に周知の方法により調製された組織抽出物や細胞溶解物の試料であってよい。試料は、対象の生物学的分子が細胞から放出されてハイブリダイゼーションに利用可能になるように調製される。
【0041】
また、本発明で開示される方法のための試料は、核酸を含む、あるいは含むであろうと思われるいかなる源からのものであってもよい。この核酸の源は精製された形態であっても未精製の形態であってもよい。開示の方法における使用に適した好ましいタイプの試料あるいは試料源は、核酸検出の他の方法における使用に適する試料として既知のあるいは同定されたような試料である。そのような試料は多く知られている。例えば、試料は農業あるいは食料製品からであってよく、又はヒトあるいは獣医の臨床の検体であってよい。試料は血漿、血清、血液、尿、痰、細胞溶解物などのような生物学的液体であってよい。試料は細菌、酵母、ウイルス及び植物や動物のような高等生物の細胞又は組織であって対象の生物学的分子を持つと思われるものを含むだろう。核酸、例えばRNAの、抽出及び/又は精製の方法は、Maniatis et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual (New York, Cold Spring Harbor Laboratory, 1982)により記載されている。
【0042】
サンプルは粗精製または未精製状態であってもよいため、サンプルの調製または処理が簡略化される。より天然に近い状態にあるサンプルを用いることにより、正確な発現検出と定量が達成される。さらに、サンプルを標識および検出するため、逆転写酵素工程を開始させるためのポリA配列の存在を必要とする他の技術とは異なり、本発明を用いれば、原核生物mRNAおよびポリA尾部を3'末端に有さない真核生物mRNAを測定することができる。
【0043】
開示の方法に使用する標的生物学的分子は、様々な起源のものであってよく、天然および合成のいずれであってもよい。例えば、各種のRNAとしては、メッセンジャーRNA、リボソームRNA、核小体RNA、転移RNA、ウイルスRNAおよびヘテロ核RNA、全ゲノムDNA、cDNA、タンパク質、ペプチド等が挙げられる。さらに、天然物質全体またはその断片を使用してもよい。
【0044】
固相または固相支持体としては、プラスチック、樹脂、多糖類、シリカまたはシリカ系材料、官能化ガラス、変性シリコン、炭素、金属、無機ガラス、膜、ナイロン、絹、羊毛および木綿等の天然繊維、並びにポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。固相または固相支持体は、多孔質または無孔質のいずれであってもよい。一部の実施形態では、固相支持体を構成する材料は、カルボキシ、アミノ、ヒドロキシ等といった反応性基を有し、これらの反応性基をプローブの共有結合または非共有結合に使用する。適切なポリマーとしては、ポリスチレン、ポリエチレングリコールテレフタレート、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラフルオロエチレン、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、天然ゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、(ポリ)テトラフルオロエチレン、(ポリ)フッ化ビニリデン、ポリカーボネートおよびポリメチルペンテンが挙げられるが、これらに限定されない。好適なポリマーとしては、米国特許第5,427,779号(Elsner, H. et al.;引用により本明細書に含まれるものとする)に概説されているものが挙げられる。固相および固相支持体としては、プローブ、プライマー、オリゴヌクレオチド、タンパク質、ペプチド等を結合または付着させ得る任意の固体材料が挙げられるが、これらに限定されない。固相および固相支持体は任意の有用な形状をとることができ、例えば、薄膜または膜、ビーズ、ボトル、マイクロウェルプレート、シャーレ、スライドガラス、繊維、織布、成形ポリマー、粒子、チップおよびマイクロ粒子が挙げられる。固相にとって好適な基板形状はマイクロタイターシャーレ、シリコンチップ、スライドガラス、およびタグ付きビーズである。
【0045】
分子を固相基板表面へ共有結合させる通常の適用に際しては、結合成分の性質および固相基板表面の性質に応じて、多様な反応用官能基を用いて表面を活性化してもよい。従って、必要であれば官能基を導入して固相基板表面を改質し、次いで該官能基を結合成分と反応させてもよい。
【0046】
「マイクロアレイ」は、cDNA、アンプリコン、プラスミド、タンパク質、ペプチド等といった複数の異なる生物学的分子を含んでなるものであり、複数とは少なくとも2種類の異なる生物学的分子を意味し、生物学的分子はマトリックス状または構造状に並んで固相に固定化されている。理論上は、成分は1種類だけでよいものの、好適な実施形態では、少なくとも10、より一般的には少なくとも20、多くの場合少なくとも50、望ましくは100以上、さらには1,000以上であるが、一般には約104以下、より一般的には約100,000以下の成分が存在し、約10〜10,000成分が固相または固相支持体に固定化されているのが好ましい。指定の限られた部位に少量を特異的に有することができるため、理論上は異なる成分の数が105を超えることができるものの、大体のところ100,000を超える必要はなく、このような多数の異なる成分はマイクロアレイの調製を複雑にするだけである。固相に固定化される成分の数は通常105を超えないため、結合成分の性質、シグナルの発生源、検出されるシグナルの性質、シグナルの検出感度、マイクロアレイの性質(マイクロアレイのサイズ等)、マイクロアレイの製造方法などに応じて、アドレス可能な各部位の数が実質的に増える可能性がある。従って、マイクロアレイは「大規模平行スクリーニング」に用いるのが好ましく、本明細書中では、少なくとも10、好ましくは約1,000、より好ましくは約10,000の異なる生物学的分子のハイブリダイゼーションを同時にスクリーニングするものとして記載する。
【0047】
マイクロアレイの好適な一形態には、本明細書に記載するように、1〜10、10〜100、最も好ましくは100を超える異なる核酸(好ましくはオリゴヌクレオチド、プライマー等)を、小さなドットもしくはエレメントのアレイとして堆積、スポットまたは合成したスポット状アレイが含まれる。固相上に堆積、スポットまたは合成されたこれらの核酸を、本発明では「エレメント」と呼ぶ。典型的には、エレメントは直径約1mm未満である。通常、エレメントのサイズは1μm〜約5mm、好ましくは約1μm〜約1mmである。開示の方法に使用する核酸プライマーは、既成のオリゴヌクレオチド合成法を用いて合成することができる。このような方法は、標準的な酵素消化とそれに続くヌクレオチド断片の単離(例えば、Sambrook et al., Molecular cloning: A Laboratory Manual,第2版(Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y., 1989)第5、6章)を参照されたい)から、MilligenまたはBeckman System 1 Plus DNA 合成機(例えば、Milligen-Biosearch, Burlington, MA製のモデル8700自動合成機またはABIモデル380B)を用いたシアノエチルホスホルアミダイト法等による単純な合成法まで、様々である。オリゴヌクレオチドの作製に有用な合成法は、Ikuta et al.(Ann. Rev. Biochem. 53:323-356(1984);ホスホトリエステル法およびホスフィットトリエステル法)並びにNarang et al.(Methods Enzymol., 65:610-620(1980);ホスホトリエステル法)にも記載されている。
【0048】
マイクロアレイの別の形状は3次元アレイであり、例えば、カラーコード化ビーズからなるアレイ(Luminex; Austin, TX)および高周波タグを有するビーズからなるアレイ(PharmaSeq; Monmouth Junction, NJ)が挙げられる。本発明で用いる3次元マイクロアレイは3次元を有する任意の固相であり、各マイクロアレイは、複数の異なる生物学的分子(好ましくは核酸プライマー)が表面に結合している。従って、固相マイクロアレイ上の各プライマーの位置から、各核酸プライマー配列を同定することができる。開示のアッセイの操作を利用してもよい。例えば、複数の核酸プライマーを含む3次元マイクロアレイを目的の標的核酸と混合してもよい。プライマーが短い場合には、これらの分子をポリメラーゼ(例えば、逆転写酵素等)によって伸長させて、本明細書に記載するようなRNA:DNAハイブリッドに特異的な物質(例えば、抗体および抗体断片等)に結合できるようにするのが望ましい場合がある。抗体を固相上に捕捉することにより、RNA:DNAハイブリッドが形成された固相マイクロアレイのプライマーを、ハイブリッドが形成されなかったプライマーから分離することができる。次いで、RNA:DNAハイブリッドに特異的な物質を検出し、プライマーを同定すればよい。他の多くのアッセイスキームを開示の方法に使用することもできる。
【0049】
マイクロアレイは、例えば、遺伝子発現、突然変異および多型分析、SNP、遺伝的変異の検出等への応用に際して、RNA、DNA、タンパク質等を検出および測定するアッセイの小型化に好適な形式として提案されたものである。マイクロアレイは、数十〜数千の遺伝子または遺伝的変異(例えばSNP)のレベルを、単一装置上の単一サンプルから測定可能にするものである。従来のマイクロアレイ法の欠点は、測定対象の生物学的分子(好ましくは核酸(RNAまたはDNA))を最初に標識しなければならない点であり、この工程は、ある核酸を別の核酸(例えば、RNAを標識DNA)へ変換させることにより行われることが多く、これによって生物学的分子が検出および測定可能になる。
【0050】
本発明では好ましくは、本明細書中で定義するような、DNA、RNA、アンプリコン、プラスミド等といった(但し、これらに限定されない)複数の核酸配列が固相支持体に固定化された「核酸マイクロアレイ」を用い、相補的な標的核酸をハイブリダイズさせる。マイクロアレイの核酸には、例えば、特異的な遺伝子もしくはクローン由来の配列、プローブ、プライマー、またはオリゴヌクレオチドを、多孔質もしくは無孔質固相または固相支持体に結合させたものが含まれる。様々なサイズの核酸を本発明のマイクロアレイに使用することができる。
【0051】
核酸は固相支持体または基板に結合させることができる。このようなマイクロアレイは、複数の異なる核酸がアレイ状、グリッド状、または他の組織化されたパターン状に結合または付着した固相支持体である。「核酸マイクロアレイ」は、好ましくは、シリコンチップ、スライドガラス、または他の固相支持体上に並んだ核酸配列鎖のアレイを含み、遺伝子発現、突然変異および多型分析等の検出および測定に対して幅広い用途を有する。核酸マイクロアレイを調製するにはいくつかの方法が利用可能である。核酸配列鎖は、受動的または化学的カップリング法によって固相基板に非共有結合または共有結合させることができる。他のアプローチでは、合成法を利用して核酸分子を直接基板表面上で構築する。より簡便ではあるが制限の多いアプローチは、標識核酸配列を調製し、次いで標識核酸配列を結合パートナーで予め被覆しておいた基板へ結合させるものである。
【0052】
あるいは、タンパク質および/またはペプチドのエレメントを固相支持体または基板へ組織化されたパターン状に結合させることもできる。このような固定化タンパク質エレメントに、核酸、タンパク質、ペプチド、および/または核酸ハイブリッドを結合させればよい。検出は、RNA:DNAハイブリッドに特異的な物質(例えば、抗体または抗体断片)を用いて行う。固定化タンパク質またはペプチドがRNA:DNAハイブリッドに結合する場合には、タンパク質-ハイブリッド複合体のRNA:DNAハイブリッド部分を、RNA:DNAハイブリッドに特異的な物質を用いて検出することができる。固定化タンパク質がDNAに結合する場合には、タンパク質-DNA複合体のDNA部分をRNAにハイブリダイズさせ、RNA:DNAハイブリッドを形成させることができる。固定化タンパク質がRNAに結合する場合には、タンパク質-RNA複合体のRNA部分をDNAにハイブリダイズさせ、RNA:DNAハイブリッドを形成させればよい。RNA:DNAハイブリッドは、RNA:DNAハイブリッドに特異的な物質(例えば、RNA:DNAハイブリッド特異的抗体またはその断片)を用いて検出することができる。
【0053】
「ハイブリッド」とは、RNAまたはDNAからなる二本鎖核酸である。二重らせんはDNA:DNA、RNA:RNA、またはRNA:DNAのいずれかであり、人工ヌクレオチドを含んでいてもよい。RNAホモ二重らせんは、塩基対合した二本鎖RNAである。RNA:DNAヘテロ二重らせんは、RNA鎖とDNAヌクレオチド単量体を含む鎖とからなる。二重らせんは、全体が二本鎖になっていてもよいし、一部が二本鎖になっていてもよい。典型的には、二重らせんの少なくとも10塩基が二本鎖である。「特異的にハイブリダイズ(する)」または「特異的なハイブリダイゼーション」または「選択的にハイブリダイズ(する)」等の表現は、ストリンジェントな条件下で核酸分子が、複雑な混合物(例えば、全細胞)DNAまたはRNA中に存在する特定のヌクレオチド配列に優先的に結合、二重らせん化、またはハイブリダイズすることを云う。
【0054】
固相基板上に固定化された核酸プローブは、RNA:DNAハイブリッドの形成を基板上に局在化させることができる。このような局在化によって、後続の検出工程を妨害する可能性のある反応成分を洗い流す簡便な手段や、複数の異なる標的核酸配列を同時にアッセイする簡便な方法がもたらされる。RNA:DNAハイブリッドは、異なるプライマーが付着した各々の部位において別々に形成される得る。プローブを固定化して生物学的分子の固相マイクロアレイを形成するには、本明細書に記載の方法を使用すればよい。
【0055】
本明細書で定義するような「物質(entity)」とは、RNA:DNAハイブリッドを特異的に認識する任意の分子を云う。RNA:DNAハイブリッドを認識し得る物質の例としては、キメラ抗体、RNA:DNAハイブリッドに特異的に結合する天然もしくは遺伝子操作されたタンパク質または核酸が挙げられるが、これらに限定されない。
【0056】
物質の好適な一実施形態は「抗体」である。本発明では、抗体は最も広い意味で用いられるものとし、無傷の抗体全体、抗体断片、組換え抗体、キメラ抗体、多機能抗体凝集物、または、本明細書に記載の特徴を有する抗体結合部位を少なくとも1つ含む任意の抗体誘導物全般または他の物質を含むものとする。好ましくは、本発明では、これらの物質はRNA:DNAハイブリッドを特異的に検出し、かつ特異的に結合するものである。免疫グロブリンの既知のクラスおよびサブクラスのいずれかの抗体(例えば、IgG、IgM等)、並びに、Fab、F(ab')およびF(ab')2として知られているIgG断片等の活性断片が意図されている。抗体には、特異的なエピトープに結合するモノクローナル抗体(アゴニスト、アンタゴニスト、および中和抗体を含む)並びにポリエピトープ特異性を有するポリクローナル抗体、または他の物質が含まれていてもよい。
【0057】
二本鎖RNA:DNAハイブリッドに特異的な任意の抗体または物質を使用して、本発明のハイブリッドを直接検出してもよい。本発明では、短鎖核酸配列、好ましくは30塩基長未満の核酸配列を検出するために抗体を用いる実施形態においては、ポリクローナル抗体が好適である。
【0058】
RNA:DNAハイブリッドを検出するのに用いる抗体は、モノクローナル抗体またはポリクローナル抗体のいずれであってもよい。モノクローナル抗体とポリクローナル抗体の混合物を用いるのが有利である場合もある。さらに、本発明は、特異的な結合特性を持つように特別に設計したポリクローナルまたはモノクローナル抗体の使用を包含する。例えば、極めて短鎖(20塩基対未満)のRNA:DNAハイブリッドに特異的に結合するモノクローナルまたはポリクローナル抗体を作製すれば、極めて短鎖のRNA:DNAハイブリッドを検出する際に使用できる。さらに、RNA:DNAハイブリッド内のミスマッチに対して感度の高いまたは低いモノクローナルまたはポリクローナル抗体を作製してもよい。RNA:DNAハイブリッド内のミスマッチに対して感度の高い抗体は、遺伝的変異の検出において特別の有用性が認められるのに対し、RNA:DNAハイブリッド内のミスマッチに対して感度の低い抗体は、特定のクラスの核酸の検出および定量に使用される。核酸三重らせん(DNA:RNA:DNAもしくはRNA:DNA:RNA)またはDNA:PNAもしくはRNA:PNAハイブリッド(ここでPNAは、本発明ではペプチド核酸と定義する)を特異的に検出する他の抗体も使用可能である。
【0059】
RNA:DNAハイブリッドに対するポリクローナル抗体は、適切な実験動物に有効量のペプチドまたは抗原成分を注射し、血清を動物から回収し、公知の免疫吸着法のいずれかによって特定の血清を単離することにより調製する。ポリクローナルRNA:DNAハイブリッド抗体を作製するのに容易に使用し得る動物としては、ニワトリ、マウス、ウサギ、ラット、ヤギ、ウマなどが挙げられる。本発明のアッセイの好適な実施形態では、ポリクローナルRNA:DNAハイブリッド抗体を、RNA:DNAハイブリッドで免疫したヤギから誘導する。固相支持体上に固定化されたRNA:DNAハイブリッドに対するアフィニティー精製によって、ハイブリッド特異的抗体をヤギ血清から精製する。
【0060】
常法によって調製したモノクローナル抗体をポリクローナル抗体の代わりに使用してもよい。様々な方法を使用して、RNA:DNAハイブリッドに特異的な適切な抗体を得ることができる(例えば、米国特許第4,833,084号(Carrico)、同第4,732,847号(Stuart et al.)およびStuart et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 78:3751(1981))。ハイブリドーマHB8730によって分泌されるRNA:DNAハイブリッドに特異的なモノクローナル抗体が米国特許第4,833,084号(Carrico)に開示されている。好ましくは、本発明によれば、30塩基長を超える核酸の検出にはモノクローナル抗体を使用する。
【0061】
抗RNA:DNAハイブリドーマの単離は、特定の欠損に関連する遺伝的突然変異のアッセイ開発と細菌およびウイルス感染の検出を向上させてきた。しかしながら、このようなRNA:DNAハイブリッド特異的モノクローナル抗体を用いるアッセイは、偽陽性結果を招く高レベルの非特異的結合を起こす場合が多い。Boguslawski et al., J. Immunol. Methods 89:123-130(1986)では、非特異的結合を減少させ、かつ煩雑な洗浄手法を回避する目的で、濾紙上に分離した抗ハイブリッド被覆ポリスチレンビーズを用いるハイブリダイゼーションアッセイが開発されている。
【0062】
RNA:DNAハイブリッドに対する好ましい抗体は、Kitawaga, Y.およびStollar,B. D. (Mol. lmmunology 19:413-420 (1982))の方法により、あるいは1988年3月22日にStuartらに対して発行されたU.S.特許No. 4,732,847中に記載された方法にしたがって調製される
【0063】
ハイブリッドの存在の同定は、ポリクローナル抗体またはモノクローナル抗体のいずれかを使用することにより、またはRNA:DNAハイブリッド複合体に対して特異的なその他の単位を使用して、達成することができる。検出は、ハイブリッドRNA:DNA複合体に対して特異的な抗体のいずれかを標識することにより、あるいは抗複合体(anticomplex)に結合する標識抗体を使用することにより、達成することができる。たとえば、抗体がマウスに由来する場合、マウス抗体に対する抗体、たとえばウサギ抗(マウスIgG)、を標識して、それにより固体支持体に対して結合する複合体に結合したいずれかの抗複合体(anticomplex)に対して結合させることができる。
【0064】
幅広い種の標識を、ここで応用できる他の環境中で使用した。より一般的な標識の一つは、放射性核種であり、これをオートラジオグラフィーにより使用して、結合領域を可視化することができる。別の標識は、フルオロセイン、メルコシアニン、またはローダミンなどの螢光剤であり、励起光に照射することにより、蛍光の存在をモニターすることができる。あるいは、酵素の領域において検出することができそして局在化することができる産物を結果として生じる酵素を使用することができる。多数の色素または還元することができる金属を使用して、検出を行うことができる。一般的な酵素には、ホースラディッシュペルオキシダーゼ、グルコースオキシダーゼ、ガラクトシダーゼ、アルカリホスファターゼなどが含まれる。特定の標識または検出可能なシグナルを観察する方法は、本発明にとって本質的ではない。抗複合体(anticomplex)に対する抗体を使用することにより、複合体に対する抗複合体(anticomplex)の特定の結合と関連する多数の標識を、大幅に増幅することができる。
【0065】
ハイブリッドに対する抗体またはハイブリッドに対する二本鎖ハイブリッドに特異的なその他の単位の、結果として得られる結合の検出を促進するため、通常は抗体を検出可能な化学物質基(detectable chemical groups)により標識することができる。標識として機能することができる検出可能な化学物質基の例は、補酵素、酵素基質、酵素阻害剤および酵素それ自体などの酵素的に活性な基、蛍光剤、発色団、発光剤(luminescers)、標識アビジンまたは標識ハプテンの結合により検出可能なビオチンまたはハプテンなどの特異的に結合可能なリガンド、そしてラジオアイソトープである。
【0066】
完全なハイブリダイゼーションが生じるためには、二本鎖ハイブリッドを形成するために最適な条件が必要である。“ストリンジェントな条件”という用語は、プローブが相補的な配列に選択的にハイブリダイズしうるが、その他の配列に対してはそれよりも弱く、または全くハイブリダイズしない条件のことをいう。2本の一本鎖分子間での相補性は、“部分的”であってもよく、その場合、核酸のいくらかのみが結合し、または全体的な相補性が一本鎖分子間で存在する場合には、完全であってもよい。核酸鎖間での相補性の程度は、核酸鎖間でのハイブリダイゼーションの効率および強度に対して顕著な作用を有する。これは、核酸鎖間での結合に依存する増幅反応の際に、そしてPNA分子の設計および使用の際に、特に重要である。たとえば、サザンハイブリダイゼーションおよびノザンハイブリダイゼーションなどの核酸ハイブリダイゼーション実験の文脈において、“ストリンジェントなハイブリダイゼーション”および“ストリンジェントなハイブリダイゼーションの洗浄条件”は、配列依存的であり、異なる環境パラメーターのもとでは異なる。核酸のハイブリダイゼーションに対するさらなるガイドは、Tijssen((1993) Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology--Hybridization with Nucleic Acids Propbe part 1 chapter 2. “Overview of principles of hybridization and the strategy of nucleic acids propbe assays”, Elsevier, N.Y.)中に見いだされる。
【0067】
“実質的に結合”とは、プローブ核酸と標的核酸との間での相補的なハイブリダイゼーションのことをいい、そして、ハイブリダイゼーション媒体のストリンジェンシーを減少させることにより適用させて、cDNA、アンプリコン、プラスミドなどを含む、結合オリゴヌクレオチド配列に対してハイブリダイズした標的ポリヌクレオチド配列の所望の検出を達成することができる、マイナーなミスマッチを包含する。
【0068】
プローブ核酸の目的の核酸分子に対するハイブリダイゼーションをいずれかの適した条件下で行うことができ、そして好ましくはハイブリダイゼーションに好ましく、二本鎖ハイブリッドを形成する条件下で行うことができる。たとえば、Sambrookら(Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd Edition (Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y., 1989))を参照。
【0069】
たとえば、本発明の一態様において、プライマーは逆転写を開始するために必要とされる。“プライマー”は、本明細書中では、DNAまたはRNA鋳型分子に対してアニールすることができ、核酸合成の開始点として機能する核酸分子として定義される。カスタムプライマーは、一般的には、合成オリゴヌクレオチドであり、それにはcDNA、アンプリコン、プラスミドなどが含まれるが、天然に存在するヌクレオチドは、in vitroおよびin vivoの両方においてプライマーとしても機能する。プライマーのin vitro使用には、たとえば、DNA合成、サンガージデオキシシークエンシング、およびPCRが含まれる。
【0070】
この特定の態様は、いったん標的核酸サンプルを得た後は、目的とする標的核酸を同定するために、目的の核酸“鋳型”を必要とする。ここで、本明細書中で互換的に使用されるように、“核酸鋳型”または“鋳型”は、そこから別の高分子を直接合成するために情報を読みとるポリヌクレオチド配列として定義される。たとえば、これは、DNA合成またはRNAの転写の間にコピーされるDNA鎖、逆転写の間にコピーされるRNA鎖のことをいう場合がある。
【0071】
開示された方法のプライマーは、オリゴヌクレオチド、cDNA、アンプリコン、プラスミドなどであってもよく、目的の核酸分子上の領域に相補的な配列を有するRNAまたはDNAのいずれかであってもよい。本明細書中で使用される場合、プライマーの相補的な配列は、“相補的な部分”のことをいう。本明細書中で使用する場合、プライマーに相補的な目的の標的核酸分子上の領域は、“プライマー相補領域”という。目的の標的核酸分子のプライマー相補領域は、目的の標的分子のいずれかの領域であってもよい。逆転写酵素を使用する本発明のアッセイの態様のために、好ましい様式には、鋳型核酸分子の5'末端からいくらか離れた標的核酸分子のプライマー相補領域が含まれる。これにより、プライマーハイブリダイゼーション部位と鋳型核酸分子の末端との間の核酸鋳型の、より長い領域を得て、それにより検出すべきRNA:DNAハイブリッドの量を増幅する。
【0072】
一般的には、目的の核酸分子のプライマー相補領域は、検出するための核酸配列を選択するための既知の分類に基づいて選択される。たとえば、他の核酸分子の中から特定の核酸分子を検出するため、プライマー相補領域は、目的の標的核酸分子に特徴的であるか、またはそれに独特のものであることが好ましい。RNA分子のいずれかのクラスが検出されることが望ましい場合、プライマー相補領域は、目的の標的核酸分子の全てと同一または実質的に同一である配列を有するように選択されることが好ましい。いったんプライマー相補領域を選択すると、目的の分子の選択したプライマー相補領域に相補的であるようにプライマーの配列を設計しまたは選択する。配列が既知の、あるいは配列を導き出すことができる、いずれかの核酸分子を、開示された方法を使用して検出することができる。
【0073】
本発明の方法において、プライマーの相補的な部分は、プライマーとプライマー相補領域との間の特異的かつ安定なハイブリダイゼーションをサポートする長さを有する。一般的には、本発明のプライマーは、10〜100ヌクレオチドを含むが、しかし、15〜30ヌクレオチドであることが好ましい。
【0074】
そのゲノムにより個体を特徴づける能力は、遺伝的情報の遺伝的な変異性による。必要なタンパク質をコードするDNA配列は種を超えてよく保存されているが、非コードのDNA領域または不可欠な機能を有さず、そしてしたがって核酸配列の完全な保存は強力には選択されない、タンパク質の部分をコードするDNA領域が存在する。これらの可変領域は、遺伝的マーカーにより同定される。典型的には、遺伝的マーカーは、ゲノムの独自の可変領域に特異的に結合するオリゴヌクレオチドまたはアンプリコンなどのプローブにより結合される。いくつかの事例において、遺伝的マーカーに対する結合の存在または不存在は、個体の独自の核酸配列により個体を同定する。その他の事例において、マーカーは全ての個体の核酸配列に結合するが、しかし個体は、マーカープローブにより結合されるゲノム中の位置により同定される。遺伝的変異性の主要な原因は、付加、欠失、または点変異、組換え、および植物個体群における個体のゲノム中の転位可能な構成要素である。本発明は、遺伝子型変異の検出および測定のために使用することができる。たとえば、異なる配列により示されるSNPsなどの多型を検出することができる。
【0075】
一般的に、本発明のアッセイには、以下の工程が関与する:
1. 生体分子プローブ、または標準な化学的技術を介して固相に対して生体分子プローブをスポットしまたは合成することにより、固体基材(たとえば、プレート、スライド、ウェル、ディッシュ、ビーズ、粒子、カップ、ストランド、チップ、およびストリップ、多孔性および非孔性の両方)に結合されるプローブのマイクロアレイを調製すること;
2. 目的とする第一の生物学的分子を含有する標的サンプルを固定化した第二の生体分子プローブに添加し、そしてRNA:DNAハイブリッドを形成させること;
3. RNA:DNAハイブリッド(RNA:DNAハイブリッド-特異的抗体またはその断片を含む)に特異的な検出可能な単位を添加すること;そして
4. 固定化したRNA:DNAハイブリッドに結合した単位を検出すること。
【0076】
本発明の別の態様には、以下の工程が関与する:
1. 生体分子プローブ、または標準な化学的技術を介して固相に対して生体分子プローブをスポットしまたは合成することにより、固体基材(たとえば、プレート、スライド、ウェル、ディッシュ、ビーズ、粒子、カップ、ストランド、チップ、およびストリップ、多孔性および非孔性の両方)に結合されるプローブのマイクロアレイを調製すること;
2. 目的とする第一の生物学的分子を含有する標的サンプルを固定化した第二の生体分子プローブに添加し、そしてRNA:DNAハイブリッドを形成させること;
3. 好ましくはRNAse H機能および熱安定性を欠損した、逆転写酵素を添加すること;
4. 配列を伸長させる逆転写を促進する条件下でインキュベートし、したがって、非常に長いRNA:DNAハイブリッドを形成し、そして抗体検出を亢進すること;
5. RNA:DNAハイブリッド(RNA:DNAハイブリッド-特異的抗体またはその断片を含む)に特異的な検出可能な単位を添加すること;そして
6. 固定化したRNA:DNAハイブリッドに結合した単位を検出すること。
【0077】
本発明のさらなる態様には、以下の工程が含まれる:
1. 生体分子プローブ、または標準な化学的技術を介して固相に対して生体分子プローブをスポットしまたは合成することにより、固体基材(たとえば、プレート、スライド、ウェル、ディッシュ、ビーズ、粒子、カップ、ストランド、チップ、およびストリップ、多孔性および非孔性の両方)に結合されるプローブのマイクロアレイを調製すること;
2. 目的とする第一の生物学的分子を含有する標的サンプルをマイクロアレイに結合した第二の生体分子プローブおよび第三の非結合生体分子プローブに添加すること;
3. 第一の標的生物学的分子を、第三の生体分子プローブの相補的な領域とハイブリダイズさせること;
4. 固定化した第二の生体分子 プローブを、ハイブリダイズしなかった第三の生体分子プローブの相補的な領域とハイブリダイズさせること;
5. RNA:DNAハイブリッド(RNA:DNAハイブリッド-特異的抗体またはその断片を含む)に特異的な検出可能な単位を添加すること;そして
6. 固定化したRNA:DNAハイブリッドに結合した単位を検出すること。
【0078】
本発明の別の態様には、以下の工程が含まれる:
1. 生体分子プローブ、または標準な化学的技術を介して固相に対して生体分子プローブをスポットしまたは合成することにより、固体基材(たとえば、プレート、スライド、ウェル、ディッシュ、ビーズ、粒子、カップ、ストランド、チップ、およびストリップ、多孔性および非孔性の両方)に結合されるプローブのマイクロアレイを調製すること;
2. 目的の第一の生物学的分子を含有する標的サンプルを、マイクロアレイに結合した第二の生体分子プローブおよび第三の非結合の検出可能なように標識した生体分子プローブに対して添加すること;
3. 第一の標的生物学的分子を、第二の固相-結合生体分子プローブの相補的な領域とハイブリダイズさせ、そしてRNA:DNAハイブリッドを形成させること;
4. 固相-結合した第二の生体分子プローブを、第三の検出可能なように標識した生体分子プローブの相補的な領域とハイブリダイズさせること;
5. RNA:DNAハイブリッド(RNA:DNAハイブリッド-特異的抗体またはその断片を含む)に特異的な検出可能な単位を添加すること;そして
6. 固定化したRNA:DNAハイブリッドに結合したRNA:DNAハイブリッドに特異的な単位および検出可能なように標識した生体分子プローブの両方を別個に検出すること。
【0079】
開示されたアッセイを使用して、サンプル中の目的とする複数の異なる生物学的分子を検出することができる。好ましくは、目的の標的生物学的分子のそれぞれにおいて存在する配列をスクリーニングするか、または目的の生物学的分子上の領域に対して全体的に相補的な複数のプローブを使用してスクリーニングするかのいずれかにより、これを達成する。後者のアプローチは、たとえば、特定の遺伝子に対する多数の異なる変異、または挿入変異または欠失変異を含むが、これらには限定されない、遺伝的変異と関連する、いくつかの疾患または疾患に対する素因を検出する際に使用するために好ましい。本発明は、遺伝子発現、マイクロアレイ上での生物学的分子(すなわち、RNA、DNA、タンパク質)の検出、変異および多型検出(すなわち、SNP)などを含むが、これらには限定されない、様々な用途に応用することができるアッセイもまた、提供する。一特定態様において、変異のそれぞれの特性を有するこれらの遺伝子の変異核酸産物の領域に相補的な配列についてスクリーニングすることが好ましい。したがって、このアッセイの一つの主要な利点は、ハイスループットの用途であり、これにより多数のサンプルおよび疾患の可能性の大規模なスクリーニングが可能になる。
【0080】
開示された方法を使用して、個々の生物または個々のサンプルに由来する異なる生物学的分子種の発現の比率を測定することもできる。この目的のため、この方法を使用して、複数の種を同時に検出する。本明細書中で開示する場合、マイクロアレイ検出は、この目的のために有用である。開示された方法を使用して、同一のまたは関連する生体分子配列を検出することもでき、ここで、関連する生物学的分子はそれらの間で共通する配列モチーフを有するが、それ以外は異なるものである。たとえば、細胞は、同一の制御配列、同一の構造モチーフ、またはその他の配列を共通に有する、複数の生物学的分子種を含有することができる。核酸分子のこのようなクラスを、プローブを共通の配列にハイブリダイズするように設計することにより、単一のプローブ種により検出することができる。
【0081】
開示されたアッセイにおいて、RNA:DNAハイブリッド-特異的抗体およびその断片を含むRNA:DNAハイブリッドに特異的な単位を使用して、標的生体分子の標識をオプションではあるがもはや必要としないプローブマイクロアレイに対してハイブリダイズした生物学的分子を検出する。このアプローチにおいて、より長いRNA:DNAハイブリッドは、短いRNA:DNAハイブリッドよりもより多くの抗体に結合することができるので、RNA:DNAハイブリッドが長くなればなるほど、シグナルは大きくなる。したがって、マイクロアレイ上の核酸プローブ鎖が長くなればなるほど、標的核酸の検出はより感受性が高くなるか、またはハイブリダイズした標的核酸の所定量に対するシグナル強度はより強くなる。残念ながら、これらのマイクロアレイを調製する際に、プローブのより長い鎖を合成し、調製し、または使用することは、より困難になりそしてより費用がかかるようになる。
【0082】
本発明のアッセイの一開示態様は、固体基材に結合した比較的短い核酸プローブ配列について記載し、それにより時間、労力、そしてマイクロアレイを作製するために必要な費用を最小にする。サンプル中の標的核酸配列をこれらの短いプローブにハイブリダイズさせて、長い核酸尾部(tail)を有する短いRNA:DNAハイブリッドを作製する。この短いRNA:DNAハイブリッドは、おそらくは1または2のRNA:DNA抗体と結合するだけだろう。逆転写酵素を添加する場合、そして逆転写酵素が生じる様な条件である場合、RNA:DNAハイブリッドの核酸プローブ部分が、標的核酸鎖の長さにまで伸長され、したがってRNA:DNAハイブリッドの長さが非常に増加する。標的核酸鎖が、長さ1500塩基である場合、得られたRNA:DNAハイブリッドは、1500塩基対に届くであろう。この長さのRNA:DNAハイブリッドは、非常に多数のRNA:DNA抗体と結合し、それにより、産生されるシグナルの強度を非常に増大させ、そして特異的な標的核酸配列の検出感受性を増大させる。
【0083】
一開示態様は、結合した核酸プローブ配列の全部または部分を、RNA:DNAハイブリッド-依存性エキソヌクレアーゼ機能(一般にはRNAse H機能または成分とも呼ばれる)を欠損する逆転写酵素を使用して逆転写することにより、標的核酸配列を検出する方法、および結果として得られるRNA:DNAハイブリッドをRNA:DNAハイブリッドに特異的な抗体を使用して検出する方法である。核酸プローブは、RNA:DNAハイブリッドを固体支持体と結合させるために、固体支持体上に固定化する。これにより、サンプル溶液からのハイブリッドの容易な分離および固体支持体上のハイブリッドの位置に基づく核酸分子の特異的な検出が可能になる。
【0084】
本発明の一方法において、逆転写酵素を使用して、好ましくはRNAse H機能を欠損する逆転写酵素を使用して、逆転写を行う。その後、目的の核酸分子、好ましくはこの態様においてはRNA、を含む反応混合物;ハイブリダイズし固定化された核酸プライマー;そして逆転写酵素を、目的のRNA分子の逆転写を可能にし、そしてDNA:RNAハイブリッドの形成を可能にする条件下でインキュベートする。開示された方法において使用することができる逆転写酵素または開示された方法において使用するために適合させることができる逆転写酵素の例は、表1に列記する。本発明において使用するための好ましい逆転写酵素には、Life Technologyから入手する逆転写酵素18053-017、18064-014および18064-071;Promegaから入手する逆転写酵素M5301およびM5302;およびStrategeneから入手する逆転写酵素600085;が含まれ、そのそれぞれは表1に開示する。
【0085】
【表1】

Figure 0004873812
【0086】
【表2】
Figure 0004873812
【0087】
【表3】
Figure 0004873812
【0088】
【表4】
Figure 0004873812
【0089】
【表5】
Figure 0004873812
【0090】
【表6】
Figure 0004873812
【0091】
【表7】
Figure 0004873812
【0092】
逆転写は一般に逆転写酵素の機能する温度範囲内の任意の温度において実施してよい。好ましくは、インキュベーション温度は逆転写酵素が機能して且つプライマーが標的核酸分子にハイブリダイズしたまま残るあらゆる温度である。非好熱性逆転写酵素に関しては、好ましい温度は逆転写酵素のための最適な温度又はその付近の温度である。ほとんどの非好熱性逆転写酵素に関しては、この温度が約25℃から45℃の間になる。
【0093】
好ましい態様において、好熱性逆転写酵素は選択性を増大させるために使用される。好熱性逆転写酵素が機能するもっとも高い温度は本当に高くてよい。このため、好熱性逆転写酵素を用いる場合の逆転写酵素のための好ましい温度範囲は、対象のRNA分子とプライマーの間のハイブリッドの計算された溶融温度に関してもっとも便利に記載される。そのような溶融温度は、RNA/プライマー溶融温度(R/P Tm)と本明細書では呼ぶ。好ましい範囲は、対象のRNA分子とプライマーの間のハイブリッドの溶融温度より20℃下であり、対象のRNA分子とプライマーの間のハイブリッドの5℃上を含む。好熱性逆転写酵素を用いる場合の他の好ましい範囲は、表2に掲載されたものを含む。
【0094】
【表8】
Figure 0004873812
【0095】
特に注目すべきなのは、上記の列挙された範囲内の各々の特定のしかし不特定の範囲が別の好ましい範囲として意図されることである。逆転写酵素のための好ましい温度は、R/P Tmより約20℃下、R/P Tmより約15℃下、R/P Tmより約12℃下、R/P Tmより約10℃下、R/P Tmより約7℃下、R/P Tmより約5℃下、R/P Tmより約3℃下、R/P Tmより20℃下、R/P Tmより15℃下、R/P Tmより12℃下、R/P Tmより10℃下、R/P Tmより7℃下、R/P Tmより5℃下、そしてR/P Tmより3℃下を含む。通常、温度がR/P Tmに近づけば近づくほど、RNAとプライマーの特異的ハイブリッドと非特異的ハイブリッドの間の識別の程度が高くなる。温度がR/P Tmに近いと、しかしながら、特異的ハイブリッドの安定性の低下がプライミングの効率の低さを引き起こすかもしれない。
【0096】
R/P Tmは計算によるか又は経験的測定の何れかにより測定してよい。R/P Tmを計算するためには核酸ハイブリッドの安定性を計算するためのあらゆる確立された計算式を使用してよい。R/P Tmを計算するための好ましい計算式は、Tm = ΔH/ΔS+R×In(C/4) + 16.6log[K+]/1+0.7[K+]―237.15であり、完璧にマッチするDNA:RNAの安定性に基づいた研究に由来した。RNA:DNAハイブリッドに関しては、上記式へのホルムアミド濃度の取り込みは適用できないが、何故ならば、ホルムアミド濃度とTmの下降の間の関係が直線ではないからである。80%ホルムアミドにおいて、RNA:DNAハイブリッドはDNA:DNAハイブリッドよりも安定であり、配列に依存して約10から30℃Tmを大きくさせる(Hames & Higgins,Nucleic Acid Hybridisation:A Practical Approach(IRL Press Limited,Oxford,England.1985))。80%ホルムアミドにおいて反応を実施すると、ホルムアミドを従って使用することにより、DNA:DNA二重鎖の形成を抑制し、RNA:DNAハイブリッドを優先的に選択し、そしてR/Pに関してのTmを見積もってもよい。RNA:ハイブリッドのTmの見積もりのために経験的に誘導された式は、短い核酸プライマーに関して正確ではないかもしれないため、ハイブリダイゼーション温度は40から60℃の温度範囲において0.1−0.4Mの単価カチオン中でハイブリッド安定性を評価することにより好適に決定される。R/P Tmは経験的に決定してもよい(Lesnick and Freier,Biochemistry 34:10807−10815(1995),McGraw et al.,Biotechniques 8:674−678(1990),及びRychlik et al.,Nucleic Acids Res.18:6409−6412(1990))。
【0097】
本明細書にて使用する好熱性逆転写酵素は、50℃より上の任意の温度においてその最大活性の少なくとも5%を保持するか、又は少なくとも50℃の最適温度を有するあらゆる逆転写酵素である。好ましい逆転写酵素は、少なくとも50℃の最適温度を有するものである。本明細書にて使用される逆転写酵素の最大活性は、以下に記載されるアッセイにおいて測定され、与えられた逆転写酵素がその最適温度において示す、活性として定義される。本明細書にて使用される逆転写酵素の最適温度は、逆転写酵素の活性が最大になる温度において定義され、以下に記載されるアッセイにおいて測定される。与えられた逆転写酵素の最適温度は、様々な温度にて以下のアッセイにおいてその活性を測定することにより決定してよい。通常、最適温度は、アッセイが5から10℃の間隔において実施することのみが要求される範囲内でのみ測定される必要がある。
【0098】
固相基板への核酸配列の固定化の方法はよく確立されている。半分のプライマー及びローリングサークルの複製プライマーを含むオリゴヌクレオチドは確立されたカップリング法を使用してカップリングしてよい。例えば、付着法はPease et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 91(11):5022−5026(1994)、及びKhrapko et al.,Mol.Biol(Mosk)(USSR)25:718−730(1991)により記載される。3’アミンオリゴヌクレオチドの固定化法は、Stimpson et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 92:6379−6383(1995)により記載される。オリゴヌクレオチドを固相支持体に付着させるための好ましい方法は、Guo et al.,Nucleic Acids Res.22:5456−5465(1994)に記載される。
【0099】
核酸又はプライマー分子の固相支持体への固定化及びアレイ化はあらゆる適切な技術を用いて達成してよい。例えば、固定化は、インサイチュ核酸合成(Maskos and Southern,Nucleic Acids Research,20:1679−1684(1992);Pease et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,91:5022−5026(1994))又は化学合成されたオリゴヌクレオチドの共有結合又は不動付着によるか(Guo et al.,Nucleic Acids Research,22:5456−5465(1994))又はロボットアレイ化技術と組み合わせた他の核酸、アンプリコン、cDNAs等の共有結合又は不動付着の何れかにより達成してよい。他の固定化技術はMcGallらへの米国特許5,412,087、Matsonらへの米国特許5,429,807、Fodorらへの米国特許5,510,087に記載される。幾千の異なるプライマーが固相支持体上にアレイ化されて、幾千の標的核酸配列を質問してよい。核酸又はプライマーの密度はアレイ化の方法及び検出手段により適合させるべきである。
【0100】
本発明の一つの態様は、特定の核酸プローブを含むユニバーサルアレイへの標的核酸配列のハイブリダイゼーションを含み、その際、「ユニバーサルアレイ」又は「ユニバーサルアレイ配列」は本明細書にて相互変化可能なようにあらゆる可能な塩基の組み合わせの短い核酸配列として定義される。上記ユニバーサルアレイ配列は6−10塩基、好ましくは5−6塩基の範囲を含み、可能な組み合わせの数(即ち、固相へ結合する別々のプローブ)はそれぞれ1024および4096であり、そして核酸発現分析を可能にし、その際、結果をフィンガープリントとして使用してよく、異なる組織又はサンプルが異なるフィンガープリントを与える。
【0101】
第3の核酸プローブを含む態様は、「捕捉用タグ」を使用することにより固相アレイに固定化してよい。本明細書にて使用される捕捉用タグは他の化合物又はモエティに結合するかもしれないあらゆる化合物である。プライマーは即ち付着させた捕捉用タグのその結合パートナーへの結合を通して固定化される。そのような結合パートナーは本明細書にて「捕捉用ドック」と呼ぶ。捕捉用タグは化合物であり、例えば粒子又はハプテンであって、リガンド結合分子又は抗体のような他の分子に結合するか又は相互作用する化合物である。捕捉用タグと捕捉用ドックの間のそのような相互作用は特定の相互作用、例えばハプテンと抗体の間又はリガンドとリガンド結合分子の間の相互作用であることも好ましい。
【0102】
このアッセイのさらなる態様は、2つの隣接領域:標的核酸特異的領域及び「捕捉用配列相補体」を有する捕捉用タグを含む。本明細書にて使用される「捕捉用配列相補体」は、固相マイクロアレイに固定化された「ユニバーサル捕捉用配列」に相補な核酸配列を含み、但し、「ユニバーサル捕捉用配列」は公知であり且つ固相マイクロアレイ上のその位置が予め決定されている短い核酸配列を意味する。「捕捉用配列相補体」を含む捕捉用タグ又はプローブは、その相補体をその相補な「ユニバーサル捕捉配列」へハイブリダイズさせることにより固相マイクロアレイに固定化してよい。
【0103】
本発明の別の態様において、「捕捉用タグ」は固相マイクロアレイに結合したその「捕捉用ドック」にハイブリダイズする標識核酸プローブを意味し、但し、捕捉用ドックが標識核酸プローブに特異的な共通配列である。
【0104】
別の捕捉用タグは、オリゴヌクレオチドにカップリングするかもしれないハイブリダイゼーション又はリガンド分子を含む。核酸プローブのコンテクストにおいて記載される捕捉用タグはSyvnen et al.,Nucleic Acids Res.,14:5037(1986)に記載された。捕捉用タグはビオチンも含み、核酸に取り込まれてよい。
【0105】
基板へのプライマーの接着又はカップリングは、ドックを基板に接着又はカップリングすることにより達成してよい。上記捕捉用ドックは、プライマー上の捕捉用タグに結合するか、又は相互作用することにより、プライマーの接着を媒介する。基板上に固定化された捕捉用ドックは基板上のプライマーの捕捉を可能にする。別の捕捉用ドックを別のプライマーに付着させた基板の別の領域に付着させることにより、別のプライマーに付着した別の捕捉用タグが別に、よって基板上の診断上の位置において捕捉されるかもしれない。例えば、マイクロタイタープレートの複数アッセイにおいては、96までの異なる捕捉用タグに特異的な捕捉用ドックをマイクロタイタープレート上に、それぞれ異なる溝において固定化してよい。捕捉及び検出は、対応する核酸分子がサンプル中に存在する捕捉用タグに相当する溝においてのみ生じることになる。
【0106】
一つの態様において、捕捉用ドックはオリゴヌクレオチドである。基板にオリゴヌクレオチドを固定化するか又はカップリングさせる方法はよく確立されている。例えば、付着法はPease et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 91(11):5022−5026(1994)、及びKhrapko et al.,Mol Biol(Mosk(USSR)25:718−730(1991)により記載される。3’アミンオリゴヌクレオチドのカゼインコートされたスライドへの固定化の方法は、Stimpson et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 92:6379−6383(1995)により記載される。オリゴヌクレオチドと固相基板に付着させるための別の方法はGuo et al.,Nucleic Acids Res.22:5456−5465(1994)に記載される。
【0107】
タンパク質を基板に固定化するための方法はよく確立されている。固定化は、標準固定化化学を用いた、例えば、アミン化表面、カルボキシル化表面又はヒドロキシル化表面への付着似より達成してよい。付着剤の例は、臭化シアン、スクシニミド、アルデヒド、塩化トシル、アビジン−ビオチン、光架橋剤、エポキシド、マレイミド及びグルタルアルデヒドである。これら及び他の付着剤並びにそれらの付着における使用方法は、Protein immobilization:Fundamentals and Applications,Richard F.Taylor,ed.(M.Dekker,New York,1991),Johnstone and Torpe,Immunochemistry In Practice(Blackwell Scienctific Publications,Oxford,England,1987)ページ209−216及びページ241−242、及びImmobilized Affinity Ligands,Craig T.Hermanson et al.,eds.(Academic Press,New York,1992)に記載される。タンパク質は、抗体上の遊離基を基板内に存在する反応性側鎖グループへ化学的に架橋結合することにより、基板に付着させてよい。例えば、タンパク質は架橋剤としてグルタルアルデヒド又はカルボジイミドを使用して遊離のアミノ又はカルボキシル基を含む基板に化学的に架橋結合してよい。この方法においては、遊離タンパク質を含む水性溶液をグルタルアルデヒド又はカルボジイミド存在下で固相基板とインキュベートする。標準の固定化化学は当業者に知られている。
【0108】
別の態様において、開示された方法の感度は、サンプル中に存在する遊離のハイブリダイズしない核酸を除去するために、ハイブリッドサンプルの繰り返しの洗浄により増加させられる。非特異的なハイブリダイズしない核酸を除去することは有用であるが、核酸中の二次構造が検出手段により認識されるかもしれず、アッセイバックグラウンドの上昇をもたらすかもしれないからである。
【0109】
開示された方法を用いた使用のための好ましいハイブリダイゼーションサンプル核酸検出キットは、上記方法に要求される成分のいくつか又は全てを使用して作成されてよい。上記キットは、好ましくは、対象の核酸分子上の領域に相補な固定化プライマーを含み、そしてより好ましくは対象の核酸分子上の領域に各々相補な複数の固定化プライマーを含む。
【0110】
好ましくは、キットが以下の成分の全て又はいくつかを含む:サンプルの安定化のためのサンプル輸送培地;検出される第2生物分子に特異的な生物分子のマイクロアレイ;ハイブリダイゼーションバッファー;RNA:DNAハイブリッドに特異的な存在物(entity);洗浄バッファー;増強バッファー;及びRNA:ハイブリッド特異的抗体を検出するのに必要な試薬。さらに、いくつかのキットはRNA:DNAハイブリッド依存性エキソヌクレアーゼ(RNAseH)機能を欠く好熱性逆転写酵素を含んでよい。上記キットの別の組成物は、捕捉用配列相補領域を含む核酸プローブを含んでよい。さらに、上記キットは固相に結合した生物分子の共通配列にハイブリダイズする標識された生物分子プローブも含んでよい。キットは、限定ではないが、サンプル生物分子の検出のための生物分子のユニバーサルアレイをさらに含んでよい。キットはこれらの成分の全て又はそれらの一部を含んでよい。
【0111】
増幅された抗体検出のためには、上記の直接検出のためのハイブリダイゼーションキットに含まれる試薬に加えて、全て又は一部を含む以下の試薬もキットに含んでよい:検出用に標識された抗マウスIgG;ビオチン化された抗マウスIgG;標識された抗マウスストレプトアビジン;ビオチン化抗ストレプトアビジン;又はアセチル化BSA溶液。
【0112】
上記キットは陰性対照及び陽性対照を含むべきである。好ましくは、陰性対照及び陽性対照のためのプローブが、核酸配列を有する固相上に含まれる。
以下の非限定実施例は本アッセイ及びキットの使用を例示する。
【0113】
実施例
実施例1
プローブマイクロアレイ上のRNA:DNAハイブリッドの検出
以下は、サンプル中の標的生物分子配列の検出のための開示された方法の一つの態様を実施するための好ましい方法の一例である。
【0114】
通常、上記アッセイは0.05μgの核酸のサンプルサイズを検出するために使用されるのが好ましい。もっとも好ましくは、0.05μg−10μgの全核酸を本発明のアッセイを用いて検出する。
【0115】
標的核酸サンプルを、ヌクレアーゼを含まない水の中に懸濁し、そしてハイブリダイゼーションバッファーに加えた。ハイブリダイゼーション溶液を95℃において2−5分間変性させた。標的核酸を含むハイブリダイゼーション溶液は、スポットされたオリゴヌクレオチドのマイクロアレイを有するガラススライドに加えた。65℃において16−20時間ハイブリダイズさせる。直接検出するか又は増幅された検出の何れかへと続いた。
【0116】
直接検出に関しては、表面に結合したプライマーのマイクロアレイを有するガラススライドを3回1−2分間1XPBS/0.05%Tween20TMで洗浄し、そして回転振動機上で振動させた(1100rpm)。RNA:DNA抗体染色溶液を加えたところ、全濃度は0.144μg/μlであった。ガラススライドマイクロアレイを溶液中で1時間室温において振動させながら(1100rpm)インキュベートした。ガラススライドを1XPBS/0.05% Tween20TMで洗浄し、そして室温において15分間振動させた(1100rpm)。次に、マイクロアレイを、マウス抗体、特にCy3又はCy5に対する抗体染色溶液中で室温においてインキュベートし、そして1時間1100rpmにて振動させた。多数の蛍光染料を使用してよく、限定ではないが、例えばCy3又はCy5である。Cy−染料の最終濃度は10%ヤギ血清及び1XPBS/0.05 Tween20TMの溶液中で0.04μg/μlであった。わずかに厳密な手段を使用して、スライドを4回約各々10秒間洗浄バッファー中で洗浄した。次に、スライドを増強バッファー中で53℃において15分間インキュベートした。次に、スライドを洗浄バッファー中で4回各々約10秒間、ゆるい厳密性手段を用いて洗浄した。スライドガラスに結合したマイクロアレイを遠心分離により2000rpmにて7−10分間によるか又は乾燥するまで、乾燥させた。結果は、アレイスキャナー(Affymetrix 417 Array Scanner又は均等物)中で、それぞれCy3及びCy5で標識された抗体により発色したスライドをスキャンするための532nm及び635nmにおける光励起によりスライドを読むことにより、分析した。
【0117】
増幅された検出に関しては、スライドを3回1−2分間1XPBS/0.05% Tween20TM中で洗浄し、回転振動機上で1100rpmにて振動させた。スライドをRNA:DNAハイブリッド特異的抗体染色溶液中で室温において1時間撹拌(1100rpm)しながらインキュベートした。スポットしたスライドはヤギ染色溶液からのビオチン化マウスIgG抗体で被覆し、そして10分間室温においてインキュベートした。マイクロアレイを2回1−2分間それぞれ1XPBS/0.05% Tween20TM中で洗浄した。スポットしたスライドはヤギ抗マウスR−フィコエリトリンストレプトアビジン(0.01μg/μl;SA−PE)染色溶液で被覆し、10分間室温においてインキュベートした。洗浄は上記のとおり繰り返した。スポットしたスライドはストレプトアビジンに対して出現させたビオチン化ヤギ抗体(0.5mg/mL)染色溶液で被覆し、そして10分間室温においてインキュベートした。スライドを再びヤギ抗マウスR−フィコエリトリンストレプトアビジン(0.01μg/μl;SA−PE)染色溶液と共に10分間室温においてインキュベートした。次に、スライドを3回1−2分間1XPBS/0.05% Tween20TM中で洗浄した。次に、マイクロアレイを2000rpmにおける7−10分間の遠心分離によるか、又は乾燥するまで、乾燥させた。結果は、アレイスキャナー(Affymetrix 417 Array Scanner又は均等物)中で、それぞれCy3又はPE及びCy5で標識された抗体により発色したスライドをスキャンするための532nm及び635nmにおける光励起によりスライドを読むことにより、分析した。
【0118】
実施例2
サンプルハイブリダイゼーション前の
標識されたオリゴヌクレオチドのハイブリダイゼーション
Cy3又はCy5で標識されたn−マーのオリゴヌクレオチドを、SSC及びSDSを含むハイブリダイゼーションバッファーに加え、そして95℃にて2−5分間変性させた。多くの蛍光染料を使用してよく、限定ではないが、例えばCy3及びCy5である。多数の蛍光染料を使用してよく、限定ではないが、例えばCy3又はCy5である。スポットされたオリゴヌクレオチドを含むガラススライドをハイブリダイゼーション溶液で被覆し、そして室温において20秒間インキュベートした。カバースリップを2XSSC/0.2%SDSの厳しい浸潤により除去した。如何なる残余のSDSもスライドを0.05XSSCへ30分間浸潤することにより洗い流された。次に、スライドを2000rpmにて7−10分間の遠心分離によるか又は乾燥するまで、乾燥させた。結果は、アレイスキャナー(Affymetrix 417 Array Scanner又は均等物)中で、それぞれCy3及びCy5で標識された抗体により発色したスライドをスキャンするための532nm及び635nmにおける光励起によりスライドを読むことにより、分析した。
【0119】
実施例3
RNAseH機能を欠く逆転写酵素により媒介されるRNAの検出
以下は、サンプル中の標的核酸配列の検出のための開示された方法のひとつの態様を実施する方法の一例である。
【0120】
5プライムのビオチン化された20から30ヌクレオチドプライマーを、ストレプトアビジンコートされた固相と混合し、そして30から60分間20−27℃において一定振動(1100rpm)にてインキュベートした。標的核酸のサンプルを上記固相に加えた。ハイブリダイゼーション/伸長バッファー(100mM Tris−HCl,pH8.3,150mM KCl,6mM MgCl2,20mM DTT,及び1mMの各dNTP)を次に加えた。標的核酸及びプライマーは該混合物を最適なアニーリング温度まで、好ましくは60℃にて(最適アニーリング温度は利用したプライマー及び核酸により変化する)20−30分間加熱することにより、アニールさせた。上記混合物を、次に、20−27℃に10分間冷却した。追加のハイブリダイゼーション/伸長バッファー及び逆転写酵素、好ましくは高温安定性であってRNAseHを欠く逆転写酵素を加えた。反応物を30−60分間42℃においてインキュベートした。EDTA(0.5M)を加え、そして37℃において30分間インキュベートした。RNA:DNAハイブリッド特異的アルカリホスファターゼ配合抗体混合物を加え、そして20−27℃において30−60分間インキュベートした。あらゆる未結合の抗体を洗い去り、次に化学発色基板を添加した。溶液を15−30分間20−27℃においてインキュベートした。放射されたシグナルをルミノメーターで適切な波長にて読んだ。
【0121】
実施例4
RNA:DNAハイブリッド特異的抗体の結合
ハイブリダイズしたRNA:DNAサンプルを抗体と共に上記ハイブリッドの配合を許容するのに十分な時間インキュベートした。該ハイブリッドは5分から24時間15℃から65℃においてプラットフォーム振動機上で0から1500rpmのスピードにおけるインキュベーションにより抗体に結合させた。好ましくは、インキュベーション時間が30から120分間であって、20から40℃において300から1200rpmのスピードであった。もっとも好ましくは、結合が約300から1000rpmの間の回転振動スピードにて1時間の室温における激しい振動のインキュベーションにより起こった。当業者には、インキュベーション時間、温度及び振動を変更することにより所望な別の捕捉動力学を達成してよい。
【0122】
実施例5
モノクローナル及びポリクローナル抗体により検出された
オリゴヌクレオチドの長さの比較
長さを変えた単一のオリゴヌクレオチドを10の複製物にて4つの異なる濃度においてスポットした。スポットされた72マーのオリゴヌクレオチドは、40Sリボソーマルタンパク質S11に相当するIMAGEクローン#259983の一部であった。より短いオリゴヌクレオチドは親の72マーの連続的な末端除去物であった。これらのマイクロアレイを濃度を変えた相補RNAにハイブリダイズさせ、そしてモノクローナル一次RNA:DNAハイブリッド抗体を用いて可視化させた。800pMの標的濃度において、実質的なシグナルが30塩基のオリゴヌクレオチドにおいて観察されたが、25塩基においてシグナルの急降下があった。図6Aは、RNA:DNAハイブリッド特異的モノクローナル抗体検出に際しての様々なスポットされたオリゴヌクレオチド濃度を用いた800pMのRNA濃度におけるオリゴヌクレオチドの函数としてのノイズ比に対するシグナルの結果を示す。
【0123】
ポリクローナル抗体検出プロトコルは、モノクローナル抗体に関しての上記プロトコルと同じであって、ウサギからのCy3−標識ヤギ二次抗体を、ヤギからのマウス抗体に変えたのが例外であった。ポリクローナルを用いた結果(図6B)は、30 塩基未満のオリゴヌクレオチドに関するモノクローナル抗体に比較しての、顕著に改善された検出を示した。30塩基を越えるオリゴヌクレオチドに関してはシグナルにおける顕著な差異はなかった。
【0124】
ポリクローナルRNA:DNA抗体は、モノクローナル抗体を用いた検出に比較して30塩基対未満のRNA:DNAハイブリッドを検出するのに顕著に感度の良い方法を提供した。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1A−Dは、マイクロアレイ上のRNA:DNAハイブリッドの免疫抗体検出の好ましい態様ノイズ模式的代表図である。図1Aは、図1Bに描かれたRNA:DNAハイブリッドを形成するマイクロアレイに付着させた相補DNA配列へのRNAサンプルのハイブリダイゼーションを示す。次に、抗体、モノクローナル又はポリクローナル、を図1Cに示すとおりにRNA:DNAハイブリッドに結合させる。図1Dは蛍光レーザースキャナーを用いた蛍光標識の検出を例示する。
【図2】 図2A−Dは、RNA:DNAハイブリッドの、ユニバーサル捕捉配列を含むマイクロアレイ上の免疫検出の第2の態様の模式的代表図である。図2Aは、ユニバーサルアレイの一本鎖DNAとサンプルRNAとのハイブリダイゼーションを示す。各ハイブリッドはDNA:DNA領域及びRNA:DNA領域を含むマイクロアレイ上に形成され、図2Bに描写したとおりである。抗体は図2CにおいてRNA:DNAハイブリッドを検出及び結合する。図2Dは蛍光レーザースキャナーを用いた蛍光抗体標識を含む検出の一つの手段を例示する。
【図3】 図3A−Eは、RNA:DNAハイブリッドの免疫検出の第3の態様の模式的代表図であって、但し、マイクロアレイは完全長配列が未知である場合のmRNAの定量のための発現された配列タグ(ESTs)を含む。図3Aは、マイクロアレイに結合した短いESTsへのサンプルRNAのハイブリダイゼーションを示す。RNAと短いDNAのハイブリッドの形成を図3Bに描写する。例えば逆転写酵素(RT)を使用して、図3Cに描写するように、DNAをRNAの完全長まで伸長合成する。図3D及び図3Eは、ぞれぞれ、RNA:DNAハイブリッドの抗体認識及びレーザースキャナーによる蛍光抗体標識の検出を例示する。
【図4】 図4A−Dは、RNA:DNAハイブリッドの免疫検出の第4の態様の模式的代表図であって、但し、発明は2色検出法に向けられる。図4Aは、同一配列の領域及び可変配列の領域を含むマイクロアレイに結合した各DNAプローブを示す。標識されたDNAは共通配列とハイブリダイズし、そしてRNAサンプルは可変配列とハイブリダイズする。RNA:DNAハイブリッド及びDNA:標識されたDNAハイブリッドが形成され、図4Bに例示するとおりである。RNA:DNAハイブリッドに対して出現させた抗体は適切な領域に結合し;マイクロアレイは2つの異なる色の蛍光レーザーによりスキャンし;そしてシグナルは図4C−4Dに示すとおりに標準化される。
【図5】 図5A−Dは、RNA:DNAハイブリッドの免疫検出の第4の態様の模式的代表図であって、但し、発明は標識された縮重n−マーDNA及びサンプルRNAを含む。図5Aは、RNAサンプル及び/又は標識された縮重DNAに同時又は逐次的にハイブリダイズさせたマイクロアレイに結合させた各DNAプローブを示す。RNA:DNAハイブリッド及び/又はDNA:標識DNAハイブリッドが形成され、図5Bに示されるとおりである。RNA:DNAハイブリッドに対して出現させた抗体は適切な領域に結合し;マイクロアレイは2つの異なる色の蛍光レーザーによりスキャンし;そしてシグナルは図5C−5Dに示すとおりに標準化される。
【図6】 図6A−Bは、マイクロアレイのノイズ比に対するシグナルの函数として、モノクローナル抗体(図6A)及びポリクローナル抗体(図6B)による検出を用いた固相結合オリゴヌクレオチド長さの比較を表すグラフである。[0001]
Technical field
The present invention is in the general field of detection of biological molecules including DNA, RNA, proteins, etc., in particular, the field of detection of RNA: DNA hybrids on solid phases using hybridization assays.
[0002]
Background art
Many genes, including those related to disease states, and microbial and viral RNA or DNA have been isolated and sequenced. Nucleic acid probes based on such sequences are currently available for identifying a large number of genes and infections. A nucleic acid probe is a detectable nucleic acid sequence that hybridizes to complementary RNA or DNA in a test sample. Detection of the probe indicates the presence of a particular nucleic acid sequence in which the probe is specific. In addition to helping scientific research, nucleic acid probes are used to detect genetic mutations associated with viruses and bacteria, microorganisms such as yeast and protozoa, and specific disorders in patient samples.
[0003]
Grunstein. et al.Proc. Natl. Acad. Sci. USA  72: 3961 (1975) and Southern,J. et al. Mol. Biol. 98: 503 (1975) describes hybridization techniques using radiolabeled nucleic acid probes. Nucleic acid hybridization probes have the advantage of being more sensitive and specific than other detection methods and not requiring living organisms. Nucleic acid hybridization probes are often labeled with radioactive material that will be readily detected.
[0004]
Current hybridization techniques that utilize radioisotopes to label probes are expensive due to the need to monitor radioactive waste disposal and body and workplace contamination. in addition,32Radioactive probes with short half-lives such as P require frequent production of radioactive probes. Radionucleic acid probe hybridization is therefore discouraged in commercial fields such as clinical diagnostics.
[0005]
In an attempt to avoid the problems associated with direct radioactive labeling, the probe was indirectly labeled. One common method in indirect labeling is to attach biotin (a small vitamin) to a nucleic acid probe using chemical or enzymatic techniques. Following hybridization to a specific nucleic acid, biotin is detected by reaction with streptavidin (which binds biotin tightly and is labeled with an enzyme or fluorescent dye). The bound biotin-streptavidin complex will be detected by reaction with a chromogenic substrate and the fluorescent dye will be observed when reacted with incident light of the appropriate wavelength. However, indirect labeling of hybridization probes with biotin or other haptens often increases the “hydrophobicity” of the probe. Probes tend to react non-specifically with substances other than complementary nucleic acid targets, leading to high background. Biotin labeling increases non-specific binding, which leads to high background, thereby reducing sensitivity and increasing the likelihood of false positive results. Indirect labeling is also less sensitive than direct labeling due to the limited label density; only a small fraction of bases are labeled, limiting the number of signal generating sites. Increasing the label density of the probe increases non-specific binding, increases background, and ultimately prevents the probe from hybridizing to its target due to haptene base pairing interference. Indirectly labeled probes are therefore not suitable for clinical diagnosis due to their inaccuracy and false positive results.
[0006]
Probe hybridization to specific nucleic acid sequences has been detected with intercalating agents such as acridine orange or ethidium bromide as described in US Pat. No. 4,563,417 by Albarella et al. The intercalating agent becomes inserted between the hybridized base pairs of the probe and the sample nucleic acid, and the tertiary structure of the helix is solved. Specific antibodies against the newly formed antigenic determinant created by the intercalating agent and unraveled helix are detected by conventional means. This method lacks selectivity for the target hybrid because the intercalating agent cannot recognize specific sequences. Furthermore, the antibody recognizes only the intercalating agent / nucleic acid complex and does not detect specific sequences. Thus, additional selection or purification steps are required to prevent non-specific signals, making this time consuming and laborious method unsuitable for clinical diagnosis.
[0007]
Hybridization of a probe to a specific nucleic acid sequence could also be detected with the aid of an antibody that is specific for a labeled probe as described in US Pat. No. 4,743,535 by Carrico . The probe is labeled with a detectable substance such as flavin adenine dinucleotide (FAD) or a fluorescent agent. After hybridizing to a specific nucleic acid sequence, an antibody specific for the labeled probe is detected by a biochemical reaction. This detection method also has the potential for non-specific binding and false positive results and is not well suited for clinical screening.
[0008]
Attempts have been made to increase the sensitivity of nucleic acid assays by target amplification. Methods for amplifying nucleic acid sequences are commercially available. These methods include polymerase chain reaction (PCR), ligated amplification reaction (LCR) and transcription based amplification reaction (TMA). PCR technology is described by Miehael A. et al. Innis, David H. Gelfand, John J .; Sninsky and Thomas J. et al. By WhitePCR Protocols A Guide to Methods and Applications, Pp. 39-45 and 337-385 (Academic Press, Inc., Harcourt Brace Jovanovich, Publishers, 1990). PCR technology is also described in MarxJ. L. by,Science  140: 1408-1410 (1988) and U.S. Pat. Nos. 4,683.195 and 4,683,202 to Mullis. Ligation amplification reactions are described in Wu, D. et al. Y. and Wallace, R.A. B,Genomics  4: 560-569 (1989) and Barringer, K .; J. et al. , Et al. ,Gene  89: 117-122 (1990). Transcription-based amplification reactions are described in Kwoh, D .; Y. , Et al. ,Proc. Natl. Acad. Sci. USA  86: 1173-1177 (1989). Although these methods have the advantage of high sensitivity, sample preparation is lengthy, open and expensive, tends to show false positives resulting from reaction product contaminants, and the initial amount of target nucleic acid Has the disadvantage that it cannot be accurately quantified. Amplification reaction products are most often detected by hybridization assays.
[0009]
The degree of sensitivity achieved in assays for detecting nucleic acid molecules (RNA or DNA) in a sample is generally lower for RNA than for DNA because RNA is not degraded by endogenous RNAase in the sample. This is because it is easier to receive and less RNA is available for detection. In addition, it is difficult to remove background interference caused by contaminants in the sample without causing further degradation of the target nucleic acid, such as RNA.
[0010]
  Hybridization assays for detection of nucleic acid molecules (ie RNA) have been developed. For example, hybridization protection assays for RNA are commercially available from Gen-Probe Inc. (San Diego, Calif.). Hybridization protection assays are described in Engleberg, N.C.,ASM News 57: 183-186 (1991), Amold et a1.Clin. Chem. 35: 1588-1594 (1989) and US Pat. No. 4,851,330, using single stranded nucleic acid probes linked to acridinium esters. Hybridization of the probe to the target RNA molecule protects the acridinium ester bond from thermal hydrolysis, so that the detected chemiluminescent signal is proportional to the amount of target RNA in the sample. The sensitivity of this protection assay is limited by the background luminescence caused by the unhybridized probe.
[0011]
Polyclonal and monoclonal antibodies and other similar entities are commonly used for detection purposes. In particular, polyclonal antibodies recognize multiple epitopes, whereas monoclonal antibodies recognize only one specific epitope. Monoclonal antibodies that detect RNA: DNA hybrids are currently available. Polyclonal antibodies that detect RNA: DNA hybrids have been produced, however, in general, they are not as specific as monoclonal antibodies that are designed to bind to specific epitopes.
[0012]
Monoclonal antibodies against RNA: DNA hybrids are currently available. U.S. Pat. No. 4,732,847 to Stuart and Stuart et al.Proc. Natl. Acad. Sci. USA  78: 375 1 (1981) describes a method for detecting hybridization of specific nucleic acid sequences on a solid surface containing monoclonal antibodies specific for poly (A) -poly (dT) duplexes. Is described. According to Stuart, annealing of DNA or RNA complementary to the sequence in question forms an RNA: DNA hybrid. Stuart is particularly opposed to the use of polyclonal antibodies because polyclonal antibodies cannot exclude significant binding to single or double stranded nucleic acids. Further, unlike the invention described herein, Stuart does not contemplate the advantages of polyclonal antibodies for very short oligomer arrays on glass or silicon chips. In addition, Stuart does not contemplate microarrays on glass slides or silicon chips, especially high density arrays. Stuart does not disclose binding nucleic acid probes to a solid surface. Instead, Stuart immobilizes the sample polynucleotide on the surface, while the probe (eg, a pre-determined nucleotide sequence) is in the liquid phase. In view of the foregoing, the present invention provides significant benefits and advantages in the field.
[0013]
Boguslawski et al. ,J. et al. Immunol. Methods  89: 123-130 (1986) developed a hybridization assay using isolated anti-hybrid coated polystyrene beads on filters in an attempt to reduce non-specific binding and avoid complex washing methods. A monoclonal antibody specific for the RNA: DNA hybrid secreted by the hybridoma HB8730 is disclosed by Carrico et al. In US Pat. No. 4,833,084. In the Carrico patent, RNA: DNA hybrids formed by specific reannealing of probe polynucleotides and sequences of interest can be detected sensitively and specifically by binding to monoclonal antibodies.
[0014]
By microarray is meant a regular arrangement of discrete biological molecules, including RNA, DNA, proteins, etc., arrayed or immobilized on a solid phase substrate. These microarrays of binders, such as oligonucleotides and probes, have become increasingly important tools in the biotechnology industry and related fields. Microarrays consisting of a large number of binding agents are immobilized on the surface of a solid support in a regular manner or pattern and can be used in a variety of applications including drug screening, nucleic acid screening, mutation analysis, etc. Have been found. Elements as used herein in connection with microarrays include hybridizable nucleic acid sequences, oligonucleotides, primers, probes, and the like, arranged in a distinct and identifiable manner on the surface of the substrate. And / or amino acids apply. Detection of biological molecules through the use of microarrays analyzes large numbers of samples and biological molecules, reducing the amount of sample required for analysis, reducing experimental variability, and reducing sample preparation time There are benefits to letting you verify the results and reduce the cost of such analysis.
[0015]
Currently, the primary use of microarrays is to measure gene expression in biological samples. Gene expression measurements include the detection of the presence or absence of mRNA, or the measurement of an increase or decrease in mRNA concentration. However, in order to detect hybridization in the usual way and to measure gene expression, the sample must first be purified and labeled. Common techniques for purifying and labeling samples are: 1) RNA amplification, labeling and hybridization, and 2) cDNA labeling and hybridization. The amplified portion of the first technique is described by Van Gelder et al. In US Pat. Nos. 5,716,785 and 5,891,636, published in 1998 and 1999, respectively. Highly purified total RNA or mRNA is used, which is an expensive and time consuming method. Oligo-dT primers are also used to reverse transcribe poly-A tailed mRNA into antisense single stranded cDNA. Oligo-dT further contains a sequence for T7 RNA polymerase at the 5 start end of the dT sequence. After reverse transcription, a combination of RNAase H, DNA ligase and DNA polymerase is used to generate double stranded cDNA. Since the original RT primer contained the T7 RNA polymerase promoter, the double stranded cDNA contained the complete T7 RNA promoter. The double stranded cDNA is then used as a template for T7 RNA polymerase. Approximately 100-1000 additional copies of RNA are generated from each copy of the cDNA. During the transcription process, labeled nucleotides are incorporated into the transcribed RNA. The labeled RNA is then hybridized to a DNA microarray to form a labeled RNA: DNA hybrid. The fluorescent label will be detected directly, while the indirect label will be detected after reaction with the second binding agent.
[0016]
The second sample preparation technique produces and measures labeled cDNA. In this technique, total RNA and mRNA are purified from biological samples. Oligo-dT primers are used to reverse transcribe poly-A tailed mRNA into antisense single stranded cDNA. During the reverse transcription process, labeled nucleotides are incorporated into the DNA strand to be generated. After synthesis, the RNA strand is destroyed. The labeled cDNA strand is then hybridized to the microarray. If the nucleotide is fluorescently labeled, the hybrid is directly visualized with a fluorescent array scanner. If the nucleotide is labeled with biotin, the microarray is first reacted with labeled streptavidin and then scanned.
[0017]
The disadvantages of both these techniques are several times higher. First, both require large amounts of highly purified nucleic acid (ie, RNA or DNA). Purification is time consuming and requires laborious additional steps. In addition, these techniques are inaccurate. Reverse transcription occurs at different efficiencies and kinetic rates depending on the nucleic acid sequence, artificially changing the concentration of a particular nucleic acid sequence. Prokaryotic mRNA and some eukaryotic mRNAs do not contain a poly A sequence or tail at the 3 start end, or the poly A tail is degraded during purification and thus sequences for initiating the reverse transcription step Is not present and cannot be labeled or detected with current technology. Current technology is therefore limited to sample types that can be used for detection. These methodologies also include labeled nucleotides. Incorporation of labeled nucleic acid into unlabeled nucleic acid occurs at a lower efficiency and slower rate than natural nucleotides. Once again, the label will be incorporated with different efficiencies depending on the sequence. Thus, the label density is different between different sequences and artificially changes the amount of these nucleic acids measured. Therefore, quantification is only relative. Labeled nucleic acids also exhibit hybridization kinetics that differ from natural nucleic acids and usually reduce their specificity. In addition, the method will require higher stringency hybridization conditions than unmodified nucleotides to achieve the same level of specificity. However, the use of higher stringency conditions to achieve acceptable specificity will reduce the sensitivity of detection. Thus, biological molecules (DNA) that are accurate, both time and cost efficient, and that can screen one or more sample biological molecules with higher sensitivity and minimal non-specific binding. There is a need for assays for the detection and quantitative analysis of RNA, proteins, etc.).
[0018]
Therefore, one or more biological molecules (including RNA, DNA or protein) that are easy to use for screening biological molecules, highly specific, accurate, and sensitive It would be useful to have a method for detecting and measuring (but not limited to).
[0019]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide an assay that detects and quantifies the absence or presence of a biological molecule (including but not limited to RNA, DNA or protein).
[0020]
It is also an object of the present invention to provide a method for detecting an RNA: DNA hybrid comprising a first specific target biological molecule and a second biological probe in a sample.
[0021]
It is also an object of the present invention to provide a sensitive and quantitative assay with minimal false positives.
It is a further object of the invention to provide an assay for high volume, parallel screening.
[0022]
Summary of invention
Hybridizing a biomolecule with a complementary biomolecular probe to form a double stranded hybrid, followed by an antibody or other entity that is detectable and specifically recognizes an RNA: DNA hybrid, Assays have been disclosed for detecting and measuring biological molecules of interest, including RNA, DNA, proteins, etc., by immunological detection of these double-stranded hybrids formed on a solid phase . This method is used to detect the presence of one or more specific biological molecules present in various samples.
[0023]
The present invention provides a method for simultaneously monitoring (eg, detecting and quantifying the amount) of multiple biological molecules.
The present invention relates to assays for detecting RNA: DNA hybrids that use detectably labeled entities that are specific for recognizing RNA: DNA hybrids. Preferably, the entity is a detectably labeled RNA: DNA hybrid-specific antibody or fragment thereof. The antibody used to detect the RNA: DNA hybrid may be monoclonal or polyclonal, but is preferably polyclonal for the detection of short biological molecular probes having a length of less than 30 bases. .
[0024]
The invention also relates to assays that use the microarrays of the invention to determine physiological responses such as by gene expression, polymorphic mutation detection, or SNP analysis. The method is used to detect any and all genotypic variations, including insertion or deletion mutations.
[0025]
The present invention further relates to assays that utilize reverse transcription to extend short biological molecules, thereby facilitating detection of RNA: DNA hybrids. Preferably, the reverse transcriptase is thermostable and lacks RNAase H function.
[0026]
The invention further relates to a kit for detecting and quantifying biological molecules, wherein the kit is used to screen a sample with a number of targets described herein according to the invention.
Detailed Description of the Invention
Assays and kits for the detection and quantification of one or more target biomolecules in one or more samples are provided. In general, but not limited to, test samples consisting of biological molecules such as RNA, DNA, proteins, etc. are collected and hybridized directly or indirectly to nucleic acid probes specific to the target biological molecule bound to a solid phase. Soybeans. Non-hybridized nucleic acid sequences are preferably removed by washing. Hybridization is then detected by reaction with an RNA: DNA hybrid antibody labeled directly or indirectly with a detectable label and / or by a labeled nucleic acid sequence complementary to the bound nucleic acid probe sequence. Detected.
[0027]
In one embodiment of the present invention, preferably using a oligonucleotide or other nucleic acid spotted or bound to a solid phase, a specific nucleic acid of a sample is hybridized to a complementary nucleic acid probe to form a double-stranded RNA. : Forms a DNA hybrid. Any entity that specifically recognizes RNA: DNA hybrids, preferably antibodies or fragments thereof specific for RNA: DNA hybrids, may be used for detection and measurement.
[0028]
The present invention also utilizes short biomolecules, preferably primers or probes immobilized on a solid phase. Preferably, the primer is extended using a reverse transcriptase lacking RNAseH function, and an entity that specifically binds to an RNA: DNA hybrid specific antibody, RNA: DNA hybrid antibody fragment, or RNA: DNA hybrid is more effective. It would be desirable to be able to bind and be detected.
[0029]
A further aspect of the invention encompasses three biomolecules, all of which are preferably nucleic acids. A first sample biomolecule hybridizes to a complementary second biomolecule, preferably a probe, and simultaneously or sequentially, a second nucleic acid hybridizes to a third nucleic acid, wherein the nucleic acid One of them is immobilized on a solid phase, and the formed RNA: DNA hybrid is detected by an entity specific for the RNA: DNA hybrid.
[0030]
In a further aspect of the invention, an immobilized biomolecule, preferably consisting of a protein, binds to a sample biomolecule, preferably a nucleic acid, and is specific for an RNA: DNA hybrid if the nucleic acid is an RNA: DNA hybrid. It may be detected by a typical existence. For example, DNA may bind to the DNA binding site of the immobilized protein, where the DNA portion of the protein-DNA complex may be hybridized to RNA. In a similar manner, the immobilized protein may bind to RNA, where the RNA portion of the protein-RNA complex may bind to DNA. The resulting RNA: DNA hybrid may be detected by an entity specific for the RNA: DNA hybrid, such as an RNA: DNA hybrid specific antibody or fragment thereof.
[0031]
The present invention provides a significant effect on the art in the use of microarrays. Because either crude or purified samples may be used, the sample preparation method of the present invention is simplified and allows more accurate detection and measurement of biomolecules. Also, the biological sample need not be directly labeled for detection and measurement, avoiding the interference attributed to the label. The present invention provides a very sensitive method for detecting and measuring biomolecules, since very high label densities may be obtained by utilizing entities that bind to RNA: DNA hybrids. Such sensitive sensitivity reduces the amount of sample required for analysis. Unlike other methods, the present invention will measure prokaryotic and some eukaryotic mRNAs that lack a poly A tail or have been degraded after purification.
[0032]
Another advantage of the present invention is that reverse transcriptase is not required, but may be used if desired to increase sensitivity. One of the most effective aspects of the present invention is the direct quantification of biomolecules. Unlike other conventional techniques that quantify RNA only relatively, such as the two-color comparison method, the present invention utilizes a direct approach to interpret the results and a simplified analysis of biomolecules. In addition, the present invention allows simultaneous analysis of multiple biomolecules due to its simplified sampling method. Thus, the present invention allows for a more direct interpretation and simplification of the results.
[0033]
As used herein, a “probe” or “nucleic acid probe” as used herein is defined as a collection of one or more nucleic acids or nucleic acid-like fragments that will be detected for hybridization to a second nucleic acid. Is done. This probe will be unlabeled or labeled as described below and binding to the second nucleic acid will be detected. Probes may be made from nucleic acid sources from one or more specific parts of the genome, which may be well known or unknown, such as one or more clones, isolated whole chromosomes or chromosome fragments, polymerase chain reaction (PCR) ) A collection of amplification products, or a synthetic nucleic acid or PNA molecule. Or the probe may consist of random, semi-random, or targeted sequences. The probe may be processed in some way, for example by repeated blocking or removal of nucleic acids, or by addition of specific nucleic acids. Thus, the term “probe” as used herein refers not only to a detectable nucleic acid, but also to a detectable nucleic acid that is in a form that is applied to a target, eg, by blocking the nucleic acid. Used as a thing. This blocking nucleic acid will also be mentioned separately. What the “probe” specifically points to is clear from the context in which this word is used. In the context of use as a starting point for polymerization, ie for transcription or replication, the probe will also function as a primer.
[0034]
The probe may be an isolated nucleic acid immobilized on a solid surface. In some embodiments, the probe may be a member of a microarray of nucleic acids as described, for example, in WO 96/17958. Techniques that can produce high density microarrays are also used for this purpose (see Foder et al. Science 767-773 (1991) and US Pat. No. 5,143,854, Pirrung, M.C.). The probe may be deposited as an element on the reaction substrate to interrogate the target molecule and may be directly or indirectly labeled.
[0035]
The disclosed assay of the present invention may be used to detect and quantify any biomolecule or combination of biomolecules in a sample, where “biological molecules” used interchangeably herein. "And" biomolecule "refer to nucleic acids, amino acids, analogs, peptides, antibodies, and the like, as defined herein. “Nucleic acid” refers to deoxyribonucleotides or ribonucleotides and polymers thereof, including but not limited to those derived from cells or tissues of synthesis or higher organisms such as bacteria, yeast, viruses, and plants and animals, It may be from any source and, unless otherwise limited, may include known analogs of natural nucleotides that will function in a manner similar to naturally occurring nucleotides. Peptide nucleic acids (PNAs) are also encompassed within the term nucleic acid.
[0036]
Further, herein, “nucleic acid” is defined as a single or double stranded nucleic acid ranging from 2 to about 10,000 bases in length. As used herein, “nucleic acid” refers to oligonucleotide, cDNA, mRNA, amplicon, plasmid, and the like. An “oligonucleotide” is one desired nucleic acid probe, consisting of at least 6 to about 60 bases, preferably about 15 to 30 bases, more preferably about 20 to 25 bases, and is suitable for PCR amplification, hybridization assays, and microarrays. May be used. As used herein, an oligonucleotide is substantially equivalent to the terms “amplimer” and “oligomer” as conventionally defined in the art, and as used herein “primer” and Will be used as a “probe”.
[0037]
Also, unless otherwise stated, this term includes well-known analogs of natural nucleotides that have similar binding properties as standard nucleic acids and are metabolized in a manner similar to naturally occurring nucleotides. Includes nucleic acids. In addition, a particular nucleic acid sequence implicitly includes conservatively modified variants thereof (eg, degenerate codon substitutions) and complementary sequences as well as explicitly indicated sequences.
[0038]
Nucleic acid sequences for detection, referred to herein as nucleic acid molecules of interest or target nucleic acid molecules, are selected based on the need and purpose of detection. The In general, the nucleic acid molecules of interest may be selected based on well-known measures for selection of nucleic acid sequences for detection. For example, certain nucleic acid molecules may be associated with pathogens, disease states or predispositions, and detection of such nucleic acid molecules will have diagnostic value. For example, mRNA specific for cancer cells or normal cells will be detected. Further, by the methods disclosed herein, but not limited to, biological molecules consisting of proteins, peptides, primers, and DNA or RNA molecules, produced by other biological or chemical methods (CAR, NASBA It also enables detection of molecules (such as those produced by Nucleic acid detection also includes mutations, deletions, single nucleotide polymorphism insertions, and other polymorphism detections.
[0039]
“Sample” or “target sample” is used interchangeably herein, but is defined in the broadest sense and includes, but is not limited to, nucleic acids, amino acids, proteins, peptides, etc. Includes both biological material and synthetic material of biological molecules, including total genomic DNA, total RNA, eg genomic DNA or mRNA from chromosomes, or selected sequences within specific amplicons or deletions (eg specific A promoter, gene, amplification or restriction fragment, cDNA, etc.). One embodiment of the present invention is to detect either the presence or absence of a target nucleic acid sample and measure the amount of sample to be quantified. The term “target nucleic acid” refers to a specific subsequence of the larger nucleic acid to which the probe is directed, or the entire sequence (eg, gene or mRNA) at a level for detection, quantification, and presence or absence. You may point to what is needed. The difference in its use will become clear from the context.
[0040]
Biomolecular samples may be extracted from specific cells or tissues. Tissue samples from which biomolecules are prepared are typically taken from patients suspected of suffering from a disease associated with the detected amplification or deletion. In some cases, biological molecules, such as nucleic acids, may be amplified prior to hybridization using standard techniques such as PCR. Such special use of the term “nucleic acid sample” will be readily apparent to those skilled in the art from the context in which the term is used. For example, the nucleic acid sample may be a tissue extract or cell lysate sample prepared by methods well known to those skilled in the art. The sample is prepared such that the biological molecule of interest is released from the cell and is available for hybridization.
[0041]
Also, the sample for the methods disclosed in the present invention may be from any source that contains or will contain nucleic acids. The source of the nucleic acid may be in purified or unpurified form. A preferred type of sample or sample source suitable for use in the disclosed methods is a sample as known or identified as a sample suitable for use in other methods of nucleic acid detection. Many such samples are known. For example, the sample may be from an agricultural or food product, or may be a human or veterinary clinical specimen. The sample may be a biological fluid such as plasma, serum, blood, urine, sputum, cell lysate and the like. Samples will include bacteria, yeast, viruses and cells or tissues of higher organisms such as plants and animals that are likely to have the biological molecule of interest. Methods for extraction and / or purification of nucleic acids, eg RNA, are described by Maniatis et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual (New York, Cold Spring Harbor Laboratory, 1982).
[0042]
Since the sample may be in a crude or unpurified state, sample preparation or processing is simplified. Accurate expression detection and quantification is achieved by using a sample that is in a more natural state. Furthermore, unlike other techniques that require the presence of a poly A sequence to initiate the reverse transcriptase process to label and detect the sample, the present invention can be used to detect prokaryotic mRNA and poly A tails. 'Eukaryotic mRNA without end can be measured.
[0043]
The target biological molecule used in the disclosed methods can be of various origins, and can be either natural or synthetic. For example, various RNAs include messenger RNA, ribosomal RNA, nucleolar RNA, transfer RNA, viral RNA and heteronuclear RNA, total genomic DNA, cDNA, protein, peptide, and the like. Furthermore, the whole natural substance or a fragment thereof may be used.
[0044]
As solid phase or solid support, natural fibers such as plastic, resin, polysaccharide, silica or silica-based material, functionalized glass, modified silicon, carbon, metal, inorganic glass, membrane, nylon, silk, wool and cotton As well as polymers, but is not limited thereto. The solid phase or solid support may be either porous or nonporous. In some embodiments, the material comprising the solid support has reactive groups such as carboxy, amino, hydroxy, etc., and these reactive groups are used for covalent or non-covalent bonding of the probe. Suitable polymers include polystyrene, polyethylene glycol terephthalate, polyvinyl acetate, polyvinyl chloride, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene, butyl rubber, styrene butadiene rubber, natural rubber, polyethylene, polypropylene, ( Examples include, but are not limited to, poly) tetrafluoroethylene, (poly) vinylidene fluoride, polycarbonate, and polymethylpentene. Suitable polymers include those outlined in US Pat. No. 5,427,779 (Elsner, H. et al., Which is hereby incorporated by reference). Solid phases and solid supports include, but are not limited to, any solid material that can bind or attach probes, primers, oligonucleotides, proteins, peptides, and the like. The solid phase and solid support can take any useful shape, such as thin films or membranes, beads, bottles, microwell plates, petri dishes, glass slides, fibers, woven fabrics, molded polymers, particles, chips and A micro particle is mentioned. Preferred substrate shapes for the solid phase are microtiter petri dishes, silicon chips, glass slides, and tagged beads.
[0045]
In normal applications where the molecule is covalently bonded to the solid substrate surface, the surface may be activated using a variety of reactive functional groups depending on the nature of the binding component and the nature of the solid substrate surface. Therefore, if necessary, a functional group may be introduced to modify the surface of the solid phase substrate, and then the functional group may be reacted with the binding component.
[0046]
A “microarray” comprises a plurality of different biological molecules such as cDNA, amplicon, plasmid, protein, peptide, etc. The plurality means at least two different biological molecules, The target molecules are immobilized on the solid phase in a matrix or structure. Theoretically, only one component may be required, but in preferred embodiments it will be at least 10, more typically at least 20, often at least 50, preferably more than 100, even more than 1,000, but generally Is about 10FourHereinafter, more generally, there are about 100,000 or less components, and preferably about 10 to 10,000 components are immobilized on a solid phase or a solid support. Theoretically, the number of different components is 10 because it can specifically have a small amount in a limited area of designation.FiveHowever, it is generally not necessary to exceed 100,000, and such a large number of different components only complicates the preparation of the microarray. The number of components immobilized on the solid phase is usually 10FiveEach addressable depending on the nature of the binding component, the source of the signal, the nature of the signal to be detected, the sensitivity of the signal detection, the nature of the microarray (microarray size, etc.), the microarray manufacturing method, etc. The number of sites can increase substantially. Thus, microarrays are preferably used for “large-scale parallel screening”, as used herein to simultaneously screen for hybridization of at least 10, preferably about 1,000, more preferably about 10,000 different biological molecules. Describe.
[0047]
A preferred form of microarray includes 1-10, 10-100, most preferably over 100 different nucleic acids (preferably oligonucleotides, primers, etc.), as described herein, in small dots or elements. Arrays include deposited, spot or synthesized spot-like arrays. These nucleic acids deposited, spotted or synthesized on the solid phase are referred to as “elements” in the present invention. Typically, the element is less than about 1 mm in diameter. Usually, the size of the element is from 1 μm to about 5 mm, preferably from about 1 μm to about 1 mm. Nucleic acid primers used in the disclosed method can be synthesized using pre-made oligonucleotide synthesis methods. Such methods include standard enzymatic digestion followed by isolation of nucleotide fragments (eg, Sambrook et al., Molecular cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition (Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989) (see Chapters 5 and 6)) using a Milligen or Beckman System 1 Plus DNA synthesizer (eg, model 8700 automated synthesizer or ABI model 380B from Milligen-Biosearch, Burlington, MA). There are various methods up to a simple synthesis method such as a phosphoramidite method. Synthetic methods useful for making oligonucleotides include Ikuta et al. (Ann. Rev. Biochem. 53: 323-356 (1984); phosphotriester and phosphite triester methods) and Narang et al. (Methods Enzymol , 65: 610-620 (1980); phosphotriester method).
[0048]
Another shape of the microarray is a three-dimensional array, for example, an array of color coded beads (Luminex; Austin, TX) and an array of beads with high frequency tags (PharmaSeq; Monmouth Junction, NJ). The three-dimensional microarray used in the present invention is an arbitrary solid phase having three dimensions, and each microarray has a plurality of different biological molecules (preferably nucleic acid primers) bound to the surface. Therefore, each nucleic acid primer sequence can be identified from the position of each primer on the solid phase microarray. The disclosed assay procedure may be utilized. For example, a three-dimensional microarray including a plurality of nucleic acid primers may be mixed with the target nucleic acid. If the primers are short, these molecules can be extended with a polymerase (e.g., reverse transcriptase, etc.) to produce an RNA: DNA hybrid specific material (e.g., antibodies and antibody fragments, etc.) as described herein. ) May be desirable. By capturing the antibody on the solid phase, the primer of the solid phase microarray in which the RNA: DNA hybrid is formed can be separated from the primer in which the hybrid is not formed. Subsequently, a substance specific to the RNA: DNA hybrid may be detected to identify the primer. Many other assay schemes can also be used in the disclosed methods.
[0049]
Microarrays have been proposed as a format suitable for miniaturization of assays that detect and measure RNA, DNA, proteins, etc., for example in applications to gene expression, mutation and polymorphism analysis, SNP, detection of genetic variation, etc. It is a thing. Microarrays allow levels of tens to thousands of genes or genetic variations (eg, SNPs) to be measured from a single sample on a single device. A disadvantage of conventional microarray methods is that the biological molecule to be measured (preferably a nucleic acid (RNA or DNA)) must first be labeled, and this step can be performed by one nucleic acid being another nucleic acid (e.g. This is often done by converting RNA into labeled DNA), which allows biological molecules to be detected and measured.
[0050]
Preferably, in the present invention, a “nucleic acid” in which a plurality of nucleic acid sequences such as (but not limited to) DNA, RNA, amplicon, plasmid, etc., as defined herein, are immobilized on a solid support. A “microarray” is used to hybridize complementary target nucleic acids. Microarray nucleic acids include, for example, specific genes or clone-derived sequences, probes, primers, or oligonucleotides bound to a porous or nonporous solid phase or solid support. Various sizes of nucleic acids can be used in the microarrays of the present invention.
[0051]
The nucleic acid can be bound to a solid support or substrate. Such a microarray is a solid support on which a plurality of different nucleic acids are bound or attached in an array, grid, or other organized pattern. A “nucleic acid microarray” preferably comprises an array of nucleic acid sequence strands arranged on a silicon chip, glass slide or other solid support for detection and measurement such as gene expression, mutation and polymorphism analysis. Have a wide range of uses. Several methods are available for preparing nucleic acid microarrays. The nucleic acid sequence strand can be non-covalently or covalently bound to the solid phase substrate by passive or chemical coupling methods. Another approach utilizes synthetic methods to construct nucleic acid molecules directly on the substrate surface. A simpler but more restrictive approach is to prepare a labeled nucleic acid sequence and then bind the labeled nucleic acid sequence to a substrate previously coated with a binding partner.
[0052]
Alternatively, protein and / or peptide elements can be bound to a solid support or substrate in an organized pattern. A nucleic acid, protein, peptide, and / or nucleic acid hybrid may be bound to such an immobilized protein element. Detection is performed using a substance (for example, antibody or antibody fragment) specific to RNA: DNA hybrid. When the immobilized protein or peptide binds to the RNA: DNA hybrid, the RNA: DNA hybrid portion of the protein-hybrid complex can be detected using a substance specific for the RNA: DNA hybrid. When the immobilized protein binds to DNA, the DNA portion of the protein-DNA complex can be hybridized to RNA to form an RNA: DNA hybrid. When the immobilized protein binds to RNA, the RNA portion of the protein-RNA complex may be hybridized to DNA to form an RNA: DNA hybrid. RNA: DNA hybrids can be detected using substances specific for RNA: DNA hybrids (eg, RNA: DNA hybrid specific antibodies or fragments thereof).
[0053]
A “hybrid” is a double-stranded nucleic acid consisting of RNA or DNA. The double helix is either DNA: DNA, RNA: RNA, or RNA: DNA, and may contain artificial nucleotides. An RNA homoduplex is a base-paired double-stranded RNA. An RNA: DNA heteroduplex consists of an RNA strand and a strand containing DNA nucleotide monomers. The double helix may be double-stranded as a whole or a part of it may be double-stranded. Typically, at least 10 bases of the double helix are double stranded. Expressions such as `` specifically hybridize '' or `` specific hybridization '' or `` selectively hybridize '' refer to nucleic acid molecules that are complex mixtures (e.g., under stringent conditions) Whole cell) Refers to preferential binding, duplexing, or hybridizing to a specific nucleotide sequence present in DNA or RNA.
[0054]
The nucleic acid probe immobilized on the solid phase substrate can localize the formation of RNA: DNA hybrids on the substrate. Such localization provides a convenient means of washing away reaction components that may interfere with subsequent detection steps and a convenient method of simultaneously assaying multiple different target nucleic acid sequences. RNA: DNA hybrids can be formed separately at each site where different primers are attached. To immobilize the probe to form a solid phase microarray of biological molecules, the methods described herein may be used.
[0055]
“Entity” as defined herein refers to any molecule that specifically recognizes an RNA: DNA hybrid. Examples of substances that can recognize RNA: DNA hybrids include, but are not limited to, chimeric antibodies, natural or genetically engineered proteins or nucleic acids that specifically bind to RNA: DNA hybrids.
[0056]
One preferred embodiment of the substance is an “antibody”. In the present invention, antibodies are used in the broadest sense, and whole intact antibodies, antibody fragments, recombinant antibodies, chimeric antibodies, multifunctional antibody aggregates, or antibody binding sites having the characteristics described herein In general, any antibody derivative containing at least one or other substance. Preferably, in the present invention, these substances are those that specifically detect and specifically bind RNA: DNA hybrids. Antibodies of any known class and subclass of immunoglobulins (e.g. IgG, IgM etc.) and active fragments such as IgG fragments known as Fab, F (ab ') and F (ab') 2 Is intended. Antibodies may include monoclonal antibodies (including agonists, antagonists, and neutralizing antibodies) that bind to specific epitopes as well as polyclonal antibodies with polyepitope specificity, or other substances.
[0057]
Any antibody or substance specific for double stranded RNA: DNA hybrids may be used to directly detect the hybrids of the invention. In the present invention, polyclonal antibodies are preferred in embodiments where antibodies are used to detect short nucleic acid sequences, preferably nucleic acid sequences of less than 30 bases in length.
[0058]
The antibody used to detect the RNA: DNA hybrid may be either a monoclonal antibody or a polyclonal antibody. It may be advantageous to use a mixture of monoclonal and polyclonal antibodies. Furthermore, the present invention encompasses the use of polyclonal or monoclonal antibodies that are specifically designed to have specific binding properties. For example, if a monoclonal or polyclonal antibody that specifically binds to a very short RNA chain (less than 20 base pairs) is prepared, it can be used to detect a very short RNA: DNA hybrid. In addition, monoclonal or polyclonal antibodies that are sensitive or insensitive to mismatches in RNA: DNA hybrids may be generated. Antibodies that are sensitive to mismatches in RNA: DNA hybrids have particular utility in detecting genetic variation, while antibodies that are less sensitive to mismatches in RNA: DNA hybrids are identified Used for the detection and quantification of this class of nucleic acids. Other antibodies that specifically detect nucleic acid triple helices (DNA: RNA: DNA or RNA: DNA: RNA) or DNA: PNA or RNA: PNA hybrids (where PNA is defined as peptide nucleic acid in the present invention) It can be used.
[0059]
Polyclonal antibodies to RNA: DNA hybrids can be obtained by injecting an appropriate laboratory animal with an effective amount of a peptide or antigen component, collecting serum from the animal, and isolating specific serum by any of the known immunoadsorption methods. Prepare. Animals that can be readily used to make polyclonal RNA: DNA hybrid antibodies include chickens, mice, rabbits, rats, goats, horses and the like. In a preferred embodiment of the assay of the present invention, polyclonal RNA: DNA hybrid antibodies are derived from goats immunized with RNA: DNA hybrids. Hybrid specific antibodies are purified from goat serum by affinity purification on RNA: DNA hybrids immobilized on a solid support.
[0060]
A monoclonal antibody prepared by a conventional method may be used in place of the polyclonal antibody. A variety of methods can be used to obtain appropriate antibodies specific for RNA: DNA hybrids (e.g., U.S. Pat.Nos. 4,833,084 (Carrico), 4,732,847 (Stuart et al.) And Stuart et al). , Proc. Natl. Acad. Sci. USA 78: 3751 (1981)). Monoclonal antibodies specific for RNA: DNA hybrids secreted by the hybridoma HB8730 are disclosed in US Pat. No. 4,833,084 (Carrico). Preferably, according to the present invention, monoclonal antibodies are used to detect nucleic acids longer than 30 bases.
[0061]
Isolation of anti-RNA: DNA hybridomas has improved assay development for genetic mutations associated with specific defects and detection of bacterial and viral infections. However, assays using such RNA: DNA hybrid specific monoclonal antibodies often result in high levels of non-specific binding leading to false positive results. Boguslawski et al., J. Immunol. Methods 89: 123-130 (1986) uses anti-hybrid coated polystyrene beads separated on filter paper to reduce non-specific binding and avoid cumbersome washing procedures. Hybridization assays have been developed for use.
[0062]
  Preferred antibodies to RNA: DNA hybrids were issued by the method of Kitawaga, Y. and Stollar, BD (Mol. Lmmunology 19: 413-420 (1982)) or on March 22, 1988 to Stuart et al. According to the method described in US Pat. No. 4,732,847Be prepared.
[0063]
Identification of the presence of hybrids can be accomplished by using either polyclonal or monoclonal antibodies, or using other units specific for RNA: DNA hybrid complexes. Detection can be accomplished by labeling any of the antibodies specific for the hybrid RNA: DNA complex or by using a labeled antibody that binds to the anticomplex. For example, if the antibody is derived from a mouse, any anti-complex (eg, an antibody against the murine antibody, eg, rabbit anti- (mouse IgG)) bound to the complex that binds to the solid support. anticomplex) can be combined.
[0064]
A wide variety of labels were used in other environments where they could be applied here. One of the more common labels is a radionuclide that can be used by autoradiography to visualize the binding region. Another label is a fluorescent agent such as fluorescein, mercocyanin, or rhodamine, and the presence of fluorescence can be monitored by irradiating it with excitation light. Alternatively, an enzyme can be used that results in a product that can be detected and localized in the region of the enzyme. Detection can be performed using multiple dyes or metals that can be reduced. Common enzymes include horseradish peroxidase, glucose oxidase, galactosidase, alkaline phosphatase and the like. The method of observing a particular label or detectable signal is not essential to the present invention. By using antibodies against the anticomplex, a number of labels associated with specific binding of the anticomplex to the complex can be greatly amplified.
[0065]
In order to facilitate detection of the resulting binding of antibodies to hybrids or other units specific to double-stranded hybrids to hybrids, the antibodies are usually labeled with detectable chemical groups. Can do. Examples of detectable chemical groups that can function as labels include enzymatically active groups such as coenzymes, enzyme substrates, enzyme inhibitors and enzymes themselves, fluorescent agents, chromophores, luminescers A specifically bindable ligand, such as biotin or a hapten, detectable by the binding of labeled avidin or labeled hapten, and a radioisotope.
[0066]
In order for complete hybridization to occur, optimal conditions are required to form a double-stranded hybrid. The term “stringent conditions” refers to conditions under which a probe can selectively hybridize to a complementary sequence but is weaker or not hybridize to other sequences. Complementarity between two single stranded molecules may be “partial”, in which case only some of the nucleic acids bind, or total complementarity exists between single stranded molecules In some cases it may be complete. The degree of complementarity between nucleic acid strands has a significant effect on the efficiency and strength of hybridization between nucleic acid strands. This is particularly important during amplification reactions that rely on binding between nucleic acid strands and in the design and use of PNA molecules. For example, in the context of nucleic acid hybridization experiments such as Southern hybridization and Northern hybridization, “stringent hybridization” and “stringent hybridization wash conditions” are sequence-dependent and are subject to different environmental parameters. And different. For further guidance on nucleic acid hybridization, see Tijssen ((1993) Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology--Hybridization with Nucleic Acids Propbe part 1 chapter 2. “Overview of principles of hybridization and the strategy of nucleic acids propbe assays”, Elsevier , NY).
[0067]
“Substantially binding” refers to complementary hybridization between a probe nucleic acid and a target nucleic acid, and can be applied by reducing the stringency of the hybridization medium to produce a cDNA, amplicon. Including minor mismatches that can achieve the desired detection of target polynucleotide sequences hybridized to the bound oligonucleotide sequence, including plasmids and the like.
[0068]
Hybridization of the probe nucleic acid to the nucleic acid molecule of interest can be carried out under any suitable condition, and is preferably preferred for hybridization and can be carried out under conditions that form a double-stranded hybrid. See, for example, Sambrook et al. (Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd Edition (Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y., 1989)).
[0069]
For example, in one aspect of the invention, a primer is required to initiate reverse transcription. A “primer” is defined herein as a nucleic acid molecule that can anneal to a DNA or RNA template molecule and function as a starting point for nucleic acid synthesis. Custom primers are generally synthetic oligonucleotides, including cDNAs, amplicons, plasmids, etc., but naturally occurring nucleotides also function as primers both in vitro and in vivo. In vitro use of primers includes, for example, DNA synthesis, Sanger dideoxy sequencing, and PCR.
[0070]
This particular embodiment requires a nucleic acid “template” of interest in order to identify the target nucleic acid of interest once a target nucleic acid sample has been obtained. Here, as used interchangeably herein, a “nucleic acid template” or “template” is defined as a polynucleotide sequence from which information is read to directly synthesize another macromolecule. For example, this may refer to a DNA strand that is copied during DNA synthesis or RNA transcription, or an RNA strand that is copied during reverse transcription.
[0071]
The primer of the disclosed method may be an oligonucleotide, cDNA, amplicon, plasmid, or the like, and may be either RNA or DNA having a sequence complementary to a region on the target nucleic acid molecule. As used herein, the complementary sequence of a primer refers to the “complementary portion”. As used herein, a region on a target nucleic acid molecule of interest that is complementary to a primer is referred to as a “primer complementary region”. The primer complement region of the target nucleic acid molecule of interest may be any region of the target molecule of interest. For embodiments of the assay of the invention that use reverse transcriptase, a preferred format includes a primer complement region of the target nucleic acid molecule that is somewhat away from the 5 ′ end of the template nucleic acid molecule. This obtains a longer region of the nucleic acid template between the primer hybridization site and the end of the template nucleic acid molecule, thereby amplifying the amount of RNA: DNA hybrid to be detected.
[0072]
In general, the primer complement region of the nucleic acid molecule of interest is selected based on a known classification for selecting a nucleic acid sequence for detection. For example, in order to detect a particular nucleic acid molecule from among other nucleic acid molecules, it is preferred that the primer complement region be characteristic of or unique to the target nucleic acid molecule of interest. Where it is desired that any class of RNA molecule be detected, the primer complement region is preferably selected to have a sequence that is identical or substantially identical to all of the target nucleic acid molecules of interest. Once the primer complement region is selected, the primer sequence is designed or selected to be complementary to the selected primer complement region of the molecule of interest. Any nucleic acid molecule whose sequence is known or from which the sequence can be derived can be detected using the disclosed methods.
[0073]
In the method of the present invention, the complementary portion of the primer has a length that supports specific and stable hybridization between the primer and the primer complement region. Generally, the primers of the present invention comprise 10 to 100 nucleotides, but preferably 15 to 30 nucleotides.
[0074]
The ability to characterize an individual by its genome depends on the genetic variability of the genetic information. A DNA sequence that encodes the required protein is well conserved across species, but does not have non-coding DNA regions or essential functions, and thus complete conservation of the nucleic acid sequence is not strongly selected There is a DNA region that encodes this part. These variable regions are identified by genetic markers. Typically, genetic markers are bound by probes such as oligonucleotides or amplicons that specifically bind to unique variable regions of the genome. In some cases, the presence or absence of binding to a genetic marker identifies an individual by the individual's unique nucleic acid sequence. In other cases, the marker binds to the nucleic acid sequence of all individuals, but the individual is identified by the location in the genome that is bound by the marker probe. Major causes of genetic variability are additions, deletions, or point mutations, recombination, and transposable components in the individual's genome in plant populations. The present invention can be used for detection and measurement of genotypic variation. For example, polymorphisms such as SNPs represented by different sequences can be detected.
[0075]
In general, the assay of the present invention involves the following steps:
1. By spotting or synthesizing biomolecular probes, or biomolecular probes against a solid phase via standard chemical techniques, a solid substrate (eg, plate, slide, well, dish, bead, particle, Preparing microarrays of probes that are bound to cups, strands, chips, and strips, both porous and non-porous;
2. Add a target sample containing the first biological molecule of interest to the immobilized second biomolecular probe and form an RNA: DNA hybrid;
3. adding a detectable unit specific for RNA: DNA hybrids (including RNA: DNA hybrid-specific antibodies or fragments thereof);
4. Detect units bound to immobilized RNA: DNA hybrids.
[0076]
Another aspect of the invention involves the following steps:
1. By spotting or synthesizing biomolecular probes, or biomolecular probes against a solid phase via standard chemical techniques, a solid substrate (eg, plate, slide, well, dish, bead, particle, Preparing microarrays of probes that are bound to cups, strands, chips, and strips, both porous and non-porous;
2. Add a target sample containing the first biological molecule of interest to the immobilized second biomolecular probe and form an RNA: DNA hybrid;
3. Add reverse transcriptase, preferably lacking RNAse H function and thermostability;
4. Incubate under conditions that promote reverse transcription to extend the sequence, thus forming a very long RNA: DNA hybrid and enhancing antibody detection;
5. adding a detectable unit specific for the RNA: DNA hybrid (including RNA: DNA hybrid-specific antibody or fragment thereof);
6. Detect units bound to immobilized RNA: DNA hybrids.
[0077]
A further aspect of the invention includes the following steps:
1. By spotting or synthesizing biomolecular probes, or biomolecular probes against a solid phase via standard chemical techniques, a solid substrate (eg, plate, slide, well, dish, bead, particle, Preparing microarrays of probes that are bound to cups, strands, chips, and strips, both porous and non-porous;
2. adding a target sample containing the first biological molecule of interest to the second and third unbound biomolecular probes bound to the microarray;
3. hybridizing the first target biological molecule with the complementary region of the third biomolecular probe;
4. hybridizing the immobilized second biomolecule probe to a complementary region of the third biomolecule probe that has not hybridized;
5. adding a detectable unit specific for the RNA: DNA hybrid (including RNA: DNA hybrid-specific antibody or fragment thereof);
6. Detect units bound to immobilized RNA: DNA hybrids.
[0078]
Another embodiment of the present invention includes the following steps:
1. By spotting or synthesizing biomolecular probes, or biomolecular probes against a solid phase via standard chemical techniques, a solid substrate (eg, plate, slide, well, dish, bead, particle, Preparing microarrays of probes that are bound to cups, strands, chips, and strips, both porous and non-porous;
2. A target sample containing the first biological molecule of interest is added to a second biomolecular probe bound to the microarray and a third unbound detectably labeled biomolecular probe thing;
3. Hybridizing the first target biological molecule with the complementary region of the second solid phase-bound biomolecular probe and forming an RNA: DNA hybrid;
4. hybridizing a solid phase-bound second biomolecular probe with a complementary region of a third detectably labeled biomolecular probe;
5. adding a detectable unit specific for the RNA: DNA hybrid (including RNA: DNA hybrid-specific antibody or fragment thereof);
6. Separately detect both the RNA: DNA hybrid specific unit and the detectably labeled biomolecular probe bound to the immobilized RNA: DNA hybrid.
[0079]
The disclosed assay can be used to detect a plurality of different biological molecules of interest in a sample. Preferably, the sequence present in each of the target biological molecules of interest is screened or screened using multiple probes that are entirely complementary to a region on the biological molecule of interest This is achieved by either The latter approach detects, for example, a number of different mutations for a particular gene, or a predisposition to several diseases or disorders associated with genetic mutations, including but not limited to insertion mutations or deletion mutations Preferred for use in The present invention includes, but is not limited to, gene expression, detection of biological molecules (ie, RNA, DNA, protein) on a microarray, mutation and polymorphism detection (ie, SNP), etc. Assays that can be adapted for use are also provided. In one particular embodiment, it is preferred to screen for sequences complementary to regions of the mutant nucleic acid product of these genes having the respective characteristics of the mutation. Thus, one major advantage of this assay is high throughput application, which allows large scale screening of large numbers of samples and disease potential.
[0080]
The disclosed methods can also be used to determine the ratio of expression of different biological molecular species from individual organisms or individual samples. For this purpose, this method is used to detect multiple species simultaneously. As disclosed herein, microarray detection is useful for this purpose. The disclosed methods can also be used to detect the same or related biomolecular sequences, where related biological molecules have a common sequence motif between them but are otherwise different Is. For example, a cell can contain multiple biological molecular species that have the same regulatory sequences, the same structural motifs, or other sequences in common. Such classes of nucleic acid molecules can be detected by a single probe species by designing the probes to hybridize to a common sequence.
[0081]
In the disclosed assay, RNA: DNA hybrid-specific antibodies and fragments containing RNA: DNA hybrid specific units are used to probe bioarrays that are optional but no longer require labeling of target biomolecules. A biological molecule hybridized to it is detected. In this approach, longer RNA: DNA hybrids can bind more antibodies than short RNA: DNA hybrids, so the longer the RNA: DNA hybrid, the greater the signal. Therefore, the longer the nucleic acid probe chain on the microarray, the more sensitive the detection of the target nucleic acid, or the stronger the signal intensity for a given amount of hybridized target nucleic acid. Unfortunately, in preparing these microarrays, it becomes more difficult and more expensive to synthesize, prepare, or use longer strands of probes.
[0082]
One disclosed embodiment of the assay of the present invention describes a relatively short nucleic acid probe sequence bound to a solid substrate, thereby minimizing the time, effort, and cost required to make a microarray. The target nucleic acid sequence in the sample is hybridized to these short probes to create a short RNA: DNA hybrid with a long nucleic acid tail. This short RNA: DNA hybrid will probably only bind to one or two RNA: DNA antibodies. When reverse transcriptase is added and conditions are such that reverse transcriptase occurs, the nucleic acid probe portion of the RNA: DNA hybrid is extended to the length of the target nucleic acid strand, and thus the length of the RNA: DNA hybrid. Is greatly increased. If the target nucleic acid strand is 1500 bases in length, the resulting RNA: DNA hybrid will reach 1500 base pairs. This length of RNA: DNA hybrid binds to a large number of RNA: DNA antibodies, thereby greatly increasing the intensity of the signal produced and increasing the detection sensitivity of specific target nucleic acid sequences .
[0083]
One disclosed embodiment reverse transcribes all or part of the bound nucleic acid probe sequence using a reverse transcriptase that lacks RNA: DNA hybrid-dependent exonuclease function (also commonly referred to as RNAse H function or component). Thus, a method for detecting a target nucleic acid sequence and a method for detecting the resulting RNA: DNA hybrid using an antibody specific for the RNA: DNA hybrid. The nucleic acid probe is immobilized on the solid support in order to bind the RNA: DNA hybrid to the solid support. This allows for easy separation of the hybrid from the sample solution and specific detection of nucleic acid molecules based on the position of the hybrid on the solid support.
[0084]
In one method of the invention, reverse transcription is performed using reverse transcriptase, preferably using reverse transcriptase that lacks RNAse H function. Thereafter, a reaction mixture comprising the nucleic acid molecule of interest, preferably RNA in this embodiment; a hybridized and immobilized nucleic acid primer; and a reverse transcriptase that allows reverse transcription of the RNA molecule of interest and DNA: Incubate under conditions that allow the formation of RNA hybrids. Examples of reverse transcriptases that can be used in the disclosed methods or that can be adapted for use in the disclosed methods are listed in Table 1. Preferred reverse transcriptases for use in the present invention include reverse transcriptases 18053-017, 18064-014 and 18064-071 obtained from Life Technology; reverse transcriptases M5301 and M5302 obtained from Promega; and obtained from Strategene. Reverse transcriptase 600085; each of which is disclosed in Table 1.
[0085]
[Table 1]
Figure 0004873812
[0086]
[Table 2]
Figure 0004873812
[0087]
[Table 3]
Figure 0004873812
[0088]
[Table 4]
Figure 0004873812
[0089]
[Table 5]
Figure 0004873812
[0090]
[Table 6]
Figure 0004873812
[0091]
[Table 7]
Figure 0004873812
[0092]
Reverse transcription may generally be performed at any temperature within the temperature range in which reverse transcriptase functions. Preferably, the incubation temperature is any temperature at which the reverse transcriptase functions and the primer remains hybridized to the target nucleic acid molecule. For non-thermophilic reverse transcriptase, the preferred temperature is the temperature at or near the optimum temperature for reverse transcriptase. For most non-thermophilic reverse transcriptases, this temperature is between about 25 ° C and 45 ° C.
[0093]
In a preferred embodiment, thermophilic reverse transcriptase is used to increase selectivity. The highest temperature at which thermophilic reverse transcriptase functions can be really high. For this reason, the preferred temperature range for reverse transcriptase when using a thermophilic reverse transcriptase is most conveniently described in terms of the calculated melting temperature of the hybrid between the RNA molecule of interest and the primer. Such melting temperature is referred to herein as RNA / primer melting temperature (R / P Tm). A preferred range is 20 ° C. below the melting temperature of the hybrid between the RNA molecule of interest and the primer, and includes 5 ° C. of the hybrid between the RNA molecule of interest and the primer. Other preferred ranges when using a thermophilic reverse transcriptase include those listed in Table 2.
[0094]
[Table 8]
Figure 0004873812
[0095]
Of particular note is that each specific but unspecified range within the above listed ranges is intended as another preferred range. Preferred temperatures for reverse transcriptase are about 20 ° C. below R / P Tm, about 15 ° C. below R / P Tm, about 12 ° C. below R / P Tm, about 10 ° C. below R / P Tm, R / P Tm about 7 ° C., R / P Tm about 5 ° C., R / P Tm about 3 ° C., R / P Tm 20 ° C., R / P Tm 15 ° C. Includes 12 ° C. from P Tm, 10 ° C. from R / P Tm, 7 ° C. from R / P Tm, 5 ° C. from R / P Tm, and 3 ° C. from R / P Tm. In general, the closer the temperature is to R / P Tm, the higher the degree of discrimination between RNA and primer specific hybrids and non-specific hybrids. When the temperature is close to R / P Tm, however, the reduced stability of the specific hybrid may cause inefficiency of priming.
[0096]
R / P Tm may be measured either by calculation or by empirical measurement. Any established formula for calculating the stability of a nucleic acid hybrid may be used to calculate R / P Tm. A preferred formula for calculating R / P Tm is Tm = ΔH / ΔS + R × In (C / 4) + 16.6 log [K+] /1+0.7 [K+] -237.15, derived from a study based on the perfectly matched DNA: RNA stability. For RNA: DNA hybrids, incorporation of formamide concentration into the above formula is not applicable because the relationship between formamide concentration and Tm decline is not linear. In 80% formamide, RNA: DNA hybrids are more stable than DNA: DNA hybrids, increasing the Tm by about 10 to 30 ° C. depending on the sequence (Hames & Higgins, Nucleic Acid Hybridization: A Practical Approach (IRL Press Limited). , Oxford, England. 1985)). When the reaction is carried out in 80% formamide, the use of formamide thus suppresses DNA: DNA duplex formation, preferentially selects RNA: DNA hybrids, and estimates the Tm for R / P Also good. Since the empirically derived formula for Tm estimation of RNA: hybrid may not be accurate for short nucleic acid primers, the hybridization temperature is 0.1-0.4 M in the temperature range of 40-60 ° C. It is suitably determined by evaluating the hybrid stability in the unit price cation. R / P Tm may be determined empirically (Lesnick and Freier, Biochemistry 34: 10807-10815 (1995), McGraw et al., Biotechniques 8: 674-678 (1990), and Rychlik et al., Nucleic. Acids Res.18: 6409-6412 (1990)).
[0097]
As used herein, a thermophilic reverse transcriptase is any reverse transcriptase that retains at least 5% of its maximum activity at any temperature above 50 ° C. or has an optimum temperature of at least 50 ° C. . Preferred reverse transcriptases are those having an optimum temperature of at least 50 ° C. As used herein, the maximum activity of a reverse transcriptase is measured in the assay described below and is defined as the activity that a given reverse transcriptase exhibits at its optimal temperature. As used herein, the optimal temperature for reverse transcriptase is defined at the temperature at which reverse transcriptase activity is maximal and is measured in the assay described below. The optimal temperature for a given reverse transcriptase may be determined by measuring its activity in the following assay at various temperatures. Usually the optimum temperature needs to be measured only to the extent that the assay is only required to be performed at intervals of 5 to 10 ° C.
[0098]
A method for immobilizing a nucleic acid sequence on a solid phase substrate is well established. Oligonucleotides containing half primers and rolling circle replication primers may be coupled using established coupling methods. For example, the deposition method is described by Pease et al. , Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91 (11): 5022-5026 (1994), and Krapko et al. Mol. Biol (Mosk) (USSR) 25: 718-730 (1991). Methods for immobilizing 3 'amine oligonucleotides are described in Stimpson et al. , Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92: 6379-6383 (1995). A preferred method for attaching oligonucleotides to a solid support is described in Guo et al. , Nucleic Acids Res. 22: 5456-5465 (1994).
[0099]
Immobilization and arraying of nucleic acid or primer molecules to a solid support may be accomplished using any suitable technique. For example, immobilization can be performed in situ nucleic acid synthesis (Maskos and Southern, Nucleic Acids Research, 20: 1679-1684 (1992); Pease et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91: 5022-5026 (1994). ) Or by covalent bonding or immobilization of chemically synthesized oligonucleotides (Guo et al., Nucleic Acids Research, 22: 5456-5465 (1994)) or other nucleic acids, amplicons combined with robotic array technology, It may be achieved by either covalent bonding such as cDNAs or immobile attachment. Other immobilization techniques are described in US Pat. No. 5,412,087 to McGall et al., US Pat. No. 5,429,807 to Matton et al., US Pat. No. 5,510,087 to Fodor et al. Thousands of different primers can be arrayed on a solid support to interrogate thousands of target nucleic acid sequences. The density of the nucleic acid or primer should be adapted by the arraying method and detection means.
[0100]
One aspect of the present invention involves hybridization of a target nucleic acid sequence to a universal array comprising specific nucleic acid probes, wherein “universal array” or “universal array sequence” are interchangeable herein. Is defined as a short nucleic acid sequence of all possible base combinations. The universal array sequence includes a range of 6-10 bases, preferably 5-6 bases, the number of possible combinations (ie, separate probes that bind to the solid phase) are 1024 and 4096, respectively, and nucleic acid expression analysis In which case the result may be used as a fingerprint, with different tissues or samples giving different fingerprints.
[0101]
The embodiment including the third nucleic acid probe may be immobilized on the solid phase array by using a “capture tag”. As used herein, a capture tag is any compound that may bind to other compounds or moieties. The primer is thus immobilized through binding of the attached capture tag to its binding partner. Such binding partners are referred to herein as “capture docks”. A capture tag is a compound, such as a particle or hapten, which is a compound that binds to or interacts with other molecules, such as ligand-binding molecules or antibodies. It is also preferred that such interaction between a capture tag and a capture dock is a specific interaction, such as an interaction between a hapten and an antibody or between a ligand and a ligand binding molecule.
[0102]
A further aspect of this assay includes a capture tag having two flanking regions: a target nucleic acid specific region and a “capture sequence complement”. As used herein, “capture sequence complement” includes a nucleic acid sequence complementary to “universal capture sequence” immobilized on a solid phase microarray, provided that “universal capture sequence” is known. It means a short nucleic acid sequence that is present and whose position on the solid phase microarray is predetermined. A capture tag or probe comprising a “capture sequence complement” may be immobilized to a solid phase microarray by hybridizing the complement to its complementary “universal capture sequence”.
[0103]
In another embodiment of the invention, a “capture tag” means a labeled nucleic acid probe that hybridizes to its “capture dock” bound to a solid phase microarray, provided that the capture dock is specific for the labeled nucleic acid probe. It is a common sequence.
[0104]
Another capture tag includes a hybridization or ligand molecule that may couple to the oligonucleotide. The capture tags described in the context of nucleic acid probes are described in Syven et al. , Nucleic Acids Res. 14: 5037 (1986). The capture tag also contains biotin and may be incorporated into the nucleic acid.
[0105]
Adhesion or coupling of the primer to the substrate may be accomplished by adhering or coupling the dock to the substrate. The capture dock mediates primer adhesion by binding to or interacting with capture tags on the primer. A capture dock immobilized on the substrate allows capture of the primer on the substrate. By attaching another capture dock to another region of the substrate attached to another primer, another capture tag attached to another primer is captured separately, and thus at a diagnostic location on the substrate. It may be. For example, in multiple assays of microtiter plates, capture docks specific for up to 96 different capture tags may be immobilized on the microtiter plate, each in a different groove. Capture and detection will occur only in the groove corresponding to the capture tag in which the corresponding nucleic acid molecule is present in the sample.
[0106]
In one embodiment, the capture dock is an oligonucleotide. Methods for immobilizing or coupling oligonucleotides to a substrate are well established. For example, the deposition method is described by Pease et al. , Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91 (11): 5022-5026 (1994), and Krapko et al. Mol Biol (Mosk (USSR) 25: 718-730 (1991). The method of immobilization of 3 ′ amine oligonucleotides on casein-coated slides is described by Stimpson et al., Proc. Natl. Acad. Sci.USA 92: 6379-6383 (1995) Another method for attaching oligonucleotides to solid substrates is described in Guo et al., Nucleic Acids Res.22: 5456-5465 (1994). be written.
[0107]
Methods for immobilizing proteins on a substrate are well established. Immobilization may be accomplished using standard immobilization chemistry, for example by attachment to an aminated, carboxylated or hydroxylated surface. Examples of adhesives are cyanogen bromide, succinimide, aldehyde, tosyl chloride, avidin-biotin, photocrosslinker, epoxide, maleimide and glutaraldehyde. These and other adhesives and their use in attachment are described in Protein immunization: Fundamentals and Applications, Richard F., et al. Taylor, ed. (M. Dekker, New York, 1991), Johnstone and Torpe, Immunochemistry In Practice (Blackwell Scientific Public Publications, Oxford, England, 1987) pages 209-216z, 24I, 1987, and 1924A. Hermanson et al. , Eds. (Academic Press, New York, 1992). Proteins may be attached to the substrate by chemically cross-linking free radicals on the antibody to reactive side chain groups present in the substrate. For example, the protein may be chemically cross-linked to a substrate containing free amino or carboxyl groups using glutaraldehyde or carbodiimide as a cross-linking agent. In this method, an aqueous solution containing free protein is incubated with a solid phase substrate in the presence of glutaraldehyde or carbodiimide. Standard immobilization chemistry is known to those skilled in the art.
[0108]
In another embodiment, the sensitivity of the disclosed method is increased by repeated washing of the hybrid sample to remove free unhybridized nucleic acid present in the sample. It is useful to remove non-specific non-hybridizing nucleic acids because secondary structures in the nucleic acids may be recognized by the detection means and may lead to an increase in assay background.
[0109]
Preferred hybridization sample nucleic acid detection kits for use with the disclosed methods may be made using some or all of the components required for the method. The kit preferably includes an immobilized primer that is complementary to a region on the nucleic acid molecule of interest, and more preferably includes a plurality of immobilized primers that are each complementary to a region on the nucleic acid molecule of interest.
[0110]
Preferably, the kit contains all or some of the following components: sample transport medium for sample stabilization; microarray of biomolecules specific for the second biomolecule to be detected; hybridization buffer; RNA: DNA Hybrid-specific entity; wash buffer; enhancement buffer; and RNA: reagents necessary to detect hybrid-specific antibodies. In addition, some kits may include a thermophilic reverse transcriptase that lacks RNA: DNA hybrid dependent exonuclease (RNAseH) function. Another composition of the kit may comprise a nucleic acid probe comprising a capture sequence complement region. In addition, the kit may also include a labeled biomolecule probe that hybridizes to a common sequence of biomolecules bound to the solid phase. The kit may further include, but is not limited to, a universal array of biomolecules for the detection of sample biomolecules. The kit may contain all of these components or a part thereof.
[0111]
For detection of amplified antibodies, in addition to the reagents included in the hybridization kit for direct detection described above, the kit may also include the following reagents, including all or part: labeled for detection Anti-mouse IgG; biotinylated anti-mouse IgG; labeled anti-mouse streptavidin; biotinylated anti-streptavidin; or acetylated BSA solution.
[0112]
The kit should include a negative control and a positive control. Preferably, probes for negative and positive controls are included on a solid phase having a nucleic acid sequence.
The following non-limiting examples illustrate the use of this assay and kit.
[0113]
Example
Example 1
Detection of RNA: DNA hybrids on probe microarrays
The following is an example of a preferred method for practicing one embodiment of the disclosed method for detection of a target biomolecule sequence in a sample.
[0114]
Typically, the assay is preferably used to detect a sample size of 0.05 μg nucleic acid. Most preferably, 0.05 μg-10 μg of total nucleic acid is detected using the assay of the present invention.
[0115]
The target nucleic acid sample was suspended in nuclease free water and added to the hybridization buffer. The hybridization solution was denatured at 95 ° C. for 2-5 minutes. Hybridization solution containing the target nucleic acid was added to a glass slide with a microarray of spotted oligonucleotides. Hybridize at 65 ° C. for 16-20 hours. Followed either directly detected or amplified detection.
[0116]
For direct detection, a glass slide with a microarray of primers bound to the surface was run 3 times for 1-2 minutes 1 × PBS / 0.05% Tween20TMAnd oscillated on a rotary vibrator (1100 rpm). When the RNA: DNA antibody staining solution was added, the total concentration was 0.144 μg / μl. The glass slide microarray was incubated in the solution for 1 hour at room temperature with shaking (1100 rpm). Glass slides are 1XPBS / 0.05% Tween20TMAnd shaken at room temperature for 15 minutes (1100 rpm). The microarray was then incubated at room temperature in an antibody staining solution for mouse antibodies, particularly Cy3 or Cy5, and shaken at 1100 rpm for 1 hour. A number of fluorescent dyes may be used, including but not limited to Cy3 or Cy5. The final concentration of Cy-dye is 10% goat serum and 1 × PBS / 0.05 Tween 20TMIn the solution of 0.04 μg / μl. Using slightly rigorous means, the slides were washed 4 times for about 10 seconds each in wash buffer. The slides were then incubated for 15 minutes at 53 ° C. in enhancement buffer. The slides were then washed 4 times in wash buffer for about 10 seconds each using loose stringency means. The microarray bound to the glass slide was dried by centrifugation at 2000 rpm for 7-10 minutes or until dry. The results were analyzed by reading the slides in an array scanner (Affymetrix 417 Array Scanner or equivalent) with photoexcitation at 532 nm and 635 nm to scan slides developed with antibodies labeled with Cy3 and Cy5, respectively.
[0117]
For amplified detection, slides were washed 3 times for 1-2 minutes 1 × PBS / 0.05% Tween20TMIt was washed in and vibrated at 1100 rpm on a rotary vibrator. Slides were incubated in RNA: DNA hybrid specific antibody staining solution with stirring (1100 rpm) for 1 hour at room temperature. Spotted slides were coated with biotinylated mouse IgG antibody from goat staining solution and incubated for 10 minutes at room temperature. Microarray twice for 1-2 minutes each 1XPBS / 0.05% Tween20TMWashed in. The spotted slides were coated with goat anti-mouse R-phycoerythrin streptavidin (0.01 μg / μl; SA-PE) staining solution and incubated for 10 minutes at room temperature. Washing was repeated as described above. Spotted slides were coated with a biotinylated goat antibody (0.5 mg / mL) staining solution developed against streptavidin and incubated for 10 minutes at room temperature. The slides were again incubated with goat anti-mouse R-phycoerythrin streptavidin (0.01 μg / μl; SA-PE) staining solution for 10 minutes at room temperature. Next, slides 3 times 1-2 min 1XPBS / 0.05% Tween20TMWashed in. The microarray was then dried by centrifugation at 2000 rpm for 7-10 minutes or until dry. The results were analyzed by reading the slides with photoexcitation at 532 nm and 635 nm to scan slides developed with antibodies labeled with Cy3 or PE and Cy5, respectively, in an array scanner (Affymetrix 417 Array Scanner or equivalent). did.
[0118]
Example 2
Before sample hybridization
Hybridization of labeled oligonucleotides
Cy3 or Cy5 labeled n-mer oligonucleotides were added to hybridization buffer containing SSC and SDS and denatured at 95 ° C. for 2-5 minutes. Many fluorescent dyes may be used, including but not limited to Cy3 and Cy5. A number of fluorescent dyes may be used, including but not limited to Cy3 or Cy5. Glass slides containing spotted oligonucleotides were coated with hybridization solution and incubated for 20 seconds at room temperature. Cover slips were removed by severe infiltration of 2XSSC / 0.2% SDS. Any remaining SDS was washed away by infiltrating the slides to 0.05XSSC for 30 minutes. The slides were then dried by centrifugation at 2000 rpm for 7-10 minutes or until dry. The results were analyzed by reading the slides in an array scanner (Affymetrix 417 Array Scanner or equivalent) with photoexcitation at 532 nm and 635 nm to scan slides developed with antibodies labeled with Cy3 and Cy5, respectively.
[0119]
Example 3
Detection of RNA mediated by reverse transcriptase lacking RNAseH function
The following is an example of a method for practicing one embodiment of the disclosed method for detection of a target nucleic acid sequence in a sample.
[0120]
Five primed biotinylated 20-30 nucleotide primers were mixed with streptavidin-coated solid phase and incubated for 30-60 minutes at 20-27 ° C. with constant vibration (1100 rpm). A sample of target nucleic acid was added to the solid phase. Hybridization / extension buffer (100 mM Tris-HCl, pH 8.3, 150 mM KCl, 6 mM MgCl2, 20 mM DTT, and 1 mM each dNTP) were then added. Target nucleic acids and primers were annealed by heating the mixture to an optimal annealing temperature, preferably 60 ° C. (the optimal annealing temperature varies with the primer and nucleic acid utilized) for 20-30 minutes. The mixture was then cooled to 20-27 ° C. for 10 minutes. Additional hybridization / extension buffer and reverse transcriptase were added, preferably reverse transcriptase that is stable at high temperature and lacks RNAseH. The reaction was incubated for 30-60 minutes at 42 ° C. EDTA (0.5 M) was added and incubated at 37 ° C. for 30 minutes. The RNA: DNA hybrid specific alkaline phosphatase formulated antibody mixture was added and incubated at 20-27 ° C. for 30-60 minutes. Any unbound antibody was washed away and then a chemichromic substrate was added. The solution was incubated for 15-30 minutes at 20-27 ° C. The emitted signal was read with a luminometer at the appropriate wavelength.
[0121]
Example 4
RNA: DNA hybrid specific antibody binding
Hybridized RNA: DNA samples were incubated with antibodies for a time sufficient to allow the hybrid formulation. The hybrids were conjugated to the antibody by incubation at a speed of 0 to 1500 rpm on a platform shaker at 15 ° C. to 65 ° C. for 5 minutes to 24 hours. Preferably, the incubation time was 30 to 120 minutes and the speed was 300 to 1200 rpm at 20 to 40 ° C. Most preferably, the binding occurred by vigorous incubation at room temperature for 1 hour at a rotational vibration speed of between about 300 and 1000 rpm. One skilled in the art may achieve other capture kinetics as desired by varying the incubation time, temperature and vibration.
[0122]
Example 5
Detected by monoclonal and polyclonal antibodies
Comparison of oligonucleotide lengths
A single oligonucleotide of varying length was spotted at 10 different replicates at 4 different concentrations. The spotted 72-mer oligonucleotide was part of IMAGE clone # 259998 corresponding to 40S ribosomal protein S11. The shorter oligonucleotide was a continuous end remover of the parent 72mer. These microarrays were hybridized to complementary RNA of varying concentrations and visualized using monoclonal primary RNA: DNA hybrid antibodies. At a target concentration of 800 pM, a substantial signal was observed in the 30 base oligonucleotide, but there was a sharp drop in signal at 25 bases. FIG. 6A shows the signal results versus the noise ratio as a function of oligonucleotide at 800 pM RNA concentration using various spotted oligonucleotide concentrations in detecting RNA: DNA hybrid specific monoclonal antibodies.
[0123]
The polyclonal antibody detection protocol was the same as the protocol described above for the monoclonal antibody, with the exception that the Cy3-labeled goat secondary antibody from the rabbit was replaced with a mouse antibody from the goat. The results with the polyclonal (FIG. 6B) showed a significantly improved detection compared to the monoclonal antibody for oligonucleotides of less than 30 bases. There was no significant difference in signal for oligonucleotides over 30 bases.
[0124]
Polyclonal RNA: DNA antibodies provided a significantly more sensitive method for detecting RNA: DNA hybrids of less than 30 base pairs compared to detection using monoclonal antibodies.
[Brief description of the drawings]
1A-D are schematic representations of the preferred embodiment noise of immune antibody detection of RNA: DNA hybrids on microarrays. FIG. 1A shows the hybridization of an RNA sample to a complementary DNA sequence attached to a microarray forming the RNA: DNA hybrid depicted in FIG. 1B. The antibody, monoclonal or polyclonal is then bound to the RNA: DNA hybrid as shown in FIG. 1C. FIG. 1D illustrates the detection of a fluorescent label using a fluorescent laser scanner.
FIGS. 2A-D are schematic representations of a second aspect of immunodetection on a microarray containing universal capture sequences for RNA: DNA hybrids. FIGS. FIG. 2A shows hybridization of single-stranded DNA of the universal array with sample RNA. Each hybrid is formed on a microarray containing DNA: DNA regions and RNA: DNA regions, as depicted in FIG. 2B. The antibody detects and binds the RNA: DNA hybrid in FIG. 2C. FIG. 2D illustrates one means of detection involving a fluorescent antibody label using a fluorescent laser scanner.
Figures 3A-E are schematic representations of a third aspect of immunodetection of RNA: DNA hybrids, provided that the microarray is for mRNA quantification when the full-length sequence is unknown. Contains expressed sequence tags (ESTs). FIG. 3A shows hybridization of sample RNA to short ESTs bound to the microarray. The formation of RNA and short DNA hybrids is depicted in FIG. 3B. For example, reverse transcriptase (RT) is used to extend synthesize DNA to the full length of RNA, as depicted in FIG. 3C. 3D and 3E respectively illustrate antibody recognition of RNA: DNA hybrids and detection of fluorescent antibody labels with a laser scanner.
FIGS. 4A-D are schematic representations of a fourth embodiment of RNA: DNA hybrid immunodetection, provided that the invention is directed to a two-color detection method. FIG. 4A shows each DNA probe bound to a microarray containing a region of identical sequence and a region of variable sequence. The labeled DNA hybridizes with the consensus sequence and the RNA sample hybridizes with the variable sequence. RNA: DNA hybrids and DNA: labeled DNA hybrids are formed, as illustrated in FIG. 4B. Antibodies raised against the RNA: DNA hybrid bind to the appropriate region; the microarray is scanned with two different color fluorescent lasers; and the signal is normalized as shown in FIGS. 4C-4D.
FIGS. 5A-D are schematic representations of a fourth aspect of immunodetection of RNA: DNA hybrids, provided that the invention includes labeled degenerate n-mer DNA and sample RNA. FIG. 5A shows each DNA probe bound to a microarray hybridized simultaneously or sequentially to an RNA sample and / or labeled degenerate DNA. RNA: DNA hybrids and / or DNA: labeled DNA hybrids are formed, as shown in FIG. 5B. Antibodies raised against the RNA: DNA hybrid bind to the appropriate region; the microarray is scanned with two different color fluorescent lasers; and the signal is normalized as shown in FIGS. 5C-5D.
FIGS. 6A-B are graphs showing a comparison of solid phase bound oligonucleotide length using detection with monoclonal antibody (FIG. 6A) and polyclonal antibody (FIG. 6B) as a function of signal to noise ratio of the microarray. It is.

Claims (18)

以下の工程を含む、サンプルの第1の核酸を検出するためのマイクロアレイ法:
a)サンプルの第1の核酸を、相補的な第2の固定化された核酸にハイブリダイズさせて、RNA:DNAハイブリッドを形成させる工程であって、該第2の核酸が以下を含む工程:
α)検出可能に標識された第3の相補的核酸の領域に相補的な共通領域;および
β)第1の核酸の領域に相補的な可変領域;
b)第2の核酸を第3の核酸にハイブリダイズさせて、DNA:DNAハイブリッドもしくはRNA:RNAハイブリッドを形成させる工程であって、第3の核酸が第2の核酸の共通領域に結合する標識された核酸である工程;そして
c)RNA:DNAハイブリッドに特異的に結合する検出可能な要素を使用してRNA:DNAハイブリッドを検出する工程。
A microarray method for detecting a first nucleic acid in a sample comprising the following steps:
a first nucleic acid of a) the sample and hybridized to a complementary second immobilized nucleic acid, RNA: a step of forming a DNA hybrid, step nucleic acid wherein the second comprising:
α) a common region complementary to a region of the third complementary nucleic acid that is detectably labeled; and β) a variable region complementary to the region of the first nucleic acid;
b) a step of hybridizing the second nucleic acid to the third nucleic acid to form a DNA: DNA hybrid or RNA: RNA hybrid , wherein the third nucleic acid binds to a common region of the second nucleic acid A process that is a nucleated nucleic acid ; and
c) RNA: using detectable elements which specifically bind to DNA hybrid RNA: detecting the DNA hybrid.
前記要素がRNA:DNAハイブリッド特異的抗体である、請求項1記載の方法。The method of claim 1, wherein the element is an RNA: DNA hybrid specific antibody. 前記要素がRNA:DNAハイブリッド特異的抗体の断片である、請求項1記載の方法。The method of claim 1, wherein the element is a fragment of an RNA: DNA hybrid specific antibody. 抗体がモノクローナルである、請求項2及び3記載の方法。4. The method according to claims 2 and 3, wherein the antibody is monoclonal. 抗体がポリクローナルである、請求項2及び3記載の方法。4. The method of claims 2 and 3, wherein the antibody is polyclonal. 工程a)及びb)が同時に起こる、請求項1記載の方法。The method of claim 1, wherein steps a) and b) occur simultaneously. 工程a)及びb)が逐次的に起こる、請求項1記載の方法。The method of claim 1 wherein steps a) and b) occur sequentially. 複数の第2の核酸が固相に結合している、請求項1記載の方法。The method of claim 1, wherein a plurality of second nucleic acids are bound to a solid phase. 標識が検出可能な発色蛍光標識であり、そして分析が2色検出法を利用する、請求項1記載の方法。The method of claim 1 wherein the label is a detectable chromogenic fluorescent label and the analysis utilizes a two-color detection method. 以下の工程を含む、複数のサンプル検出部位を有するマイクロアレイ上で、標的核酸を検出または定量するための方法:
(a)標的核酸をマイクロアレイに結合している生体分子プローブにハイブリダイズさせ、固定化されたRNA:DNAハイブリッド複合体を形成する工程;
(b)検出可能なように標識された生体分子プローブを、マイクロアレイに結合している生体分子プローブのハイブリダイズしていない部分にハイブリダイズさせ、固定化されたRNA:DNAハイブリッド複合体を形成する工程;
(c)(i)RNA:DNAハイブリッドに対して特異的に反応性である検出可能な抗体を複合体に結合させることによって、固定化されたRNA:DNAハイブリッド複合体を測定し;かつ
(ii)検出可能なように標識された生体分子プローブを測定することにより、
標的核酸を検出する工程;および
(d)複数のサンプル検出部位のそれぞれにおいて、工程(a)〜(c)を繰り返す工程。
A method for detecting or quantifying a target nucleic acid on a microarray having a plurality of sample detection sites comprising the following steps:
(A) a step of hybridizing a target nucleic acid to a biomolecular probe bound to a microarray to form an immobilized RNA: DNA hybrid complex;
(B) A detectably labeled biomolecule probe is hybridized to the non-hybridized portion of the biomolecule probe bound to the microarray to form an immobilized RNA: DNA hybrid complex. Process;
(C) (i) measuring the immobilized RNA: DNA hybrid complex by binding to the complex a detectable antibody that is specifically reactive to the RNA: DNA hybrid; and (ii) ) By measuring a detectably labeled biomolecular probe,
A step of detecting a target nucleic acid; and (d) a step of repeating steps (a) to (c) at each of a plurality of sample detection sites.
繰り返す工程が連続的に行われる、請求項10記載の方法。11. The method of claim 10 , wherein the repeating step is performed continuously. 繰り返す工程が同時に行われる、請求項10記載の方法。11. The method of claim 10 , wherein the repeating steps are performed simultaneously. 以下の工程を含む、複数のサンプル検出部位を有するマイクロアレイ上で、標的核酸を検出または定量するための方法:
(a)標的核酸の一部を、マイクロアレイに結合している生体分子プローブにハイブリダイズさせ、固定化されたRNA:DNAハイブリッドを形成する工程;
(b)標的核酸のハイブリダイズしていない部分を、検出可能なように標識された相補的核酸プローブにハイブリダイズさせ、固定化されたRNA:DNAハイブリッド複合体を形成する工程;
(c)(i)RNA:DNAハイブリッドに対して特異的に反応性である検出可能な抗体を複合体に結合させることによって、固定化されたRNA:DNAハイブリッド複合体を測定し;かつ
(ii)検出可能なように標識された生体分子プローブを測定することにより、
標的核酸を検出する工程;および
(d)複数のサンプル検出部位のそれぞれにおいて、工程(a)〜(c)を繰り返す工程。
A method for detecting or quantifying a target nucleic acid on a microarray having a plurality of sample detection sites comprising the following steps:
(A) a step of hybridizing a part of the target nucleic acid to a biomolecular probe bound to the microarray to form an immobilized RNA: DNA hybrid;
(B) a step of hybridizing a non-hybridized portion of the target nucleic acid to a detectably labeled complementary nucleic acid probe to form an immobilized RNA: DNA hybrid complex;
(C) (i) measuring the immobilized RNA: DNA hybrid complex by binding to the complex a detectable antibody that is specifically reactive to the RNA: DNA hybrid; and (ii) ) By measuring a detectably labeled biomolecular probe,
A step of detecting a target nucleic acid; and (d) a step of repeating steps (a) to (c) at each of a plurality of sample detection sites.
繰り返す工程が連続的に行われる、請求項13記載の方法。14. The method of claim 13 , wherein the repeating step is performed continuously. 繰り返す工程が同時に行われる、請求項13記載の方法。14. The method of claim 13 , wherein the repeating steps are performed simultaneously. 以下の工程を含む、複数のサンプル検出部位を有するマイクロアレイ上で、標的核酸を検出または定量するための方法:
(a)標的核酸をマイクロアレイに結合している生体分子プローブにハイブリダイズさせ、RNA:DNAハイブリッドを形成する工程;
(b)ハイブリダイズしていない、マイクロアレイに結合している生体分子を、検出可能なように標識された生体分子プローブの相補的な領域にハイブリダイズさせる工程であって、ここで該ハイブリダイズしていないマイクロアレイに結合している生体分子プローブは、工程(a)のマイクロアレイに結合している生体分子プローブとは異なる工程;
(c)(i)RNA:DNAハイブリッドに対して特異的に反応性である検出可能な抗体を複合体に結合させることによって、固定化されたRNA:DNAハイブリッド複合体を測定し;かつ
(ii)検出可能なように標識された生体分子プローブを測定することにより、
標的核酸を検出する工程;および
(d)複数のサンプル検出部位のそれぞれにおいて、工程(a)〜(c)を繰り返す工程。
A method for detecting or quantifying a target nucleic acid on a microarray having a plurality of sample detection sites comprising the following steps:
(A) a step of hybridizing a target nucleic acid to a biomolecular probe bound to a microarray to form an RNA: DNA hybrid;
(B) a step of hybridizing unhybridized biomolecules bound to the microarray to a complementary region of a detectably labeled biomolecule probe, wherein the hybridization The biomolecular probe bound to the non-microarray is different from the biomolecular probe bound to the microarray of step (a);
(C) (i) measuring the immobilized RNA: DNA hybrid complex by binding to the complex a detectable antibody that is specifically reactive to the RNA: DNA hybrid; and (ii) ) By measuring a detectably labeled biomolecular probe,
A step of detecting a target nucleic acid; and (d) a step of repeating steps (a) to (c) at each of a plurality of sample detection sites.
繰り返す工程が連続的に行われる、請求項16記載の方法。17. The method according to claim 16 , wherein the repeating step is performed continuously. 繰り返す工程が同時に行われる、請求項16記載の方法。17. The method of claim 16 , wherein the repeating steps are performed simultaneously.
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