JPH09103292A - 熱安定性酵素 - Google Patents

熱安定性酵素

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JPH09103292A
JPH09103292A JP8240996A JP24099696A JPH09103292A JP H09103292 A JPH09103292 A JP H09103292A JP 8240996 A JP8240996 A JP 8240996A JP 24099696 A JP24099696 A JP 24099696A JP H09103292 A JPH09103292 A JP H09103292A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、化学修飾により可逆的に不活性化
された熱安定性酵素を提供する。 【解決手段】 前記化学修飾された熱安定性酵素は、ア
ルカリ性pHの水性緩衝液中での約25℃未満の温度での
前記酵素のインキュベーションが約20分未満で酵素活性
の有意な増加を全く引き起こさず、且つ25℃で約pH8
〜9に調整された水性緩衝液中での約50℃より高い温度
での前記酵素のインキュベーションが約20分未満で酵素
活性の少なくとも2倍の増加を引き起こすことを特徴と
する。 【効果】 前記化学修飾された熱安定性酵素は、増幅反
応の前にまたはその一部として、反応混合物の高温イン
キュベーションにより不活性化された酵素の活性が回復
される核酸の増幅に利用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には核酸化
学の分野に関する。より詳しくは、本発明は核酸配列の
増幅方法および非特異的増幅の削減方法に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】核酸
配列を増幅させるためのポリメラーゼ連鎖反応(PC
R)法は当業界で周知であり、米国特許第 4,683,202
号、同第 4,683,195号および同第 4,965,188号に開示さ
れている。販売業者、例えばPerkin Elmer, Norwalk, C
T はPCR試薬を販売しておりそしてPCRプロトコー
ルを発表している。
【0003】PCR増幅の各サイクルにおいて、二本鎖
標的配列を変性させ、変性した標的の各鎖にプライマー
をアニーリングさせ、そしてDNAポリメラーゼの作用
により該プライマーを伸長させる。増幅の特異性はプラ
イマーハイブリダイゼーションの特異性に依存する。プ
ライマーは標的核酸配列の各鎖の3′末端に存在する配
列に相補的であるかまたは実質上相補的であるように選
択される。典型的なPCRで使われる高温条件下では、
プライマーは意図する標的配列にのみハイブリダイズす
る。
【0004】しかしながら、増幅反応混合物は、典型的
にはプライマーハイブリダイゼーション特異性を保証す
るのに必要とされる温度よりずっと低い室温で調合され
る。そのような低緊縮(Stringent )条件下では、プラ
イマーは一部分のみ相補的な核酸配列に(または他のプ
ライマーにさえも)非特異的に結合し、標的配列と一緒
に増幅されてしまう望ましくない伸長生成物の合成を開
始させることがある。非特異的プライマー伸長生成物の
増幅は所望の標的配列の増幅と競合し、所望の配列の増
幅効率を大きく減少させてしまう。非特異的増幅により
生じる問題はChou他, 1992, Nucleic Acids Research
20(7):1717-1723 中に更に論じられている。
【0005】非特異的増幅は、反応の開始前に非標的配
列に結合したプライマーからの伸長生成物の形成を減少
させることにより減らすことができる。「ホット・スタ
ート」プロトコールと呼ばれる1つの方法では、必要な
ハイブリダイゼーション特異性を提供するのに十分な位
温度が高くなるまで、1または複数の重要な試薬を反応
混合物に加えないでおく。この方法では、反応条件が特
異的プライマーハイブリダイゼーションを保証しないう
ちは、反応混合物はプライマー伸長を支援することがで
きない。
【0006】ホット・スタート法は、最初の高温インキ
ュベーション段階の後で反応チューブを開け、欠けてい
る試薬を加えることにより、手動で実施することができ
る。しかしながら、手動のホット・スタート法は重労働
であり、反応混合物の汚染の危険性を増加させる。反応
成分を分離または隔離するために熱不安定性材料、例え
ばワックスを使うホット・スタート法は、米国特許第
5,411,876号とChou他,1992, 前掲中に記載されている。
これらの方法では、高温予備反応インキュベーションが
熱不安定性材料を融解させ、それによって試薬を混合さ
せる。
【0007】反応の開始前に非標的配列に結合したプラ
イマーからの伸長生成物の形成を減少させる別の方法
は、熱可逆的方法でDNAポリメラーゼに非共有結合的
に結合する化合物を使ったDNAポリメラーゼの阻害に
頼る方法である。米国特許第 5,338,671号は、DNAポ
リメラーゼ活性を阻害するための熱安定性DNAポリメ
ラーゼに特異的な抗体の使用を記載している。
【0008】この場合、抗体−DNAポリメラーゼ複合
体の形成を可能にするために反応混合物の調合の前に前
記抗体を緩衝液中でDNAポリメラーゼと共に室温でイ
ンキュベートしなければならない。DNAポリメラーゼ
活性の抗体阻害は高温予備反応インキュベーションによ
り不活性化される。この方法の欠点は、DNAポリメラ
ーゼに特異的な抗体の製造が、特に大量の場合、高価で
あり且つ時間を浪費するということである。更に、反応
混合物への抗体の添加は増幅反応のデザイン変更を要す
る場合がある。
【0009】伸長生成物の形成は、熱可逆的方法でプラ
イマーに非共有結合的に結合し、それによってプライマ
ーが任意の配列、標的またはその他のものにハイブリダ
イゼーションしないようにする化合物の添加により阻害
することもできる。例えば、反応混合物に添加された一
本鎖結合タンパク質はプライマーと結合し、それによっ
てプライマーハイブリダイゼーションを防止し、そして
プライマー伸長を阻害するだろう。第32遺伝子タンパク
質を使ったPCR生成物の収率の改善はSchwarz 他, 19
90, Nucleic Acids Research 18(4):10中に記載されて
いる。
【0010】非特異的増幅は、非標的配列に結合したプ
ライマーから形成された伸長生成物を、例えば米国特許
第 5,418,149号およびWO 92/01814 中に記載された方法
を使って、反応の開始前に分解させることにより減らす
ことができる。新たに合成された伸長生成物の分解は、
反応混合物中にdUTPとUNG を配合し、そして増幅反応を
実施する前に反応混合物を45〜60℃でインキュベートす
ることにより達成される。この方法の欠点は、伸長生成
物の分解が伸長生成物の形成と競合し、そして非特異的
プライマー伸長生成物の除去が完全という程ではないら
しいことである。
【0011】当該技術の範囲内である分子生物学、タン
パク質化学および核酸化学の常用技術は文献中に十分に
説明されている。例えば、Molecular Cloning - A Labo
ratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold
Spring Harbor, New York (Sambrook他, 1989) ; Olig
onucleotide Synthesis (M.J. Gait編, 1984) ; Nuclei
c Acid Hybridization (B.D. HamesおよびS.J. Higgins
編, 1984) ; ChemicalReagents for Protein Modificat
ion (CRC Press) 並びに Methods in Enzymologyのシ
リーズ (Academic Press, Inc.) を参照のこと。本明細
書中の上記および下記に言及される全ての特許、特許出
願および刊行物は参考として本明細書中に組み込まれ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、プライマーに
基づく増幅反応を使った核酸を増幅させるための方法お
よび試薬を提供する。これらの方法および試薬は、非特
異的増幅の課題に対する単純で且つ経済的な解決策を提
供する。該方法は、増幅反応混合物中での高温でのイン
キュベーションにより回復させることができる可逆的に
不活性化された熱安定性酵素を使用する。プライマーハ
イブリダイゼーション特異性を保証する温度にまで反応
混合物の温度が高められるまで、反応混合物がプライマ
ー伸長を支持しないため、非特異的増幅が大きく削減さ
れる。
【0013】本発明の一観点は、プライマー伸長反応を
触媒する熱安定性酵素と修飾試薬との反応によって製造
される、可逆的に不活性化された熱安定性酵素に関す
る。この反応は、酵素活性の有意な低下、好ましくは本
質的に完全な低下を引き起こす。アルカリ性pHの水性
緩衝液中での約25℃より低い温度での前記修飾された酵
素のインキュベーションは、約20分未満で本質的に全く
酵素活性の増加を引き起こさない。
【0014】25℃でpH=8〜9に調整された水性緩衝
液中での約50℃より高い温度での前記修飾された酵素の
インキュベーションは、約20分未満でプライマー伸長の
少なくとも2倍の増加を引き起こす。本発明の可逆的に
不活性化された熱安定性酵素は、それらの活性状態で、
プライマー伸長を触媒するかまたはプライマー伸長が起
こるのに必要であるかのいずれかである。好ましい酵素
としては熱安定性DNAポリメラーゼとリガーゼが挙げ
られる。
【0015】好ましい修飾試薬は、一般式
【化5】 (上式中、R1 とR2 は水素または有機基であり、互い
に連結していてもよい)または一般式
【化6】 (上式中、R1 とR2 は有機基であって、好ましくは連
結しており、そして水素はシス配置である)のジカルボ
ン酸無水物である。
【0016】前記有機基は炭素−炭素結合によって、ま
たは炭素−ヘテロ原子結合、例えば炭素−酸素、炭素−
窒素もしくは炭素−硫黄結合を通して、環に直接取り付
けられてもよい。有機基は、例えば3,4,5,6−テ
トラヒドロフタル酸無水物の場合のように、互いに連結
して環構造を形成してもよい。好ましい試薬としては、
無水マレイン酸;置換された無水マレイン酸、例えばシ
トラコン酸無水物、シス−アコニット酸無水物および
2,3−ジメチルマレイン酸無水物;エキソ−シス−
3,6−エンドオキソ−Δ4 −テトラヒドロフタル酸無
水物;並びに3,4,5,6−テトラヒドロフタル酸無
水物が挙げられる。特に、シトラコン酸無水物とシス−
アコニット酸無水物は、PCR増幅に使われる可逆的に
不活性化されたDNAポリメラーゼの調製に好ましい。
【0017】本発明の別の観点は、本発明の可逆的に不
活性化された熱安定性酵素を使って核酸増幅反応を実施
する方法に関する。本発明は、試料中に含まれる標的核
酸の増幅方法であって、次の段階: (a) 前記試料を、前記標的核酸に相補的なプライマーと
修飾された熱安定性酵素を含有する増幅反応混合物と接
触させ、ここで前記修飾された熱安定性酵素はプライマ
ー伸長反応を触媒する熱安定性酵素と修飾試薬との混合
物の反応により製造され、該反応は約25℃より低い温度
でアルカリ性pHで行われ、前記反応は酵素活性の本質
的に完全な不活性化をもたらす酵素の化学修飾を引き起
こし、そして25℃で約pH=8〜9に調整された水性緩
衝液中での約50℃より高い温度での前記修飾された酵素
のインキュベーションが約20分未満で酵素活性の少なく
とも2倍の増加を引き起こし;そして(b) 段階(a) から
得られた反応混合物を、前記酵素を回復させそしてプラ
イマー伸長生成物の形成を可能にするのに十分な時間、
約50℃より高い温度でインキュベートする;を含んで成
る方法に関する。
【0018】好ましい方法として、本発明は、試料中に
含まれる標的核酸の増幅方法であって、次の段階: (a) 前記試料を、前記標的核酸に相補的なプライマーと
修飾された熱安定性酵素とを含有する増幅反応混合物と
接触させ、ここで前記修飾された熱安定性酵素は熱安定
性酵素と一般式
【化7】 (上式中、R1 とR2 は水素または有機基であり、互い
に連結していてもよい)または一般式
【化8】 (上式中、R1 とR2 は有機基であって、好ましくは連
結しており、そして水素はシス配置である)のジカルボ
ン酸無水物との混合物の反応により製造され、前記反応
は酵素活性の本質的に完全な不活性化を引き起こし;そ
して(b) 段階(a) から得られた反応混合物を、前記酵素
を回復させそしてプライマー伸長生成物の形成を可能に
するのに十分な時間、約50℃より高い温度でインキュベ
ートする;を含んで成る方法に関する。
【0019】本発明の好ましい態様は、好ましい修飾試
薬を使って修飾された可逆的に不活性化された酵素を使
用する。本発明の或る態様では、インキュベーション段
階(b) が増幅反応の開始前に行われる。別の態様では、
酵素の再活性化を引き起こすインキュベーションが増幅
工程の一体(integral)段階である。例えば、各PCR
サイクル中に行われる変性段階が同時に修飾されたDN
Aポリメラーゼを再活性化させる働きをすることができ
る。
【0020】本発明の好ましい態様では、増幅反応がポ
リメラーゼ連鎖反応(PCR)であり、そして可逆的に
不活性化された熱安定性DNAポリメラーゼを使用す
る。増幅反応を実施する前に、増幅反応のアニーリング
温度より高い温度で反応混合物をインキュベートする。
こうして、温度が増幅反応の特異性を保証する温度より
高くなるまではDNAポリメラーゼが不活性化され、そ
れによって非特異的増幅が削減される。
【0021】本発明の別の観点は、増幅反応を行うため
の試薬と一緒に本発明の可逆的に不活性化された熱安定
性酵素を含有する増幅反応混合物に関する。好ましい態
様では、増幅反応混合物はPCRを行うためのオリゴヌ
クレオチドプライマーを含有する。本発明の更に別の観
点は、本発明の可逆的に不活性化された熱安定性酵素と
1または複数の増幅試薬とを含んで成るキットに関す
る。本発明の理解を助けるために、幾つかの用語を下記
に定義する。
【0022】「核酸」と「オリゴヌクレオチド」なる用
語は、プライマー、プローブ、および検出しようとする
オリゴマー断片を指し、ポリデオキシリボヌクレオチド
(2−デオキシ−D−リボースを含む)、ポリリボヌク
レオチド(D−リボースを含む)、およびプリンもしく
はピリミジン塩基または修飾されたプリンもしくはピリ
ミジン塩基のN−グリコシドである他の任意の形のポリ
ヌクレオチドに対する総称とする。「核酸」と「オリゴ
ヌクレオチド」の用語の間には何ら意図する区別はな
く、それらの用語は互いに交換可能に用いられるだろ
う。それらの用語は分子の一次構造にのみ言及する。よ
って、それらの用語には二本鎖および一本鎖DNA、並
びに二本鎖および一本鎖RNAが包まれる。オリゴヌク
レオチドは任意の適当な方法により調製することができ
る。合成方法の総説はGoodchild 他,1990, Bioconjugat
e Chemistry 1 (3):165-187 中に与えられている。
【0023】「ハイブリダイゼーション」なる用語は、
相補的塩基対合によって生じる2つの一本鎖核酸による
二重型構造の形成を意味する。ハイブリダイゼーション
は完全に相補的な核酸鎖の間、または小領域の不正対合
(ミスマッチ)を含む「実質上相補的な」核酸鎖の間で
起こり得る。完全に相補的な核酸鎖のみがハイブリダイ
ズするような条件を「緊縮(stringent )ハイブリダイ
ゼーション条件」または「配列特異的ハイブリダイゼー
ション条件」と称する。実質上相補的な配列の安定な二
重型は、より低い緊縮ハイブリダイゼーション条件下で
達成することができる。核酸化学技術の熟練者は、当業
界で公知の手引き書に従って(例えばSambrook他, 198
9, 前掲を参照のこと)、例えばオリゴヌクレオチドの
長さと塩基対濃度、イオン強度および不適正塩基対の発
生率を包含する多数の変数を経験的に考慮しながら、二
重型安定性を決定することができる。
【0024】一般的に、緊縮ハイブリダイゼーション条
件は、限定されたイオン強度とpHにおける特異配列の
融解温度(Tm)よりも約5℃低くなるように選択され
る。Tmは塩基対の50%が解離される(限定されたイオ
ン強度とpHの下での)温度である。ハイブリダイゼー
ション条件の緊縮性を緩めると、配列の不正対合が寛容
されるようになるだろう。寛容される不正対合の程度は
ハイブリダイゼーション条件の適当な調整により制御す
ることができる。
【0025】「プライマー」なる用語は、天然型であろ
うと合成型であろうと、核酸鎖に相補的なプライマー伸
長生成物の合成が誘導される条件下に置いた時に、すな
わち適当な緩衝液中に且つ適当な温度で4種の異なるヌ
クレオシド三リン酸と重合剤(すなわちDNAポリメラ
ーゼまたは逆転写酵素)の存在下に置いた時にDNA合
成の開始点として働くことができるオリゴヌクレオチド
を指す。オリゴヌクレオチド類似体、例えば「ペプチド
核酸」はプライマーとして働くことができるので、本明
細書中で使用する用語「プライマー」の意味の中に含ま
れる。
【0026】プライマーは好ましくは一本鎖オリゴデオ
キシリボヌクレオチドである。プライマーの適切な長さ
は該プライマーの意図する用途に依存するが、典型的に
は6〜50ヌクレオチドの範囲である。一般的に、短いプ
ライマー分子は鋳型と十分に安定なハイブリッド複合体
を形成するのにより低い温度を必要とする。プライマー
は鋳型の配列を正確に反映する必要はないが、鋳型とハ
イブリダイズするのに十分な位に相補的でなければなら
ない。
【0027】本明細書中で用いる「プライマー伸長」な
る用語は、開始点としてプライマーを使った個々のヌク
レオシド三リン酸の重合から生じるDNAの合成と、該
プライマーを伸長するためのプライマーへの追加のオリ
ゴヌクレオチドの結合の両方を意味する。本明細書中で
用いる時、用語「プライマー伸長」は、以後の増幅サイ
クルにおいて標的として働くことができる更に長鎖の生
成物を形成する2つのオリゴヌクレオチドの連結を包含
する。本明細書中で用いる時、用語「プライマー」は、
近接部位にハイブリダイズする第二のオリゴヌクレオチ
ドの連結によって伸長される連結媒介型増幅方法で使わ
れるオリゴヌクレオチドを包含する。
【0028】プライマーは、該プライマーの検出または
固定化を考慮に入れているがDNA合成の開始点として
作用するというプライマーの基本的性質を変えないよう
な追加の特徴を含むことができる。例えば、プライマー
は標的核酸にハイブリダイズしないが増幅生成物のクロ
ーニングを促進する追加の核酸配列を5′末端に含んで
もよい。ハイブリダイズするのに十分な位鋳型に相補的
であるプライマーの領域は本明細書中ではハイブリダイ
ズ領域と呼ばれる。「標的領域」および「標的核酸配
列」なる用語は、増幅しようとする核酸の領域または部
分配列のことを言う。プライマーハイブリダイゼーショ
ン部位はプライマーハイブリダイゼーションのための標
的領域と呼ぶことができる。
【0029】本明細書中で使用する時、オリゴヌクレオ
チドプライマーは、オリゴヌクレオチドと標的配列との
間に存在する不正対合(ミスマッチ)の数がオリゴヌク
レオチドと試料中に存在しうる非標的配列との間に存在
する不正対合の数よりも少ないならば、標的配列に「特
異的」である。存在する不正対合の数がオリゴヌクレオ
チと標的配列との間に存在する不正対合の数より多くな
い場合にのみ安定な二重型が形成されるハイブリダイゼ
ーション条件を選択することができる。そのような条件
下では、オリゴヌクレオチドは標的配列とのみ安定な二
重型構造を形成することができる。よって、適当に緊縮
な増幅条件下での標的特異的プライマーの使用により、
標的プライマー結合部位を含むそれらの標的配列の特異
的増幅が可能になる。配列特異的増幅条件の使用によ
り、正確に相補的なプライマー結合部位を含むそれらの
標的配列の特異的増幅が可能になる。
【0030】用語「非特異的増幅」とは、標的配列以外
の配列にハイブリダイズし、次いでプライマー伸長のた
めの基質として働く、プライマーから生じる標的配列以
外の核酸配列の増幅を言う。非標的配列へのプライマー
のハイブリダイゼーションは「非特異的ハイブリダイゼ
ーション」と呼ばれ、これは低温で低緊縮の予備反応条
件の最中に起こり得る。
【0031】「熱安定性酵素」なる用語は、熱に対して
比較的安定である酵素を指す。熱安定性酵素は、活性の
不可逆的損失を被ることなく修飾基を除去するのに使わ
れる高温インキュベーション、典型的には50℃より高い
温度に耐えることができる。本発明の方法で有用な修飾
された熱安定性酵素としては、熱安定性DNAポリメラ
ーゼおよび熱安定性リガーゼが挙げられる。
【0032】「熱安定性DNAポリメラーゼ」なる用語
は、熱に対して比較的安定であり、且つヌクレオシド三
リン酸の重合を触媒して標的配列の核酸鎖のうちの一方
に相補的であるプライマー伸長生成物を形成する酵素を
言う。該酵素はプライマーの3′末端のところで合成を
開始し、そして合成が終わるまで鋳型の5′方向に進行
する。精製された熱安定性DNAポリメラーゼは、米国
特許第 4,889,818号;米国特許第 5,352,600号;米国特
許第 5,079,352号;WO 91/09950 ;WO 92/03556 ;WO 9
2/06200 ;WO 92/06202 ;米国特許第 5,491,086号;WO
92/09689 ;および米国特許第 5,210,036号中に記載さ
れている。
【0033】ある生物に「由来する」酵素とは、本明細
書中では、その生物から精製される酵素またはその生物
から精製される酵素の組換え変異体を言い、分子生物学
の技術を使ってアミノ酸配列が変更されている酵素を包
含する。本明細書中で用いる「可逆的に不活性化され
た」という用語は、酵素の共有結合的修飾をもたらす化
合物との反応により不活性化されている酵素であって、
修飾化合物が適当な条件下で除去できる酵素を言う。修
飾化合物の除去と酵素機能の回復をもたらす反応が存在
する限り、該酵素は可逆的に不活性化されると見なされ
る。
【0034】「反応混合物」なる用語は、与えられた反
応を実施するのに必要な試薬を含有する溶液を言う。
「増幅反応混合物」は増幅反応を実施するのに必要な試
薬を含有する溶液を言い、典型的には、適当な緩衝液中
にオリゴヌクレオチドプライマーとDNAポリメラーゼ
またはリガーゼを含有する。「PCR反応混合物」は、
典型的には適当な緩衝液中にオリゴヌクレオチドプライ
マー、熱安定性DNAポリメラーゼ、dNTPs および二価
金属カチオンを含有する。
【0035】反応混合物が該反応を可能にするのに必要
な試薬を全て含有するならばそれは完全と呼ばれ、そし
てそれが必要な試薬のサブセットのみを含有するならば
不完全と呼ばれる。通常は便利性、貯蔵安定性、および
用途に応じて成分の濃度を個別に調節できるようにする
ために、反応成分を各々が全成分のサブセットを含む別
々の溶液として保存すること、更に、反応成分を反応前
に混合して完全な反応混合物を調製することは、当業者
により理解されるところであろう。
【0036】本発明の方法は、熱活性化熱安定性酵素を
使って増幅反応を行うことを含み、ここで活性酵素はプ
ライマー伸長に必要である。該酵素を活性化する高温イ
ンキュベーションの前には、増幅反応混合物はプライマ
ー伸長を支持せず、且つ伸長生成物、非特異的生成物ま
たは他のものは全く形成されない。該酵素を回復させる
高温インキュベーション後は、反応特異性を保証する高
温で増幅反応が維持される。よって、プライマー伸長生
成物は増幅特異性を保証する条件下でのみ形成される。
【0037】本発明の方法では、熱活性化酵素はそれの
活性状態でプライマー伸長反応を触媒する。典型的な増
幅反応、例えばPCRで使われる熱活性化熱安定性酵素
は、それの活性状態でDNAポリメラーゼ活性を有す
る。リガーゼ媒介型増幅方法で使われる熱活性化熱安定
性酵素はそれの活性状態でDNAリガーゼ活性を有す
る。
【0038】リガーゼ媒介型増幅方法では、「伸長生成
物」は第一のオリゴヌクレオチド(本明細書中の用語
「プライマー」に包まれる)の3′末端の近隣にハイブ
リダイズする第二のオリゴヌクレオチドへの第一のオリ
ゴヌクレオチドの連結により形成される。第二のオリゴ
ヌクレオチドはプライマーのすぐ近隣にハイブリダイズ
することができ(この場合、連結のみが要求される)、
またはプライマーから遠く離れた1もしくは複数の塩基
にハイブリダイズすることができる(この場合、連結の
前にプライマーを伸長するポリメラーゼ活性が要求され
る)。どちらの場合でも、標的DNAの近隣領域にハイ
ブリダイズする2つのオリゴヌクレオチドの結合は用語
「プライマー伸長」に含まれる。
【0039】本発明の可逆的に不活性化された熱安定性
酵素は、酵素の可逆的化学修飾を引き起こし、酵素活性
の全部またはほとんど全部の低下をもたらす、酵素と修
飾試薬との反応により製造される。この修飾はタンパク
質への修飾基の共有結合から成る。修飾化合物は、修飾
が増幅反応緩衝液中での高温インキュベーションにより
逆戻りするように選択される。適当な酵素と修飾基につ
いては後述する。
【0040】活性状態でDNAポリメラーゼ活性を有す
る可逆的に不活性化された酵素は熱安定性DNAポリメ
ラーゼから調製される。増幅反応において有用な熱安定
性DNAポリメラーゼは当業界で周知であり、多数の
源、例えばテルムス属、テルモトガ属、テルモコッカス
属、ピロジクチウム属、ピロコッカス属およびテルモシ
フォ属の種からの高温性真正細菌または古細菌から誘導
することができる。
【0041】PCR増幅において有用な熱安定性DNA
ポリメラーゼが誘導されている典型的な種としては、テ
ルムス・アクアティカス(Thermus aquaticus)、テル
ムス・テルモフィラス(Thermus thermophilus)、テル
モトガ・マリチマ(Thermotoga maritima)、ピロジク
チウム・オクルタム(Pyrodictium occultum)、ピロジ
クチウム・アビシイ(Pyrodictium abyssi)およびテル
モシフォ・アフリカヌス(Thermosipho africanus)が
挙げられる。
【0042】熱安定性DNAポリメラーゼは米国特許第
4,889,818 号;米国特許第5,352,600 号;米国特許第5,
079,352 号;WO 91/09950 ;WO 92/03556 ;WO 92/0620
0 ;WO 92/06202 ;米国特許第5,491,086 号;WO 92/09
689 ;および米国特許第5,210,036 号中に記載されてい
る。熱安定性DNAポリメラーゼはPerkin Elmer社,Nor
walk, CT から市販されている。他の増幅方法、例えば
リガーゼ媒介型増幅での使用に適当な可逆的に不活性化
された熱安定性酵素は、様々な増幅方法を記載した下記
の引用文献中に記載された熱安定性酵素から調製され
る。
【0043】本発明の方法は例示した酵素の使用に限定
されない。例えば、増幅反応に用いられる文献中に記載
されたどんな熱安定性DNAポリメラーゼでも、本明細
書中に記載のように修飾して本発明の方法での使用に適
当な可逆的に不活性化された酵素を製造することができ
る。一般に、プライマー伸長を触媒するか、またはプラ
イマー伸長が起こるのに必要とされ、且つ不可逆的に不
活性化されてしまうことなく高温回復インキュベーショ
ンに耐えるほど十分に熱安定性であり、且つ本明細書中
に記載のように修飾して可逆的に不活性化された酵素を
製造することができるどんな酵素も、当該方法に用いる
ことができる。当業者は、本明細書中の教示に基づい
て、修飾反応条件および増幅反応条件を任意の一定の酵
素について最適化することができるだろう。
【0044】本発明の好ましい態様では、熱安定性酵素
の可逆的不活性化は、リジン残基のε−アミノ基の化学
修飾によるリジン残基の可逆的ブロックにより行われ
る。タンパク質の活性領域中のリジンの修飾は該タンパ
ク質の不活性化を引き起こす。その上、活性領域の外側
のリジンの修飾も、立体的相互作用またはコンホメーシ
ョン変化を通してタンパク質の不活性化に貢献するかも
しれない。可逆的方法でアミノ基と反応する多数の化合
物が文献中に記載されている。
【0045】例えば、アミノ基は、トリフルオロアセチ
ル化(GoldbergerおよびAnfinsen,1962, Biochemistry
1:410参照)、アミジノ化(HunterおよびLudwig, 1962,
J.Amer. Chem. Soc. 84:3491 参照)、マレイル化(Bu
tler他, 1967, Biochem. J. 103:78参照)、アセトアセ
チル化(Marzotto他, 1967, Biochem. Biophys. Res. C
ommun. 26:517およびMarzotto他, 1968, Biochim. Bio
phys. Acta 154: 450参照)、テトラフルオロスクシニ
ル化(Braunitzer他, 1968, Hoppe-Seyler'sZ. Physio
l. Chem. 349: 265参照)、およびシトラコニル化(Dix
on およびPerham, 1968, Biochem. J. 109:312-314 ;
並びにHabeebおよびAtassi, 1970, Biochemistry 9 (2
5): 4939-4944 参照)により可逆的に修飾されている。
【0046】リジン残基のε−アミノ基の化学修飾のた
めの好ましい試薬は、一般式
【化9】 (上式中、R1 とR2 は水素または有機基であり、互い
に連結していてもよい)または一般式
【化10】 (上式中、R1 とR2 は有機基であって、好ましくは連
結しており、そして水素はシス配置である)のジカルボ
ン酸無水物である。
【0047】前記有機基は炭素−炭素結合によって、ま
たは炭素−ヘテロ原子結合、例えば炭素−酸素、炭素−
窒素もしくは炭素−硫黄結合を通して、環に直接取り付
けられてもよい。前記有機基は、例えば3,4,5,6
−テトラヒドロフタル酸無水物の場合のように、互いに
連結して環構造を形成してもよい。
【0048】ジカルボン酸無水物は、シトラコン酸無水
物について図1中に示されるように、タンパク質のアミ
ノ基と反応して対応するアシル化生成物を与える。上記
ジカルボン酸無水物の可逆性は、アミド基との相互作用
およびその後の脱アシルに適当な空間的配向にアシル化
残基の末端カルボキシル基を維持する、シス−炭素−炭
素二重結合またはシス水素のいずれかの存在によって増
強されると思われる。アシル化反応と脱アシル反応の両
方の尤もらしい機構の記載についてはPalacian他, 199
0, Mol. Cell. Biochem. 97:101-111を参照のこと。他
の置換基も同様にアシル化生成物中のアシル成分の2,
3−結合の周りの回転を制限することができ、そのよう
な化合物は本発明の方法において機能すると予想され
る。
【0049】好ましい試薬の例としては、無水マレイン
酸;置換された無水マレイン酸、例えばシトラコン酸無
水物、シス−アコニット酸無水物および2,3−ジメチ
ルマレイン酸無水物;エキソ−シス−3,6−エンドオ
キソ−Δ4 −テトラヒドロフタル酸無水物;並びに3,
4,5,6−テトラヒドロフタル酸無水物が挙げられ
る。これらの試薬は例えばAldrich Chemical Co. (Milw
aukee, WI), Sigma Chemical Co. (St. Louis, MO)また
はSpectrum Chemical Mfg. Corp. (Gardena, CA)から市
販されている。置換された無水マレイン酸試薬であるシ
トラコン酸無水物およびシス−アコニット酸無水物を使
った熱安定性DNAポリメラーゼの修飾は下記の実施例
に記載される。
【0050】上記試薬を使ってアシル化されたアミノ基
の相対安定度は、次の順序で減少する:無水マレイン
酸;エキソ−シス−3,6−エンドオキソ−Δ4 −テト
ラヒドロフタル酸無水物;シトラコン酸無水物;3,
4,5,6−テトラヒドロフタル酸無水物;シス−アコ
ニット酸無水物;および2,3−ジメチルマレイン酸無
水物(Palacian他,前掲を参照のこと)。特定の試薬を
使って修飾された酵素についての最適活性化インキュベ
ーション条件は、下記の実施例の部に記載されるように
して経験的に決定される。
【0051】米国特許第 5,262,525号は、無水マレイン
酸とジエンとのDiels-Alder 反応により調製されたジカ
ルボン酸無水物である化合物を使用するタンパク質の化
学修飾方法を記載している。本明細書中に明記された安
定性を有する第5,262,525 号特許明細書中に記載された
化合物は本発明において適当かもしれない。
【0052】本発明の方法は、例示された修飾化合物ま
たはリジン残基の化学修飾によるタンパク質の修飾に限
定されない。酵素活性の全部またはほとんど全部の可逆
的低下を引き起こすようにタンパク質と反応し、該修飾
が増幅反応緩衝液中での高温でのインキュベーションに
より可逆的である、文献中に記載された化合物のいずれ
も、可逆的に不活性化された酵素の調製に適当である。
可逆的にタンパク質を修飾する新規化合物が利用可能に
なれば、それらもまた本発明の方法での使用に適当であ
ろう。よって、本発明の修飾された熱安定性酵素の調製
のための化合物は、次の特性を満たす化合物である:
【0053】(1) プライマー伸長を触媒する熱安定性酵
素との反応が該酵素の有意な不活性化を引き起こす; (2) 約pH=8〜9の水性緩衝液中での約室温(25℃)
またはそれ以下の温度での修飾された酵素のインキュベ
ーションが、約20分未満で酵素活性の有意な増加を全く
引き起こさない;および (3) 室温で約pH=8〜9に調整された増幅反応緩衝液
中での約50℃より高い高温での修飾された熱安定性酵素
のインキュベーションが、約20分未満で酵素活性の少な
くとも2倍の増加を引き起こす。
【0054】特定の修飾化合物の適切性は、通常は本明
細書中に与えられる教示に従って経験的に決定すること
ができる。上記性質、タンパク質の修飾から生じる酵素
活性の低下の度合い、および増幅反応混合物中での高温
でのインキュベーション後の酵素活性の回復の度合いを
測定する実験手順は、下記の実施例の部において記載さ
れる。
【0055】可逆的に不活性化された熱安定酵素の調
タンパク質中のリジン残基の化学修飾は、求核試薬と反
応するこの残基のε−アミノ基の能力に基づいている。
非プロトン化形アミノ基は反応性形態であり、これには
アルカリ性pHが有利である。修飾反応は水性緩衝液中
でpH 8.0〜9.0で室温(25℃)またはそれより低い温度
で実施される。この反応は、12〜24時間のインキュベー
ション後に本質上完全である。適当な反応条件は当業界
において周知であり、下記実施例中に更に記載される。
【0056】ジカルボン酸無水物は水と容易に反応して
対応する酸を与える。従って、タンパク質アミノ基の修
飾の間に試薬の大部分が加水分解される。加水分解の速
度はpHと共に増加する。約9より高いpHにおいて起
こる加水分解の増加は、タンパク質の次善的アシル化を
引き起こし得る。
【0057】一般に、タンパク質に関してモル過剰量の
修飾試薬がアシル化反応に使われる。修飾試薬対酵素の
最適モル比は使用する試薬に依存し、経験的に決定され
る。一例として、Taq DNAポリメラーゼは、20倍また
はそれ以上のモル過剰量のシトラコン酸無水物との反応
により本質上完全に不活性化される(元の活性の<5
%)。酵素の本質上完全な不活性化を引き起こす修飾試
薬の最小モル比は、実施例中に記載されるように、修飾
試薬の希釈系列を使って不活性化反応を実施することに
より決定することができる。
【0058】本発明の方法では、酵素が完全に不活性化
されることは必要でなく、酵素が有意に不活性化される
ことのみが必要である。本明細書中で使用する時、修飾
試薬との反応後の酵素の活性が元の活性の約50%未満で
あれば、酵素は有意に不活性化される。有意に不活性化
された酵素を使って非特異的増幅の減少を獲得すること
ができる。反応中の修飾試薬対酵素のモル比は、本明細
書中に与えられる教示に従って酵素の本質上完全な不活
性化または有意な不活性化のいずれかを引き起こすよう
に経験的に選択することができる。適当なモル比は実施
例中に与えられる。例示されていない酵素の不活性化の
ための適当な反応条件は、本明細書中に与えられる教示
に従って常用実験により決定することができる。
【0059】本発明の熱不活性化酵素の重要な観点はそ
れらの貯蔵安定性である。一般に、本明細書中に記載さ
れる化合物は長期間安定であり、各々を使用の直前に調
製する必要性を排除する。例えば、シトラコニル化Taq
DNAポリメラーゼは、25℃で貯蔵した時少なくとも4
週間不活性のままであることがわかった。推奨される貯
蔵条件は、どの修飾試薬を使用するかに依存して異なる
が、一般に不活性化された酵素の調製物は室温(25℃)
またはそれ以下で、好ましくは冷凍保存すべきである。
特に、より不安定な修飾された酵素、例えば2,3−ジ
メチルマレイン酸無水物を使って修飾された酵素は、冷
凍保存すべきである。
【0060】本発明の方法は、可逆的に不活性化された
熱安定性酵素を含有する反応混合物を使用し、そして該
反応混合物を増幅反応の前にまたは一体的な部分として
高温インキュベーションにかけることを含む。この高温
インキュベーションは、アミノ基の脱アシルと酵素活性
の回復をもたらす。
【0061】修飾されたアミノ基の脱アシルは、温度の
上昇と付随するpHの減少の両方から生じる。増幅反応
は典型的には室温で8.0 〜9.0 のpHに調整されたTris
-HCl緩衝液中で行われる。室温では、アルカリ性反応緩
衝液条件がアミノ基のアシル化形に有利である。反応緩
衝液のpHは室温で8.0 〜9.0 のpHに調整されている
が、温度の上昇と共にTris-HCl反応緩衝液のpHは低下
する。よって、増幅反応が行われる高温、特に、活性化
インキュベーションが行われる高温では反応緩衝液のp
Hは低下する。反応緩衝液のpHの低下はアミノ基の脱
アシルに有利である。
【0062】高温反応条件に起因して起こるpHの変化
は、使用する緩衝液に依存する。生物学的反応に使われ
る様々な緩衝液についてのpHの温度依存性は、Good
他, 1966, Biochemistry 5 (2):467-477 中に報告され
ている。Tris緩衝液の場合、pKa、即ち緩衝領域の中
間点のpHは、次のように温度に関係がある:ΔpKa
/℃=−0.031 。例えば、25℃で作製したTris-HCl緩衝
液は、活性化インキュベーションのために95℃に上げら
れると2.17のpKaの降下をする。
【0063】増幅反応は典型的にはTris-HCl緩衝液中で
行われるけれども、温度によるpHの変化がより小さい
または大きい緩衝液中で行ってもよい。使用する緩衝液
に応じて、より安定性の大きいまたは小さい修飾された
酵素が望ましいかもしれない。例えば、緩衝液のpHの
より小さな変化の下での十分な酵素活性の回復を考慮に
入れて、より不安定な修飾された酵素をもたらす修飾試
薬が使われる。上記に与えたような様々な試薬により修
飾された酵素の相対安定度の経験的比較は、特定の緩衝
液中での使用に適当な修飾された酵素の選択の手引きと
なる。
【0064】本発明の方法では、修飾された酵素の活性
化は、増幅特異性を保証するために増幅反応で使われる
プライマーハイブリダイゼーション(アニーリング)温
度に等しいかまたはそれより高い温度で行われるインキ
ュベーションによって達成される。酵素活性の回復に必
要とされるインキュベーション時間の長さは、反応混合
物の温度およびpH並びに酵素のアシル化アミノ基の安
定性に依存し、前記安定性は修飾された酵素の調製に使
われる修飾試薬に依存する。広範囲のインキュベーショ
ン条件が有用であり;最適条件は各反応ごとに実験的に
決定される。一般に、インキュベーションは増幅反応緩
衝液中で約50℃より高い温度で約10秒〜約20分行われ
る。例示されない酵素の回復のための、または例示され
ない反応混合物のための最適インキュベーション条件
は、本明細書中に与えられる教示に従って常用の実験に
より決定することができる。
【0065】好ましい態様では、PCR増幅は可逆的に
不活性化された熱安定性DNAポリメラーゼを使って行
われる。PCR増幅で使われるアニーリング温度は典型
的には約55〜75℃であり、そして予備反応インキュベー
ションはアニーリング温度に等しいかまたはそれより高
い温度、好ましくは約90℃より高温で行われる。温度循
環の前にDNAポリメラーゼを再活性化(回復)させる
ために好ましくは約90〜100 ℃で約12分間まで増幅反応
混合物がインキュベートされる。典型的なPCR増幅の
場合の適当な予備反応インキュベーション条件は、予備
反応インキュベーション条件を変えることの増幅に対す
る影響と共に実施例に記載される。
【0066】典型的なPCR増幅の第一段階は二本鎖標
的核酸の熱変性から成る。試料核酸の変性に要求される
正確な条件は、試料核酸の長さと組成に依存する。典型
的には、90〜100 ℃で約10秒間から約4分間までのイン
キュベーションが、試料核酸を十分に変性させるのに効
果的である。初期変性段階は、DNAポリメラーゼを再
活性化(回復)させるための予備反応インキュベーショ
ンとして働くことができる。しかしながら、初期変性段
階の長さと温度、並びにDNAポリメラーゼを再活性化
(回復)させるのに使う変性試薬によっては、DNAポ
リメラーゼ活性の再活性化(回復)が不完全かもしれな
い。酵素活性の最大の再活性化(回復)が所望であるな
らば、予備反応インキュベーションを延長してもよく、
あるいはまた、増幅サイクルの数を増やすことができ
る。
【0067】本発明の好ましい態様では、修飾された酵
素と初期変性条件は、再活性化(回復)可能な酵素活性
の一部分が初期インキュベーション段階中に再活性化
(回復)されるように選択される。各々が高温変性段階
を含むPCRのその後のサイクルは酵素活性の更なる再
活性化(回復)を引き起こす。よって、酵素活性の再活
性化(回復)は増幅の初期サイクルを過ぎて遅延され
る。このDNAポリメラーゼ活性の「徐放」(time rel
ease)が非特異的増幅を更に減少させることが観察され
た。過剰のDNAポリメラーゼ活性が非特異的増幅に寄
与することは知られている。
【0068】本発明の方法では、標的配列の数が小さい
増幅の初期段階の間はDNAポリメラーゼ活性の量が低
く、形成される非特異的伸長生成物の量を減少させる。
最大DNAポリメラーゼ活性は、標的配列の数が大きい
増幅の後期段階の間に存在し、高い増幅効率を可能にす
る。必要ならば、初期サイクル中に存在するDNAポリ
メラーゼ活性の少量を埋め合わせるために増幅サイクル
の数を増加させることができる。増幅サイクル数を増加
させることの増幅に対する影響は下記実施例中に示され
る。
【0069】本発明の方法の利点は、当該方法が反応混
合物の最初の調製の後に反応混合物の操作を全く必要と
しないことである。よって、当該方法は、初期変性段階
後の試薬の添加またはワックスバリヤーの使用が不都合
または実行不可能であるような自動増幅方法やその場で
の増幅方法での使用に理想的である。
【0070】本発明の方法はPCRにおける非特異的増
幅の削減に特に適当である。しかしながら、本発明はい
ずれかの特定の増幅方法に限定されない。本発明の可逆
的に不活性化された酵素は、熱安定性酵素を使用し且つ
増幅特異性を得るのに反応温度に頼っている任意のプラ
イマーベースの増幅方法に使用することができる。本発
明の方法は熱安定性酵素を使用する等温増幅方法に適用
することができる。酵素活性を回復させるのに高温での
一時的インキュベーションだけが必要である。酵素活性
を回復させるために反応混合物を高温インキュベーショ
ンにかけた後は、適当な反応温度で反応を行うことがで
きる。
【0071】PCR(米国特許第 4,683,195号;同第
4,683,202号;同第 4,683,202号;および同第 4,965,18
8号)に加えて、他の増幅方法として限定的でなく次の
ものが挙げられる:リガーゼ連鎖反応(LCR,Wuおよ
びWallace, 1989, Genomics 4:560-569 並びにBarany,
1991, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88:189-193);ポ
リメラーゼ−リガーゼ連鎖反応(Barany, 1991, PCR Me
thods and Applic. 1:5-16); Gap−LCR(PCT特
許公報第 WO 90/01069号);修復連鎖反応(ヨーロッパ
特許公報第439,182 A2号);3SR(Kwoh他, 1989, Pr
oc. Natl. Acad.Sci. USA 86:1173-1177;Guatelli他,
1990, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87:1874-1878;
PCT特許公報第 WO 92/08800号);およびNASBA
(米国特許第 5,130,238号)が挙げられる。本発明はい
ずれかの特定の増幅方法に限定されない。他の方法が開
発された時には、それらの方法は本発明の実施により恩
恵を受けるだろう。増幅方法の最近の概説はAbramsonお
よびMyers, 1993, Current Opinion in Biotechnology
4: 41-47に発表されている。
【0072】各増幅反応に適当な試料調製方法は技術の
現状において記載されている(例えば、Sambrook他, 前
掲、および上記に挙げた増幅方法を記載している文献を
参照のこと)。標的配列のPCR増幅用の単純且つ迅速
な試料調製方法は Higuchi,1989, PCR Technology(Erl
ich編, Stockton Press, New York)中、およびPCRProt
ocols, 18-20章中(Innis 他編, Academic Press, 199
0)中に記載されている。当業者は適当なプロトコール
を選択しそして経験的に最適化することができるだろ
う。
【0073】増幅生成物の検出方法は文献中に広く記載
されている。標準法としては、ゲル電気泳動による分析
またはオリゴヌクレオチドプローブとのハイブリダイゼ
ーションによる分析が挙げられる。増幅された核酸とプ
ローブとの間で形成されたハイブリッドの検出は、ドッ
トブロットアッセイ方式および逆ドットブロットアッセ
イ方式をはじめとする様々な方式で実施することができ
る〔Saiki 他, 1986,Narure 324: 163-166 ; Saiki他,
1989, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86:6230 ; PCT
特許公報第 WO 89/11548号;米国特許第 5,008,182号お
よび同第 5,176,775号;PCR Protocols: A Guide to Me
thods and Applications (Innis 他編,Academic Press,
San Diego, CA):337-347を参照のこと。〕。マイクロ
ウエルプレートを使った逆ドットブロット法は、同時係
属米国特許出願第 141,355号(EP-A-420260 に対応);
米国特許第 5,232,829号;Loeffelholz 他, 1992, J. C
lin. Microbiol. 30(11):2847-2851;Mulder他, 1994,
J. Clin. Microbiol. 32(2):292-300 ;およびJackson
他, 1991, AIDS 5:1463-1467 中に記載されている。
【0074】5′−ヌクレアーゼアッセイと呼ばれる別
の適当なアッセイ法は米国特許第 5,210,015号;および
Holland 他, 1991, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88:7
276-7280に記載されている。この5′−ヌクレアーゼア
ッセイでは、標識されたプローブがDNAポリメラー
ゼ、例えばTaq DNAポリメラーゼの5′→3′エキソ
ヌクレアーゼ活性によりプライマー伸長と同時に分解さ
れる。プローブ分解生成物の検出は、プローブと標的D
NAとのハイブリダイゼーションが起こったことと増幅
反応が起こったことの両方を示す。米国特許第 5,491,0
63号(EP-A-699,768に対応)とEP-A-713,921は、増幅に
付随して起こるプローブの分解を検出するための改良方
法を記載している。
【0075】反応混合物中の二本鎖DNAの総量の増加
をモニタリングすることにより核酸の増幅を検出する別
の方法が、Higuchi 他, 1992, Bio/Technology 10:413
-417; Higuchi他, 1993, Bio/Technology 11:1026-103
0 ;並びにヨーロッパ特許公報第487,218 号および同第5
12,334 号に記載されている。この二本鎖標的DNAの
検出は、臭化エチジウム(EtBr)や他のDNA結合標識
物質が二本鎖DNAに結合した時に示す蛍光の増加を当
てにしている。標的配列の合成に起因する二本鎖DNA
の増加が検出可能な蛍光の増加を引き起こす。この方法
の問題点は、非標的配列の合成、即ち非特異的増幅が蛍
光の増加を引き起こし、それが標的配列の合成に起因す
る蛍光の増加の測定を妨害することである。よって、本
発明の方法は、それらが非特異的増幅を削減し、それに
よって非標的配列の増幅に起因する蛍光の増加を最小に
するので、特に有用である。
【0076】本発明は、本発明の方法を実施するのに有
用な成分を含んで成る多容器ユニットであるキットにも
関する。有用なキットは、可逆的に不活性化された熱安
定性酵素および増幅反応を実施するための1または複数
の試薬、例えばヌクレオチドプライマー、基質ヌクレオ
シド三リン酸、補因子、並びに適当な緩衝液を含有す
る。本発明の実施例を下記に記載するが、これは例示目
的にのみ与えられるのであって本発明の範囲を制限する
ためではない。上記説明や下記実施例を読むことから、
特許請求の範囲内に含まれる本発明の多数の実施態様が
当業者に明白になるであろう。
【0077】
【実施例】実施例1:ポリメラーゼ活性アッセイ 下記実施例中に記載するDNAポリメラーゼ活性の測定
は全て、次のDNAポリメラーゼ活性を使って実施し
た。該アッセイは、本質的にはLawyer他, 1989,J. Bio
l. Chem. 264: 6427-6437、およびAmpliTaq(登録商
標)DNAポリメラーゼ製品説明書(Perkin Elmer, No
rwalk, CT )(両者は参考として本明細書中に組み込ま
れる)中に記載された通りである。
【0078】酵素活性の1単位は、74℃で10分のインキ
ュベーションで酸不溶性材料中に30分あたり10ナノモル
のdNTPs を取り込むであろう量として定義される。修飾
された酵素の不安定性のため、50℃で活性を測定し、74
℃で同様に測定した標準TaqDNAポリメラーゼ溶液に
対して標準化した。反応は次の試薬を含有する50μl容
量において実施した:
【0079】25 mM TAPS〔トリス(ヒドロキシメチル)
メチルアミノプロパンスルホン酸、ナトリウム塩〕, pH
9.3(室温で);50 mM KCl ;2 mM MgCl2;1 mM β−
メルカプトエタノール;各々200 μM のdATP, dGTPおよ
びdTTP;100 μM 〔α−32P〕−dCTP(0.05〜0.1 Ci/
ナノモル);活性化されたサケ精子DNA。
【0080】実施例2:Taq DNAポリメラーゼのシト
ラコニル化 この実施例は、シトラコン酸無水物を使ったTaq DNA
ポリメラーゼの修飾を記載する。DNAポリメラーゼ活
性の完全な不活性化を得るのに必要とされる不活性化反
応での修飾剤対酵素のモル比を示すシトラコニル化Taq
DNAポリメラーゼの活性の測定については、下記実施
例3に記載する。
【0081】Taq DNAポリメラーゼ(AmpliTaqR , Pe
rkin Elmer, Norwalk, CT )は1.3mg/mlの初濃度で使
用した。初期実験では、まずTaq DNAポリメラーゼを
容量で1000倍過剰の0.1 Mホウ酸ナトリウム, pH 8.63
に対して透析した。この段階は重要でないことがわかっ
たので、後期実験では、Taq DNAポリメラーゼをホウ
酸ナトリウムに対して透析せずにそのままTris緩衝液
(50 mM Tris-HCl, 1 mMEDTA, 65 mM KCl, pH 7.5)中
で使用した。シトラコン酸無水物(11.06 M)は市販さ
れている(Aldrich, Milwaukee, WI)。シトラコン酸無
水物の出発溶液は、11.06 Mシトラコン酸無水物をDM
F(N,N−ジメチルホルムアミド)中に100 倍希釈す
ることにより作製した。
【0082】修飾反応の1セット目では、DMF中での
繰り返し倍々希釈によりシトラコン酸無水物の希釈系列
を作製した。この系列の各溶液について、4μl のシト
ラコン酸無水物希釈溶液を400 μl のTaq DNAポリメ
ラーゼ溶液(ホウ酸ナトリウム透析したもの)に添加
し、約80/1, 40/1, 20/1および10/1のシトラコン酸無水
物対Taq DNAポリメラーゼのモル比を含有する溶液を
得た。これらの溶液を4℃で一晩インキュベートしてTa
q DNAポリメラーゼを不活性化した。本明細書中で
は、N倍モル過剰の修飾剤との反応で修飾された酵素を
N×酵素と呼ぶことにする。従って、得られたシトラコ
ニル化Taq DNAポリメラーゼは、本明細書中80×,40
×,20×および10×Taq DNAポリメラーゼと呼ばれ
る。
【0083】約80×,160 ×および240 ×モル比のシト
ラコン酸無水物対Taq DNAポリメラーゼ(ホウ酸ナト
リウム透析しないもの)を使って、追加の修飾反応を実
施した。160 ×と240 ×モル比は、11.06 Mシトラコン
酸無水物の出発希釈液をDMF(N,N−ジメチルホル
ムアミド)中で適当に希釈調整することにより調製し
た。例えば、最終160 ×比の場合は、11.06 Mシトラコ
ン酸無水物をDMF中で1/50希釈し、得られたシトラコ
ン酸無水物出発溶液の4μl を400 μl のTaq DNAポ
リメラーゼ溶液に添加した。得られたシトラコニル化Ta
q DNAポリメラーゼは、本明細書中では240 ×,160
×および80×Taq DNAポリメラーゼと呼ばれる。
【0084】実施例3:シトラコン酸無水物を使ったD
NAポリメラーゼ活性の不活性化と熱再活性化(回復) この実施例は、高温インキュベーションによるシトラコ
ニル化Taq DNAポリメラーゼの再活性化の前後の実施
例2のシトラコニル化Taq DNAポリメラーゼの活性測
定を記載する。シトラコニル化Taq DNAポリメラーゼ
の熱再活性化(回復)後に再活性化(回復)される活性
の量に対するpHの影響を測定した。
【0085】シトラコニル化Taq DNAポリメラーゼの
試料を、10 mM Tris-HCl, 100 mM KCl, 2 mM MgCl2, 0.
5 % Tween 20, 0.5% NP-40, 16%グリセロールから成
る緩衝液中で1/200 希釈した。この緩衝液のpHは室温
で8.25であった。シトラコニル化Taq DNAポリメラー
ゼの希釈試料を90℃で20分間インキュベートするか、ま
たは対照として室温に維持した。処理後、試料を酵素希
釈緩衝液(25 mM Tris-HCl, 50 mM KCl, 1 mM β−メル
カプトエタノール, 0.5 % TweenTM 20, 0.5%NP-40,
0.1 %ゼラチン)中で1/5 希釈し、そして実施例1に記
載した通りに活性を測定した。処理後のDNAポリメラ
ーゼ活性を下記に示す。モル比は、修飾反応で使用した
シトラコン酸無水物:Taq DNAポリメラーゼのモル比
である。各々の活性は二重反復試料から測定した2つの
活性の平均である。
【0086】
【表1】
【0087】Taq DNAポリメラーゼの完全な不活性化
は、20倍より高いモル過剰のシトラコン酸無水物を使っ
て得られた。完全に不活性化されたTaq DNAポリメラ
ーゼの90℃での20分間のインキュベーション後、最低で
16%の活性が回復された。80×シトラコニル化Taq DN
Aポリメラーゼを使った時よりも40×シトラコニル化Ta
q DNAポリメラーゼを使った時の方がより多くの酵素
活性が回復されたけれども、商品キット中では製造許容
差を大きくするために80×(またはそれより高い)シト
ラコニル化Taq DNAポリメラーゼを使用することがよ
り一層実用的かもしれない。
【0088】室温でpH 7.75 に調整された緩衝液を使っ
て同様な実験を実施した。結果を下記に示す。
【表2】 回復されたDNAポリメラーゼ活性の量は低pHの方が
大きかった。
【0089】80×および160 ×Taq DNAポリメラーゼ
(ホウ酸ナトリウム透析しないもの)の活性を、上記と
本質的に同じ高温インキュベーションによる再活性化の
前後に測定した。インキュベーションに使った緩衝液の
pHは室温で8.0 であった。結果を下記に示す。各々の
活性は二重反復試料から測定した2つの活性の平均であ
る。
【0090】
【表3】 再活性化に対するpHの影響は、80×Taq DNAポリメ
ラーゼを使って異なるpHでの3つの再活性化から回復
された活性を比較することにより更に調べることができ
る。上記データは、修飾反応において高モル過剰の修飾
試薬を使った時でも、酵素活性が回復されることを指摘
する。
【0091】実施例4:シトラコニル化Taq DNAポリ
メラーゼを使ったPCR増幅 この実施例はPCR増幅における実施例2に記載のシト
ラコニル化Taq 熱安定性DNAポリメラーゼの使用を記
載する。
【0092】PCRプロトコール 増幅は、実施例2に記載の240 ×修飾されたTaq DNA
ポリメラーゼの1/20,1/40および1/80希釈液を使って実
施した。希釈液は20 mM Tris-HCl, pH 8.0(室温で),
100 mM KCl, 0.1 mM EDTA (エチレンジアミン四酢
酸), 1 mM DTT(ジチオスレイトール), 50%グリセロ
ール, 0.5 % Tween 20, 0.5% Nonidet P40(AmpliTaq
R 保存用緩衝液, Perkin Elmer, Norwalk, CT )から成
る緩衝液中に作製した。比較のため、未修飾のTaq DN
Aポリメラーゼの1/10, 1/20, 1/40および1/80希釈液を
使って同様に増幅を実施した。
【0093】プライマー SK432とSK111 を使ってクロー
ン化HTLV-Iゲノム配列を増幅させた。これらのプライマ
ー配列は米国特許第 5,418,149号(参考として本明細書
中に組み込まれる)中に与えられている。PCRは次の
反応条件下で100 μl の反応容量において実施した。
【0094】反応混合物: 30コピーのHTLV-I DNA鋳型 10 mM Tris, pH 8.3 50 mM KCl 0.5 μM の各プライマー 200 μM dATP, dCTP およびdGTP 400 μM dUTP 0.5 μl のシトラコニル化Taq DNAポリメラーゼ溶液 2.5 mM MgCl2 1 ngのhpDNA 1単位のUNG (Perkin Elmer, Norwalk, CT)
【0095】
【0096】増幅生成物は、1×TBE(0.089 M Tri
s, 0.089 M ホウ酸, 0.0025 M EDTA二ナトリウム)泳動
緩衝液を使った4%アガロースゲル電気泳動により分析
した。電気泳動は100 ボルトで約2時間実施した。電気
泳動後に臭化エチジウム(0.5 μg/ml)を添加して存在
する全てのDNAを染色した。ゲルを1×TBE中で脱
色し、臭化エチジウムで染色されたDNAバンドをUV
照射により視覚化した。
【0097】結果 結果を図2に与える。増幅された標的配列に相当するバ
ンドが示される。増幅された標的配列に相当するバンド
以外のゲル上に現れるバンドは、非標的配列の非特異的
増幅により生じた生成物である。シトラコニル化Taq D
NAポリメラーゼ(標識Taq, HS )を使った増幅の効果
は、各レーン内のバンドのパターンと強度を比較するこ
とにより知ることができる。非特異的生成物の増幅は標
的配列の増幅と競合するため、標的配列の増幅の増加は
非特異的増幅の減少の量を更に示す。よって、各レーン
内の生成物の相対量の変化は、非特異的増幅に対する予
備反応処理の効果を最もよく示す。
【0098】未修飾のTaq DNAポリメラーゼを使った
増幅は、圧倒的に非特異的増幅生成物をもたらした。シ
トラコニル化Taq DNAポリメラーゼの使用は、増幅さ
れた標的配列に相当するバンドの強度の有意な増加と、
非標的増幅生成物に相当するバンドの強度の有意な減少
をもたらした。このデータは、可逆的に不活性化された
DNAポリメラーゼを使ったPCR増幅が非特異的増幅
を有意に減少させ且つ目的とする増幅された標的配列の
量を有意に増加させることを示す。
【0099】実施例5:他のシトラコニル化熱安定
NAポリメラーゼ この実施例は、上記のTaq DNAポリメラーゼに加えて
幾つかの他の熱安定性DNAポリメラーゼのシトラコニ
ル化を記載する。次の熱安定性DNAポリメラーゼを修
飾した: 1) WO 91/09950 (本明細書中に参考として組み込まれ
る)中に記載されたテルムス・テルモフィラス(Thermu
s thermophilus)由来の熱安定性DNAポリメラーゼ
(rTth, Perkin Elmer, Norwalk, CT )。
【0100】2) WO 92/03556 (本明細書中に参考とし
て組み込まれる)中に記載されたテルモトガ・マリチマ
Thermotoga maritima)由来の熱安定性変異型DNA
ポリメラーゼ(UlTma TM, Perkin Elmer, Norwalk, CT
)。 3) WO 92/06200 (本明細書中に参考として組み込まれ
る)中に記載された、3′→5′エキソヌクレアーゼ活
性を欠くテルムス・アクアティカス(Thermusaquaticu
s)由来の熱安定性DNAポリメラーゼの変異型。この
酵素は本明細書中ではTaq CSまたはAmpliTaqR CSと呼ば
れる。
【0101】上記3つのDNAポリメラーゼの各々につ
いて、200 単位/μl のおよその濃度の出発溶液を調製
した。比較のため、前の実施例で使用した1.3 mg/ml の
TaqDNAポリメラーゼは、およそ260 単位/μl に等
しい。各DNAポリメラーゼを本質的に実施例2に記載
した通りに修飾した。10μl のシトラコン酸無水物を50
0 μl のDMF中で希釈した。次いで10μl の希釈シト
ラコン酸無水物を1000μl の各酵素溶液と混合した。生
じた溶液を4℃で一晩インキュベートした。
【0102】実施例6:シトラコニル化DNAポリメラ
ーゼを使ったPCR増幅 この実施例は、PCR増幅における実施例2および5に
記載のシトラコニル化熱安定性DNAポリメラーゼの使
用を記載する。PCRプロトコール 増幅は修飾されたDNAポリメラーゼの希釈液を使って
実施した。希釈液は20mM Tris-HCl, pH 8.0(室温で),
100 mM KCl, 0.1 mM EDTA (エチレンジアミン四酢
酸), 1 mM DTT(ジチオスレイトール), 50%グリセロ
ール, 0.5 % TweenTM 20, 0.5% Nonidet P40 (AmpliT
aqR 保存用緩衝液, Perkin Elmer, Norwalk, CT )から
成る緩衝液中に作製した。
【0103】プライマー SK145とSK431 (Perkin Elmer,
Norwalk, CT) を使って HIV-1ゲノム配列を増幅させ
た。プライマー SK 145 とSK 431は米国特許第 5,418,1
49号中と次の科学文献中に記載されている。SK 145はKw
ok他, 1990, Nucleic Acids Res. 18:999-1005 に記載
されており;SK 431はJackson 他, 1991, AIDS 5: 146
3-1467に記載されている。PCRは次の反応条件下で10
0 μl の反応容量において実施した。
【0104】反応混合物: 100 コピーのHIV-1 DNA 鋳型 10 mM Tris, pH 8.3 50 mM KCl 0.5 μM の各プライマー 200 μM dATP, dCTPおよびdGTP 400 μM dUTP 0.5 μl のDNAポリメラーゼ溶液 2.5 mM MgCl2 1μg のhpDNA 1単位のUNG (Perkin Elmer, Norwalk, CT)
【0105】
【0106】予備反応インキュベーション段階は初期変
性段階としても役立つ。初期変性段階は二本鎖標的の完
全な変性を保証するために典型的な増幅反応で汎用され
る。PCRの各サイクルは94℃で1分の変性段階で始ま
る。かくして、最初の予備反応インキュベーションの直
後、最初のサイクルの変性段階において反応混合物が94
℃で1分間インキュベートされる。
【0107】増幅生成物は、1×TBE(0.089 M Tri
s, 0.089 M ホウ酸, 0.0025 M EDTA二ナトリウム)泳動
緩衝液を使ったアガロースゲル電気泳動〔100 mlの3%
NuSieve(登録商標)と0.5 % SeaChem(登録商標)〕
により分析した。電気泳動は100 ボルトで約1時間実施
した。電気泳動後に臭化エチジウム(0.5 μg/ml)を添
加して存在する全てのDNAを染色した。ゲルを1×T
BE中で脱色し、臭化エチジウムで染色されたDNAバ
ンドをUV照射により視覚化した。
【0108】シトラコニル化DNAポリメラーゼを使っ
た増幅 実施例5に記載のシトラコニル化DNAポリメラーゼと
実施例2に記載の240×シトラコニル化Taq DNAポリ
メラーゼの希釈液(1/10, 1/20, 1/40および1/80)をHI
V-1 核酸の増幅において使用し、そして増幅生成物をア
ガロースゲル電気泳動により分析した。比較のため、未
修飾のTaq DNAポリメラーゼの希釈液を使って増幅を
行った。
【0109】結果を図3に与える。増幅された標的配列
に相当するバンドが示される。増幅された標的配列に相
当するバンド以外のゲル上に現れるバンドは、非標的配
列の非特異的増幅により生じた生成物である。シトラコ
ニル化DNAポリメラーゼを使った増幅の効果は、各レ
ーン内のバンドのパターンと強度を比較することにより
知ることができる。非特異的生成物の増幅は標的配列の
増幅と競合するため、標的配列の増幅の増加は非特異的
増幅の減少の量を更に示す。よって、各レーン内の生成
物の相対量の変化は、非特異的増幅に対する予備反応処
理の効果を最もよく表す。
【0110】未修飾のTaq DNAポリメラーゼを使った
増幅は、酵素の全希釈度について圧倒的に非特異的増幅
生成物をもたらした。シトラコニル化Taq DNAポリメ
ラーゼの使用は、1/80希釈度以外の全部について、増幅
された標的配列に相当するバンドの強度の有意な増加
と、非標的増幅生成物に相当するバンドの強度の有意な
減少をもたらした。このデータは、可逆的に不活性化さ
れたDNAポリメラーゼを使ったPCR増幅が非特異的
増幅を有意に減少させ且つ目的とする増幅された標的配
列の量を有意に増加させることを示す。
【0111】シトラコニル化UlTma, Taq CS および rTt
h DNAポリメラーゼの使用もまた、非特異的増幅生成
物の量の同時減少と共に、未修飾のTaq DNAポリメラ
ーゼを使った増幅で見られるよりも多量の特異的増幅生
成物の生成をもたらした。この結果は、本発明の方法が
一般的に熱安定性DNAポリメラーゼに適用できること
を証明する。
【0112】この結果は本発明の機能性を証明するけれ
ども、修飾条件が各DNAポリメラーゼについて比較で
きるように最適化されてないため、シトラコニル化Taq,
UlTma, Taq CSおよび rTth DNAポリメラーゼを使っ
て得られた結果を直接比較できない点に注意すべきであ
る。特に、DNAポリメラーゼの各出発溶液は同じ単位
/mlを含有したけれども、それらの溶液の容量モル濃度
は決定されず、従って各修飾反応におけるシトラコン酸
無水物のモル過剰量は決定されなかった。当業者は、本
明細書中に記載のプロトコールを使って最適修飾条件を
経験的に決定することができると思う。
【0113】実施例7:シス−アコニチル化DNAポリ
メラーゼ この実施例は、シス−アコニット酸無水物を使ったTaq
DNAポリメラーゼの修飾を記載する。シス−アコニッ
ト酸無水物を使った修飾は、本質的には実施例2に記載
した通りに行ったが、シス−アコニット酸無水物が液体
としてでなく粉末として販売されているために主に異な
っている。Tris緩衝液(50 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, 6
8 mM HCl, pH 7.5)中のTaq DNAポリメラーゼ(Ampl
iTaqR , Perkin Elmer,Norwalk, CT )を1.3 mg/ml の
初濃度で使用した。シス−アコニット酸無水物(Aldric
h, Milwaukee, WI)の出発溶液は、20 mg のシス−アコ
ニット酸無水物を1mlの100 %EtOH中に溶かすことによ
り作製した。
【0114】シス−アコニット酸無水物溶液10μl また
は20μl を1000μl のTaq DNAポリメラーゼ溶液に添
加し、約90/1および180/1 のシス−アコニット酸無水物
対Taq DNAポリメラーゼのモル比を含む溶液を得た。
該溶液を4℃で一晩インキュベートしてTaq DNAポリ
メラーゼを不活性化した。シス−アコニチル化Taq DN
Aポリメラーゼを使った増幅とシトラコニル化Taq DN
Aポリメラーゼを使った増幅の比較を下記に記載する。
【0115】実施例8:シス−アコニット酸無水物を使
ったDNAポリメラーゼ活性の不活性化と熱回復 実施例7で調製した90×および180 ×シス−アコニチル
化Taq DNAポリメラーゼの活性を、本質的には前記実
施例3に記載した通りの高温インキュベーションによる
回復の前後に測定した。インキュベーション中の緩衝液
のpHは8.0 であった。結果を下記に示す。各々の活性
は二重反復試料から測定した2つの活性の平均である。
【0116】
【表4】
【0117】実施例3の結果と上記結果の比較は、シス
−アコニチル化がシトラコニル化よりも容易に逆戻りす
ることを示す。DNAポリメラーゼを完全に不活性化す
るのにより高いモル過剰のシス−アコニット酸無水物が
必要であり、そして高温インキュベーション後により多
くの活性が回復される。90倍モル過剰のシス−アコニッ
ト酸無水物を使った修飾後に100 %以上の活性測定値が
得られる理由は不明であるが、活性測定の不正確により
引き起こされるのかまたはDNAポリメラーゼの実際の
修飾を反映するのかもしれない。
【0118】実施例9:予備反応インキュベーション時
間の効果 この実施例は、得られる生成物の量に対する予備反応イ
ンキュベーション時間の効果を記載する。上述した通り
に調製したシトラコニル化およびシス−アコニチル化Ta
q DNAポリメラーゼを使って増幅を行った。増幅条件
の各セットについて、80倍および160 倍モル過剰のシト
ラコン酸無水物と、90倍および180 倍モル過剰のシス−
アコニット酸無水物を使った。増幅は上記実施例6に記
載のHIV-1 モデル系を使って実施したが、ただし最初の
予備反応インキュベーションを変更した。各酵素調製物
について、12, 6, 3および0 分の予備反応インキュベー
ション時間を使って増幅を行った。
【0119】上述したように、予備反応インキュベーシ
ョン段階は初期変性段階としても働く。PCRの各サイ
クルは変性段階で始まる。95℃で12, 6, 3または0 分の
最初の予備反応インキュベーションの直後に、最初のサ
イクルの変性段階において反応混合物が94℃で1分間イ
ンキュベートされる。よって、予備反応インキュベーシ
ョンを使わない時であっても、最初のサイクルの変性段
階において酵素活性が回復される。
【0120】増幅生成物はアガロースゲル電気泳動によ
り分析した。結果を図4に与える。増幅された標的配列
に相当するバンドが示される。増幅された標的配列に相
当するバンド以外のゲル上に現れるバンドは、非標的配
列の非特異的増幅により生じた生成物に相当する。結果
は、シス−アコニチル化DNAポリメラーゼを使うと、
全ての予備反応インキュベーション時間が増幅生成物に
相当する強いバンドを生じたことを示す。予備反応イン
キュベーションを使わずに行った増幅は、延長した予備
反応インキュベーションを使った増幅とほぼ同量の生成
物を生じた。
【0121】対照的に、結果は、シトラコニル化DNA
ポリメラーゼを使うと、最大量の増幅生成物を得るのに
少なくとも3分の予備反応インキュベーションが必要で
あることを示した。予備反応インキュベーションを使わ
ずに行った増幅はかなり少ない増幅生成物を生じた。こ
の結果は、シス−アコニチル化DNAポリメラーゼの活
性がシトラコニル化DNAポリメラーゼのよりも速く回
復されることを示す。
【0122】実施例10:サイクル数の効果 この実施例は、短い予備反応インキュベーション時間を
補うために増幅サイクル数を増加させることの効果を記
載する。80倍および160 倍モル過剰のシトラコン酸無水
物と、90倍および180 倍モル過剰のシス−アコニット酸
無水物を使って修飾したTaq DNAポリメラーゼを使っ
て増幅を行った。増幅は上記実施例6に記載のHIV-1 モ
デル系を使って本質的には上述した通りに実施したが、
ただし最初の予備反応インキュベーションとサイクル数
を変更した。各酵素調製物について、次の条件を使って
増幅を行った:
【0123】
【表5】
【0124】増幅生成物をアガロースゲル電気泳動によ
り分析した。結果を図5に与える。この結果は、増幅サ
イクル数を増加させることが予備反応インキュベーショ
ンを使わない時のDNAポリメラーゼ活性の不完全な回
復に起因する増幅効率の低下を補うことができることを
示す。
【0125】各DNAポリメラーゼについて、増幅サイ
クル数の増加は増幅生成物の増加をもたらした。この効
果はシス−アコニチル化Taq DNAポリメラーゼを使っ
た時に最小であり、実施例9において予備反応インキュ
ベーションをほとんど必要としないことが証明された。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、シトラコン酸無水物、シス−アコニッ
ト酸無水物および2,3−ジメチルマレイン酸無水物の
構造、並びにシトラコン酸無水物とリジンとの反応を示
す。
【図2】図2は、実施例4に記載されるシトラコニル化
Taq DNAポリメラーゼを使って行った増幅の結果を示
す電気泳動図であり、図面代用写真である。
【図3】図3は、実施例6に記載されるシトラコニル化
DNAポリメラーゼを使って行った増幅の結果を示す電
気泳動図であり、図面代用写真である。
【図4】図4は、実施例9に記載されるシトラコニル化
およびシス−アコニチル化DNAポリメラーゼを使って
行った増幅における予備反応インキュベーション時間の
変更の結果を示す電気泳動図であり、図面代用写真であ
る。
【図5】図5は、実施例10に記載されるシトラコニル化
およびシス−アコニチル化DNAポリメラーゼを使って
行った増幅における増幅サイクル数の変更の結果を示す
電気泳動図であり、図面代用写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 (C12N 9/12 C12R 1:01) (72)発明者 ウォルター ジョセフ レアード アメリカ合衆国,カリフォルニア 94564, ピノール,ラッセン ウェイ 2660 (72)発明者 マイケル アンソニー ゾコーリ アメリカ合衆国,カリフォルニア 94556, モラガ,ディアフィールド ドライブ 303

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化学修飾により可逆的に不活性化された
    熱安定性酵素であって、アルカリ性pHの水性緩衝液中
    での約25℃より低い温度での前記化学修飾された熱安定
    性酵素のインキュベーションが約20分未満で酵素活性の
    有意な増加を引き起こさず、且つ25℃で約pH=8〜9
    に調整された水性緩衝液中での約50℃より高い温度での
    前記化学修飾された熱安定性酵素のインキュベーション
    が約20分未満で酵素活性の少なくとも2倍の増加を引き
    起こすことを特徴とする前記化学修飾された熱安定性酵
    素。
  2. 【請求項2】 前記酵素活性が熱安定性DNAポリメラ
    ーゼ活性または熱安定性リガーゼ活性である、請求項1
    に記載の化学修飾された熱安定性酵素。
  3. 【請求項3】 前記酵素活性が熱安定性DNAポリメラ
    ーゼ活性であり、そして前記熱安定性DNAポリメラー
    ゼがテルムス・アクアティカス(Thermus aquaticu
    s)、テルムス・テルモフィラス(Thermus thermophilu
    s)およびテルモトガ・マリチマ(Thermotoga maritim
    a)から成る属の群より選択された種に由来する、請求
    項1に記載の化学修飾された熱安定性酵素。
  4. 【請求項4】 熱安定性酵素と修飾試薬との混合物の反
    応により製造される、請求項1〜3のいずれか一項に記
    載の化学修飾された熱安定性酵素。
  5. 【請求項5】 熱安定性酵素と修飾試薬との混合物の反
    応により製造され、前記反応が約25℃より低い温度でア
    ルカリ性pHで行われ、前記試薬が一般式 【化1】 (上式中、R1 とR2 は水素または有機基であり、互い
    に連結していてもよい)または一般式 【化2】 (上式中、R1 とR2 は有機基であって、好ましくは連
    結しており、そして水素はシス配置である)のジカルボ
    ン酸無水物であり、そして前記反応が酵素活性の本質上
    完全な不活性化を引き起こす、請求項1〜3のいずれか
    一項に記載の化学修飾された熱安定性酵素。
  6. 【請求項6】 熱安定性酵素と修飾試薬との混合物の反
    応により製造され、前記修飾試薬が無水マレイン酸;エ
    キソ−シス−3,6−エンドオキソ−Δ4 −テトラヒド
    ロフタル酸無水物;シトラコン酸無水物;3,4,5,
    6−テトラヒドロフタル酸無水物;シス−アコニット酸
    無水物;および2,3−ジメチルマレイン酸無水物から
    成る群より選択される、請求項1〜3のいずれか一項に
    記載の化学修飾された熱安定性酵素。
  7. 【請求項7】 熱安定性酵素と修飾試薬との混合物の反
    応により製造され、前記修飾試薬が前記熱安定性酵素に
    対して20倍モル過剰量より多い、請求項1〜6のいずれ
    か一項に記載の化学修飾された熱安定性酵素。
  8. 【請求項8】 熱安定性酵素と修飾試薬との混合物の反
    応により製造され、前記熱安定性酵素がテルムス・アク
    アティカス(Thermus aquaticus)由来の熱安定性DN
    Aポリメラーゼであり、そして前記修飾試薬がシトラコ
    ン酸無水物である、請求項1〜7のいずれか一項に記載
    の化学修飾された熱安定性酵素。
  9. 【請求項9】 熱安定性酵素と修飾試薬との混合物の反
    応により製造され、前記熱安定性酵素がテルムス・テル
    モフィラス(Thermus thermophilus)由来の熱安定性D
    NAポリメラーゼであり、そして前記修飾試薬がシス−
    アコニット酸無水物である、請求項1〜7のいずれか一
    項に記載の化学修飾された熱安定性酵素。
  10. 【請求項10】 可逆的に不活性化された化学修飾され
    た熱安定性酵素の調製方法であって、熱安定性酵素と修
    飾試薬との混合物を反応させることを含んで成り、前記
    反応が約25℃より低い温度でアルカリ性pHで行われ、
    前記試薬が一般式 【化3】 (上式中、R1 とR2 は水素または有機基であり、互い
    に連結していてもよい)または一般式 【化4】 (上式中、R1 とR2 は有機基であって、好ましくは連
    結しており、そして水素はシス配置である)のジカルボ
    ン酸無水物であり、そして前記反応が酵素活性の本質上
    完全な不活性化を引き起こすことを特徴とする方法。
  11. 【請求項11】 試料中に含まれる標的核酸の増幅方法
    であって、 (a) 前記試料を、前記標的核酸に相補的なプライマーと
    請求項1〜9のいずれか一項に記載の化学修飾された熱
    安定性酵素を含有する増幅反応混合物と接触させ;そし
    て(b) 段階(a) から得られた反応混合物を、前記化学修
    飾された熱安定性酵素を回復させそしてプライマー伸長
    生成物の形成を可能にするのに十分な時間、約50℃より
    高い温度でインキュベートする;段階を含んで成る方
    法。
  12. 【請求項12】 一対のプライマーと請求項1〜9のい
    ずれか一項に記載の化学修飾された熱安定性酵素を含ん
    で成る、ポリメラーゼ連鎖反応用増幅反応混合物。
  13. 【請求項13】 請求項1〜9のいずれか一項に記載の
    化学修飾された熱安定性酵素を含んで成る、ポリメラー
    ゼ連鎖反応を実施するためのキット。
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