JP5618227B2 - Nucleic acid amplification method and gene mutation detection method - Google Patents
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Description
本発明は、核酸の増幅方法および遺伝子変異の検出方法に関する。 The present invention relates to a nucleic acid amplification method and a gene mutation detection method.
Smart Amplification Process2(SmartAmp2)は、ターンバックプライマー(TP)およびフォールディングプライマー(FP)を主要プライマーとした非対称のプライマーセットを用いた等温での核酸増幅法であり、例えば、医学および分子生物学等の広い分野で利用されている(非特許文献1−5)。TPは、標的核酸配列にアニ−リングする配列と、そこから伸長された先にある配列にアニーリングできる配列を5’側に有する、ステム−ループ構造を形成可能なプライマーである。FPは、標的核酸配列にアニーリングする配列と、5’側にプライマー内部で折り返し構造を形成可能な配列を有するプライマーである。これらの他、SmartAmp2のプライマーセットは、ブーストプライマー(BP)、2つのアウタープライマー(OP1およびOP2)を使用することも可能である。SmartAmp2は、解析結果が早く得られ(例えば、30分以内)、検出感度が高く(例えば、従来のPCRの100倍)、数コピーからの増幅も可能である。したがって、SmartAmp2は、疾患の早期診断にも、好ましく適用可能である。 Smart Amplification Process2 (SmartAmp2) is an isothermal nucleic acid amplification method using an asymmetric primer set with a turnback primer (TP) and a folding primer (FP) as main primers. For example, medical and molecular biology It is used in a wide range of fields (Non-Patent Documents 1-5). TP is a primer capable of forming a stem-loop structure having a sequence annealed to a target nucleic acid sequence and a sequence which can be annealed to a sequence extended from the target nucleic acid sequence on the 5 'side. FP is a primer having a sequence that anneals to a target nucleic acid sequence and a sequence that can form a folded structure inside the primer on the 5 'side. In addition to these, the primer set of SmartAmp2 can use a boost primer (BP) and two outer primers (OP1 and OP2). SmartAmp2 provides an analysis result quickly (for example, within 30 minutes), has high detection sensitivity (for example, 100 times that of conventional PCR), and can be amplified from several copies. Therefore, SmartAmp2 is preferably applicable to early diagnosis of diseases.
SmartAmp2において、核酸の増幅速度を制御することが求められている。すなわち、一般的な遺伝子検出であれば、検出時間の短縮化が求められるが、一塩基多型のような遺伝子変異の検出には、検出時間の短縮化よりも高い検出精度が求められる。 In SmartAmp2, it is required to control the nucleic acid amplification rate. That is, in general gene detection, a reduction in detection time is required, but detection of a gene mutation such as a single nucleotide polymorphism requires higher detection accuracy than in a reduction in detection time.
そこで、本発明は、SmartAmp2法による核酸の増幅方法であって、核酸の増幅速度を制御可能な核酸の増幅方法およびそれを用いた遺伝子変異の検出方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for amplifying a nucleic acid by the SmartAmp2 method, and a method for amplifying a nucleic acid capable of controlling the amplification rate of the nucleic acid and a method for detecting a gene mutation using the same.
本発明の核酸の増幅方法は、少なくとも二種のプライマーを含むプライマーセットを用いて標的核酸配列を増幅する核酸の増幅方法であって、
前記プライマーセットに含まれる第一のプライマーが、標的核酸配列の3’末端部分の配列(A)にハイブリダイズする配列(Ac’)を3’末端部分に含み、かつ前記標的核酸配列において前記配列(A)よりも5’側に存在する配列(B)の相補配列(Bc)にハイブリダイズする配列(B’)を前記配列(Ac’)の5’側に含むプライマー(TP)であり、
前記プライマーセットに含まれる第二のプライマーが、前記標的核酸配列の相補配列の3’末端部分の配列(C)にハイブリダイズする配列(Cc’)を3’末端部分に含み、かつ相互にハイブリダイズする2つの核酸配列を同一鎖上に含む折返し配列(D−Dc’)を前記配列(Cc’)の5’側に含むプライマー(FP)であり、
前記第二のプライマーの前記折り返し配列における融解温度および自由エネルギーの少なくとも一方を調整することにより、前記核酸の増幅速度を制御することを特徴とする。
The nucleic acid amplification method of the present invention is a nucleic acid amplification method for amplifying a target nucleic acid sequence using a primer set comprising at least two kinds of primers,
The first primer included in the primer set includes a sequence (Ac ′) that hybridizes to the sequence (A) of the 3 ′ end portion of the target nucleic acid sequence at the 3 ′ end portion, and the sequence in the target nucleic acid sequence A primer (TP) comprising a sequence (B ′) that hybridizes to a complementary sequence (Bc) of the sequence (B) existing 5 ′ from (A) on the 5 ′ side of the sequence (Ac ′);
The second primer included in the primer set includes a sequence (Cc ′) that hybridizes to the sequence (C) of the 3 ′ end portion of the complementary sequence of the target nucleic acid sequence, and hybridizes to each other. A primer (FP) containing a folded sequence (D-Dc ′) containing two nucleic acid sequences to soybean on the same strand on the 5 ′ side of the sequence (Cc ′);
The amplification rate of the nucleic acid is controlled by adjusting at least one of a melting temperature and free energy in the folded sequence of the second primer.
本発明の遺伝子変異検出方法は、核酸の増幅方法により遺伝子の変異を検出する遺伝子変異の検出方法であって、前記核酸の増幅方法が、前記本発明の核酸増幅方法であることを特徴とする。 The gene mutation detection method of the present invention is a gene mutation detection method for detecting a gene mutation by a nucleic acid amplification method, wherein the nucleic acid amplification method is the nucleic acid amplification method of the present invention. .
前記目的を達成するために、本発明者等は、種々の検討を行った結果、FPの折り返し配列の融解温度および自由エネルギーのいずれかまたは双方を調整することにより、核酸の増幅速度を制御可能であることを見出し、本発明に至った。LAMP法等の他の等温の核酸の増幅方法で使用するプライマー配列は、全て標的核酸配列に依存するため、プライマー設計の自由度が制限される。これに対し、本発明のFPの折り返し配列は、標的核酸配列に依存しないため、自由に設計することが可能であり、調整の幅は広い。これも本発明の大きな利点の一つである。 As a result of various studies, the present inventors have been able to control the amplification rate of nucleic acid by adjusting either or both of the melting temperature and free energy of the FP folding sequence. And found out that the present invention. Since primer sequences used in other isothermal nucleic acid amplification methods such as the LAMP method all depend on the target nucleic acid sequence, the degree of freedom in primer design is limited. On the other hand, since the FP folding sequence of the present invention does not depend on the target nucleic acid sequence, it can be designed freely and has a wide range of adjustment. This is also one of the great advantages of the present invention.
本発明の核酸の増幅方法において、前記制御が、前記融解温度を低下させ、かつ前記自由エネルギーを増加させることにより、前記核酸の増幅速度を加速することであってもよい。この場合、例えば、前記融解温度を50℃以下に設定し、かつ前記自由エネルギーを0kcal/mol以上に設定してもよい。 In the nucleic acid amplification method of the present invention, the control may be to accelerate the amplification rate of the nucleic acid by lowering the melting temperature and increasing the free energy. In this case, for example, the melting temperature may be set to 50 ° C. or lower, and the free energy may be set to 0 kcal / mol or higher.
本発明の核酸の増幅方法において、前記制御が、前記融解温度を上昇させ、かつ前記自由エネルギーを減少させることにより、前記核酸の増幅速度を減速することであってもよい。この場合、例えば、前記融解温度を50℃以上に設定し、かつ前記自由エネルギーを、例えば0kcal/mol未満、好ましくは−1kcal/mol以下に設定してもよい。また、前記核酸の増幅速度を減速することにより、バックグラウンドの上昇を防止してもよい。バックグラウンドの上昇を防止すれば、例えば、一塩基多型(SNPs)等の遺伝子変異の検出において精度を高めることが可能となる。 In the nucleic acid amplification method of the present invention, the control may be to reduce the nucleic acid amplification rate by increasing the melting temperature and decreasing the free energy. In this case, for example, the melting temperature may be set to 50 ° C. or higher, and the free energy may be set to, for example, less than 0 kcal / mol, preferably −1 kcal / mol or less. Further, the background may be prevented from increasing by slowing down the amplification rate of the nucleic acid. If an increase in background is prevented, for example, it is possible to improve accuracy in detecting genetic mutations such as single nucleotide polymorphisms (SNPs).
本発明の核酸増幅方法において、さらに、前記プライマーセットにおける第二のプライマーの割合を調整することにより、前記核酸の増幅速度を制御してもよい。 In the nucleic acid amplification method of the present invention, the nucleic acid amplification rate may be controlled by adjusting the ratio of the second primer in the primer set.
本発明の遺伝子変異の検出方法において、前記遺伝子の変異は、例えば、塩基の挿入、欠失、置換および付加等があげられる。また、本発明の遺伝子変異の検出方法は、SNPsの検出に用いることが好ましい。 In the method for detecting a gene mutation of the present invention, examples of the gene mutation include base insertion, deletion, substitution and addition. Moreover, it is preferable to use the method for detecting a genetic mutation of the present invention for detecting SNPs.
つぎに、本発明を詳細に説明する。 Next, the present invention will be described in detail.
本発明におけるプライマーセットは、少なくとも二種のプライマーを含む。前記プライマーセットに含まれる第一のプライマー(TP)は、標的核酸配列の3’末端部分の配列(A)にハイブリダイズする配列(Ac’)を3’末端部分に含み、かつ前記標的核酸配列において前記配列(A)よりも5’側に存在する配列(B)の相補配列(Bc)にハイブリダイズする配列(B’)を前記配列(Ac’)の5’側に含むものである。また、前記プライマーセットに含まれる第二のプライマー(FP)は、前記標的核酸配列の相補配列の3’末端部分の配列(C)にハイブリダイズする配列(Cc’)を3’末端部分に含み、かつ相互にハイブリダイズする2つの核酸配列を同一鎖上に含む折返し配列(D-Dc’)を前記配列(Cc’)の5’側に含むものである。 The primer set in the present invention includes at least two kinds of primers. The first primer (TP) included in the primer set includes a sequence (Ac ′) that hybridizes to the sequence (A) of the 3 ′ end portion of the target nucleic acid sequence in the 3 ′ end portion, and the target nucleic acid sequence The sequence (B ′) that hybridizes to the complementary sequence (Bc) of the sequence (B) existing 5 ′ to the sequence (A) is included on the 5 ′ side of the sequence (Ac ′). The second primer (FP) included in the primer set includes a sequence (Cc ′) that hybridizes to the sequence (C) of the 3 ′ end portion of the complementary sequence of the target nucleic acid sequence at the 3 ′ end portion. And a folded sequence (D-Dc ′) containing two nucleic acid sequences that hybridize to each other on the same strand is included on the 5 ′ side of the sequence (Cc ′).
本発明において「標的核酸」または「標的核酸配列」とは、増幅しようとする核酸またはその配列そのものだけでなく、これに相補的な配列または前記配列を有する核酸をも意味する。 In the present invention, the “target nucleic acid” or “target nucleic acid sequence” means not only the nucleic acid to be amplified or the sequence itself, but also a complementary sequence or a nucleic acid having the sequence.
本発明において「ハイブリダイズする」とは、本発明によるプライマーの一部がストリンジェントな条件下で標的核酸にハイブリダイズし、標的核酸以外の核酸分子にはハイブリダイズしないことを意味する。ストリンジェントな条件は、本発明によるプライマーとその相補鎖との二重鎖の融解温度Tm(℃)およびハイブリダイゼーション溶液の塩濃度等に依存して決定することができ、例えば、J.Sambrook, E.F.Frisch, T.Maniatis; Molecular Cloning 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory (1989)等を参照することができる。例えば、使用するプライマーの融解温度よりわずかに低い温度下でハイブリダイゼーションを行うと、プライマーを標的核酸に特異的にハイブリダイズさせることができる。このようなプライマーは、市販のプライマー構築ソフト、例えば、Primer3(Whitehead Institute for Biomedical Research製)等を用いて設計することができる。本発明の好ましい実施態様によれば、ある標的核酸にハイブリダイズするプライマーは、その標的核酸に相補的な核酸分子の全部または一部の配列を含むものである。 In the present invention, “hybridize” means that a part of the primer according to the present invention hybridizes to a target nucleic acid under stringent conditions and does not hybridize to a nucleic acid molecule other than the target nucleic acid. Stringent conditions can be determined depending on the melting temperature Tm (° C.) of the duplex of the primer according to the present invention and its complementary strand, the salt concentration of the hybridization solution, etc., for example, J. Sambrook, Reference can be made to EFFrisch, T. Maniatis; Molecular Cloning 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory (1989). For example, when hybridization is performed at a temperature slightly lower than the melting temperature of the primer to be used, the primer can be specifically hybridized to the target nucleic acid. Such primers can be designed using commercially available primer construction software such as Primer 3 (manufactured by Whitehead Institute for Biomedical Research). According to a preferred embodiment of the present invention, a primer that hybridizes to a target nucleic acid comprises all or part of the sequence of a nucleic acid molecule complementary to the target nucleic acid.
第一のプライマーによる増幅反応のメカニズムを図1に模式的に示す。まず、鋳型となる核酸中の標的核酸配列を決定し、その標的核酸配列の3’末端部分の配列(A)、および配列(A)よりも5’側に存在する配列(B)を決定する。第一のプライマーは、配列(Ac’)を含んでなり、さらにその5’側に配列(B’)を含む。配列(Ac’)は、配列(A)にハイブリダイズするものであり、配列(B’)は、配列(B)の相補配列(Bc)にハイブリダイズするものである。ここで、第一のプライマーは、前記配列(Ac’)と前記配列(B’)の間に、反応に影響を与えない介在配列を含んでいてもよい。このようなプライマーを鋳型核酸にアニーリングさせると、プライマー中の配列(Ac’)が標的核酸配列の配列(A)にハイブリダイズした状態となる(図1(a))。この状態でプライマー伸長反応が起こると、標的核酸配列の相補配列を含む核酸が合成される。そして、合成された核酸の5’末端側に存在する配列(B’)が、同核酸中に存在する配列(Bc)にハイブリダイズし、これにより、合成された核酸の5’末端部分においてステム−ループ構造が形成される。その結果、鋳型核酸上の配列(A)が一本鎖となり、この部分に先の第一のプライマーと同一の配列を有する他のプライマーがハイブリダイズする(図1(b))。その後、鎖置換反応により、新たにハイブリダイズした第一のプライマーからの伸長反応が起こると同時に、先に合成された核酸が鋳型核酸から分離される(図1(c))。 The mechanism of the amplification reaction with the first primer is schematically shown in FIG. First, a target nucleic acid sequence in a nucleic acid to be a template is determined, and a sequence (A) at the 3 ′ end portion of the target nucleic acid sequence and a sequence (B) existing on the 5 ′ side of the sequence (A) are determined. . The first primer includes a sequence (Ac ') and further includes a sequence (B') on the 5 'side thereof. The sequence (Ac ′) hybridizes to the sequence (A), and the sequence (B ′) hybridizes to the complementary sequence (Bc) of the sequence (B). Here, the first primer may include an intervening sequence that does not affect the reaction between the sequence (Ac ′) and the sequence (B ′). When such a primer is annealed to the template nucleic acid, the sequence (Ac ′) in the primer is hybridized to the sequence (A) of the target nucleic acid sequence (FIG. 1 (a)). When a primer extension reaction occurs in this state, a nucleic acid containing a complementary sequence of the target nucleic acid sequence is synthesized. Then, the sequence (B ′) present on the 5 ′ end side of the synthesized nucleic acid hybridizes to the sequence (Bc) present in the nucleic acid, and thereby the stem in the 5 ′ end portion of the synthesized nucleic acid. -A loop structure is formed. As a result, the sequence (A) on the template nucleic acid becomes a single strand, and another primer having the same sequence as the first primer hybridizes to this portion (FIG. 1 (b)). Thereafter, an extension reaction from the newly hybridized first primer occurs by the strand displacement reaction, and at the same time, the previously synthesized nucleic acid is separated from the template nucleic acid (FIG. 1 (c)).
上記の増幅反応において、配列(B’)が配列(Bc)にハイブリダイズする現象は、典型的には、同一鎖上に相補領域が存在することにより起こる。一般に、二本鎖核酸が一本鎖に解離するときは、その末端あるいはそれ以外の比較的不安定な部分から部分的な解離が始まる。上記第一のプライマーによる伸長反応で生成した二本鎖核酸は、比較的高温では末端部分の塩基対は解離と結合の平衡状態にあり、全体としては二本鎖を保っている。そのような状態で末端の解離した部分に相補的な配列が同一鎖上に存在すると、準安定な状態としてステム−ループ構造を形成することができる。このステム−ループ構造は安定的には存在しないが、その構造の形成により剥き出しとなった相補鎖部分(鋳型核酸上の配列(A))に同一の他のプライマーが結合し、すぐさまポリメラーゼが伸長反応を行うことにより、先に合成された鎖が置換されて遊離すると同時に、新たな二本鎖核酸を生成することができる。 In the amplification reaction described above, the phenomenon in which the sequence (B ′) hybridizes to the sequence (Bc) typically occurs due to the presence of complementary regions on the same strand. In general, when a double-stranded nucleic acid is dissociated into a single strand, partial dissociation starts from its terminal or other relatively unstable part. In the double-stranded nucleic acid generated by the extension reaction using the first primer, the base pair of the terminal portion is in an equilibrium state of dissociation and binding at a relatively high temperature, and the double strand is maintained as a whole. In such a state, when a sequence complementary to the dissociated portion of the terminal is present on the same strand, a stem-loop structure can be formed as a metastable state. Although this stem-loop structure does not exist stably, the same other primer binds to the complementary strand part (sequence (A) on the template nucleic acid) exposed by the formation of the structure, and the polymerase immediately extends. By carrying out the reaction, the previously synthesized strand is replaced and released, and at the same time, a new double-stranded nucleic acid can be generated.
本発明の好ましい態様における第一のプライマーの設計基準は次のとおりである。まず、プライマーの伸長により鋳型核酸の相補鎖が合成された後に新たなプライマーが効率よく同鋳型核酸にアニーリングするためには、合成された相補鎖の5’末端におけるステム−ループ構造形成により、鋳型核酸上の前記配列(A)の部分を一本鎖とする必要がある。そのためには、配列(Ac’)の塩基数Xと標的核酸配列中における前記配列(A)と前記配列(B)に挟まれた領域の塩基数Yとの差(X−Y)の、Xに対する割合(X−Y)/Xが重要となる。ただし、鋳型核酸上において配列(A)よりも5’側に存在する、プライマーのハイブリダイズとは関係無い部分まで一本鎖とする必要はない。また、新たなプライマーが効率よく鋳型核酸にアニーリングするためには、上述のステム−ループ構造形成を効率よく行うことも必要となる。そして、効率の良いステム−ループ構造形成、すなわち、効率の良い配列(B’)と配列(Bc)とのハイブリダイゼーションには、前記配列(B’)と前記配列(Bc)との間の距離(X+Y)が重要となる。一般に、プライマー伸長反応のための最適温度は最高でも72℃付近であり、そのような低い温度では、伸長鎖が長い領域にわたって解離することは困難である。従って、配列(B’)が配列(Bc)に効率よくハイブリダイズするためには、両配列の間の塩基数は少ないほうが好ましいと考えられる。一方で、配列(B’)が配列(Bc)にハイブリダイズして鋳型核酸上の前記配列(A)の部分を一本鎖とするためには、配列(B’)と配列(Bc)との間の塩基数は多い方が好ましいと考えられる。 The design criteria for the first primer in a preferred embodiment of the present invention are as follows. First, in order for a new primer to efficiently anneal to the template nucleic acid after the complementary strand of the template nucleic acid is synthesized by extension of the primer, the template is formed by forming a stem-loop structure at the 5 ′ end of the synthesized complementary strand. The part of the sequence (A) on the nucleic acid needs to be a single strand. For this purpose, the difference (X−Y) between the base number X of the sequence (Ac ′) and the base number Y of the region sandwiched between the sequence (A) and the sequence (B) in the target nucleic acid sequence is expressed as X The ratio (X−Y) / X to is important. However, it is not necessary to make a single strand up to the portion which is present 5 ′ from the sequence (A) on the template nucleic acid and which is not related to primer hybridization. In addition, in order for a new primer to efficiently anneal to a template nucleic acid, it is necessary to efficiently perform the above-described stem-loop structure formation. For efficient stem-loop structure formation, that is, efficient hybridization between the sequence (B ′) and the sequence (Bc), the distance between the sequence (B ′) and the sequence (Bc) (X + Y) is important. In general, the optimum temperature for the primer extension reaction is at most around 72 ° C., and at such a low temperature, it is difficult for the extended strand to dissociate over a long region. Therefore, in order for the sequence (B ′) to efficiently hybridize to the sequence (Bc), it is considered preferable that the number of bases between both sequences is small. On the other hand, in order for the sequence (B ′) to hybridize to the sequence (Bc) and to make the portion of the sequence (A) on the template nucleic acid a single strand, the sequence (B ′) and the sequence (Bc) It is considered that a larger number of bases between is preferred.
以上のような観点から、本発明の好ましい実施態様による前記第一のプライマーは、プライマーを構成する配列(Ac’)と配列(B’)の間に介在配列が存在しない場合において、(X−Y)/Xが−1.00以上、好ましくは0.00以上、さらに好ましくは0.05以上、さらに好ましくは0.10以上となり、また、1.00以下、好ましくは0.75以下、さらに好ましくは0.50以下、さらに好ましくは0.25以下となるように設計される。さらに、(X+Y)は、好ましくは15以上、さらに好ましくは20以上、さらに好ましくは30以上とされ、また、好ましくは50以下、さらに好ましくは48以下、さらに好ましくは42以下とされる。 From the above viewpoints, the first primer according to a preferred embodiment of the present invention is the (X−) in the case where no intervening sequence exists between the sequence (Ac ′) and the sequence (B ′) constituting the primer. Y) / X is −1.00 or more, preferably 0.00 or more, more preferably 0.05 or more, more preferably 0.10 or more, and 1.00 or less, preferably 0.75 or less, It is designed to be preferably 0.50 or less, more preferably 0.25 or less. Further, (X + Y) is preferably 15 or more, more preferably 20 or more, more preferably 30 or more, and preferably 50 or less, more preferably 48 or less, and further preferably 42 or less.
また、プライマーを構成する配列(Ac’)と配列(B’)の間に介在配列(塩基数はY’)が存在する場合には、本発明の好ましい実施態様による前記第一のプライマーは、{X−(Y−Y’)}/Xが−1.00以上、好ましくは0.00以上、さらに好ましくは0.05以上、さらに好ましくは0.10以上となり、また、1.00以下、好ましくは0.75以下、さらに好ましくは0.50以下、さらに好ましくは0.25以下となるように設計される。さらに、(X+Y+Y’)は、好ましくは15以上、さらに好ましくは20以上、さらに好ましくは30以上とされ、また、好ましくは100以下、さらに好ましくは75以下、さらに好ましくは50以下とされる。 Further, when there is an intervening sequence (base number Y ′) between the sequence (Ac ′) and the sequence (B ′) constituting the primer, the first primer according to a preferred embodiment of the present invention is {X- (YY ')} / X is -1.00 or more, preferably 0.00 or more, more preferably 0.05 or more, more preferably 0.10 or more, and 1.00 or less, It is designed to be preferably 0.75 or less, more preferably 0.50 or less, and still more preferably 0.25 or less. Further, (X + Y + Y ′) is preferably 15 or more, more preferably 20 or more, more preferably 30 or more, and is preferably 100 or less, more preferably 75 or less, and even more preferably 50 or less.
前記第一のプライマーは、与えられた条件下で必要な特異性を維持しながら標的核酸との塩基対結合を行うことができる程度の鎖長を有するものである。このプライマーの鎖長は、好ましくは15〜100ヌクレオチド、より好ましくは20〜60ヌクレオチドとする。また、前記第一のプライマーを構成する配列(Ac’)と配列(B’)の長さは、それぞれ、好ましくは5〜50ヌクレオチド、より好ましくは7〜30ヌクレオチドである。また、必要に応じて、配列(Ac’)と配列(B’)の間に、反応に影響を与えない介在配列を挿入してもよい。 The first primer has a chain length that allows base pairing with a target nucleic acid while maintaining the required specificity under given conditions. The primer has a chain length of preferably 15 to 100 nucleotides, more preferably 20 to 60 nucleotides. Moreover, the lengths of the sequence (Ac ′) and the sequence (B ′) constituting the first primer are preferably 5 to 50 nucleotides, more preferably 7 to 30 nucleotides, respectively. If necessary, an intervening sequence that does not affect the reaction may be inserted between the sequence (Ac ') and the sequence (B').
本発明によるプライマーセットに含まれる第二のプライマー(FP)は、上述のように、前記標的核酸配列の相補配列(第一のプライマーがハイブリダイズする鎖に対して反対側の鎖)の3’末端部分の配列(C)にハイブリダイズする配列(Cc’)を3’末端部分に含み、かつ相互にハイブリダイズする2つの核酸配列を同一鎖上に含む折返し配列(D-Dc’)を前記配列(Cc’)の5’側に含むものである。このような第二のプライマーの構造は、例えば、図2に示すようなものであるが、図2に示される配列やヌクレオチド数に限定されるものではない。第二のプライマーを構成する配列(Cc’)の長さは、好ましくは5〜50ヌクレオチド、より好ましくは10〜30ヌクレオチドである。また、前記折返し配列(D-Dc’)の長さは、好ましくは2〜1000ヌクレオチド、より好ましくは2〜100ヌクレオチド、さらに好ましくは4〜60ヌクレオチド、さらに好ましくは6〜40ヌクレオチドであり、折返し配列の内部におけるハイブリダイゼーションによって形成される塩基対のヌクレオチド数は、好ましくは2〜500bp、より好ましくは2〜50bp、さらに好ましくは2〜30bp、さらに好ましくは3〜20bpである。折返し配列(D-Dc’)のヌクレオチド配列はいかなる配列であってもよく、特に限定されるものではないが、好ましくは標的核酸配列にハイブリダイズしない配列とされる。また、必要に応じて、配列(Cc’)と折返し配列(D-Dc’)の間に、反応に影響を与えない介在配列を挿入してもよい。 As described above, the second primer (FP) included in the primer set according to the present invention is 3 ′ of the complementary sequence of the target nucleic acid sequence (the strand opposite to the strand to which the first primer hybridizes). A folded sequence (D-Dc ′) containing a sequence (Cc ′) hybridizing to the sequence (C) of the terminal portion at the 3 ′ end portion and two nucleic acid sequences hybridizing to each other on the same strand It is included on the 5 ′ side of the sequence (Cc ′). The structure of such a second primer is, for example, as shown in FIG. 2, but is not limited to the sequence or the number of nucleotides shown in FIG. The length of the sequence (Cc ′) constituting the second primer is preferably 5 to 50 nucleotides, more preferably 10 to 30 nucleotides. The length of the folded sequence (D-Dc ′) is preferably 2 to 1000 nucleotides, more preferably 2 to 100 nucleotides, still more preferably 4 to 60 nucleotides, and even more preferably 6 to 40 nucleotides. The number of nucleotides of base pairs formed by hybridization within the sequence is preferably 2 to 500 bp, more preferably 2 to 50 bp, still more preferably 2 to 30 bp, and further preferably 3 to 20 bp. The nucleotide sequence of the folded sequence (D-Dc ′) may be any sequence, and is not particularly limited, but is preferably a sequence that does not hybridize to the target nucleic acid sequence. If necessary, an intervening sequence that does not affect the reaction may be inserted between the sequence (Cc ′) and the folded sequence (D-Dc ′).
本発明では、第二のプライマーの折り返し配列の融解温度Tmおよび自由エネルギーの少なくとも一方を調整することで、核酸の増幅速度を制御する。前記融解温度が低く、かつ自由エネルギーが高い場合は、前記折り返し配列は、不安定な構造となる。これに対し、前記融解温度が高く、かつ自由エネルギーが低い場合、前記折り返し配列は、安定な構造となる。ここで、不安定な構造とは、折り返し構造が壊れやすいことを意味し、安定な構造とは、折り返し構造が壊れ難いことを意味する。なお、本発明において、前記融解温度および自由エネルギーは、実測値であってもよいし、予測値であってもよい。前記融解温度および自由エネルギーの実測値および予測値は、従来公知の方法により求めることができる。 In the present invention, the nucleic acid amplification rate is controlled by adjusting at least one of the melting temperature Tm and the free energy of the folded sequence of the second primer. When the melting temperature is low and the free energy is high, the folded array has an unstable structure. On the other hand, when the melting temperature is high and the free energy is low, the folded array has a stable structure. Here, the unstable structure means that the folded structure is easily broken, and the stable structure means that the folded structure is hardly broken. In the present invention, the melting temperature and free energy may be actual measured values or predicted values. The actual measured value and predicted value of the melting temperature and free energy can be determined by a conventionally known method.
前記融解温度および自由エネルギーは、例えば、折り返し配列において、水素結合で形成する塩基対の数およびGC含量等により調整可能である。不安定な折り返し配列の場合、塩基対数は、例えば、2〜100個の範囲、好ましくは、4〜60個の範囲、より好ましくは、6〜40個の範囲である。不安定な折り返し配列の場合、GC含量は、例えば、0〜80%の範囲、好ましくは、0〜50%の範囲、より好ましくは、0〜30%の範囲である。不安定な折り返し配列の場合、融解温度は、例えば、50℃以下、好ましくは、40℃以下、より好ましくは、30℃以下である。なお、この場合、融解温度の下限は特に制限されないが、例えば、−200℃以上、好ましくは、−100℃以上である。不安定な折り返し配列の場合、自由エネルギーは、例えば、0kcal/mol以上、好ましくは、1kcal/mol以上、より好ましくは、2kcal/mol以上である。なお、この場合、自由エネルギーの上限は特に制限されないが、例えば100kcal/mol以下である。安定な折り返し配列の場合、塩基対数は、例えば、10〜500個の範囲、好ましくは、10〜100個の範囲、より好ましくは、10〜40個の範囲である。安定な折り返し配列の場合、GC含量は、例えば、20〜100%の範囲、好ましくは、30〜90%の範囲、より好ましくは、40〜80%の範囲である。安定な折り返し配列の場合、融解温度は、例えば、50℃以上、好ましくは、60℃以上、より好ましくは、70℃以上である。なお、この場合、融解温度の上限は特に制限されないが、例えば100℃以下である。安定な折り返し配列の場合、自由エネルギーは、例えば、0kcal/mol未満、好ましくは、−1kcal/mol以下、より好ましくは、−2kcal/mol以下、特に好ましくは、−3kcal/mol以下である。なお、この場合、自由エネルギーの下限は特に制限されないが、例えば、−200kcal/mol以上である。 The melting temperature and free energy can be adjusted by, for example, the number of base pairs formed by hydrogen bonding and the GC content in the folded sequence. In the case of an unstable folded sequence, the number of base pairs is, for example, in the range of 2 to 100, preferably in the range of 4 to 60, and more preferably in the range of 6 to 40. In the case of an unstable folded sequence, the GC content is, for example, in the range of 0 to 80%, preferably in the range of 0 to 50%, more preferably in the range of 0 to 30%. In the case of an unstable folded arrangement, the melting temperature is, for example, 50 ° C. or lower, preferably 40 ° C. or lower, more preferably 30 ° C. or lower. In this case, the lower limit of the melting temperature is not particularly limited, but is, for example, −200 ° C. or higher, preferably −100 ° C. or higher. In the case of an unstable folded sequence, the free energy is, for example, 0 kcal / mol or more, preferably 1 kcal / mol or more, more preferably 2 kcal / mol or more. In this case, the upper limit of the free energy is not particularly limited, but is, for example, 100 kcal / mol or less. In the case of a stable folded sequence, the number of base pairs is, for example, in the range of 10 to 500, preferably in the range of 10 to 100, and more preferably in the range of 10 to 40. In the case of a stable folded sequence, the GC content is, for example, in the range of 20 to 100%, preferably in the range of 30 to 90%, and more preferably in the range of 40 to 80%. In the case of a stable folded arrangement, the melting temperature is, for example, 50 ° C. or higher, preferably 60 ° C. or higher, more preferably 70 ° C. or higher. In this case, the upper limit of the melting temperature is not particularly limited, but is, for example, 100 ° C. or less. In the case of a stable folded sequence, the free energy is, for example, less than 0 kcal / mol, preferably −1 kcal / mol or less, more preferably −2 kcal / mol or less, particularly preferably −3 kcal / mol or less. In this case, the lower limit of the free energy is not particularly limited, but is, for example, −200 kcal / mol or more.
これら第一のプライマーおよび第二のプライマーによる核酸増幅反応について考えられる作用機序を、図3(図3(A)および図3(B))を用いて説明する。なお、図3では、説明を簡略化するため、ハイブリダイズする2つの配列を相互に相補的な配列としているが、これにより本発明が限定されるものではない。まず、第一のプライマーが標的核酸のセンス鎖にハイブリダイズし、前記プライマーの伸長反応が起きる(図3(a))。次いで、伸長鎖(−)上においてステム−ループ構造が形成され、これにより一本鎖となった標的核酸センス鎖上の配列(A)に新たな第一のプライマーがハイブリダイズし(図3(b))、前記プライマーの伸長反応が起きて、先に合成された伸長鎖(−)が脱離する。次に、脱離した伸長鎖(−)上の配列(C)に第二のプライマーがハイブリダイズし(図3(c))、前記プライマーの伸長反応が起き、伸長鎖(+)が合成される(図3(d))。生成した伸長鎖(+)の3’末端と伸長鎖(−)の5’末端ではステム−ループ構造が形成され(図3(e))、遊離型の3’末端である伸長鎖(+)のループ先端から伸長反応が起こると同時に、前記伸長鎖(−)が脱離する(図3(f))。ループ先端からの前記伸長反応により、伸長鎖(+)の3’側に配列(A)および配列(Bc)を介して伸長鎖(−)が結合したヘアピン型の二本鎖核酸が生成し、その配列(A)および配列(Bc)に第一のプライマーがハイブリダイズし(図3(g))、その伸長反応により伸長鎖(−)が生成する(図3(h)および(i))。また、前記ヘアピン型二本鎖核酸の3’末端に存在する折返し配列によって遊離型の3’末端が提供され(図3(h))、そこからの伸長反応により(図3(i))、両端に折返し配列を有し、第一および第二のプライマーに由来する配列を介して伸長鎖(+)と伸長鎖(−)とを交互に含む一本鎖核酸が生成する(図3(j))。この一本鎖核酸では、その3’末端に存在する折返し配列により遊離型の3’末端(相補鎖合成起点)が提供されるため(図3(k))、同様の伸長反応が繰り返され、1回の伸長反応あたり2倍の鎖長となる(図3(l)および(m))。また、図3(i)において脱離した第一のプライマーからの伸長鎖(−)では、その3’末端に存在する折返し配列により遊離型の3’末端(相補鎖合成起点)が提供されるため(図3(n))、そこからの伸長反応により、両端にステム−ループ構造が形成され、プライマーに由来する配列を介して伸長鎖(+)と伸長鎖(−)とを交互に含む一本鎖核酸が生成する(図3(o))。この一本鎖核酸においても、3’末端におけるループ形成によって相補鎖合成起点が順次提供されるため、そこからの伸長反応が次々に起こる。このようにして自動的に延長される一本鎖核酸には、第一のプライマーおよび第二のプライマーに由来する配列が伸長鎖(+)と伸長鎖(−)との間に含まれているため、各プライマーがハイブリダイズして伸長反応を起こすことが可能であり、これにより標的核酸のセンス鎖およびアンチセンス鎖が顕著に増幅される。 A possible mechanism of action for the nucleic acid amplification reaction using the first primer and the second primer will be described with reference to FIG. 3 (FIGS. 3A and 3B). In FIG. 3, for simplification of description, the two sequences to be hybridized are complementary to each other, but the present invention is not limited thereby. First, the first primer hybridizes to the sense strand of the target nucleic acid, and the primer extension reaction occurs (FIG. 3 (a)). Next, a stem-loop structure is formed on the extended strand (−), and thereby a new first primer hybridizes to the sequence (A) on the target nucleic acid sense strand that has become a single strand (FIG. 3 ( b)), the extension reaction of the primer occurs, and the previously synthesized extended strand (−) is desorbed. Next, the second primer hybridizes to the sequence (C) on the released extended strand (−) (FIG. 3 (c)), the extension reaction of the primer occurs, and the extended strand (+) is synthesized. (FIG. 3 (d)). A stem-loop structure is formed at the 3 ′ end of the generated extended strand (+) and the 5 ′ end of the extended strand (−) (FIG. 3 (e)), and the extended strand (+) which is the free 3 ′ end. At the same time, an extension reaction occurs from the loop tip of the above, and the extension chain (-) is detached (FIG. 3 (f)). By the extension reaction from the loop tip, a hairpin-type double-stranded nucleic acid in which the extension strand (−) is bonded to the 3 ′ side of the extension strand (+) via the sequence (A) and the sequence (Bc) is generated, The first primer hybridizes to the sequence (A) and the sequence (Bc) (FIG. 3 (g)), and an extended chain (−) is generated by the extension reaction (FIG. 3 (h) and (i)). . In addition, a free 3 ′ end is provided by the folded sequence present at the 3 ′ end of the hairpin type double-stranded nucleic acid (FIG. 3 (h)), and by an extension reaction therefrom (FIG. 3 (i)), A single-stranded nucleic acid having a folded sequence at both ends and alternately containing an extended strand (+) and an extended strand (−) through the sequences derived from the first and second primers is generated (FIG. 3 (j )). In this single-stranded nucleic acid, since the free 3 ′ end (starting point of complementary strand synthesis) is provided by the folded sequence present at the 3 ′ end (FIG. 3 (k)), the same extension reaction is repeated, The chain length is doubled per extension reaction (FIGS. 3 (l) and (m)). In addition, in the extended strand (−) from the first primer desorbed in FIG. 3 (i), the free 3 ′ end (the complementary strand synthesis origin) is provided by the folded sequence present at the 3 ′ end. For this reason (FIG. 3 (n)), stem-loop structures are formed at both ends by the extension reaction therefrom, and the extension strand (+) and the extension strand (-) are alternately included via the sequence derived from the primer. Single-stranded nucleic acid is produced (FIG. 3 (o)). In this single-stranded nucleic acid as well, the complementary strand synthesis starting point is sequentially provided by the loop formation at the 3 'end, so that elongation reactions occur one after another. In such a single-stranded nucleic acid that is automatically extended, sequences derived from the first primer and the second primer are contained between the extended strand (+) and the extended strand (−). Therefore, it is possible for each primer to hybridize to cause an extension reaction, and thereby the sense strand and the antisense strand of the target nucleic acid are significantly amplified.
本発明によるプライマーセットは、第一のプライマーおよび第二のプライマー以外に、第三のプライマー(ブーストプライマー:BP)を含むものとすることができる。第三のプライマーは、前記標的核酸配列またはその相補配列にハイブリダイズするものであって、標的核酸配列またはその相補配列へのハイブリダイゼーションについて他のプライマーと競合しないものとされる。 The primer set according to the present invention may include a third primer (boost primer: BP) in addition to the first primer and the second primer. The third primer hybridizes to the target nucleic acid sequence or its complementary sequence, and does not compete with other primers for hybridization to the target nucleic acid sequence or its complementary sequence.
本発明において「競合しない」とは、そのプライマーが標的核酸にハイブリダイズすることによって他のプライマーによる相補鎖合成起点の付与が妨げられないことを意味する。 In the present invention, “non-competing” means that the primer does not interfere with the provision of the complementary strand synthesis starting point by hybridizing to the target nucleic acid.
第一のプライマーおよび第二のプライマーにより標的核酸が増幅された場合には、上述のように、増幅産物は標的核酸配列とその相補配列とを交互に有するものとなる。その増幅産物の3’末端には折返し配列またはループ構造が存在し、これにより提供される相補鎖合成起点から次々に伸長反応が起こっている。第三のプライマーは、このような増幅産物が部分的に一本鎖の状態になった時に、その一本鎖部分に存在する標的配列にアニ−リングすることができる。これにより、増幅産物中の標的核酸配列内に新たな相補鎖合成起点が提供され、そこからの伸長反応が起こるため、核酸増幅反応がより迅速に行われるようになる。 When the target nucleic acid is amplified by the first primer and the second primer, as described above, the amplification product has the target nucleic acid sequence and its complementary sequence alternately. A folded sequence or a loop structure exists at the 3 'end of the amplified product, and extension reactions occur one after another from the complementary strand synthesis starting point provided thereby. The third primer can be annealed to the target sequence present in the single-stranded portion when such an amplification product is partially in a single-stranded state. As a result, a new complementary strand synthesis starting point is provided in the target nucleic acid sequence in the amplification product, and an extension reaction takes place therefrom, so that the nucleic acid amplification reaction is performed more rapidly.
第三のプライマーは必ずしも1種類に限定されるわけではなく、核酸増幅反応の迅速性および特異性を向上させるためには2種類以上の第三のプライマーを同時に用いてもよい。これら第三のプライマーは、典型的には第一のプライマーおよび第二のプライマーとは異なる配列からなるが、これらのプライマーと競合しない限りにおいて、部分的に重なる領域にハイブリダイズするものとしてもよい。第三のプライマーの鎖長は、好ましくは2〜100ヌクレオチド、より好ましくは5〜50ヌクレオチド、さらに好ましくは7〜30ヌクレオチドとされる。 The third primer is not necessarily limited to one type, and two or more types of third primers may be used simultaneously in order to improve the speed and specificity of the nucleic acid amplification reaction. These third primers typically comprise a different sequence from the first primer and the second primer, but may hybridize to partially overlapping regions as long as they do not compete with these primers. . The chain length of the third primer is preferably 2 to 100 nucleotides, more preferably 5 to 50 nucleotides, and even more preferably 7 to 30 nucleotides.
第三のプライマーは、第一のプライマーおよび第二のプライマーによる核酸増幅反応をより迅速に進めるための補助的な働きをその主目的とするものである。従って、第三のプライマーは、第一のプライマーおよび第二のプライマーの各3’末端のTmよりも低いTmを有するものとすることが好ましい。また、第三のプライマーの増幅反応液への添加量は、第一のプライマーおよび第二のプライマーのそれぞれの添加量よりも少ない方が好ましい。 The third primer mainly serves as an auxiliary function for proceeding the nucleic acid amplification reaction by the first primer and the second primer more rapidly. Therefore, the third primer preferably has a Tm lower than the Tm of each 3 'end of the first primer and the second primer. Moreover, it is preferable that the addition amount of the third primer to the amplification reaction solution is smaller than the addition amounts of the first primer and the second primer.
第三のプライマーとしては、国際公開第02/24902号パンフレットに記載のような、ループを形成できる構造をもつものを鋳型として、そのループ部分に相補鎖合成の起点を与えるものを挙げることができるが、これに限定されるものではない。すなわち、標的核酸配列内であれば、いかなる部位に相補鎖合成起点を提供するものであってもよい。 Examples of the third primer include a primer having a structure capable of forming a loop as described in WO 02/24902 pamphlet and giving a starting point for complementary strand synthesis to the loop portion. However, the present invention is not limited to this. That is, as long as it is within the target nucleic acid sequence, it may provide a complementary strand synthesis origin at any site.
図4の(a)から(n)に、第三のプライマー(BP)を用いた場合の増幅反応の模式図を示す。前記増幅反応には、同図(a)(b)(e)(f)(i)(l)、(a)(b)(f)(j)(m)、(a)(b)(f)(j)(g)(k)(n)、(a)(c)(g)(k)(n)または(a)(d)(h)をそれぞれ主経路とする5つの経路が存在する。以下、これらの経路を順に説明する。まず、同図(a)(b)(e)(f)(i)(l)を主経路とする第一の経路を説明する。本経路においては、まず、第一のプライマー(TP)が標的核酸のセンス鎖にハイブリダイズし(同図(a))、前記第一のプライマー(TP)の伸長反応が起き、伸長鎖tp_1が生じる(同図(b))。次に、前記伸長鎖tp_1に、第三のプライマー(BP)がハイブリダイズし(同図(b))、前記第三のプライマー(BP)の伸長反応が起き、伸長鎖elBPが生じる(同図(e))。また、前記伸長鎖tp_1に、第二のプライマー(FP)がハイブリダイズし(同図(b))、前記第二のプライマー(FP)の伸長反応が起き、伸長鎖fp_tp_1が生じる(同図(f))。次に、前記伸長鎖fp_tp_1に、前記伸長鎖elBPがハイブリダイズし(同図(i))、前記伸長鎖elBPの伸長反応が起き、伸長鎖bp_fp_1が生じる(同図(l))。さらに、前記伸長鎖bp_fp_1の3’末端でステム−ループ構造が形成され(同図(l))、前記3’末端を相補鎖合成起点とした伸長反応が起こる。続いて、同図(a)(b)(f)(j)(m)を主経路とする第二の経路を説明する。本経路は、伸長鎖fp_tp_1が生じる(同図(f))までは、前記第一の経路と共通である。前記伸長鎖fp_tp_1の3’末端でステム−ループ構造が形成され(同図(f))、前記3’末端を相補鎖合成起点とした伸長反応が起こり、伸長鎖fp_fp_2が生じる(同図(j))。次に、前記伸長鎖fp_fp_2の3’末端でステム−ループ構造が形成され(同図(j))、前記3’末端を相補鎖合成起点とした伸長反応が起こり、伸長鎖fp_fp_4が生じる(同図(m))。さらに、前記伸長鎖fp_fp_4の3’末端でステム−ループ構造が形成され(同図(m))、前記3’末端を相補鎖合成起点とした伸長反応が起こる。続いて、同図(a)(b)(f)(j)(g)(k)(n)を主経路とする第三の経路を説明する。本経路は、伸長鎖fp_fp_2が生じる(同図(j))までは、前記第二の経路と共通である。前記伸長鎖fp_fp_2に、第一のプライマー(TP)がハイブリダイズし(同図(j))、前記第一のプライマー(TP)の伸長反応が起き、伸長鎖tp_fp_1が生じる(同図(g))。前記伸長鎖tp_fp_1の3’末端でステム−ループ構造が形成され(同図(g))、前記3’末端を相補鎖合成起点とした伸長反応が起こり、伸長鎖tp_tp_2が生じる(同図(k))。また、前記伸長鎖tp_tp_2の3’末端でステム−ループ構造が形成され(同図(k))、前記3’末端を相補鎖合成起点とした伸長反応が起こり、伸長鎖tp_tp_4が生じる(同図(n))。さらに、前記伸長鎖tp_tp_4の3’末端でステム−ループ構造が形成され(同図(n))、前記3’末端を相補鎖合成起点とした伸長反応が起こる。また、前記伸長鎖tp_tp_4に、第一のプライマー(TP)がハイブリダイズし(同図(n))、前記第一のプライマー(TP)の伸長反応が起こる。続いて、同図(a)(c)(g)(k)(n)を主経路とする第四の経路を説明する。本経路においては、まず、第二のプライマー(FP)が標的核酸のアンチセンス鎖にハイブリダイズし(同図(a))、前記第二のプライマー(FP)の伸長反応が起き、伸長鎖fp_1が生じる(同図(c))。次に、前記伸長鎖fp_1に、第一のプライマー(TP)がハイブリダイズし(同図(c))、前記第一のプライマー(TP)の伸長反応が起き、伸長鎖tp_fp_1が生じる(同図(g))。同図(g)以後は、前記第三の経路と共通である。最後に、同図(a)(d)(h)を主経路とする第五の経路を説明する。本経路においては、まず、第三のプライマー(BP)が標的核酸のアンチセンス鎖にハイブリダイズし(同図(a))、前記第三のプライマー(BP)の伸長反応が起き、伸長鎖bp_1が生じる(同図(d))。次に、前記伸長鎖bp_1に、第一のプライマー(TP)がハイブリダイズし(同図(d))、前記第一のプライマー(TP)の伸長反応が起き、伸長鎖elTPが生じる(同図(h))。なお、前記説明した反応経路は、例示であって、本発明は、前記反応経路により何ら制限および限定されるものではない。 4A to 4N are schematic diagrams of the amplification reaction when the third primer (BP) is used. The amplification reaction includes (a) (b) (e) (f) (i) (l), (a) (b) (f) (j) (m), (a) (b) ( f) (j) (g) (k) (n), (a) (c) (g) (k) (n) or (a) (d) (h) Exists. Hereinafter, these routes will be described in order. First, a first route having the main routes of (a), (b), (e), (f), (i), and (l) will be described. In this route, first, the first primer (TP) hybridizes to the sense strand of the target nucleic acid ((a) in the figure), the extension reaction of the first primer (TP) occurs, and the extended strand tp_1 (Figure (b)). Next, a third primer (BP) is hybridized to the extended strand tp_1 ((b) in the same figure), and the extension reaction of the third primer (BP) occurs, resulting in an extended chain elBP (the same figure). (e)). In addition, the second primer (FP) hybridizes to the extended strand tp_1 (FIG. (B)), the extension reaction of the second primer (FP) occurs, and the extended strand fp_tp_1 is generated (FIG. ( f)). Next, the extended chain elBP is hybridized to the extended chain fp_tp_1 (FIG. (I)), and an extension reaction of the extended chain elBP occurs to generate an extended chain bp_fp_1 (FIG. (L)). Furthermore, a stem-loop structure is formed at the 3 'end of the extended strand bp_fp_1 ((1) in the figure), and an extension reaction occurs using the 3' end as a complementary strand synthesis origin. Next, a second route having the main routes of (a), (b), (f), (j), and (m) will be described. This route is common to the first route until the extended chain fp_tp_1 is generated ((f) in the figure). A stem-loop structure is formed at the 3 ′ end of the extended chain fp_tp_1 (figure (f)), and an extension reaction takes place with the 3 ′ end as the starting point for complementary chain synthesis, resulting in an extended chain fp_fp_2 (figure (j) )). Next, a stem-loop structure is formed at the 3 ′ end of the extended strand fp_fp_2 ((j) in the figure), and an extension reaction occurs using the 3 ′ end as a complementary strand synthesis origin to generate an extended strand fp_fp_4 (same as above). Figure (m)). Furthermore, a stem-loop structure is formed at the 3 'end of the extended strand fp_fp_4 ((m) in the figure), and an extension reaction occurs using the 3' end as a complementary strand synthesis origin. Next, a third route having the main routes of (a), (b), (f), (j), (g), (k), and (n) will be described. This route is common to the second route until the extended chain fp_fp_2 is generated ((j) in the figure). A first primer (TP) is hybridized to the extended chain fp_fp_2 (FIG. (J)), and an extension reaction of the first primer (TP) occurs to generate an extended chain tp_fp_1 (FIG. (G) ). A stem-loop structure is formed at the 3 ′ end of the extended chain tp_fp_1 (FIG. (G)), and an extension reaction occurs using the 3 ′ end as a complementary chain synthesis origin to generate an extended chain tp_tp_2 (FIG. (K)). )). In addition, a stem-loop structure is formed at the 3 ′ end of the extended chain tp_tp_2 ((k) in the figure), and an extension reaction takes place with the 3 ′ end as a complementary chain synthesis origin, resulting in an extended chain tp_tp_4 (in the same figure (n)). Furthermore, a stem-loop structure is formed at the 3 'end of the extended strand tp_tp_4 ((n) in the figure), and an extension reaction occurs using the 3' end as a complementary strand synthesis origin. In addition, the first primer (TP) is hybridized to the extended chain tp_tp_4 ((n) in the figure), and the extension reaction of the first primer (TP) occurs. Next, a fourth route having the main routes of (a), (c), (g), (k), and (n) will be described. In this pathway, first, the second primer (FP) hybridizes to the antisense strand of the target nucleic acid ((a) in the figure), and the extension reaction of the second primer (FP) occurs, and the extended strand fp_1 (Fig. (C)). Next, the first primer (TP) is hybridized to the extended chain fp_1 ((c) in the same figure), and the extension reaction of the first primer (TP) occurs to generate an extended chain tp_fp_1 (the same figure). (g)). After FIG. 5G, the third route is common. Finally, a fifth route having the main routes of (a), (d), and (h) in the figure will be described. In this pathway, first, the third primer (BP) hybridizes to the antisense strand of the target nucleic acid ((a) in the figure), and the extension reaction of the third primer (BP) occurs, and the extended strand bp_1 (Fig. (D)). Next, the first primer (TP) is hybridized to the extended strand bp_1 (FIG. (D)), the extension reaction of the first primer (TP) occurs, and the extended strand elTP is generated (FIG. (h)). The above-described reaction path is an exemplification, and the present invention is not limited or limited by the reaction path.
本発明によるプライマーセットに含まれるプライマーは、デオキシヌクレオチドおよび/またはリボヌクレオチドにより構成される。本発明において、「リボヌクレオチド」(単に「N」ということもある)とは、リボヌクレオチド三リン酸をいい、例えば、ATP,UTP,CTP,GTP等がある。さらに、リボヌクレオチドにはこれらの誘導体が含まれ、例えば、α位のリン酸基の酸素原子を硫黄原子に置き換えたリボヌクレオチド(α−チオ−リボヌクレオチド)等がある。 The primers included in the primer set according to the present invention are composed of deoxynucleotides and / or ribonucleotides. In the present invention, “ribonucleotide” (sometimes simply referred to as “N”) refers to ribonucleotide triphosphate such as ATP, UTP, CTP, and GTP. Furthermore, ribonucleotides include these derivatives, for example, ribonucleotides (α-thio-ribonucleotides) in which the oxygen atom of the phosphate group at the α-position is replaced with a sulfur atom.
また、前記プライマーには、未修飾デオキシヌクレオチドおよび/または修飾デオキシヌクレオチドで構成されたオリゴヌクレオチドプライマー、および未修飾リボヌクレオチドおよび/または修飾リボヌクレオチドで構成されたオリゴヌクレオチドプライマー、未修飾デオキシヌクレオチドおよび/または修飾デオキシヌクレオチドおよび未修飾リボヌクレオチドおよび/または修飾リボヌクレオチドを含有するキメラオリゴヌクレオチドプライマー等も含まれる。 The primer includes an oligonucleotide primer composed of unmodified deoxynucleotides and / or modified deoxynucleotides, and an oligonucleotide primer composed of unmodified ribonucleotides and / or modified ribonucleotides, unmodified deoxynucleotides and / or Alternatively, chimeric oligonucleotide primers containing modified deoxynucleotides and unmodified ribonucleotides and / or modified ribonucleotides are also included.
本発明によるプライマーセットに含まれるプライマーは、オリゴヌクレオチドの合成に用いることのできる任意の方法、例えば、リン酸トリエステル法、H−ホスホネート法、チオホスホネート法等により合成できる。前記プライマーは、例えば、ABI社(Applied Biosystem Inc.)のDNAシンセサイザー394型を用いてホスホアミダイト法により合成すれば、容易に取得することができる。 The primers included in the primer set according to the present invention can be synthesized by any method that can be used for the synthesis of oligonucleotides, such as the phosphate triester method, the H-phosphonate method, the thiophosphonate method, and the like. The primer can be easily obtained by, for example, synthesizing by a phosphoramidite method using a DNA synthesizer 394 type manufactured by ABI (Applied Biosystem Inc.).
核酸増幅反応において用いられる、標的核酸配列を含む鋳型核酸、または核酸試料は、DNAまたはRNAのどちらでもよい。DNAには、cDNA、ゲノムDNAおよび合成DNAのいずれもが含まれる。RNAには、全RNA、mRNA、rRNA、siRNA、hnRNAおよび合成RNAのいずれもが含まれる。これらの核酸は、例えば、血液、組織、細胞、さらには動物、植物のような生体由来試料、または生体由来試料、食品、土壌、排水等から分離された微生物由来試料から調製することができる。 The template nucleic acid or nucleic acid sample containing the target nucleic acid sequence used in the nucleic acid amplification reaction may be either DNA or RNA. DNA includes any of cDNA, genomic DNA, and synthetic DNA. RNA includes all of RNA, mRNA, rRNA, siRNA, hnRNA and synthetic RNA. These nucleic acids can be prepared, for example, from blood, tissues, cells, biological samples such as animals and plants, or microorganism-derived samples separated from biological samples, food, soil, waste water, and the like.
鋳型核酸または核酸試料の単離は任意の方法で行うことができ、例えば、界面活性剤による溶解処理、音波処理、ガラスビーズを用いた振盪撹拌およびフレンチプレス等を用いる方法が挙げられる。また、内在性ヌクレアーゼが存在する場合には、単離された核酸を精製することが好ましい。核酸の精製は、例えば、フェノール抽出、クロマトグラフィー、イオン交換、ゲル電気泳動、密度に依存した遠心分離等により実施することが可能である。 Isolation of the template nucleic acid or nucleic acid sample can be performed by any method, and examples thereof include a method using a lysis treatment with a surfactant, sonication, shaking and stirring using glass beads, a French press, and the like. In addition, when an endogenous nuclease is present, it is preferable to purify the isolated nucleic acid. Nucleic acid purification can be performed, for example, by phenol extraction, chromatography, ion exchange, gel electrophoresis, density-dependent centrifugation, and the like.
より具体的には、前記鋳型核酸または前記核酸試料としては、上記方法により単離したゲノムDNAやPCRフラグメントのような二本鎖核酸、全RNAもしくはmRNAから逆転写反応で調製されたcDNAのような一本鎖核酸のいずれも使用可能である。上記二本鎖核酸の場合は、変性工程(denaturing)を行って一本鎖とすることにより、より最適に利用することができる。 More specifically, the template nucleic acid or the nucleic acid sample is a double-stranded nucleic acid such as genomic DNA or PCR fragment isolated by the above method, or a cDNA prepared by reverse transcription from total RNA or mRNA. Any single stranded nucleic acid can be used. In the case of the above double-stranded nucleic acid, it can be used more optimally by carrying out a denaturing step to make it a single strand.
上記の逆転写反応に用いられる酵素は、RNAを鋳型としたcDNA合成活性を有するものであれば特に限定されず、例えば、トリ骨髄芽球症ウイルス由来逆転写酵素(AMV RTase)、ラウス関連ウイルス2逆転写酵素(RAV−2 RTase)、モロニーネズミ白血病ウイルス由来逆転写酵素(MMLV RTase)等、種々の起源の逆転写酵素が挙げられる。このほか、逆転写活性を併せ持つDNAポリメラーゼを使用することも可能である。また、本発明の目的のためには、高温で逆転写活性を有する酵素が最適であり、例えばサーマス属細菌由来DNAポリメラーゼ(TthDNAポリメラーゼ等)、バチルス属細菌由来DNAポリメラーゼ等を使用できる。特に好ましい酵素を例示すれば、例えば、好熱性バチルス属細菌由来DNAポリメラーゼとして、B.st由来DNAポリメラーゼ(Bst DNAポリメラーゼ)、およびB.ca由来DNAポリメラーゼ(Bca DNAポリメラーゼ)、例えばBcaBEST DNAポリメラーゼ、Bca(exo−)DNAポリメラーゼ等が挙げられる。例えば、Bca DNAポリメラーゼは、反応にマンガンイオンを必要とせず、高温条件下で鋳型RNAの二次構造形成を抑制しながらcDNAを合成することが可能である。 The enzyme used in the reverse transcription reaction is not particularly limited as long as it has cDNA synthesis activity using RNA as a template. For example, avian myeloblastosis virus-derived reverse transcriptase (AMV RTase), rous-related virus 2 reverse transcriptase (RAV-2 RTase), Moloney murine leukemia virus-derived reverse transcriptase (MMLV RTase), and other reverse transcriptases. In addition, a DNA polymerase having reverse transcription activity can also be used. For the purpose of the present invention, an enzyme having reverse transcription activity at a high temperature is optimal. For example, a DNA polymerase derived from Thermus sp. (Tth DNA polymerase, etc.), a DNA polymerase derived from Bacillus sp. As a particularly preferable enzyme, for example, as a DNA polymerase derived from a thermophilic Bacillus bacterium, B. st-derived DNA polymerase (Bst DNA polymerase); Ca-derived DNA polymerase (Bca DNA polymerase), for example, BcaBEST DNA polymerase, Bca (exo-) DNA polymerase, and the like can be mentioned. For example, Bca DNA polymerase does not require manganese ions for reaction, and can synthesize cDNA while suppressing secondary structure formation of template RNA under high temperature conditions.
核酸増幅反応では、鋳型核酸が二本鎖核酸の場合でも、これをそのまま反応に用いることができるが、必要に応じてそれらを変性して一本鎖にすることにより、鋳型核酸へのプライマーのアニーリングを効率よく行うこともできる。温度を約95℃に上昇させることは、好ましい核酸変性法である。他の方法として、pHを上昇させることにより変性させることも可能であるが、この場合には、プライマーを標的核酸にハイブリダイズさせるためにpHを低下させる必要がある。 In the nucleic acid amplification reaction, even when the template nucleic acid is a double-stranded nucleic acid, it can be used as it is in the reaction. However, if necessary, the primer nucleic acid can be denatured into a single strand to obtain a primer for the template nucleic acid. Annealing can also be performed efficiently. Increasing the temperature to about 95 ° C is a preferred nucleic acid denaturation method. As another method, it is possible to denature by raising the pH, but in this case, it is necessary to lower the pH in order to hybridize the primer to the target nucleic acid.
核酸増幅反応に用いられるポリメラーゼは、鎖置換(strand displacement)活性(鎖置換能)を有するものであればよく、常温性、中温性、もしくは耐熱性のいずれのものも好適に使用できる。また、このポリメラーゼは、天然体もしくは人工的に変異を加えた変異体のいずれであってもよい。このようなポリメラーゼとしては、DNAポリメラーゼが挙げられる。さらに、このDNAポリメラーゼは、実質的に5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有しないものであることが好ましい。このようなDNAポリメラーゼとしては、バチルス・ステアロサーモフィルス(Bacillus stearothermophilus、以下「B.st」という)、バチルス・カルドテナックス(Bacillus caldotenax、以下「B.ca」という)等の好熱性バチルス属細菌由来DNAポリメラーゼの5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を欠失した変異体、大腸菌(E.coli)由来DNAポリメラーゼIのクレノウフラグメント等が挙げられる。核酸増幅反応において使用するDNAポリメラーゼとしては、さらに、Vent DNAポリメラーゼ、Vent (Exo-) DNAポリメラーゼ、DeepVent DNAポリメラーゼ、DeepVent (Exo-) DNAポリメラーゼ、Φ29ファージDNAポリメラーゼ、MS−2ファージDNAポリメラーゼ、Z-Taq DNAポリメラーゼ、Pfu DNAポリメラーゼ、Pfu turbo DNAポリメラーゼ、KOD DNAポリメラーゼ、9°Nm DNAポリメラーゼ、Therminater DNAポリメラーゼ等が挙げられる。 The polymerase used in the nucleic acid amplification reaction only needs to have a strand displacement activity (strand displacement ability), and any of normal temperature, intermediate temperature, and heat resistance can be suitably used. Further, this polymerase may be either a natural body or a mutant with artificial mutation. Examples of such a polymerase include DNA polymerase. Furthermore, it is preferable that this DNA polymerase has substantially no 5 ′ → 3 ′ exonuclease activity. Examples of such a DNA polymerase include thermophilic Bacillus bacteria such as Bacillus stearothermophilus (hereinafter referred to as “B.st”) and Bacillus caldotenax (hereinafter referred to as “B.ca”). Examples include mutants lacking the 5 ′ → 3 ′ exonuclease activity of the derived DNA polymerase, Klenow fragment of DNA polymerase I derived from E. coli . Examples of the DNA polymerase used in the nucleic acid amplification reaction include Vent DNA polymerase, Vent (Exo-) DNA polymerase, DeepVent DNA polymerase, DeepVent (Exo-) DNA polymerase, Φ29 phage DNA polymerase, MS-2 phage DNA polymerase, Z -Taq DNA polymerase, Pfu DNA polymerase, Pfu turbo DNA polymerase, KOD DNA polymerase, 9 ° Nm DNA polymerase, Therminater DNA polymerase and the like.
さらに、上記核酸増幅反応においては、逆転写活性を併せ持つDNAポリメラーゼ、例えば、BcaBEST DNAポリメラーゼ、Bca(exo−)DNAポリメラーゼ等を使うことにより、全RNAもしくはmRNAからの逆転写反応とcDNAを鋳型にしたDNAポリメラーゼ反応を1種類のポリメラーゼで行うことが可能である。また、DNAポリメラーゼと、MMLV逆転写酵素等の上述の逆転写酵素とを組み合わせて用いてもよい。 Furthermore, in the nucleic acid amplification reaction, by using a DNA polymerase having reverse transcription activity, for example, BcaBEST DNA polymerase, Bca (exo-) DNA polymerase, etc., reverse transcription reaction from total RNA or mRNA and cDNA as a template. The DNA polymerase reaction can be carried out with one kind of polymerase. Moreover, you may use combining DNA polymerase and above-mentioned reverse transcriptases, such as MMLV reverse transcriptase.
核酸増幅反応において使用するその他の試薬としては、例えば、塩化マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸マグネシウム等の触媒、dNTPミックス等の基質、トリス塩酸バッファー、トライシンバッファー、リン酸ナトリウムバッファー、リン酸カリウムバッファー等の緩衝液を使用することができる。さらに、ジメチルスルホキシド(dimethyl sulfoxide)やベタイン(N,N,N-trimethylglycine)等の添加物、国際公開第99/54455号パンフレットに記載の酸性物質、陽イオン錯体等を使用してもよい。 Other reagents used in the nucleic acid amplification reaction include, for example, catalysts such as magnesium chloride, magnesium acetate, magnesium sulfate, substrates such as dNTP mix, Tris-HCl buffer, tricine buffer, sodium phosphate buffer, potassium phosphate buffer, etc. Can be used. Furthermore, additives such as dimethyl sulfoxide and betaine (N, N, N-trimethylglycine), acidic substances described in International Publication No. 99/54455 pamphlet, cation complexes and the like may be used.
核酸増幅反応において、核酸の増幅効率を高めるために、融解温度調整剤を反応溶液中に添加することができる。核酸の融解温度(Tm)は、一般的に、核酸中の二本鎖形成部分の具体的なヌクレオチド配列によって決定される。反応溶液中に融解温度調整剤を添加することにより、この融解温度を変化させることができ、従って、一定の温度下では、核酸における二本鎖形成の強度を調整することが可能となる。一般的な融解温度調整剤は、融解温度を下げる効果を有する。このような融解温度調整剤を添加することにより、2本の核酸の間の二本鎖形成部分の融解温度を下げることができ、換言すれば、その二本鎖形成の強度を下げることが可能となる。従って、前記核酸増幅反応においてこのような融解温度調整剤を反応溶液中に添加すると、強固な二本鎖を形成するGCの豊富な核酸領域や複雑な二次構造を形成する領域において効率的に二本鎖部分を一本鎖とすることが可能となり、これにより、プライマーによる伸長反応が終わった後に次のプライマーが目的領域にハイブリダイズしやすくなるため、核酸の増幅効率を上げることができる。本発明において用いられる融解温度調整剤およびその反応溶液中での濃度は、ハイブリダイゼーション条件に影響を与える他の反応条件、例えば塩濃度、反応温度等を考慮して、当業者により適切に選択される。従って、融解温度調整剤は特に制限されるものではないが、好ましくはジメチルスルホキシド(DMSO)、ベタイン、ホルムアミドもしくはグリセロール、またはこれらの任意の組み合わせとされ、より好ましくはジメチルスルホキシド(DMSO)とされる。 In the nucleic acid amplification reaction, a melting temperature adjusting agent can be added to the reaction solution in order to increase the amplification efficiency of the nucleic acid. The melting temperature (Tm) of a nucleic acid is generally determined by the specific nucleotide sequence of the double stranded portion in the nucleic acid. By adding a melting temperature adjusting agent to the reaction solution, this melting temperature can be changed. Therefore, under a certain temperature, the intensity of double strand formation in the nucleic acid can be adjusted. A general melting temperature adjusting agent has an effect of lowering the melting temperature. By adding such a melting temperature adjusting agent, the melting temperature of the duplex forming part between two nucleic acids can be lowered, in other words, the strength of the duplex formation can be lowered. It becomes. Therefore, when such a melting temperature adjusting agent is added to the reaction solution in the nucleic acid amplification reaction, it is efficiently used in a GC-rich nucleic acid region that forms a strong double strand or a region that forms a complex secondary structure. The double-stranded portion can be made into a single strand, and this makes it easy for the next primer to hybridize to the target region after the extension reaction with the primer is completed, so that the nucleic acid amplification efficiency can be increased. The melting temperature adjusting agent used in the present invention and its concentration in the reaction solution are appropriately selected by those skilled in the art in consideration of other reaction conditions that affect the hybridization conditions, such as salt concentration, reaction temperature, etc. The Therefore, the melting temperature adjusting agent is not particularly limited, but is preferably dimethyl sulfoxide (DMSO), betaine, formamide or glycerol, or any combination thereof, more preferably dimethyl sulfoxide (DMSO). .
さらに、核酸増幅反応において、酵素安定化剤を反応溶液中に添加することもできる。これにより、反応液中の酵素が安定化されるため、核酸の増幅効率を高めることが可能となる。本発明において用いられる酵素安定化剤は、グリセロール、ウシ血清アルブミン、糖類等の、当技術分野において知られているいかなるものであってもよく、特に制限されない。 Furthermore, in the nucleic acid amplification reaction, an enzyme stabilizer can be added to the reaction solution. Thereby, since the enzyme in the reaction solution is stabilized, the amplification efficiency of the nucleic acid can be increased. The enzyme stabilizer used in the present invention may be any known in the art such as glycerol, bovine serum albumin, saccharides, etc., and is not particularly limited.
さらに、核酸増幅反応において、DNAポリメラーゼ、逆転写酵素等の酵素の耐熱性を増強するための試薬を、酵素安定化剤として反応溶液中に添加することもできる。これにより、反応液中の酵素が安定化されるため、核酸の合成効率および増幅効率を高めることが可能となる。このような試薬は当技術分野において知られているいかなるものであってもよく、特に制限されないが、好ましくは糖類、より好ましくは単糖またはオリゴ糖、さらに好ましくはトレハロース、ソルビトールもしくはマンニトール、またはこれらの2種以上の混合物とされる。 Furthermore, in the nucleic acid amplification reaction, a reagent for enhancing the heat resistance of an enzyme such as DNA polymerase or reverse transcriptase can be added to the reaction solution as an enzyme stabilizer. As a result, the enzyme in the reaction solution is stabilized, so that the nucleic acid synthesis efficiency and amplification efficiency can be increased. Such a reagent may be any known in the art and is not particularly limited, but is preferably a saccharide, more preferably a mono- or oligosaccharide, more preferably trehalose, sorbitol or mannitol, or these It is set as the mixture of 2 or more types.
本発明によるプライマーセットを用いる核酸増幅反応は、等温で実施可能である。従って、本発明の好ましい実施態様によれば、この核酸増幅反応は、鋳型核酸または核酸試料と本発明によるプライマーセットとを含んでなる核酸増幅用溶液を用意する工程、およびこの核酸増幅用溶液を等温でインキュベートする工程を含んでなる。ここで、「等温」とは、酵素およびプライマーが実質的に機能しうるような、ほぼ一定の温度条件下に保つことをいう。さらに、「ほぼ一定の温度条件」とは、設定された温度を正確に保持することのみならず、酵素およびプライマーの実質的な機能を損なわない程度の温度変化であれば許容されることを意味する。 The nucleic acid amplification reaction using the primer set according to the present invention can be performed isothermally. Therefore, according to a preferred embodiment of the present invention, the nucleic acid amplification reaction comprises the steps of preparing a nucleic acid amplification solution comprising a template nucleic acid or nucleic acid sample and the primer set according to the present invention, and the nucleic acid amplification solution. Incubating isothermally. Here, “isothermal” refers to maintaining an approximately constant temperature condition such that the enzyme and the primer can substantially function. Furthermore, the “substantially constant temperature condition” means that not only the set temperature is accurately maintained but also a temperature change that does not impair the substantial functions of the enzyme and the primer is allowed. To do.
一定の温度条件下での核酸増幅反応は、使用する酵素の活性を維持できる温度に保つことにより実施することができる。また、この核酸増幅反応において、プライマーが標的核酸にアニーリングするためには、例えば、反応温度を、そのプライマーの融解温度(Tm)付近の温度、もしくはそれ以下に設定することが好ましく、さらには、プライマーの融解温度(Tm)を考慮し、ストリンジェンシーのレベルを設定することが好ましい。従って、この温度は、好ましくは、約20℃〜約75℃であり、さらに好ましくは、約35℃〜約65℃とする。 The nucleic acid amplification reaction under a certain temperature condition can be carried out by keeping the temperature at which the activity of the enzyme used can be maintained. In this nucleic acid amplification reaction, in order for the primer to anneal to the target nucleic acid, for example, the reaction temperature is preferably set to a temperature near or below the melting temperature (Tm) of the primer, The level of stringency is preferably set in consideration of the melting temperature (Tm) of the primer. Therefore, this temperature is preferably about 20 ° C to about 75 ° C, more preferably about 35 ° C to about 65 ° C.
上記の核酸増幅反応においては、酵素が失活するか、またはプライマーをはじめとする試薬のうちの一つが使い尽くされるかのいずれかまで増幅反応が繰り返される。 In the nucleic acid amplification reaction, the amplification reaction is repeated until the enzyme is deactivated or one of the reagents including the primer is used up.
上記の核酸増幅反応においては、非天然ヌクレオチドを含む核酸を鋳型核酸とすることも可能である。本明細書において「非天然ヌクレオチド」とは、天然ヌクレオチドに含まれる塩基(アデニン、グアニン、シトシン、およびチミンもしくはウラシル)以外の塩基を含むヌクレオチドであって、核酸配列中に取り込まれうるものを意味し、例えば、キサントシン類、ジアミノピリミジン類、isoG,isoC(Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92, 6329-6333, 1995)等が挙げられる。非天然ヌクレオチドを含む標的核酸の増幅には、一般に、耐熱性を持たない核酸増幅酵素が用いられる。一方で、上記核酸増幅反応は、例えば50℃前後の等温で行うことが可能であるため、従来のPCR法と比較して核酸増幅酵素(DNAポリメラーゼ等)が失活する可能性が低い。従って、本発明によるプライマーセットによる核酸増幅反応は、耐熱性を持たない核酸増幅酵素が用いられる非天然ヌクレオチドを含む標的核酸の増幅にも有効である。非天然ヌクレオチドを含む核酸の増幅に用いられる酵素は、そのような標的核酸を増幅可能なものであればよく、特に限定されないが、特に取り込み効率の観点から、Y188L/E478Q変異型HIV I 逆転写酵素、AMV逆転写酵素、DNAポリメラーゼのクレノウ断片、9°N DNA ポリメラーゼ、HotTub DNAポリメラーゼ等が好適である(Michael Sismour1 et al., Biochemistry 42, No.28, 8598, 2003/米国特許第6617106号明細書、Michael J. Lutz et al., Bioorganic & Medical Chemistry letters 8, 1149-1152, 1998等)。さらに、核酸増幅酵素の耐熱性を向上させる物質、例えばトレハロース等、を反応溶液に添加することもでき、これにより、より効率的に非天然ヌクレオチドを含む標的核酸の増幅を行うことができる。 In the above nucleic acid amplification reaction, a nucleic acid containing an unnatural nucleotide can be used as a template nucleic acid. As used herein, “non-natural nucleotide” means a nucleotide that contains a base other than the base (adenine, guanine, cytosine, and thymine or uracil) contained in a natural nucleotide, and that can be incorporated into a nucleic acid sequence. Examples thereof include xanthosines, diaminopyrimidines, isoG and isoC (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92, 6329-6333, 1995). In general, a nucleic acid amplification enzyme having no heat resistance is used for amplification of a target nucleic acid containing a non-natural nucleotide. On the other hand, since the nucleic acid amplification reaction can be performed at an isothermal temperature of, for example, about 50 ° C., the possibility that the nucleic acid amplification enzyme (DNA polymerase or the like) is inactivated is low as compared with the conventional PCR method. Therefore, the nucleic acid amplification reaction using the primer set according to the present invention is also effective for amplification of a target nucleic acid containing a non-natural nucleotide in which a nucleic acid amplification enzyme having no heat resistance is used. The enzyme used for the amplification of the nucleic acid containing the non-natural nucleotide is not particularly limited as long as it can amplify such a target nucleic acid, but Y188L / E478Q mutant HIV I reverse transcription particularly from the viewpoint of incorporation efficiency Enzymes, AMV reverse transcriptase, Klenow fragment of DNA polymerase, 9 ° N DNA polymerase, HotTub DNA polymerase and the like are suitable (Michael Sismour1 et al., Biochemistry 42, No. 28, 8598, 2003 / US Pat. No. 6,617,106). Description, Michael J. Lutz et al., Bioorganic & Medical Chemistry letters 8, 1149-1152, 1998, etc.). Furthermore, a substance that improves the heat resistance of the nucleic acid amplification enzyme, such as trehalose, can also be added to the reaction solution, whereby the target nucleic acid containing unnatural nucleotides can be more efficiently amplified.
つぎに、本発明の実施例について説明する。ただし、本発明は、以下の実施例により、なんら制限および限定されない。 Next, examples of the present invention will be described. However, the present invention is not limited or limited by the following examples.
融解温度および2次構造の最小自由エネルギーの予測
Tm値予測は、Primer3ソフトウェアパッケージ(S.Rozenら、 Bioinformatics Methods and Protocols: Methods in Molecular Biology. Humana Press, Totowa,NJ,365-386(2000).)中の「oligotm」ソフトウェアを使用して行った。2次構造の最小自由エネルギー予測は、「mfold」プログラム(http://mfold.bioinfo.rpi.edu/cgi-bin/dna-form1.cgi)を使用して行った。前記Tm値および最小自由エネルギー予測時のシミュレーションにおいて、イオン条件は、10mmol/L Na+および8mmol/L Mg2+、温度は、60℃に設定した。
Prediction of melting temperature and minimum free energy of secondary structure. Tm value prediction is described in Primer 3 software package (S. Rozen et al., Bioinformatics Methods and Protocols: Methods in Molecular Biology. Humana Press, Totowa, NJ, 365-386 (2000). ) Using the “oligotm” software. Prediction of the minimum free energy of the secondary structure was performed using the “mfold” program (http://mfold.bioinfo.rpi.edu/cgi-bin/dna-form1.cgi). In the simulation for predicting the Tm value and the minimum free energy, the ion conditions were set to 10 mmol / L Na + and 8 mmol / L Mg 2+ , and the temperature was set to 60 ° C.
2種類のFP折り返し配列
FPのセルフプライミングは、変性およびヘアピン構造形成後に起こる。したがって、FP折り返し配列のTm値および2次構造の最小自由エネルギーによるヘアピン構造安定性と、SmartAmp2法による核酸増幅との関係を解析するために、以下のようにFP折り返し配列の設計を行った。FP折り返し配列のTm値は、19.5〜61.8℃の範囲内で、2次構造の最小自由エネルギーは、−4.3〜1.6kcal/molの範囲内で変化させた。さらに、前記Tm値および2次構造の最小自由エネルギーにしたがって、FP折り返し配列を、S型およびW型の2つの型に分類した。W型は、融解温度が低く、高い自由エネルギーを持ち、S型は、融解温度が高く、低い自由エネルギーを持つ。図5(A)には、上記のように設計した2つのW型のFP折り返し配列であるW1およびW2のTm値、ならびに、2つのS型のFP折り返し配列であるS1およびS2のTm値を示す。同図(B)には、上記のように設計した2つのW型のFP折り返し配列であるW1およびW2の2次構造の最小自由エネルギー、ならびに、2つのS型のFP折り返し配列であるS1およびS2の2次構造の最小自由エネルギーを示す。
2 types of FP folding array
FP self-priming occurs after denaturation and hairpin structure formation. Therefore, in order to analyze the relationship between the Tm value of the FP folded sequence and the hairpin structure stability based on the minimum free energy of the secondary structure and nucleic acid amplification by the SmartAmp2 method, the FP folded sequence was designed as follows. The Tm value of the FP folded array was changed within the range of 19.5 to 61.8 ° C., and the minimum free energy of the secondary structure was changed within the range of −4.3 to 1.6 kcal / mol. Furthermore, according to the Tm value and the minimum free energy of the secondary structure, the FP folded array was classified into two types, S-type and W-type. The W type has a low melting temperature and high free energy, and the S type has a high melting temperature and low free energy. FIG. 5A shows the Tm values of W1 and W2 which are two W-type FP folding arrays designed as described above, and the Tm values of S1 and S2 which are two S-type FP folding arrays. Show. FIG. 4B shows the minimum free energy of the secondary structure of W1 and W2, which are two W-type FP folding arrays designed as described above, and two S-type FP folding arrays, S1 and The minimum free energy of the secondary structure of S2 is shown.
ターゲット遺伝子検出用プライマーの配列
B2ARおよびUCP1を検出するためのプライマー配列の決定は、公開されたプライマー配列決定システム(http://smap.gsc.riken.jp/smap/PrimerDesign.do)を使用して行った。図9(A)に、標的核酸配列周辺のUCP1およびB2AR、および、各種検出用プライマーの配列を示す。同図(A)(1)上段に、標的核酸配列周辺のUCP1の配列を示す。前記UCP1の配列に付した下線は、各種検出用プライマーがハイブリダイズする配列である。また、前記UCP1の配列において太字で示した部位は、一塩基多型の発生部位である。同図(A)(1)下段に、UCP1検出用プライマーの配列を示す。なお、UCP1 FP tail−W1およびUCP1 FP tail−S1が、UCP1にハイブリダイズする配列は、同一である。同図(A)(2)上段に、標的核酸配列周辺のB2ARの配列を示す。前記B2ARの配列に付した下線は、各種検出用プライマーがハイブリダイズする配列である。また、前記B2ARの配列において太字で示した部位は、一塩基多型の発生部位である。同図(A)(2)下段に、B2AR検出用プライマーの配列を示す。なお、B2AR FP tail−W1およびB2AR FP tail−S1が、B2ARにハイブリダイズする配列は、同一である。
The primer sequence for detecting the target gene detection primer sequences B2AR and UCP1 is determined using the published primer sequencing system (http://smap.gsc.riken.jp/smap/PrimerDesign.do). I went. FIG. 9A shows the sequences of UCP1 and B2AR around the target nucleic acid sequence and various detection primers. The upper part of the figure (A) (1) shows the sequence of UCP1 around the target nucleic acid sequence. The underline attached to the UCP1 sequence is a sequence to which various detection primers hybridize. The site shown in bold in the UCP1 sequence is a site where single nucleotide polymorphisms occur. The sequence of the UCP1 detection primer is shown in the lower part of FIG. Note that the sequences of UCP1 FP tail-W1 and UCP1 FP tail-S1 that hybridize to UCP1 are the same. In the upper part of FIGS. (A) and (2), the B2AR sequence around the target nucleic acid sequence is shown. The underline attached to the B2AR sequence is a sequence to which various detection primers hybridize. Further, the site shown in bold in the B2AR sequence is a site where a single nucleotide polymorphism occurs. The sequence of the B2AR detection primer is shown in the lower part of FIGS. Note that the sequences in which B2AR FP tail-W1 and B2AR FP tail-S1 hybridize to B2AR are identical.
鋳型プラスミドの調製
増幅した領域以外のゲノム断片が、SmartAmp2法の結果に影響しないように、以下に示す方法により調製したプラスミドを、SmartAmp2法の鋳型とした。まず、PCRにより、前記UCP1およびB2ARの標的核酸配列周辺領域を増幅した。前記増幅産物を、pGEM−Tプラスミドに挿入してクローン化し、UCP1およびB2ARのターゲット領域を含むプラスミドを得た。前記プラスミドを、UCP1およびB2ARを増幅させるSmartAmp2法の鋳型とした。前記プラスミドは、SmartAmp2法の鋳型として使用するまで、−20℃で保存した。
Preparation of template plasmid A plasmid prepared by the following method was used as a template for the SmartAmp2 method so that genomic fragments other than the amplified region would not affect the results of the SmartAmp2 method. First, the region surrounding the target nucleic acid sequences of UCP1 and B2AR was amplified by PCR. The amplification product was inserted into the pGEM-T plasmid and cloned to obtain a plasmid containing UCP1 and B2AR target regions. The plasmid was used as a template for the SmartAmp2 method for amplifying UCP1 and B2AR. The plasmid was stored at −20 ° C. until used as a template for the SmartAmp2 method.
SmartAmp2法
Nature Methods 4(2007)257−262、Clin Cancer Res. 13(2007)4974−4983.およびClin.Chem. 10(2009)1373.において報告した方法を用いて、以下のようにSmartAmp2法を行った。前記鋳型プラスミドは、2000コピー/μLに希釈した後、98℃に熱し、変性させたものを使用した。SmartAmp2反応液の組成は、下記に示す通りである。FPの濃度は、図9(B)に示すように、0.5、1、2、4または8μmol/Lとした。前記反応液は、氷上で調製し、25μLとした。前記反応液を、60℃で120分インキュベートすることにより、SmartAmp2反応を行い、核酸を増幅した。増幅産物の生成は、リアルタイム蛍光検出装置(商品名Mx3000P、Stratagene社製)を用いて1分ごとにモニタリングした。
SmartAmp2 Method Nature Methods 4 (2007) 257-262, Clin Cancer Res. 13 (2007) 4974-4983. And Clin. Chem. 10 (2009) 1373. Using the method reported in, the SmartAmp2 method was performed as follows. The template plasmid used was diluted to 2000 copies / μL, then heated to 98 ° C. and denatured. The composition of the SmartAmp2 reaction solution is as shown below. The concentration of FP was 0.5, 1, 2, 4 or 8 μmol / L as shown in FIG. The reaction solution was prepared on ice to make 25 μL. By incubating the reaction solution at 60 ° C. for 120 minutes, a SmartAmp2 reaction was performed to amplify the nucleic acid. The generation of the amplification product was monitored every minute using a real-time fluorescence detection apparatus (trade name Mx3000P, manufactured by Stratagene).
(SmartAmp2反応液)
20mmol/L トリス塩酸緩衝液(pH8.0)
10mmol/L 塩化カリウム
10mmol/L 硫酸アンモニウム
8mmol/L 硫酸マグネシウム
5% ジメチルスルホキシド(DMSO)
0.1% Tween20
1.4mmol/L dNTP
2.0μmol/L TP
2.0μmol/L BP
0.5、1、2、4または8μmol/L FP
0.001% original SYBRGreenI
(Molecular Probe社製)
6units AacDNAポリメラーゼ
(ダナフォーム社製)
2000コピー 鋳型プラスミド
(SmartAmp2 reaction solution)
20 mmol / L Tris-HCl buffer (pH 8.0)
10 mmol / L Potassium chloride 10 mmol / L Ammonium sulfate 8 mmol / L Magnesium sulfate 5% Dimethyl sulfoxide (DMSO)
0.1% Tween20
1.4mmol / L dNTP
2.0μmol / L TP
2.0μmol / L BP
0.5, 1, 2, 4 or 8 μmol / L FP
0.001% original SYBRGreen I
(Molecular Probe)
6units AacDNA polymerase
(Danafoam)
2000 copies template plasmid
SmartAmp2反応時間決定方法
SmartAmp2反応の開始時から、前記リアルタイム蛍光検出装置によって各時点でモニタリングされる蛍光強度変化速度が最大となる時間を、SmartAmp2反応時間として定義した。前記蛍光強度変化速度が最大となる時間は、以下の方法によって決定した。まず、1分おきに隣接する各時点間の蛍光強度の差を算出し、各時点での蛍光強度変化量を決定した。次に、基準となる時点の2分前、1分前、基準時、1分後、2分後の5つの時点で、平均の蛍光強度の差を算出し、それらの値を比較することで、蛍光強度変化量が単調増加する時間帯を決定した。前記蛍光強度変化量の平均値が最大となる基準時点を反応時間として決定した。
SmartAmp2 reaction time determination method
The time from the start of the SmartAmp2 reaction to the maximum rate of change in fluorescence intensity monitored at each time point by the real-time fluorescence detector was defined as the SmartAmp2 reaction time. The time at which the fluorescence intensity change rate is maximized was determined by the following method. First, the difference in fluorescence intensity between adjacent time points was calculated every other minute, and the amount of change in fluorescence intensity at each time point was determined. Next, calculate the difference in average fluorescence intensity at 5 time points 2 minutes before, 1 minute before the reference time point, 1 hour after the reference time, 2 minutes after the reference time, and compare these values. The time period during which the amount of change in fluorescence intensity monotonously was determined. The reference time point at which the average value of the fluorescence intensity change amount was maximum was determined as the reaction time.
ゲル電気泳動
SmartAmp2の増幅産物は、10%ポリアクリルアミドゲル(AMRESCO社、オハイオ、USA)を用いた電気泳動により解析した。電気泳動サイズマーカーとして、オレンジルーラー(商品名)100bp DNAラダー(フェルメンタス社製)を用いた。前記電気泳動は、35Wで150分間、1×TBE緩衝液(40mmol/L Tris,20mmol/Lホウ酸,1mmol/L EDTA)中で行った。前記電気泳動後に、前記ゲルをエチジウムブロマイド溶液(5μg/ml)で20分間染色した後、脱イオン水で20分間洗浄し、UV透照により観察した。
Gel electrophoresis
The amplification product of SmartAmp2 was analyzed by electrophoresis using 10% polyacrylamide gel (AMRESCO, Ohio, USA). An orange ruler (trade name) 100 bp DNA ladder (manufactured by Fermentas) was used as an electrophoresis size marker. The electrophoresis was performed at 35 W for 150 minutes in 1 × TBE buffer (40 mmol / L Tris, 20 mmol / L boric acid, 1 mmol / L EDTA). After the electrophoresis, the gel was stained with ethidium bromide solution (5 μg / ml) for 20 minutes, washed with deionized water for 20 minutes, and observed by UV transillumination.
プライマーの 32 P−ATPラベリングおよびオートラジオグラフィー
各種プライマーの32P−ATPによるラベリングは、以下の方法で行った。1×キナーゼ緩衝液(NEB社、USA)50μl中で、32P−ATPおよびT4ポリヌクレオチドキナーゼ(NEB社、USA)と37℃、30分間反応させることによって、前記各種プライマーを32P−ATPによるリン酸化に供した。次に、65℃で20分間処理によって、前記反応を停止させ、ラベル化プライマーを得た。前記ラベル化プライマーを、前記SmartAmp2反応液に使用するプライマーミックスに添加し、前記SmartAmp2反応液を調製した。前記SmartAmp2反応液を60℃で70分間インキュベートし、SmartAmp2反応を行った。前記SmartAmp2反応の増幅産物は、前述の方法によるゲル電気泳動に供した。前記ゲル電気泳動後に、前記ゲルをイメージアナライザー(富士フィルム社製)により解析し、32P−ATPのシグナルを検出した。
32 P-ATP Labeling and 32 P-ATP by labeling autoradiography various primer of the primer was carried out in the manner described below. By reacting 32 P-ATP and T4 polynucleotide kinase (NEB, USA) with 37 P at 30 ° C. for 30 minutes in 50 μl of 1 × kinase buffer (NEB, USA), the above various primers were treated with 32 P-ATP. Subjected to phosphorylation. Next, the reaction was stopped by treatment at 65 ° C. for 20 minutes to obtain a labeled primer. The labeled primer was added to the primer mix used for the SmartAmp2 reaction solution to prepare the SmartAmp2 reaction solution. The SmartAmp2 reaction solution was incubated at 60 ° C. for 70 minutes to perform a SmartAmp2 reaction. The amplification product of the SmartAmp2 reaction was subjected to gel electrophoresis by the method described above. After the gel electrophoresis, the gel was analyzed with an image analyzer (manufactured by Fuji Film) to detect 32 P-ATP signal.
SmartAmp2法における核酸増幅速度におけるFP折り返し配列の影響
プライマーセットにおけるFPの割合、ならびに、FP折り返し配列におけるTm値および2次構造の最小自由エネルギーと、前記核酸の増幅速度との関係を調べるために、以下の実験を行った。FP濃度を0.5、1、2、4、8μmol/Lとした、SmartAmp2アッセイをUCP1およびB2ARを含む数種のターゲットについて行った。図6(A)〜(D)は、それぞれW1型折り返し配列を有するUCP1 FP(UCP1−W)、S1型折り返し配列を有するUCP1 FP(UCP1−S)、W1型折り返し配列を有するB2AR FP(B2AR−W)およびS1型折り返し配列を有するB2AR FP(B2AR−S)を用いてSmartAmp2法を行った際の、FPの濃度と反応時間との関係を示すグラフである。各グラフにおいて、横軸は、FPの濃度(μmol/L)を示し、縦軸は、SmartAmp2反応時間(分)を示す。同図(A)および(C)に示すように、W1型FP折り返し配列を有するFPの場合は、FP濃度に関わらずSmartAmp2反応時間が一定であった。一方、同図(B)および(D)に示すように、S1型FP折り返し配列を有するFPの場合は、FP濃度が高いほどSmartAmp2反応時間が長くなった。データは示さないが、UCP1およびB2AR以外のターゲット遺伝子の場合も、FP濃度とSmartAmp2反応時間との間には、上記のようなFP折り返し配列のW1型、S1型に依存した関係が見られた。また、折り返し配列以外の部分のTm値および2次構造の最小自由エネルギーに関しては上記の関係は見られなかった。以上の結果から、前記プライマーセットにおけるFPプライマーの割合を増加させることにより、前記核酸の増幅速度を制御できることが分かった。さらに、前記融解温度を低下させ、かつ前記自由エネルギーを増加させることにより、前記核酸の増幅速度は加速され、また、前記融解温度を上昇させ、かつ前記自由エネルギーを減少させることにより、前記核酸の増幅速度は減速されることが分かった。
Influence of FP Fold Sequence on Nucleic Acid Amplification Rate in SmartAmp2 Method In order to investigate the relationship between the ratio of FP in the primer set and the minimum free energy of Tm value and secondary structure in the FP fold sequence and the amplification rate of the nucleic acid The following experiment was conducted. SmartAmp2 assays were performed on several targets including UCP1 and B2AR, with FP concentrations of 0.5, 1, 2, 4, 8 μmol / L. 6A to 6D illustrate UCP1 FP (UCP1-W) having a W1-type folded array, UCP1 FP (UCP1-S) having an S1-type folded array, and B2AR FP (B2AR) having a W1-type folded array, respectively. It is a graph which shows the relationship between the density | concentration of FP, and reaction time when performing SmartAmp2 method using B2AR FP (B2AR-S) which has -W) and S1 type | mold folding sequence | arrangement. In each graph, the horizontal axis represents the FP concentration (μmol / L), and the vertical axis represents the SmartAmp2 reaction time (minutes). As shown in FIGS. 4A and 4C, in the case of the FP having the W1-type FP folding sequence, the SmartAmp2 reaction time was constant regardless of the FP concentration. On the other hand, as shown in FIGS. 4B and 4D, in the case of the FP having the S1-type FP folding sequence, the higher the FP concentration, the longer the SmartAmp2 reaction time. Although data are not shown, in the case of target genes other than UCP1 and B2AR, a relationship depending on W1 type and S1 type of the FP folding sequence as described above was observed between the FP concentration and the SmartAmp2 reaction time. . Further, the above relationship was not observed with respect to the Tm value of the portion other than the folded array and the minimum free energy of the secondary structure. From the above results, it was found that the amplification rate of the nucleic acid can be controlled by increasing the ratio of the FP primer in the primer set. Furthermore, by decreasing the melting temperature and increasing the free energy, the amplification rate of the nucleic acid is accelerated, and by increasing the melting temperature and decreasing the free energy, It was found that the amplification rate was reduced.
増幅産物の電気泳動解析
FPプライマーの最適化は、増幅速度だけでなく、増幅産物の生成パターンにも重要である。そこで、FPプライマーの添加量と増幅産物の生成パターンとの関係、および、FPプライマー折り返し配列と増幅産物の生成パターンとの関係を調べるために、B2ARのSmartAmp2増幅産物を、電気泳動解析した。図7に、W1型折り返し配列を有するB2AR FP(B2AR−W)およびS1型折り返し配列を有するB2AR FP(B2AR−S)を用いた場合の、B2ARのSmartAmp2増幅産物の電気泳動解析結果を示す。同図に示すように、B2AR−WとB2AR−Sとでは、前記増幅産物の泳動パターンは、明確に異なっていた。また、同図に示すように、B2AR−WおよびB2AR−Sにおいて、FP濃度の変化に応じて、多くのバンドのシグナルの増減が同時に観察された。これらの結果は、SmartAmp2法による核酸増幅経路に変化があったことを示す。
Electrophoretic analysis of amplification products
Optimization of the FP primer is important not only for the amplification rate but also for the generation pattern of the amplification product. Therefore, in order to examine the relationship between the amount of FP primer added and the amplification product generation pattern, and the relationship between the FP primer folding sequence and the amplification product generation pattern, the B2AR SmartAmp2 amplification product was subjected to electrophoretic analysis. FIG. 7 shows the results of electrophoretic analysis of B2AR SmartAmp2 amplification products using B2AR FP (B2AR-W) having a W1-type folded sequence and B2AR FP (B2AR-S) having a S1-type folded sequence. As shown in the figure, the electrophoresis pattern of the amplification product was clearly different between B2AR-W and B2AR-S. Moreover, as shown in the figure, in B2AR-W and B2AR-S, the increase and decrease of signals in many bands were observed simultaneously according to the change in the FP concentration. These results indicate that there was a change in the nucleic acid amplification pathway by the SmartAmp2 method.
RIラベルした増幅産物のオートラジオグラフィー解析
FPプライマーの添加量と増幅産物の生成パターンとの関係、核酸増幅におけるTP、BPまたはFPのそれぞれの貢献度、および、FPプライマー折り返し配列と増幅産物の生成パターンとの関係を調べるために、TP、BPまたはFPを32P−ATPラベルして増幅させた、B2ARのSmartAmp2増幅産物を、オートラジオグラフィー解析した。図8(A)および(B)に、W1型折り返し配列を有するB2AR FP(B2AR−W)およびS1型折り返し配列を有するB2AR FP(B2AR−S)を用いた場合の、B2ARのSmartAmp2増幅産物のオートラジオグラフィー解析結果をそれぞれ示す。また、同図(A)(B)の左から順に、TPを32P−ATPラベルした場合(TPラベル)、BPを32P−ATPラベルした場合(BPラベル)およびFPを32P−ATPラベルした場合(FPラベル)の解析結果を示す。さらに、各反応につき、FP濃度は、0.5、2または8μmol/Lとした。同図(A)(B)のTPラベルおよびBPラベルの結果に示すように、TPまたはBPを含む増幅産物の泳動パターンは、FP折り返し配列がW1型の場合(B2AR−W)とS1型の場合(B2AR−S)とで、明確に異なることが分かった。また、FP濃度が増すほど、TPまたはBPを含む増幅産物の量が増加し、長さが増すことが分かった。また、この傾向は、FP折り返し配列がW1型の場合でもS1型の場合でも同様であった。FPは増幅反応の鋳型を産生することにより、TPまたはBPを含む増幅産物の産生に貢献する。この結果から、FP折り返し配列が、W1型およびS1型のいずれであっても、FPの濃度依存的に、TPまたはBPを含む増幅産物を増加できることが分かった。また、同図(A)(B)のFPラベルの結果に示すように、FPを含む増幅産物の泳動パターンは、FP折り返し配列がW1型の場合とS1型の場合とで、明確に異なることが分かった。同図(A)FPラベルの結果に示すように、FP折り返し配列がW1型の場合、FPを含む増幅産物は少量であった。一方、同図(B)FPラベルの結果に示すように、FP折り返し配列がS1型の場合、FPを含む増幅産物は比較的多かった。この結果から、FP折り返し配列をS1型にすることにより、FPを含む増幅産物を増加できることが分かった。また、FPの濃度依存的に、FPを含む増幅産物は増加することが分かった。以上の結果から、FP折り返し配列をS1型にし、核酸増幅速度を減少することによって、FPを含む増幅産物を増加させることが可能であることが分かった。核酸増幅速度と、FPを含む増幅産物量とのこのような逆相関関係は予想外であった。
Autoradiographic analysis of amplification products labeled with RI
To examine the relationship between the amount of FP primer added and the amplification product generation pattern, the contribution of each of TP, BP, or FP in nucleic acid amplification, and the relationship between the FP primer folding sequence and the amplification product generation pattern, The B2AR SmartAmp2 amplification product obtained by amplifying BP or FP with 32 P-ATP label was analyzed by autoradiography. FIGS. 8A and 8B show B2AR SmartAmp2 amplification products using B2AR FP having a W1-type folded sequence (B2AR-W) and B2AR FP having a S1-type folded sequence (B2AR-S). The results of autoradiography analysis are shown respectively. In addition, from the left in the figure (A) and (B), when TP is labeled with 32 P-ATP (TP label), when BP is labeled with 32 P-ATP (BP label) and when FP is labeled with 32 P-ATP The analysis results for the case (FP label) are shown. Furthermore, for each reaction, the FP concentration was 0.5, 2 or 8 μmol / L. As shown in the results of the TP label and BP label in FIGS. 6A and 6B, the migration pattern of the amplification product containing TP or BP shows that the FP folding sequence is W1 type (B2AR-W) and S1 type. The case (B2AR-S) was clearly different. It was also found that the amount of amplification product containing TP or BP increased and the length increased as the FP concentration increased. This tendency was the same whether the FP folding array was the W1 type or the S1 type. FP contributes to the production of amplification products containing TP or BP by producing templates for amplification reactions. From this result, it was found that the amplification product containing TP or BP can be increased depending on the concentration of FP regardless of whether the FP folding sequence is of W1 type or S1 type. In addition, as shown in the FP label results in FIGS. 4A and 4B, the migration pattern of the amplification product containing FP is clearly different depending on whether the FP folding sequence is the W1 type or the S1 type. I understood. As shown in the results of the FP label in FIG. 6A, when the FP folding sequence was W1 type, the amount of amplification product containing FP was small. On the other hand, as shown in the result of the FP label in FIG. 5B, when the FP folding sequence was S1 type, there were relatively many amplification products containing FP. From this result, it was found that the amplification product containing FP can be increased by making the FP folding sequence S1 type. It was also found that amplification products containing FP increased depending on the concentration of FP. From the above results, it was found that the amplification product containing FP can be increased by changing the FP folding sequence to S1 type and decreasing the nucleic acid amplification rate. Such an inverse correlation between the nucleic acid amplification rate and the amount of amplification product containing FP was unexpected.
本発明は、核酸配列の増幅法および遺伝子変異の検出方法に関するものであり、本発明の核酸配列の増幅法によれば、核酸の増幅速度が制御可能となる。一方、一般的な遺伝子検出であれば、検出時間の短縮化が求められるが、一塩基多型のような遺伝子変異の検出には、検出時間の短縮化よりも高い検出精度が求められる。このため、本発明の核酸配列の増幅法および遺伝子変異の検出方法は、例えば、遺伝子工学分野において、極めて有用なツールと言える。 The present invention relates to a nucleic acid sequence amplification method and a gene mutation detection method. According to the nucleic acid sequence amplification method of the present invention, the nucleic acid amplification rate can be controlled. On the other hand, in the case of general gene detection, it is required to shorten the detection time. However, detection of a gene mutation such as a single nucleotide polymorphism requires higher detection accuracy than the shortening of the detection time. For this reason, the nucleic acid sequence amplification method and gene mutation detection method of the present invention can be said to be extremely useful tools in the field of genetic engineering, for example.
Claims (9)
前記プライマーセットに含まれる第一のプライマーが、標的核酸配列の3’末端部分の配列(A)にハイブリダイズする配列(Ac’)を3’末端部分に含み、かつ配列(B’)を前記配列(Ac’)の5’側に含むプライマーであり、
ここで、前記配列(B’)は、配列(Bc)にハイブリダイズする配列であり、
前記配列(Bc)は、前記標的核酸配列の相補配列上に存在する配列であり、かつ、
前記配列(Bc)は、配列(B)の相補配列であり、
前記配列(B)は、前記標的核酸において前記配列(A)よりも5’側に存在する配列であり、
前記プライマーセットに含まれる第二のプライマーが、前記標的核酸配列の相補配列の3’末端部分の配列(C)にハイブリダイズする配列(Cc’)を3’末端部分に含み、かつ相互にハイブリダイズする2つの核酸配列を同一鎖上に含む折返し配列(D−Dc’)を前記配列(Cc’)の5’側に含むプライマーであり、
前記第二のプライマーの前記折り返し配列における融解温度を低下させ、かつ自由エネルギーを増加させることにより、前記核酸の増幅速度を加速することを特徴とする核酸の増幅方法。 A nucleic acid amplification method for amplifying a target nucleic acid sequence using a primer set comprising at least two kinds of primers,
The first primer included in the primer set 3 'sequence at the end portion (A) sequence that hybridizes to (Ac' of the target nucleic acid sequence) the 3 'includes a distal portion, or One sequence (B') A primer containing 5 ′ side of the sequence (Ac ′),
Here, the sequence (B ′) is a sequence that hybridizes to the sequence (Bc),
The sequence (Bc) is a sequence existing on a complementary sequence of the target nucleic acid sequence, and
The sequence (Bc) is a sequence complementary to the sequence (B),
The sequence (B) is a sequence present 5 ′ to the target nucleic acid from the sequence (A),
The second primer included in the primer set includes a sequence (Cc ′) that hybridizes to the sequence (C) of the 3 ′ end portion of the complementary sequence of the target nucleic acid sequence, and hybridizes to each other. A primer comprising a folded sequence (D-Dc ′) comprising two nucleic acid sequences for soybean on the same strand on the 5 ′ side of the sequence (Cc ′);
A method for amplifying a nucleic acid, wherein the nucleic acid amplification rate is accelerated by lowering the melting temperature of the folded sequence of the second primer and increasing the free energy .
前記プライマーセットに含まれる第一のプライマーが、標的核酸配列の3’末端部分の配列(A)にハイブリダイズする配列(Ac’)を3’末端部分に含み、かつ配列(B’)を前記配列(Ac’)の5’側に含むプライマーであり、
ここで、前記配列(B’)は、配列(Bc)にハイブリダイズする配列であり、
前記配列(Bc)は、前記標的核酸配列の相補配列上に存在する配列であり、かつ、
前記配列(Bc)は、配列(B)の相補配列であり、
前記配列(B)は、前記標的核酸において前記配列(A)よりも5’側に存在する配列であり、
前記プライマーセットに含まれる第二のプライマーが、前記標的核酸配列の相補配列の3’末端部分の配列(C)にハイブリダイズする配列(Cc’)を3’末端部分に含み、かつ相互にハイブリダイズする2つの核酸配列を同一鎖上に含む折返し配列(D−Dc’)を前記配列(Cc’)の5’側に含むプライマーであり、
前記第二のプライマーの前記折り返し配列における融解温度を上昇させ、かつ自由エネルギーを減少させることにより、前記核酸の増幅速度を減速することを特徴とする核酸の増幅方法。 A nucleic acid amplification method for amplifying a target nucleic acid sequence using a primer set comprising at least two kinds of primers,
The first primer included in the primer set 3 'sequence at the end portion (A) sequence that hybridizes to (Ac' of the target nucleic acid sequence) the 3 'includes a distal portion, or One sequence (B') A primer containing 5 ′ side of the sequence (Ac ′),
Here, the sequence (B ′) is a sequence that hybridizes to the sequence (Bc),
The sequence (Bc) is a sequence existing on a complementary sequence of the target nucleic acid sequence, and
The sequence (Bc) is a sequence complementary to the sequence (B),
The sequence (B) is a sequence present 5 ′ to the target nucleic acid from the sequence (A),
The second primer included in the primer set includes a sequence (Cc ′) that hybridizes to the sequence (C) of the 3 ′ end portion of the complementary sequence of the target nucleic acid sequence, and hybridizes to each other. A primer comprising a folded sequence (D-Dc ′) comprising two nucleic acid sequences for soybean on the same strand on the 5 ′ side of the sequence (Cc ′);
A method for amplifying a nucleic acid, wherein the nucleic acid amplification rate is reduced by increasing the melting temperature of the folded sequence of the second primer and decreasing the free energy .
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