JPH01500003A - 光不安定結合による固形支持体上のポリヌクレオチド・プローブ - Google Patents

光不安定結合による固形支持体上のポリヌクレオチド・プローブ

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JPH01500003A JP62502289A JP50228987A JPH01500003A JP H01500003 A JPH01500003 A JP H01500003A JP 62502289 A JP62502289 A JP 62502289A JP 50228987 A JP50228987 A JP 50228987A JP H01500003 A JPH01500003 A JP H01500003A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光不安定結合による固形支持体上 のポリヌクレオチド・プローブ ^貝夕JjIL1 本発明はポリヌクレオチド・ハイブリダイゼーション・アッセイに関し、そして 光不安定結合によって固形支持体に結合したポリヌクレオチド・プローブを提供 する。
発明の背景 ポリヌクレオチド・ハイブリダイゼーション・アッセイは完全なあるいはフラグ メント、または混合状態の核酸の検体中の独特、すなわち特異なポリヌクレオチ ド配列を検出しそして同定するための研究・診断手段として用いられている。種 々のハイブリダイゼーション方式が開発されている。
5outhern、 J、 Mo1. Biol、、 98: 503(197 5)は、放射線標識核酸プローブを用いたポリヌクレオチド・ハイブリダイゼー ション方法を開示している。この手法はプローブ/被分析物質ハイブリッドのオ ートラジオグラフィ検出およびアナライトのポリヌクレオチド配列の同定を可能 にする。しかしながら、5outhern法および放射線標識核酸プローブを用 いたその他の診断法は極めて複雑で時間を要し、またそのほか一般に放射性物質 に関連した問題およびそれに伴なう経費、例えば関係者モニタリングおよび廃棄 処理などを必要とする。このためこのようなアッセイは基礎研究の手段の域にと どまっており、応用分野あるいは商業的分野例えば臨床診断などには一般的に用 いられていない。
1982年6月4日公告のWardらによる欧州特許出願第82301804. 9号明細書は、生物医学研究および組換えDNA技術におけるプローブとして有 用な組成物を開示しているが、プローブはポリペプチドと共に検出可能な複合物 を形成し得る部分に共有結合したプリン、7−デアザプリンまたはピリミジンを 含み、そして前記部分はプリン塩基の8位、デアザプリン塩基の7位、またはピ リミジン塩基の5位に結合して修飾ヌクレオチドを形成している。得られた修飾 ヌクレオチドはニックトランスレーション法によってDNA中に取り込まれる。
Rankiおよび5oderlandによる米国特許第4,486,539号明 細書は核酸のサンドイッチ式ハイブリダイゼーション方法を開示しているが、こ の方法は微生物からの一本鎖核酸を一対の異なる核酸試薬と接触させることから なり、該対の試薬はいずれも一本鎖であり、かつ微生物由来の核酸と相補性であ り、さらに該対の一方はニトロセルロース・フィルタなどの固形担体に結合され た核酸フラグメントであり、他方は放射性マーカーで標識された核酸フラグメン トであり、それによって固形担体に結合された標識ハイブリッドが形成され、検 体中に存在する微生物または微生物群を同定する。同定の正確度は固形担体に結 合した標識ハイブリッドの形成度を検出することにより試験される。
1983年7月7日公告のTchenらによるPCT出願第PCT/FR821 00220号明細書は少なくとも1個のN−2−アセチルアミノフルオレン基を 核酸の塩基の一つに共有結合させることによる化学修飾された核酸プローブ組成 物を開示している。標的相同核酸配列とのハイブリダイゼーション後、かかるハ イブリダイゼーションは酵素標識抗体を用いることにより検出することができる 。
1983年7月7日公告のKourilskyらによるPCT出願第PCT/F R82100223号明細書は別の分子または生成物により認識可能な化学物質 を結合するための手段を提供する、修飾リボヌクレオチドのオリゴマーまたは一 本鎖修飾リボヌクレオチドを共有結合させることにより修飾されたDNA分子を 開示している。
同時係属中で譲渡人が共通の米国特許出願第574,630号明細書は検出可能 な酵素反応カスケードを開始させるために前駆体を酵素を用いて活性化できるポ リペプチド部分を含むポリヌクレオチド・プローブ組成物を開示している。
1982年11月9日特許されたFalkovらによる米国特許第4J58,5 35号明細書は臨床検体中の病原体の存在を該検体を不活性支持体上に沈着させ 、固定しそして標的病原体の遺伝物質を標識核酸プローブに対しハイブリッド形 成することにより検出する方法を開示している。
標識はラジオアイソトープ、リガンド、蛍光発生物質、化学発光物質、酵素また は抗体であってよい。
1979年10月31日公告のKourilskyらによる英国特許出願第79 13031号明細書は検体中のDNAフラグメントの存在を検出する方法を開示 しているが、この方法はハイブリダイゼーション反応に先立ちまたはその後で酵 素に結合されるR N Aプローブと被探索フラグメントとをハイブリッド形成 させることからなっている。標的核酸配列の存在は色原体基質に対する酵素標識 ハイブリダイゼーション生成物の作用により明らかになる。
1983年1月26日の公告のEel lerらによる欧州特許出願第8230 3701.5号明細書は発光物質標識、一本鎖ポリヌクレオチドを用いる不均質 ハイブリダイゼーション診断方法を開示している。ハイブリッド形成されなかっ た試薬を分離後、検体を曝光する。以後のすべての発光は検体中の標的ポリヌク レオチド量に関係する。標識は任意の周知の発光系であってよい。
1982年7月14日の公告のHe1lerらによる欧州特許出願第82303 699.1号明細書は均質発光ハイブリダイゼーション・アッセイを開示してい るが、これは発光物質標識された第一および第二の一本鎖試薬セグメントを生理 学的検体から得られた相捕的な標的一本鎖ポリヌクレオチドとハイブリッド形成 させて、それによってそれら2つの試薬セグメントの標識間で非放射性エネルギ ー転移を生起させるものである。それら標識のうちの少なくとも一方はアブソー バ−/エミッター型のものとし他方の光標識から吸収された光子の形のエネルギ ーが異なる波長で再発光されるようにしである。このような第二の発光はハイブ リダイゼーションが行われた場合にのみ生起し得る。
1985年9月14日の公告のArnoldによるPCT/US8410135 1号明細書はオリゴヌクレオチド合成のための全体に酸化によって開裂されたプ ライマーを特徴とするオリゴヌクレオチド合成用ポリマー支持体システムを開示 している。
0htsukaらはりボオリゴヌクレオチドの合成に有用なウリジン、アデノシ ンおよびシチジンの2’−0−(o−ニトロベンジル)誘導体を開示している。
その2′−エーテルは2′を保護し、そしてかかる2′−エーテル結合は先革安 定であるため生成りボオリゴヌクレオチドを集めることができる。
発明の概要 一つの観点において、本発明は先革安定結合によって固形支持体に結合されたポ リヌクレオチド・プローブ(RNAとDNAの両方)を提供する。かかる支持体 結合プローブは慣用のサンドイッチ型ハイブリダイゼーション・アッセイに用い て、ついでサンドイッチ対を測定するために光分解により分解させることができ る。あるいはまた、ハイブリッド形成されなかったプローブを光分解で分解させ た後、任意の周知のハイブリダイゼーション・アッセイ方式に用いることもでき る。
もう一つの観点において、ポリヌクレオチド・プローブを結合させた後サンドイ ッチ型ハイブリダイゼーション・アッセイに用いるための支持体結合光不安定プ ライマーが提供される。あるいはまた、かかる固形支持体プライマーを、サンド イッチ型ハイブリダイゼーション・アッセイに用いるための、あるいは次いで光 分解を行って任意の周知のハイブリダイゼーション・アッセイ方式に用いるため のポリヌクレオチド・プローブの「形成」に用いることができる。
本発明の先革安定結合は通常のハイブリダイゼーション条件に対し、そしてまた ポリヌクレオチド合成に必要な条件、例えばDNAプローブ合成の際の環外アミ ノ基および5′−ヒドロキシル基の保護に伴う慣用の「保護」および「脱保護」 などに対し安定であるという長所を有光不安定結合により固形支持体に結合され た本発明のポリヌクレオチド・プローブは式 (式中、SSは固形支持体であり、そして03′はポリヌクレオチド・プローブ 中のヌクレオチド部分の3′酸素を表わす) で示される。また、そのフェニル環はニトロ基がヌクレオチド部分の3′酸素に 結合された環上にあればナフタレンであってもよい。
固形支持体は多くの重合体支持体であってよい。かかる支持体の例としてはフル オロポリマー樹脂、ポリスチレン樹脂、シリカ、ナイロン、およびグラフト共重 合体などが挙げられ、そして好ましい樹脂には、クロロメチル化およびブロモメ チル化樹脂が包含される。これらの支持体は直径0.1〜200ミクロンのビー ズ状で用いるのが好ましい。
本発明の支持体結合光不安定プライマーは式(式中、SSは前述のようなフェニ ル環に結合された固形支持体であり、モしてXはハロゲン例えばCaまたはBr である) で示される。このプライマーは(以下に例示するような)ポリヌクレオチド・プ ローブの合成あるいは予め合成された(または天然の)ポリヌクレオチド・プロ ーブの結合に有用である。
ポリヌクレオチド・プローブが先革安定結合によって支持体に結合されると、そ れらは約280nm〜350no+の波長を有するUV光により分解させること ができる。
下記の実施例から分かるように、分解は3′酸素と隣接ベンジル基との間の結合 で起きる。もちろん、リボヌクレオチドを用いる場合には、2′酸素を同様にこ のような結合の1こめに用いることができる。この分裂は単に後で用いるための ポリヌクレオチド・プローブを収集するために行うことができ、あるいはプロー ブを典型的サンドイッチ型ハイブリダイゼーション・アッセイにおける「捕獲( capture)Jプローブとして用いた後に行うことができる(この場合「サ ンドイッチ」が計数のために収集される)。このサンドイッチ型ハイブリダイゼ ーション・アッセイを行う方法は例えば米国特許第4,486,539号明細書 に詳述されている。また本発明は生理学的検体中の標的ポリヌクレオチド・アナ ライトの検出に有用な診断キットにも使用しうるが、そのキットは先革安定結合 により固形支持体に結合された第一のポリヌクレオチド・プローブと第二のポリ ヌクレオチド・プローブとからなり、そして第一および第二のプローブはアナラ イトの実質的に相互に排他的な一本鎖領域に対し、実質的に相補的になっている 。
本明細書中に用いられる用語「標的ポリヌクレオチド・アナライト」は、生理学 的検体中のその存在を検出および/または同定する遺伝要素に相当するヌクレオ チド塩基配列を有する一本鎖ポリヌクレオチドのセグメントを表わし;用語「実 質的に相補的」とはポリヌクレオチド・プローブとその標的アナライトの間のヌ クレオチド塩基配列相同性が安定なプローブ・アナライトハイブリッドの形成を 可能にするのに十分なことを表わし;用語「生理学的検体」とは対象とするDN AまたはRN Aを含む、未処理のまたは処理された血液、尿またはその他の生 物学的組織のサンプルを意味し;そして用語「実質的に相互に排他的」とは第一 および第二のプローブを各標的アナライトとハイブリッド形成した際、それら二 つのプローブがハイブリダイゼーションが妨げられる程にはアナライトの同じヌ クレオチド塩基配列をめて競合しないことを意味する。
更にまた本明細書に用いる「ポリヌクレオチド」はリボ核酸(RNA)またはデ オキシリボ核酸(D N A ’)の重合体を表わし、それは一本鎖または二本 鎖であってよく、所望により、DNAまたはまたRNA重合体中に取り込むこと のできる合成、非天然、または変えられたヌクレオチドを含むかまたは取り込ま れていてもよい。天然プローブ・ポリヌクレオチドの場合には、かかるプローブ は現在当業者に慣用の方法を用いてプラスミドまたはファージベクター中で標的 ポリヌクレオチドに対し相補的なポリヌクレオチド配列をクローニングまたは増 幅することにより有用な量を都合よく単離することができる。
DNA操作の大部分を記載する有用な文献はManiatiset al、、  Mo1ecular Cloning、 A Laboratory Manu al(Cold Spring Harbor Laboratory、 19 82)であり、その開示を本明細書の記載の一部として引用する。有用な量のプ ローブ・ポリヌクレオチドを製造するためのクローニング、ビヒクルの一例はプ ラスミドpBR322(ATCC37017)であるが、それはRodriqu ez at al、、 5COtt、 ed。
Mo1ecular Cloning of Recoa+binant DN A (AcademicPress、 New York、 1977) p、 72に詳述されている。このプラスミドは1個のPst I s Baa I、 EcoRI、HindI[I、およびSal I制限エンドヌクレアーゼ認識部 位および抗生物質テトラサイクリンおよびアンピシリンに対する抵抗性を付与す る遺伝子を含有する。プラスミドDNAは、Clewell、 J、 Bact eriol、 110: 667 (1972)の方法に従ってクロラムフェニ コール(170μ9/峠)の存在下に増殖させることにより増幅可能であり;そ して適当なエンドヌクレアーゼによる消化に先立ち、Cuerry et al 、、 J。
Bacteriol、 116: 1064 (1973)の澄明化溶解物操作 (cleared 1ysate procedure)により精製することが できる。例えば、PstIにより消化してアンピシリン抵抗性マーカーを失活さ せ、そしてPst Iを用いて同様にして切断されたプローブ・ポリヌクレオチ ドに連結するのに適した「粘性末端」を形成させる。次いで得られた組換えプラ スミドを用いて適当な宿主細菌、例えば大腸菌(E、 coli) K12 H BIOIを形質転換できる。クロラムフェニコールの存在下に増殖させると高い プラスミドコピー数を得ることができ、そしてその組換えプラスミドDNAは前 述のように単離し精製することができる。しかしながら、プローブ・ポリヌクレ オチド産生のための特に好ましいベクターはコリファージ、K13、(ATCC 15689−BI)であるが、これはpBR322と同様現在商業的に入手でき る(New England Nuclear Corporation、 B oston。
Massachusetts、USA)。対象とする標的DNAに対し相補的な りNAおよびファージDNAの消化により得られるDNA断片は連結し、増幅し た後、レポーター分子、例えばペルオキシダーゼなどの酵素アクチベータポリペ プチドと接合する前に精製することができる。クローニングビヒクルとしてのK 13フアージの使用はMessing。
Recombinant DNA Tech、 Bull、 2 + 43.( 1979)に記載されているがその開示を本明細書の記載の一部として引用する 。
合成プローブ・ポリヌクレオチドの場合、その合成は文献に記載されている。実 際、DNAシンセサイザーが商業的に入手できる。これらの合成プローブは約1 2〜500ヌクレオチド部分から構成される。塩基残基はポリヌクレオチドが実 質的相補性を有する標的ポリヌクレオチドとハイブリッドを形成する能力に著し く影響を与えることなく一本鎖ポリヌクレオチドに安定に取り込むことのできる 任意のプリン、修飾プリン、ピリミジンまたは修飾ピリミジン塩基であってよい 。しかしながら本発明に有用なすべての塩基残基に共通する特徴は、任意の周知 のレボ−ティングメカニズムを(好ましくは共有結合により)結合に適した部位 である。すなわち、「古典的な」塩基であるアデニン、グアニン、シトシン、ウ ラシルおよびチミンのほか、その他、さほど一般的でない塩基、例えば5−メチ ルシトシン、5−ヒドロキシメチルシトシン、オロチン酸誘導体、メチル化塩基 、例えばl−メチルグアニンなどを所望により、本発明のプローブに取り込むこ とができる。更に、ヌクレオチドは所望により、塩基部分または糖部分に連結す ることができそして生成ポリヌクレオチドの相補的標的ポリヌクレオチドとのハ イブリッド形成能に悪影響を与えない種々の置換分を含むことができる。レボ− ティングシステムに接合するのに適した多くのヌクレオチドを含む重合体「末端 」を、一本鎖または二本鎖の3′−ヒドロキシル末端へのデオキシヌクレオチド の付加を触媒する子牛胸腺ターミナルデオキシヌクレオチジルトランスフェラー ゼ(TdT)を用いることにより、プローブ・ポリヌクレオチドに付加すること ができる(Roychoudhury et al、。
Nucleic Ac1d Res、 3: 101 (1976)参照)。
次の実施例は本発明の適用例である。
実施例 クロロメチル化樹脂のニトロ化: 0−ニトロ−クロロメチル重合体の合成を、R,B。
Merrifield (Journal of the American  ChemicalSociety、 85 : 2149−2154.1968 )の手順によって行う。
乾燥クロロメチル重合体(コポリスチレン−1%ジビニルベンゼン、5.07ミ リ当量C(l/ 9)の59サンプルを撹拌しながら徐々に500峠の発煙硝酸 (−10℃に冷却された90%HNO,”)に添加する。すべての樹脂を添加し 、その混合物を一5℃で1時間撹拌した後砕氷中に注ぐ。その樹脂を焼結ガラス 漏斗を通して濾過し、モして水(2×5001i2)、ジオキサン(2x 30 01(りおよびメタノール(2×2001C)で洗浄する。その樹脂を2時間真 空乾燥しそしてフリーザー中Drieriteの上で乾燥する。ニトロ化樹脂の 窒素分析を行ってクロロメチル化樹脂の適切なニトロ化を確認する。
5′−〇−ブロックされた2′−デオキシヌクレオシドの〇−ニトロークロロメ チル化樹脂への結合:リボヌクレオシドの2’ −OH基を0−ニトロベンジル ブロマイドにより保護するためのE、0htsuka、 s、 Tanaka。
M、 Ikehara(Synthesis 453−54. July 19 77)の手順により5′−〇−ブロックされたヌクレオシドを0−ニトロ−クロ ロメチル化樹脂に結合させる。
水素化ナトリウム(14,78j!fI/440マイクロモル)を血清を用いて 栓をした遠心分離管(153!12)中で秤量し、そしてアルゴン雰囲気下に保 持する。乾燥ジメチルホルムアミド(5IQ)を血清栓を通してシリンジ(5峠 )で水素化ナトリウムに添加する。水素化ナトリウム/ジメチルホルムアミドの 懸濁液を別のシリンジを用いて抜き取り、アルゴン雰囲気下に乾燥ジメチルホル ムアミド(2峠)中の5′−〇−ブロックされた2′−デオキシヌクレオシドを 含む二頭フラスコに移す。水素ガス発生が止んだら0−ニトロクロロメチル樹脂 C34x9/440マイクロモル)を少量ずつ添加する。その混合物を室温で3 時間撹拌し、次いで室温に一夜放置する。その樹脂を焼結ガラスフィルタ漏斗を 通して炉遇しモしてジメチルホルムアミド(2i12X2)、水中の90%ジメ チルホルムアミド(2II2×1)およびアセトニトリル(2x12X2)を用 いて順次洗浄する。次にその樹脂をデシケータ中で真空乾燥する。
プリン/ピリミジンアミノ保護基、すなわちベンゾイルおよびイソブチリルタイ プの遣損的除去:保護基がプリン/ピリミジン保護基から選択的に除去される間 、ヌクレオシドを樹脂に結合しているエーテル結合がアルカリに対して安定して いるかどうかを試験するために樹脂に結合されたジメトキシトリチルヌクレオシ ドを次の方法によって分析する: 樹脂(1〜2xg)を濃水酸化アンモニウム(1+0で処理し、そして加熱ブロ ック内のシールされたガラスアンプル中で55℃で一夜反応させる。その樹脂を 遠心分離し、そして上澄(水酸化アンモニウム)を別の管に移す。樹脂と上澄の 両方を何ら処理することなく、メチレンクロライド中のトリクロロ酢酸で処理し たとき(上澄はまず蒸発乾個してからメチレンクロライド中のトリクロロ酢酸で 処理する)のジメトキシトリチル陽イオンの遊離に基づくジメトキシトリチルヌ クレオシドの存在について分析する。上澄と比較して樹脂中にジメトキシトリチ ル陽イオンの大部分(90〜95%)が存在すると5′がジメトキシトリチルに より保護されたヌクレオシドは依然としてヌクレオシドに結合していることが裏 付けられ、またそれによってヌクレオシドと樹脂の間に形成されたエーテル結合 はプリン/ピリミジンからのアミノ保護基が選択的に除去されるアルカリ処理に 対して安定であることが確認される。
0−ニトロクロロメチル化樹脂を用いたオリゴヌクレオチドの合成: 0−ニトロクロロメチル化樹脂を用いて手操作あるいはホスホラミダイトまたは ホスホトリエステル化学を用いたDNAシンセサイザーでオリゴデオキシヌクレ オチドを合成する。いずれの場合にも前述の手順を用いて合成は最初のデオキシ ヌクレオシド(3′末端)を0−ニトロクロロメチル樹脂に結合させることから 始める。次いで、次のヌクレオシドホスホジエステルまたはヌクレオシドホスホ ラミダイトをその前のヌクレオシドの5’ −OH末端に結合させることにより オリゴマーの5′末端を介して所望の長さまで鎖を段階的に延長する。所望のオ リゴマーが合成されたら、それを(55℃で)アルカリ処理に付してプリン/ピ リミジン塩基のアミノ保護基を脱保護することができる。これらの条件下では、 オリゴマーは支持体に固定されたままである。
完全に保護された合成オリゴヌクレオチドの0−ニトロクロロメチル化樹脂への 結合: 0−ニトロ−クロロメチル化樹脂への完全に保護された( 5’ −OH基およ びプリン/ピリミジンアミノ基が保護された)オリゴヌクレオチドの結合の手順 として、前述のような樹脂への単一ヌクレオシドの結合の手順を用いる。
先革安定支持体からの合成オリゴヌクレオチドの除去: 完成したオリゴヌクレオチドまたはハイブリッド形成させた二本鎖オリゴマーの 先革安定支持体からの分解は、そのサンプルにRPR−100装置(Ryano te、the 5outhernCo、、 Hamden、 Connecti cut)で320nmランプを4時間曝射することにより行うことができる。
国際調査報告 +a′″′a″−”−’PCTノ’:JS87/nnAE0

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.光不安定結合により固形支持体に結合したポリヌクレオチド・プローブより なる組成物。
  2. 2.光不安定結合により固形支持体に結合したプローブが式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、SSは固形支持体であり、また03′はポリヌクレオチド・プローブ中 のヌクレオチド部分の3′酸素を表わす) で示される請求の範囲第1項記載の組成物。
  3. 3.SSがクロロメチル化樹脂、フルオロポリマー樹脂、ポリスチレン樹脂、シ リカ、ナイロンおよびグラフト共重合体より選択される請求の範囲第2項記載の 組成物。
  4. 4.SSがクロロメチル化またはブロモメチル化樹脂である請求の範囲第3項記 載の組成物。
  5. 5.式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、SSは固形支持体であり、そしてXはハロゲンイオンである) で示される支持体に結合された光不安定プライマーよりなる組成物。
  6. 6.XがClまたはBrである請求の範囲第5項記載の組成物。
  7. 7.SSが請求の範囲第3項に定義されたものである請求の範囲第5項記載の組 成物。
  8. 8.SSが請求の範囲第3項に定義されたものである請求の範囲第6項記載の組 成物。
  9. 9.SSがクロロメチル化またはブロモメチル化樹脂である請求の範囲第7項記 載の組成物。
  10. 10.SSがクロロメチル化またはブロモメチル化樹脂である請求の範囲第8項 記載の組成物。
  11. 11.光不安定結合により固形支持体に結合された第一のポリヌクレオチド・プ ローブと第二のポリヌクレオチド・プローブとを有し、そして第一および第二の プローブの両者がアナライトの実質的に相互に排他的な一本鎖領域に対し、実質 的に相補的である、標的ポリヌクレオチド・アナライトの検出に有用なキット。
  12. 12.光不安定結合により固形支持体に結合されたポリヌクレオチド・プローブ が請求の範囲第2項に記載の式を有する請求の範囲第11項記載のキット。
JP62502289A 1986-04-02 1987-03-31 光不安定結合による固形支持体上のポリヌクレオチド・プローブ Pending JPH01500003A (ja)

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