JPH09509306A - 弁別的に発現したmRNAの同時同定および相対濃度測定のための方法 - Google Patents

弁別的に発現したmRNAの同時同定および相対濃度測定のための方法

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JPH09509306A JP7514039A JP51403994A JPH09509306A JP H09509306 A JPH09509306 A JP H09509306A JP 7514039 A JP7514039 A JP 7514039A JP 51403994 A JP51403994 A JP 51403994A JP H09509306 A JPH09509306 A JP H09509306A
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Abstract

(57)【要約】 mRNA集団中のmRNAの配列特異的同時同定のための改良法によって、組織によって発現されるほぼ全てのmRNAをゲル上の明瞭なバンドとして可視化することができる。ゲル上のこのバンドの濃さは、mRNAの濃度とほぼ一致する。一般に、本方法は以下の工程を含む。3’末端部を固定するためにアンカープライマーを用いてcDNAを形成し;その後のRNA合成のためにバクテリオファージ特異的プロモーターを含むベクターでこのcDNAからクローン化挿入物を産生させ;このクローン化挿入物の直線化フラグメントを生成し;cRNAを調製し;プライマーセットを用いてこのcRNAからcDNAを転写し;さらに、その配列がベクターに由来する3’プライマーおよび、cRNAからcDNAの転写のために用いたプライマーに由来する5’プライマーセットを用いてPCRを実施する。本方法は、薬物投与に付随する、または生理的もしくは病的変化に付随するmRNA発現の変化を明らかにすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 弁別的に発現したmRNAの同時同定および相対濃度測定のための方法 発明の背景 本発明は、弁別的に発現されたmRNAの同時同定方法の他、それらの相対濃 度の測定のための方法を目的とする。 生化学的研究の最終目的は、有機体を構成する蛋白分子の完全な性状決定であ る。これは、それら蛋白分子の同定、配列決定、それらの解剖学的発現部位の開 示、それらの生化学的作用の解明、さらにこれらの活性がどの様にして有機体の 生理を決定するかについての理解を含むであろう。医学的利用のためには、上記 にはまた、医薬または毒物に反応して各蛋白の濃度がどのように変化するかにつ いての情報も含まれるであろう。 この問題の範囲を考えてみよう。どれくらい多くの遺伝子が存在するのか。哺 乳類ではどれくらい多くの遺伝子が発現されるかという問題は、少なくとも20 年の研究ではまだ解決されていない。異なる組織の遺伝子発現に向けられた直接 的な研究はほとんど無い。変異負荷実験(J.O.Bishop,"The Gene Numbers Gam e"(遺伝子数ゲーム)、Cell 2:81-86(1974); T.Ohta & M.Kimura,"Function al Organization of Genetic Material as a Product of Molecular Evolution" (分子進化の産物としての遺伝物質の機能的編成)、Nature 223:118-119(1971) )は、3×104から105の必須遺伝子が存在することを提唱した。 cDNAクローニング技術の前には、遺伝子発現に関する情報は、RNA複雑 性実験(RNA complexity study)(多量に存在する異なる特異性をもつRNA分子 の混合集団の観察に基づく類似体測定(体積測定))から得られた。初期の類似 体複雑性実験は、各組織のmRNA集団の大半を構成する分子は、RNA複雑性 全体のほんの小さな分画を構成するだけであるという隠れた事実のからみ合いに よって予想の程度を越えて歪められた。後になって、cDNAクローニングが数 値的測定(すなわち個々の種についての配列特異的測定)が実施されるのを可能 にし、したがって、より最近のmRNA発現についての概念は、個々のRNA 種の実際の観察に基づいている。 脳、肝および腎は、類似体RNA複雑性測定によって最も重点的に研究された 哺乳類の組織である。複雑性の最も小さな概算値は、ハスティーとビショップの 概算値(N.D.Hastie & J.B.Bishop,"The Expression of Three Abundance Cl asses of Messenger RNA in Mouse Tissues"(3つの豊富な種類のメッセンジャ ーRNAのマウス組織における発現)、Cell 9:761-774(1976))で、彼らは、3 ×109塩基対のゲッ歯類ゲノムの26×106ヌクレオチドが脳で、23×106 が肝で、22×106が腎で、RNAセットにおいてほぼ完全なオーバーラップ とともに発現されると提唱した。これは極めて僅かな組織特異的mRNA数を示 唆する。しかしながら、これらの値は明らかに過小評価であることを経験は示し ている。なぜならば、この初期の研究ではおそらく検出限界以下の存在量であっ た多くのmRNA分子が脳で発現され、肝でも腎でも検出されないことが示され たからである。他の多くの研究者ら(J.A.Bantle & W.E.Hahn,"Complexity a nd Characterization of Polyadenylated RNA in the Mouse Brain"(マウス脳 のポリアデニル化RNAの複雑性と性状決定)、Cell 8:139-150(1976);D.M.C hikaraishi,"Complexity of Cytoplasmic Polyadenylated and Non-Adenylated Rat Brain Ribonucleic Acids"(ラット脳の細胞質ポリアデニル化および非ア デニル化リボ核酸の複雑性)、Biochemistry 18:3249-3256(1979))の類似体複 雑性の測定値は、脳で100−200×106ヌクレオチドで、肝および腎では 2分の1から3分の1の概算値であった。脳mRNAのうちで50−65%は肝 でも腎でも検出されない。これらの値は、数値的クローニング実験(R.J.Milner & J.G.Sutcliffe,"Gene Expression in Rat Brain"(ラット脳の遺伝子発現 )、Nucl.Acids Res.11:5497-5520(1983))によって支持された。 粗mRNAの類似体測定によって、平均的なmRNAの長さは1400−19 00の間であると提唱された。ノザンブロットによるRNAサイズ測定のために 任意に選択された200の脳cDNAを用いて脳mRNAを系統的、数値的に分 析したとき(Milner & Sutcliffe,上掲書)、mRNAサイズデータをRNAの 豊富さについて操作すると、その平均の長さは1790ヌクレオチドとなり、こ れは類似体測定によって得られた値と同じである。しかしながら、脳mRNA 複雑性の大半を構成しているmRNAの平均の長さは5000ヌクレオチドであ った。より稀な脳のRNAはより長いというだけでなく、それらは脳に特異的な 傾向があり、一方、より豊富な脳mRNAはより普遍的に発現され、平均の長さ ははるかに短かった。 mRNAの長さに関するこれらの概念は、その配列が決定された脳mRNAの 長さから近年確認された(J.G.Sutcliffe,"mRNA in the Mammalian Central N ervous System"(哺乳類の中枢神経系のmRNA)、Annu.Rev.Neurosci.11:1 57-198(1988))。したがって、1−2×108のヌクレオチド複雑性および50 00ヌクレオチドというmRNAの平均的長さによって、脳で発現されるmRN Aの概算値は30000と算出され、そのうちの約2/3は肝または腎では検出 されない。脳は、明らかに哺乳類の組織特異的遺伝子のかなりの部分の原因であ る。ほとんどの脳mRNAは低濃度で発現される。哺乳類mRNA複雑性の完全 な測定は存在しないし、5000ヌクレオチドが、非神経性組織のmRNAの長 さの適切な概算値か否かも未だ明らかではない。全遺伝子数の合理的な概算値は 50000から100000の間かもしれない。 生理的機能の化学的な理解による進歩のために最も必要とされることは、ゲノ ムによってコードされる蛋白配列と各々が発現される細胞の種類の一覧である。 現在のところ、ゲノム配列中の介在配列(イントロン)の存在のために、蛋白配 列はcDNAからの推定だけが信頼でき、遺伝子からの推定は信頼できない。哺 乳類ゲノムの完全なヌクレオチド配列さえも、発現された配列の性状決定の代用 にはならないであろう。したがって、転写された配列を収集し、それらの発現部 位を明らかにするための系統的な方法が必要とされる。そのような方法は、脳内 で弁別的に発現された配列を決定することについて特に有用であろう。完全な開 示を達成すること、すなわち全てのmRNAを同定することは、必ずしもそのよ うな研究の最終的な目標ではない。種々のmRNAの豊富さが異なっているため 、さらに多くの異なる組織で発現される異なるmRNA数が大きいために、完全 な開示は困難であろう。開示を得ようとすることによって、遺伝子空間のより信 頼できる説明が徐々に得られるであろう。 クレーグベンターの研究室で実施された実験によって、ヒト脳mRNAの任意 に選択されたcDNAクローンが分離され、それらの3’末端の短いシングルパ ス配列(約300塩基対)が決定され、さらに“発現された配列タグ”のデータ ベースとしてこれらの2500程度がコンパイルされた(M.D.Adamsら、“Comp lementary DNA Sequencing: Expressed Sequence Tags and Human GenomeProjec t”(相補的DNA配列決定: 発現された配列タグおよびヒトゲノムプロジェクト )、Science 252:1651-1656(1991); M.D.Adams ら、“Sequence Identification of 2375 Human Brain Genes”(2375のヒト脳遺伝子の配列同定)、Nature 355:632-634(1992))。これらのデータベースは有用ではあるが、特異的発現に 関するいかなる情報も提供することができない。したがって、脳の領域内および 他の組織内の遺伝子の全体的な発現パターン、並びに種々のパラダイム、例えば 種々な生理的もしくは病的状態または薬物処置の作用に反応した遺伝子の全体的 な発現パターンに基づいて遺伝子を認識することを可能にすることは、単一組織 内での遺伝子の単純な発現を認識することより重要である。 データベースを確立するために、他の研究はポリメラーゼ連鎖反応(polymeras e chain reaction,PRC)の使用に集中した。ウィリアムズら(J.G.K.Williamsら 、"DNA Polymorphisms Amplified by Arbitrary Primers Are Useful as Geneti c Markaers"(任意プライマーによって増幅されたDNA多形性は遺伝子マーカ ーとして有用である)、Nucl.Acids Res.18:6531-6535(1990))およびウェル シュとマッククレランド(J.Welsh & McClelland,"Genomic Fingerprinting U sing Arbitrary Primed PCR and a Matrix of Pairwise Combinations of Prime rs"(任意プライマーと塩基対指向組み合わせによるプライマーマトリックスを 用いたゲノムフィンガープリント)、Nucl.Acids Res.18:7213-7218(1990)) は、任意に選択された配列をもつ10量体のシングルプライマー(すなわち在庫 品から選ばれるすべての10量体プライマー)は、複雑なDNAの鋳型(例えば ヒト、植物、酵母または細菌のゲノムDNA)を用いるPCRに使用されるとき 、PCR生成物列を生じることを示した。このプライミング反応は、プライマー と鋳型との間の不完全な相補性を伴うことを明らかにした。おそらく、部分的に 不適合なプライマー結合部位はゲノム中に不規則に分布している。時には、反対 方向にあるこれらの部位の2つが十分に接近して配 置されていて、PCR生成物を生じた。平均して8−10の生成物があり、サイ ズは約0.4から約4kbの間で変動し、各プライマーについて移動度が異なって いた。このPCR生成物列は、同じ種の固体間で相違を示した。著者らは、任意 シングルプライマーを用いて、遺伝研究用の制限酵素断片多形(RFLP)様情 報を得ることを提唱した。他の研究者らはこれらの技術を利用した(S.R.Woodw ardら、"Random Sequence Oligonucleotide Primers Detct Polymorphic DNA Pr oducts Which Segregate in Inbred Strains of Mice"(任意配列オリゴヌクレ オチドプライマーは、種間交配マウス系で分離していく多形性DNA生成物を検 出する)、Mamm.Genome 3:73-78(1992); J.H.Nadeauら、"Multilocus Markers for Mouse Genome Analysis: PCR Amplification Based on Single Primers of Arbitrary Nucleotide Sequence"(マウスゲノム分析のための多座マーカー: 任意ヌクレオチド配列をもつシングルプライマーによるPCR増幅)、Mamm.Ge nome 3:55-64(1992))。 2つのグループがこの方法を用いてmRNA集団を比較した(J.Welshら、"Ar bitrarily Primed PCR Fingerprinting of RNA"(任意のプライマーによるRN Aのフィンガープリント)、Nucl.Acids Res.20:4965-4970(1992); P.Liang & A.B.Pardee,"Differential Display of Eukaryotic Messenger RNA by Mean s of the Polymerase Chain Reaction"(ポリメラーゼ連鎖反応による真核メッ センジャーRNAの弁別的表示)、Science 257:967-971(1992))。リャンとパル ディーの実験では、この方法(mRNAの弁別的表示と呼ばれる)は、2つの関 連する細胞型(正常および癌化マウスA31細胞)によって発現されたmRNA 集団を比較するために用いられた。各実験について、彼らは、5’プライマーと して任意の10量体と、3’アンカープライマーとしてポリAテールサブセット に相補的なオリゴヌクレオチドを用い、この2種の細胞型から調製したcDNA を基に35S−dNTPの存在下でPCR増幅を実施した。生成物はシークェンシ ングゲルで解析し、100−500ヌクレオチドの範囲にある50−100のバ ンドが観察された。おそらく、このバンドは、ゲノムDNAの鋳型で観察された ように、3’アンカープライマーの相補物を含むmRNAの3’末端、および部 分的に不適合な5’プライマー部位に対応するcDNAの増幅によって 生じたのであろう。各プライマー対にとって、2種のcDNAから増幅されたバ ンドのパターンは同じで、約80%のバンドの濃度は見分けがつかないほど類似 していた。バンドのあるものはこのPCRサンプルの一方または他方でより濃く 、いくつかはこの2種のサンプルの一方でのみ検出された。 さらなる実験によって、低濃度の投入RNAでもこの方法は有効に作動し(但 し稀なRNA種では定量的ではない)、特異性は主として3’アンカープライマ ーの最後のヌクレオチドに存在する。特異的に検出され、同定されたPCR生成 物の少なくとも1/3は、弁別的に発現されたRNAに少なくとも25%の偽陽 性率で対応する。 哺乳類の50000から100000のmRNAの全てがこの任意プライマー PCR法で検出されうるとしたら、これらのmRNAの約2/3が同定されると いう公算を与えるためには、ポアソン分布で計算して、約80−95の5’任意 プライマーと12の3’アンカープライマーが、約1000PCRパネルおよび ゲルで必要とされるであろう。 以下の理由から全てのmRNAがこの方法に馴染むとは考えにくい。mRNA がそのような調査で表面化するためには、当該mRNAは、オートラジオグラフ ィーでシグナルを発生させるために十分豊富でなければならず、さらに、不適合 プライマーの結合とプライミングのための部位として機能することができる配列 をその3’の500ヌクレオチドに含んでいなければならない。個々のmRNA 種が豊富であればあるほど、それが生成物を生じる可能性は多くなるであろう。 したがって、豊富な種は多くの異なる任意プライマーでバンドを生じる可能性が ある。この後者の特性は、任意プライマーの選択による予期できない偶然の要素 を含むので、この任意プライマー法によって解明に近づくことは困難であろう。 また、ある研究室から別の研究室へと移動させることが可能な、さらに信頼でき る情報にとっては、この不適合プライミングは、異なるPCR機器(反応条件に おいて僅かな変動をもたらす)を用いる異なる実験室条件の下では高度な再現性 を必要とするであろう。不適合プライミングの基礎はあまり分かっていないので 、このことは、リャンとパルディーの弁別的表示法によって得られるデータを用 いてデータベースを構築することの短所である。 したがって、5’末端生成の不確かな局面を減少させ、しかも異なる設定で完 全に再現性があるデータを可能にする、mRNAの弁別的表示の改良方法が要請 される。好ましくは、そのような方法は、潜在的に再現不可能な不適合プライミ ングに依存しない。好ましくは、そのような方法は、完全な調査に必要なPCR パネル数およびゲル数を減少させ、二本鎖配列データの迅速な蓄積を可能にする 。好ましくは、そのような改良方法は、排除できないまでも同じmRNA種から 得られる同時発生シグナルの数もまた減少させる。 要旨 本発明者らは、mRNA集団のmRNAの配列特異的同時同定のための改良方 法を開発した。一般に、この方法は以下の工程を含む。 (1)12のアンカープライマー混合物を用いてmRNA集団から二本 鎖cDNAを調製する工程。このアンカープライマーは各々、(i)7から40 のT残基帯;(ii)T残基帯の5’側に位置する、6塩基より多くを認識する 制限エンドヌクレアーゼによる切断部位;(iii)この制限エンドヌクレアー ゼの切断部位の5’側に位置する、充填用(stuffer)セグメント;および(iv )アンカープライマーの各3’末端に位置する調整用(phasing)残基−V−N( ここで、VはA、CおよびGから成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオチド であり、NはA、C、GおよびTから成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオ チドである)を含み、上記混合物は、VおよびNについて全ての可能性を含むア ンカープライマーを含む。 (2)ベクターによって形質転換された適切な宿主細胞からクローン化 挿入物を産生させる工程。このベクターには、第一の制限エンドヌクレアーゼお よび第二の制限エンドヌクレアーゼで切断されたcDNAサンプルが挿入され、 この切断cDNAサンプルは、ベクター内のバクテリオファージ特異的プロモー ターに対してアンチセンスの向きにベクター内に挿入され、この第一の制限エン ドヌクレアーゼは4ヌクレオチド配列を認識し、第二の制限エンドヌクレアーゼ はアンカープライマー混合物の各プライマー内のただ1つの部位を切断する。 (3)第一および第二の制限エンドヌクレアーゼとは異なる少なくとも 1個の制限エンドヌクレアーゼで消化してクローン化挿入物の直線化フラグメン トを生成させる工程。 (4)バクテリオファージ特異的プロモーターから転写を開始させるこ とができるバクテリオファージ特異的RNAポリメラーゼとともにこの直線化フ ラグメントを温置して、アンチセンスcRNA転写物であるcRNA調製物を生 成させる工程。 (5)このcRNA調製物を16のサブプールに分け、熱安定性逆転写 酵素とその3’末端が−N−N(Nは4種のデオキシリボヌクレオチドA、C、 GまたはTである)である16のプライマーの1つを用いて各サブプールから第 一の鎖のcDNAを転写する工程。このプライマーは長さが少なくとも15ヌク レオチドで、バクテリオファージ特異的プロモーターの3’末端と配列が一致し 、さらにcRNAの最初の少なくとも2ヌクレオチドが延長されていて、当該混 合物は3’末端の2つのヌクレオチドに関して全ての可能性を含んでいる。 (6)ベクター内のcDNAサンプルの挿入部位に隣接するベクター内 の配列と配列が一致する3’プライマーおよび、(i)当該サブプールについて 第一の鎖のcDNAが作成されるプライマー;(ii)当該サブプールについて 第一の鎖のcDNAが作成されるプライマーであって、その3’末端に付加残基 −Nが伸長されているプライマー(ここで、NはA、C、GまたはTのいずれで もよい。);及び(iii)当該サブプールについて第一の鎖のcDNAの合成 のために用いられたプライマーであって、その3’末端に2つの付加残基−N− Nが伸長されているプライマー(ここで、NはA、C、GまたはTのいずれでも よい。)から成る群から選ばれる5’プライマーとともに、ポリメラーゼ連鎖反 応の鋳型として16のサブプールの各々の転写生成物を用いてポリメラーゼ連鎖 反応増幅フラグメントを生成する工程。 (7)このポリメラーゼ連鎖反応増幅フラグメントを電気泳動により解 析し、サンプル中に存在するmRNAの3’末端を表象するバンドを表示させる 工程。 典型的には、このアンカープライマーの各々は、T残基帯に18のT残基を有 し、このアンカープライマーの充填セグメントは長さが14残基である。適切な 充填セグメントの配列は、A−A−C−T−G−G−A−A−G−A−A−T− T−C(配列番号:1)である。 典型的には、6塩基より多くを認識する制限エンドヌクレアーゼによって切断 される部位は、NotI切断部位である。この場合、適切なアンカープライマー は、A−A−C−T−G−G−A−A−G−A−A−T−T−C−G−C−G− G−C−C−G−C−A−G−G−A−A−T−T−T−T−T−T−T−T− T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−V−N(配列番号:2)の配列を有 する。 典型的には、このバクテリオファージ特異的プロモーターは、T3プロモータ ーおよびT7プロモーターから成る群から選ばれる。最も典型的には、それはT 3プロモーターである。 典型的には、cRNAからcDNAの転写をプライミングさせる16のプライ マーは、A−G−G−T−C−G−A−C−G−G−T−A−T−C−G−G− N−N(配列番号:3)の配列を有する。 ベクターは、ClaIおよびNotIで切断されたプラスミドpBCSK+で もよく、この場合、工程(6)の3’プライマーは、G−A−A−C−A−A− A−A−G−C−T−G−G−A−G−C−T−C−C−A−C−C−G−C( 配列番号:4)でもよい。 4ヌクレオチド配列を認識する第一の制限エンドヌクレアーゼは、典型的にはMsp Iであるが、また別にはTaqIまたはHinplIでもよい。アンカー プライマー混合物の各々で単一部位を切断する制限エンドヌクレアーゼは、典型 的にはNotIである。 典型的にはこのmRNA集団は、ポリアデニル化mRNAが豊富にされている 。 典型的な宿主細胞は大腸菌(Escherichia coli)株である。 クローン化挿入物の直線化フラグメントの生成工程は、典型的には以下を含む 。 (a)該挿入物を含むプラスミドを2つの分画に分け、第一の分画は制 限エンドヌクレアーゼXhoIで切断し、第二の分画は制限エンドヌクレアーゼSal Iで切断し; (b)切断後、第一および第二の分画を再結合(recombining)し; (c)再結合した分画を三等分し、第一の1/3を制限エンドヌクレア ーゼHindIIIで切断し、第二の1/3を制限エンドヌクレアーゼBamH Iで切断し、第三の1/3を制限エンドヌクレアーゼEcoRIで切断し; (d)消化後、当該三等分したものを再結合し、それによって当該集団 の約1/6がそれぞれ起こりうる酵素の組み合わせの各々によって切断された生 成物と対応する直線化フラグメントの集団を作製する。 典型的には、このポリメラーゼ連鎖反応増幅フラグメントを電気泳動によって 解析する工程は、少なくとも2つのゲル上でフラグメントを電気泳動することを 含む。 本方法は、mRNAの少なくとも1つの3’末端の配列を以下のように決定す ることを含む。 (1)サンプル中に存在するmRNAの3’末端を表象するバンドが表 示されているエレクトロフェログラムからmRNAに対応する少なくとも1つの cDNAを溶出させ; (2)該溶出cDNAをポリメラーゼ連鎖反応で増幅し; (3)該増幅cDNAをプラスミドでクローニングし; (4)クローン化DNAに対応するDNAを該プラスミドから産生させ ;さらに (5)該クローン化cDNAの配列を決定する。 本発明の別の特徴は、mRNA集団の3’末端を表象するアンチセンスcRN Aプールの構成体cRNAに一致するmRNAの配列特異的同時同定方法である が、該アンチセンスcRNAの構成体であるアンチセンスcRNAの5’末端は バクテリオファージ特異的ベクターに対応するプライマー配列で終わり、その3 ’末端は該ベクターの配列と配列が一致する配列で終わっている。この方法は以 下の工程を含む。 (1)アンチセンスcRNAプールの構成体を16のサブプールに分け 、熱安定性逆転写酵素および16のプライマーの1つを用いて、各サブプールか ら第一の鎖のcDNAを転写する工程。ここで、このプライマーの3’末端は− N−Nで、Nは4種のデオキシリボヌクレオチドA、C、GまたはTの1つで、 こ のプライマーは長さが少なくとも15ヌクレオチドで、バクテリオファージ特異 的プロモーターの3’末端に配列が一致し、cRNAの少なくとも最初の2つの ヌクレオチドが延長されてあり、該混合物は3’末端の2つのヌクレオチドにつ いて全ての可能性を含む。 (2)ベクター内のcDNAサンプルの挿入部位に隣接する配列ベクタ ーと配列が一致する3’プライマーおよび、(i)該サブプールについて第一の 鎖のcDNAが作成されるプライマー;(ii)該サブプールについて第一の鎖 のcDNAが作成されるプライマーであって、その3’末端に付加残基−Nが伸 長されている当該プライマー(ここで、NはA、C、GまたはTのいずれでもよ い。);および(iii)該サブプールについて第一の鎖のcDNAの合成のた めに用いられたプライマーであって、その3’末端に2つの付加残基−N−Nが 伸長されている該プライマー(ここで、NはA、C、GまたはTのいずれでもよ い。)から成る群から選ばれる5’プライマーとともに、ポリメラーゼ連鎖反応 の鋳型として16のサブプールの各々の転写生成物を用い、ポリメラーゼ連鎖反 応増幅フラグメントを生成する工程;さらに、 (3)このポリメラーゼ連鎖反応増幅フラグメントを電気泳動で解析し 、サンプル中に存在するmRNAの3’末端を表象するバンドを表示させる工程 。 本発明のまた別の特徴は、生理的変化または病的変化に付随する組織内のmR NA発現パターンの変化を検出する方法である。本方法は以下の工程を含む。 (1)生理的変化または病的変化を受けていない第一の組織サンプルを 得て; (2)mRNA集団の3’末端を表象するアンチセンスcRNAプール の構成体cRNAと対応するmRNAの配列特異的同時同定のために上記で述べ た方法の(1)−(3)の工程を実施することによって、第一の組織サンプルの mRNA発現パターンを決定して、第一のサンプルに存在するmRNAの3’末 端を表象するバンドの第一の表示を作製し、 (3)生理的または病的変化を受けた第二の組織サンプルを得て、 (4)アンチセンスcRNAプールの構成体cRNAと対応するmRN Aの配列特異的同時同定のために上記で述べた方法の(1)−(3)の工 程を実施することによって、第二の組織サンプルのmRNA発現パターンを決定 して、第二のサンプルに存在するmRNAの3’末端を表象するバンドの第二の 表示を作製し、 (5)この第一の表示と第二の表示を比較して、組織のmRNA発現パ ターンに対する生理的または病的変化の影響を決定する。 この比較は典型的には隣接するレーンで実施される。 組織は、中枢神経系または中枢神経系内の特定の構造に由来することができる 。この組織は、別の器官または器官系に由来するものでもよい。 本発明のまた別の特徴は、薬物の副作用についてのスクリーニング法である。 本方法は以下の工程を含むことができる。 (1)既知の生理的機能を有する化合物で処理した生物体から第一の組 織サンプルを得て; (2)アンチセンスcRNAプールの構成体cRNAと対応するmRN Aの配列特異的同時同定のために上記で述べた方法の(1)−(3)の工程を実 施することによって、第一の組織サンプルのmRNA発現パターンを決定して、 第一のサンプルに存在するmRNAの3’末端を表象するバンドの第一の表示を 作製し、 (3)副作用についてスクリーニングされる薬物で処置した生物体から 第二の組織サンプルを得て、 (4)アンチセンスcRNAプールの構成体cRNAと対応するmRN Aの配列特異的同時同定のために上記で述べた方法の(1)−(3)の工程を実 施することによって、第二の組織サンプルのmRNA発現パターンを決定して、 第二のサンプルに存在するmRNAの3’末端を表象するバンドの第二の表示を 作製し、 (5)第一および第二の表示を比較して、既知の化合物によってはその 発現は影響を受けないが、スクリーニングされる薬剤によって影響を受ける、し たがってスクリーニングされるべき薬物の作用と既知化合物の作用との相違、し たがって副作用を示唆するmRNA種の存在を検出する。 スクリーニングされる薬物は、中枢神経系に影響を与える薬物、例えば抗うつ 剤、神経弛緩薬、精神安定剤、鎮痙剤、モノアミンオキシダーゼ抑制物質または 刺激物質が可能である。また別には、該薬物は別種の薬物、例えば、抗パーキン ソン症薬剤、骨格筋弛緩剤、鎮痛剤、局所麻酔剤、コリン作動薬、抗痙攣薬、ス テロイド、または非ステロイド性抗炎症薬でもよい。 本発明の別の特徴は、本発明の実施に適切なプライマーパネルおよびプライマ ーの縮退混合物である。これらは以下を含む。 (1)配列がA−G−G−T−C−G−A−C−G−G−T−A−T− C−G−G−N−N(配列番号:3)の16のプライマーを含むプライマーパネ ル(ここで、NはA、C、GまたはTの4種のデオキシリボヌクレオチドのうち の1つである); (2)配列がA−G−G−T−C−G−A−C−G−G−T−A−T− C−G−G−N−N−N(配列番号:5)の64のプライマーを含むプライマー パネル(ここで、NはA、C、GまたはTの4種のデオキシリボヌクレオチドの うちの1つである); (3)配列がA−G−G−T−C−G−A−C−G−G−T−A−T− C−G−G−N−N−N−N(配列番号:6)の256のプライマーを含むプラ イマーパネル(ここで、NはA、C、GまたはTの4種のデオキシリボヌクレオ チドのうちの1つである); (4)配列がA−A−C−T−G−G−A−A−G−A−A−T−T− C−G−C−G−G−C−C−G−C−A−G−G−A−A−T−T−T−T− T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−V−N(配列番号 :2)の12のプライマーを含むプライマーパネル(ここで、VはA、Cおよび Gから成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオチドで、NはA、C、Gおよび Tから成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオチドである); (5)配列がA−A−C−T−G−G−A−A−G−A−A−T−T− C−G−C−G−G−C−C−G−C−A−G−G−A−A−T−T−T−T− T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−V−N(配列番号 :2)の12のプライマーの混合物を含むプライマーの縮退混合物(ここで、V はA、CおよびGから成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオチドで、NはA 、 C、GおよびTから成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオチド)で、12プ ライマーの各々は約等モル量で存在する。 図面の簡単な説明 本発明のこのような特徴および他の特徴、並びに利点は、以下の詳細な説明、 添付の請求の範囲、および以下の図面を参考にしてよりよく理解されるであろう 。 図1は、プライミング、切断、クローニング、および増幅の種々の段階を示す 本発明の方法の模式的説明である。 図2は、脳mRNAの既知の配列と対応する幾つかの5’プライマーをPCR 工程で用い、開始物質として肝および脳mRNAを用いて本発明の方法を実施し た結果を示すゲルのオートラジオグラムである。 詳細な説明 本発明者らは、mRNA集団のmRNAの配列特異的同時同定と表示のための 方法を開発した。 下記に述べるように、本方法は、薬物スクリーニング、生理的および病的状態 の研究、およびゲノムマッピングにおいて多数応用される。このような応用は下 記で考察されるであろう。 I.mRNAの配列特異的同時同定 ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)による本発明の方法は、組織によって発現さ れたほとんど全てのmRNAをゲル上の明瞭なバンドとして可視化させる手段を 提供する。このバンドの濃さは、該mRNAの濃度に大雑把に一致する。本方法 は、実質的に全てのmRNAは3’ポリAテールで終わるという観察を基にして いるが、しかし本方法は該テールに結合するプライマーの特異性に依存するもの ではない。 一般に本発明は以下の工程を含む。 (1)12のアンカープライマー混合物を用いてmRNA集団から二本 鎖cDNAを調製する工程。このアンカープライマーは各々、(i)7から40 のT残基帯;(ii)T残基帯の5’側に位置する、6塩基より多くを認識する 制限エンドヌクレアーゼによる切断部位;(iii)この制限エンドヌクレアー ゼの切断部位の5’側に位置する、充填用セグメント;および(iv)アンカー プライマーの各3’末端に位置する調整用残基−V−N(ここで、VはA、Cお よびGから成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオチドで、NはA、C、Gお よびTから成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオチド)を含み、上記混合物 は、VおよびNについて全ての可能性を含むアンカープライマーを含む。 (2)ベクターによって形質転換された適切な宿主細胞からクローン化 挿入物を産生させる工程。このベクターには、第一の制限エンドヌクレアーゼお よび第二の制限エンドヌクレアーゼで切断されたcDNAサンプルが挿入され、 この切断cDNAサンプルは、ベクター内のバクテリオファージ特異的プロモー ターに対してアンチセンスの向きにベクター内に挿入され、この第一の制限エン ドヌクレアーゼは4ヌクレオチド配列を認識し、第二の制限エンドヌクレアーゼ はアンカープライマー混合物の各プライマー内のただ1つの部位を切断する。 (3)第一および第二の制限エンドヌクレアーゼとは異なる少なくとも 1個の制限エンドヌクレアーゼで消化してクローン化挿入物の直線化フラグメン トを生成させる工程。 (4)バクテリオファージ特異的プロモーターから転写を開始させるこ とができるバクテリオファージ特異的RNAポリメラーゼとともにこの直線化フ ラグメントを保温して、アンチセンスcRNA転写物であるcRNA調製物を生 成させる工程。 (5)このcRNA調製物を16のサブプールに分け、熱安定性逆転写 酵素と、その3’末端が−N−N(Nは4種のデオキシリボヌクレオチドA、C 、GまたはTである)である16のプライマーの1つを用いて各サブプールから 第一の鎖のcDNAを転写する工程。このプライマーは長さが少なくとも15ヌ クレオチドで、バクテリオファージ特異的プロモーターの3’末端と配列が一致 し、さらにcRNAの最初の少なくとも2ヌクレオチドが延長されていて、当該 混合物は3’末端の2つのヌクレオチドに関して全ての可能性を含む。 (6)ベクター内のcDNAサンプルの挿入部位に隣接するベクター内 の配列と配列が一致する3’プライマーおよび、(i)当該サブプールについて 第一の鎖のcDNAが作成されるプライマー;(ii)当該サブプールについて 第一の鎖のcDNAが作成されるプライマーであって、その3’末端に付加残基 −Nが伸長されているプライマー(ここで、NはA、C、GまたはTのいずれで もよい。);および(iii)当該サブプールについて第一の鎖のcDNAの合 成のために用いられたプライマーであって、その3’末端に2つの付加残基−N −Nが伸長されているプライマー(ここで、NはA、C、GまたはTのいずれで もよい。)から成る群から選ばれる5’プライマーとともに、ポリメラーゼ連鎖 反応の鋳型として16のサブプールの各々の転写生成物を用いてポリメラーゼ連 鎖反応増幅フラグメントを生成する工程。 (7)このポリメラーゼ連鎖反応増幅フラグメントを電気泳動により解 析し、サンプル中に存在するmRNAの3’末端を表象するバンドを表示させる 工程。 この構成の説明は図1に示される。 A.mRNAの分離 本方法の第一の工程は、mRNA集団の分離または提供である。RNA抽出方 法は当該技術分野で周知で、例えば、サンブルックらの文献に記載されている( J.Sambrookら、"Molecular Cloning: A Laboratory Manual"(分子クローニン グ:実験室手技)(コールドスプリングハーバー研究所刊、コールドスプリング ハーバー、ニューヨーク(1989)):1巻、7章"Extraction,Purification,and Analysis of Messenger RNA from Eukaryotic Cells"(真核細胞のmRNAの 抽出、精製および分析);この文献は参照により本明細書に含まれる)。他の分 離および抽出方法もまた周知である。典型的には、分離はカオトロピック剤(例 えば塩化グアニジニウムまたはチオシアン酸グアニジニウム)の存在下で実施さ れるが、また別に他の洗剤および抽出剤も使用できる。 典型的には、全抽出RNAからオリゴ(dT)−セルロースまたは、mRNA 分子のポリアデニル化3’部分と結合することができる他のクロマトグラフィー 媒体上でのクロマトグラフィーによって分離される。また別には、好ましくは減 少するが全RNAも用いることができる。しかしながら、一般にはポリ(A)+ RNAを分離するのが好ましい。 B.二本鎖cDNAの調製 続いて、逆転写を開始させるために12のアンカープライマーの混合物を用い て、二本鎖cDNAがmRNA集団から調製される。このアンカープライマーは 各々以下を含む。(i)7から40のT残基帯;(ii)T残基帯の5’側に位 置する、6塩基より多くを認識する制限エンドヌクレアーゼによる切断部位;( iii)この制限エンドヌクレアーゼの切断部位の5’側に位置する、充填用セ グメント;および(iv)アンカープライマーの各3’末端に位置する調整用残 基−V−N(ここで、VはA、CおよびGから成る群から選ばれるデオキシリボ ヌクレオチドであり、NはA、C、GおよびTから成る群から選ばれるデオキシ リボヌクレオチドである)。この混合物は、VおよびNについて全ての可能性を 含むアンカープライマーを含んでいる。 典型的には、各々のアンカープライマーは、そのT残基帯に18のT残基を有 し、アンカープライマーの充填セグメントは長さが14残基である。適切な充填 セグメントの配列は、A−A−C−T−G−G−A−A−G−A−A−T−T− C(配列番号:1)である。典型的には、6塩基より多くを認識する制限エンド ヌクレアーゼによって切断される部位は、NotI部位である。好ましいアンカ ープライマーセットは、A−A−C−T−G−G−A−A−G−A−A−T−T −C−G−C−G−G−C−C−G−C−A−G−G−A−A−T−T−T−T −T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−V−N(配列番 号:2)の配列を有する。 12のアンカープライマーの混合物の構成体プライマーは、サンプル中の各m RNA種の全コピーの3’末端の固定位置で合成を開始させ、したがって、各R NA種の3’末端点を明らかにする。 この反応は、mRNAから二本鎖cDNAの調製のために当該技術分野で周知 の条件の下で実施される。そのような技術は、例えばサンブルックらの文献に記 載されている("Molecular Cloning: A Laboratory Manual"(分子クローニング :実験室手技)の2巻、表題"Construction and Analysisof cDNA Libraries"( cDNAライブラリーの構築と分析))。典型的には、ニワトリ骨髄芽球症ウイ ルスの逆転写酵素が用いられる。 C.制限エンドヌクレアーゼによるcDNAサンプルの切断 cDNAサンプルは2種の制限エンドヌクレアーゼで切断される。第一の制限 エンドヌクレアーゼは、4ヌクレオチド配列を認識するエンドヌクレアーゼであ る。これは典型的には殆どのcDNAで多数の部位を切断する。第二の制限エン ドヌクレアーゼは、アンカープライマー混合物の各構成体プライマー内の単一部 位を切断する。典型的には、第一の制限エンドヌクレアーゼはMspIで、第二 の制限エンドヌクレアーゼはNotIである。酵素Notは殆どのcDNAの内 部を切断しない。このことは、アンカー部位以外の他の位置でcDNAを切断す ることによって生じるクローン化挿入物の損失を最小限にするために望ましいこ とである。 また別には、第一の制限エンドヌクレアーゼはTaqIまたはHinPlIで もよい。後者の2種の制限エンドヌクレアーゼを用いることによって、MspI によって切断されない稀なmRNAの検出が可能である。第一の制限エンドヌク レアーゼは、下記に述べるように所望のベクターへのクローニングに適した5’ オーバーハングを生じる。このクローニングは、pBCSK+ベクターでは下記 に述べるようにClaI部位で生じる。 cDNAの消化のための条件は当該技術分野で周知で、例えばサンブルックら の文献に記載されている("Molecular Cloning: A Laboratory Manual"(分子ク ローニング:実験室手技)の1巻、5章"Enzymes Used in Molecular Cloning" (分子クローニングに用いられる酵素))。 D.切断cDNAのベクター内への挿入 続いて、第一および第二の制限エンドヌクレアーゼで切断されたcDNAサン プルはベクターに挿入される。適切なベクターは、制限エンドヌクレアーゼCl IおよびNotIで切断されたプラスミドpBCSK+である。このベクター は、バクテリオファージ特異的プロモーターを含む。典型的には、このプロモー ターはT3プロモーターまたはT7プロモーターである。好ましいプロモーター は、バクテリオファージT3プロモーターである。切断cDNAは、バクテリオ ファージ特異的プロモーターに対してアンチセンス方向に挿入される。 E.適切な宿主細胞の形質転換 続いて、切断cDNAが挿入されたベクターは、該挿入物含有ベクターで効率 的に形質転換、または核酸導入される適切な宿主細胞を形質転換させるために用 いられる。クローニングのために適切な宿主細胞は、例えばサンブルックらの文 献に記載されている("Molecular Cloning: A Laboratory Manual"(分子クロー ニング:実験室手技)、上掲書))。典型的には、宿主細胞は原核細胞である。特 に適切な宿主細胞は大腸菌株である。適切な大腸菌株はMC1061である。ま た好ましくは、X−ガルプレートでの青色と白色コロニーの相対的百分率から挿 入物を含むクローンの百分率を決定することができるように、少量を用いて大腸 菌株XLl−ブルーを形質転換させる。典型的には、5×105の組換え体を越 えるライブラリーのみが許容される。 F.直線化フラグメントの生成 プラスミド調製物(典型的にはミニプレップとして)は、続いてcDNAライ ブラリーから調製される。続いて、上記に述べた第一および第二の制限エンドヌ クレアーゼとは異なる少なくとも1つの制限エンドヌクレアーゼで消化して直線 化フラグメントを生成する。好ましくは、クローン化挿入物の各々の適量を2つ に分け、一方をXhoIで、他方をSalIで切断する。直線化プラスミドプー ルを一緒にし、混合してから三等分する。この三等分をHindIII、Bam HIおよびEcoRIで消化する。T3RNAポリメラーゼで挿入物のアンチセ ンス転写物を作製するためにこの工程を実施するが、その理由は、鋳型はまず最 初に挿入物自体の中でではなく隣接する配列内で切断する制限エンドヌクレアー ゼで切断されねばならないからである。3’末端のMspIフラグメントの平均 の長さが256塩基対の場合、約6%の挿入物は、6量体の認識配列をもついず れかの酵素のための部位を含む。ただ1つの酵素が用いられるとしたら、このよ うな挿入物はさらなる分析に対して失われるであろう。したがって、2つの酵素 のいずれか一方のみが、それぞれ半分の反応物の直線化に用いられるように反応 物を分けることが好ましい。両方の酵素のための部位を含む挿入物のみ(約0.4 %)が、サンプルの両半分から失われるであろう。同様に、各cRNAサンプル は、挿入物を含まないプラスミド転写物の夾雑物を様々な程度に含む。これは、 異なるサンプルについてプライマーの異なる競合のために、後のポリメラーゼ連 鎖反応の有効性の変動をもたらすであろう。pBCSK+ClaIおよびNo Iの間でただ1つの標的をもつ3種の酵素の1つで三等分したサンプ ルを切断することによって、PCR工程で最終的な5’プライマーのための結合 部位を含む転写物の、挿入物非含有プラスミドからの生成が排除される。三等分 した反応物に3種の酵素を使用することによって、該酵素のための部位をまた含 む挿入物含有配列が使用されることが減少し、一方、挿入物非含有配列の起こり うる夾雑の問題が解決される。ただ1つの酵素が使用されるとしたら、挿入物含 有配列の約10%が失われることになるが、この可能性は約0.1%まで減少する 。なぜならば、3種の酵素全てによって切断されない配列のみが失われるからで ある。 G.cRNAの生成 次の工程は、アンチセンスcRNA転写物のcRNA調製物の作製である。こ れは、バクテリオファージ特異的プロモーターから転写を開始させることができ るRNAポリメラーゼとともに、この直線化フラグメントを温置することによっ て実施される。典型的には、上記に述べたように、プロモーターはT3プロモー ターで、したがってポリメラーゼはT3RNAポリメラーゼである。このポリメ ラーゼは、合成のために適した条件下で直線化フラグメントと4種のリボヌクレ オシド三燐酸とともに保温される。 H.第一の鎖のcDNAの転写 続いて、このcRNA調製物を16のサブプールに分ける。その後、第一の鎖 のcDNAが、熱安定性逆転写酵素と下記に述べるプライマーを用いて各サブプ ールから転写される。好ましい転写酵素は、テルムス・テルモフィルス(Thermus Thermophilus)由来の組換え体逆転写酵素(rTthとして知られ、パーキン− エルマー(ノーウォーク、コネチカット)から入手可能)である。この酵素はま たRNA依存DNAポリメラーゼとしても知られている。これらの逆転写酵素を 用いて、アニーリングは60℃で、転写反応は70℃で実施される。これによっ て、プライマーとcRNAとの間の精度の高い相補性が促進される。用いられる プライマーは16のプライマーの1つで、その3’末端は−N−Nで、ここでN は4種のデオキシリボヌクレオチドA、C、GまたはTの1つで、このプライマ ーは長さが少なくとも15ヌクレオチドで、バクテリオファージの特異的プロモ ーターの3’末端と配列が一致し、cRNAの最初の少なくとも2つのヌクレオ チドが伸長されている。 バクテリオファージ特異的プロモーターがT3プロモーターの場合は、プライ マーは典型的には、A−G−G−T−C−G−A−C−G−G−T−A−T−C −G−G−N−N(配列番号:3)の配列を有する。 I.PCR反応 次の工程は、下記に述べるようなプライマーとともにポリメラーゼ連鎖反応の 鋳型として16のサブプールの各々の転写生成物を用いて、ポリメラーゼ連鎖反 応増幅フラグメントを生成することである。 用いられるプライマーは以下の通りである。(a)ベクター内のcDNAサン プル挿入部位に隣接するベクター内配列と配列が対応する3’プライマーおよび 、下記(i)−(iii)から成る群から選ばれる5’プライマー;(i)当該 サブプールについて第一の鎖のcDNAが作製されるプライマー;(ii)当該 サブプールについて第一の鎖のcDNAが作製されるプライマーであって、その 3’末端に付加残基−Nが伸長されているプライマー(ここで、NはA、C、G またはTのいずれでもよい。);および(iii)当該サブプールについて第一 の鎖のcDNAの合成のために用いられたプライマーで、その3’末端に2つの 付加残基−N−Nが伸長されている当該プライマー(ここで、NはA、C、Gま たはTのいずれでもよい)。 ベクターがClaIおよびNotIで切断されたプラスミドpBCSK+であ る場合は、適切な3’プライマーは、G−A−A−C−A−A−A−A−G−C −T−G−G−A−G−C−T−C−C−A−C−C−G−C(配列番号:4) である。バクテリオファージ特異的プロモーターがT3プロモーターの場合は、 適切な5’プライマーは、A−G−G−T−C−G−A−C−G−G−T−A− T−C−G−G−N−N(配列番号:3)、またはA−G−G−T−C−G−A −C−G−G−T−A−T−C−G−G−N−N−N−N(配列番号:6)の配 列を有する。 典型的には、PCRは、35S−dATPの存在下で、変性には94℃15秒、 アニーリングには60℃15秒および合成には72℃30秒のPCRプログラム を用いてパーキン−エルマー9600装置(パーキン−エルマーシータス、ノー ウォーク、コネチカット)で実施される。高温アニーリング工程は、5’プライ マーによるその3’末端での人工的なプライミングの誤りを最小限にし、高精度 複写を促進する。 別に、PCR増幅は、32P−標識デオキシリボヌクレオシド三燐酸(例えば〔32 P〕dCTP)の存在下で実施できる。しかしながら、一般には、35S−標識 デオキシリボヌクレオシド三燐酸を用いることが最大の解析を得るために好まし い。非放射能標識を含む他の検出方法もまた用いることができる。これらの反応 シリーズによって、5’プライマーの3セットについて16、64および256 の生成物プールが製造される。該プライマーから第一の鎖のcDNAが作製され た当該プライマーと同じプライマーについて16の生成物プールが製造される。 付加残基N(ここでNは4種のヌクレオチドのいずれでもよい)がその3’末端 に伸長されたプライマーについては、64の生成物プールが製造される。2つの 付加残基−N−N(ここでNはまた4種のヌクレオチドのいずれでもよい)がそ の3’末端に伸長されたプライマーについては、256の生成物プールが製造さ れる。 本発明のこの工程は、付加ヌクレオチドがその3’末端に伸長されたより長い 5’プライマーセットを用いることによって延長することができる。例えば、3 ’末端に−N−N−N−N−Nをもつプライマーは1024の生成物を生じるで あろう。 J.電気泳動 続いてポリメラーゼ連鎖反応増幅フラグメントを電気泳動で解析し、サンプル 中に存在するmRNAの3’末端を表象するバンドを表示させる。 PCR増幅フラグメントを解析する電気泳動技術は当該技術分野で周知で、こ こでさらに述べる必要はないであろう。対応する生成物は変性DNAシークェン シングゲルで解析し、オートラジオグラフィーで可視化する。本明細書で述べる 特定のベクター系のためには、最初の140塩基対がゲルの底に流れ出るように ゲルを流す。なぜならば、ベクター関連配列は、140塩基対だけcDNAの長 さを増加させるからである。この数値は、他のベクター系が用いられる場合には 変動し、含まれるベクターの配列を考慮してベクター関連配列がゲルの底から流 れ出るように適切な電気泳動条件を決定できる。典型的には、各反応物は別々の 変性ゲルで流され、その結果少なくとも2つのゲルが用いられる。一連の反応は 、例えば異なる組織から並列して実施し、同じプライマーを用いた反応物全てを 同じゲルで解析するのが好ましい。相当数の反応物を同じゲルで解析できる。典 型的には、同じゲルで30もの反応物の分離および比較が可能である。下記に述 べるように、これは組織特異的mRNAを決定する方法を提供する。 典型的には、オートラジオグラフィーが分離cDNA種の検出に用いられる。 しかしながら、他の検出方法(例えば燐光物質画像化または蛍光発光)もまた用 いることができ、ある種の応用例ではより高い感度を提供するであろう。 構成図にしたがえば、各々のmRNAサンプルから生成されたcDNAライブ ラリーは、RNA開始サンプル中の全ポリ(A)+mRNAのMspIに対して 最も離れた部位からポリ(A)+テールの開始までの最先端3’末端のコピーを 、初めのmRNA相対濃度にほぼ一致して含む。各々の種に対する挿入物の両端 は配列によって正確に限定されるので、それらの長さは均一であり、mRNAの 由来組織に関係なくゲル上で明瞭なバンドとして以後の可視化を可能にする。 cDNA検分のために長くしたプライマーによる連続工程の使用は、本質的に はネスティッド(nested)PCRのように機能する。これらの工程は、質の制御 を強化し、目的とされないcDNAの増幅に潜在的に起因するバックグラウンド を減少させる。好ましい実施例では、第二の逆転写工程は各cRNAサンプルを 16のサブプールに分け、pBCSK+に由来するが、非再生MspI部位のC GCを越えて挿入物の2つのヌクレオチド(−N−N)を含んで伸長された配列 とアニールするプライマーを利用する。この工程は、おそらく50000から1 00000のmRNAの開始集団を各々約3000から6000の構成体を含む 16のサブプールに分離する。その後のPCR工程の連続的反復(ここでは放射 能標識がオートラジオグラフィーによる可視化のために生成物に取り込まれてい る)では、これらのプールは、挿入物の3つまたは4つのヌクレオチドを含む徐 々に長くなる5’プライマーを用いることによって、4つまたは16のサブサブ プールへの分割によりさらに分離される。 逆転写工程において−N−Nの位置で精度の高い3’末端の適合を高温アニー リングにより最初に要求することによって、続いて−N−N−Nまたは−N−N −N−Nの反復へのそのような高精度の適合性を再び要求することによって、− N−N位置における不適合プライミングによるブリードスルーが劇的に減少する 。 cRNA調製物を16サブプールに分け、各サブプールからの第一の鎖の転写 により開始する本方法のこの工程は、mRNA集団の3’末端を表象するアンチ センスcRNAプールの構成cRNAに対応するmRNAの配列特異的同時同定 方法のように別々に実施することができる。 II.mRNAパターン表示のための本方法の応用 組織のmRNA発現パターンを検出し、さらにゲル電気泳動によってこれらの パターンを解析するために、上記の方法は数多く応用される。このような応用の 1つは、生理的変化または病的変化に付随する組織内のmRNA発現パターンの 変化の検出のための使用である。一般にこの方法は以下の工程を含む。 (1)生理的変化または病的変化を受けていない第一の組織サンプルを 得て、 (2)上記に記載したように、mRNA集団の3’末端を表象するアン チセンスcRNAプールの構成体に対応するmRNAの配列特異的同時同定の方 法を実施することによって、第一の組織サンプルのmRNA発現パターンを決定 して、第一のサンプルに存在するmRNAの3’末端を表象するバンドの第一の 表示を作製し、 (3)生理的または病的変化を受けた第二の組織サンプルを得て、 (4)上記に記載したように、アンチセンスcRNAプールの構成体に 対応するmRNAの配列特異的同時同定の方法を実施することによって、第二の 組織サンプルのmRNA発現パターンを決定して、第二のサンプルに存在するm RNAの3’末端を表象するバンドの第二の表示を作製し、 (5)この第一の表示と第二の表示を比較して、組織のmRNA発現パ ターンに対する生理的または病的変化の影響を決定する。 典型的には、この比較は単一ゲルの隣接するレーンで実施される。 この組織は中枢神経系に由来するものでもよい。特に、中枢神経系内の構造、 すなわち網膜、大脳皮質、嗅球、視床、視床下部、下垂体前葉、下垂体後葉、海 馬、中隔側坐核、扁桃、線条、小脳、脳幹、上交叉核または脊髄に由来する。組 織が中枢神経系に由来する場合は、生理的または病的変化は、アルツハイマー病 、パーキンソン症、虚血、アルコール中毒、薬物中毒、精神分裂病、筋萎縮性側 索硬化症、多発性硬化症、鬱病、二極性躁鬱病の何れかが可能である。また別に 、本発明の方法は、日周変化、加齢または長期的薬物相乗作用(後者は海馬に影 響を与える)の研究に用いることができる。さらにまた、中枢神経系内の特定の 構造で出現する特にmRNAに関して、本方法は、複雑な行動(例えば学習およ び記憶、感情、薬物中毒、グルタミン酸塩の神経毒性、哺育行動、嗅覚作用、ウ イルス感染、視覚作用、および運動失調)に関与することが知られている脳の領 域を研究するために用いることができる。 本方法はまた、薬物または毒素の投与前および投与後の組織のmRNAパター ンを比較することによって、薬物および/または毒素の個々人への投与結果を研 究するために用いることができる。電気ショック療法の結果もまた研究できる。 また別に、この組織は、心脈管系、肺臓系、消化器系、抹消神経系、肝、腎、 骨格筋、生殖器系を含む器官もしくは器官系のものでもよく、また体の他の器官 もしくは器官系のものでもよい。例えば、肝、心臓、腎または骨格筋由来のmR NAパターンを研究することができる。さらに、mRNA発現の日周期の影響を 見つけるために、いずれの組織についても種々の時間にサンプルを採取すること ができる。したがって、本方法は、特定の機能パターンもしくは異常機能パター ンに特定のRNA種が関与することを決定することができる。 mRNAの3’末端を表象するアンチセンスcRNAは、上記のセクションI で述べた方法の工程(1)−(4)で製造できる。 同様に、本発明のmRNA解析方法は、薬物の副作用についてのスクリーニン グ方法の一部分として用いることができる。一般にそのような方法は以下の工程 を含む。 (1)既知の生理的機能を有する化合物で処理した生物体から第一の組 織サンプルを得て、 (2)上記に記載したように、アンチセンスcRNAプールの構成体に 対応するmRNAの配列特異的同時同定の方法を実施することによって、第一の 組織サンプルのmRNA発現パターンを決定して、第一のサンプルに存在するm RNAの3’末端を表象するバンドの第一の表示を作製し、 (3)副作用についてスクリーニングされる薬物で処置した生物体から 第二の組織サンプルを得て、 (4)上記に記載したように、アンチセンスcRNAプールの構成体に 対応するmRNAの配列特異的同時同定の方法を実施することによって、第二の 組織サンプルのmRNA発現パターンを決定して、第二のサンプルに存在するm RNAの3’末端を表象するバンドの第二の表示を作製し、 (5)第一および第二の表示を比較して、既知の化合物によってはその 発現は影響を受けないが、スクリーニングされる薬剤によって影響を受ける、し たがってスクリーニングされるべき薬物の作用と既知化合物の作用との相違、し たがって副作用を示唆するmRNA種の存在を検出する。 特に本方法は、中枢神経系に影響を与える薬物(例えば抗うつ剤、神経弛緩薬 、精神安定剤、鎮痙剤、モノアミンオキシダーゼ抑制物質または刺激物質)のた めに用いることができる。しかしながら実際のところ、本方法は、特定の組織に おけるmRNA発現に影響を与える可能性があるいずれの薬物についても用いる ことができる。例えば抗パーキンソン症薬剤、骨格筋弛緩剤、鎮痛剤、局所麻酔 剤、コリン作動薬、抗痙攣薬、ステロイド、または非ステロイド性抗炎症薬、抗 ウイルス剤、またはmRNA発現に影響を与えることができるその他のいずれの 薬剤のmRNA発現に対する影響も調べることができ、特定の組織または構造に おける影響を決定することができる。 さらに、本発明、表示されるmRNA種の3’末端の配列を得ることにも応用 される。一般に、そのような配列を得る方法は以下の工程を含む。 (1)サンプル中に存在するmRNAの3’末端を表象するバンドが表 示されているエレクトロフェログラムからmRNAに対応する少なくとも1つの cDNAを溶出させ、 (2)この溶出cDNAをポリメラーゼ連鎖反応で増幅させ、 (3)増幅cDNAをプラスミドでクローニングし、 (4)クローン化DNAに一致するDNAをプラスミドから産生させ、 (5)クローン化cDNAの配列を決定する。 切り出したcDNAは、以前にPCR工程で用いたプライマーで増幅すること ができる。続いて、TAクローニングとベクターへの連結によって、cDNAを pCRII(インビトロゲン、サンディエゴ、カリフォルニア)でクローニング することができる。その後、DNAのミニプレップを標準的技法によってサブク ローンから生成し、一部を変性させ、それをサンガーのジデオキシ鎖終結法によ る自動配列決定のために2つに分けることができる。市販の配列決定装置、例え ばABI配列決定装置を自動配列決定のために用いてもよい。これによって、研 究される50−500bpの範囲の長さの殆どのcDNAの相補的配列の決定が 、その完全なフラグメントに亙って可能になるであろう。 続いて、これらの部分的配列を例えばジェンバンク(GenBank)のようなゲノム データベースの調査に用いて、BLASTNおよびBLASTXのようなプログ ラムを利用して配列同一性および類似性を調べることができる。この方法はmR NAの3’末端のみから配列を生じるので、開放読み枠は稀にしか出現しないで あろうと思われる。なぜならば、脳mRNAの3’非翻訳領域は、平均して13 00ヌクレオチドより長いからである(J.G.Sutcliffe、上掲書)。潜在的な開 放読み枠は、シグナチャー蛋白モチーフについて調べることができる。 続いて、得られたcDNA配列を用いて、半定量的PCRのためのプライマー ペアを作製し、組織発現パターンを確認することができる。また選択生成物を用 いて、さらなる分析のために完全な長さのcDNAクローンを分離することもで きる。プライマーペアは、ゲノムDNAのSSCP−PCR(一本鎖構造多形性 −PCR)増幅に用いることができる。例えば、そのような増幅は、種間雑種戻 し交配マウスパネルから実施し、各PCR生成物と既に関連付けられているマー カーとの関連を決定することができる。これによって、新しい遺伝子のマッピン グが得られ、既にマッピングされたマウスの変異体の遺伝子座および相同なヒト の疾患遺伝子に対する候補を同定するための手段として役立てることができる。 SSCP−PCRは、PCRを介して小さな(100−200bp)セグメント を増幅させる合成オリゴヌクレオチドプライマーを使用する(M.Oritaら、"Det ection of Polymorphism of Human DNA by Gel Electrophoresis"(一本鎖 構造多形性としてのゲル電気泳動によるヒトDNAの多形性の検出)、Proc.Na tl.Acad.Sci.USA 86:2766-2770(1989); M.Oritaら、"Rapid and Sensitive Detection of Point Mutations in DNA Polymorphism Using the Polymerase Ch ain Reaction"(ポリメラーゼ連鎖反応を用いるDNA多形性の点変異の迅速で 鋭敏な検出)、Genomics 5:874-879(1989))。 cDNAの切り出されたフラグメントは、ノザンブロットでの検索に使用する ため、またはインシツ−ハイブリダイゼーションのために当該技術分野で周知の 技術で放射能標識して、mRNA分布を明らかにし、対応する完全な長さのmR NAのサイズおよび豊富さを知ることができる。このプローブはまた、より信頼 できる完全な配列決定のためのクローンを分離するためにcDNAライブラリー をスクリーニングするために用いることができる。標識プローブはまた他のいず れの目的(例えばインビトロ発現の研究)にも用いることができる。 III.プライマーパネルおよびプライマーの縮退混合物 本発明の別の目的は、本発明の実施に適したプライマーパネルとプライマーの 縮退混合物である。これらは以下を含む: (1)A−G−G−T−C−G−A−C−G−G−T−A−T−C−G −G−N−N(配列番号:3)の配列をもつ16のプライマーを含むプライマー パネルで、このとき、NはA、C、GまたはTの4種のデオキシリボヌクレオチ ドのうちの1つである; (2)A−G−G−T−C−G−A−C−G−G−T−A−T−C−G −G−N−N−N(配列番号:5)の配列をもつ64のプライマーを含むプライ マーパネルで、このとき、NはA、C、GまたはTの4種のデオキシリボヌクレ オチドのうちの1つである; (3)A−G−G−T−C−G−A−C−G−G−T−A−T−C−G −G−N−N−N−N(配列番号:6)の配列をもつ256のプライマーを含む プライマーパネルで、このとき、NはA、C、GまたはTの4種のデオキシリボ ヌクレオチドのうちの1つである; (4)A−A−C−T−G−G−A−A−G−A−A−T−T−C−G −C−G−G−C−C−G−C−A−G−G−A−A−T−T−T−T−T−T −T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−V−N(配列番号:2) の配列をもつ12のプライマーを含むプライマーパネルで、このとき、VはA、 CおよびGから成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオチドで、NはA、C、 GおよびTから成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオチドである; (5)A−A−C−T−G−G−A−A−G−A−A−T−T−C−G −C−G−G−C−C−G−C−A−G−G−A−A−T−T−T−T−T−T −T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−V−N(配列番号:2) の配列をもつ12のプライマーの混合物を含むプライマーの縮退混合物で、この とき、VはA、CおよびGから成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオチドで 、NはA、C、GおよびTから成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオチドで 、12プライマーの各々は約等モル量で存在する。 本発明は、以下の実施例で詳述される。本実施例は単に説明を目的としており 、本発明を制限しようとするものではない。 実施例 異なる濃度の既知脳mRNAの配列に対応するプライマーを 用いた脳mRNAの解析 本発明の方法の有効性を明らかにするために、その3’末端に2つのヌクレオ チドが伸長されてあり、さらに異なる濃度の既知脳mRNA、例えば、大雑把に 0.5%の濃度のニューロン特異的エノラーゼ(NSE)、(S.Forss-Petterら、"Neur on-Specific Enolase: Complete Structure of Rat mRNA,Multiple Transcript ional Start Sites and Evidence for Translational Control"(ニューロン特 異的エノラーゼ:ラットmRNAの完全な構造、多数の転写開始部位および翻訳 制御の証拠)、J.Neurosci.Res.16:141-156(1986))、約0.01%のRC3およ び0.001%のソマトスタチン(G.H.Travis & J.G.Sutcliffe,"Phenol Emu lsion-Enhanced DNA-Driven Subtractive cDNA Cloning: Isolation of Low-Abu ndance Monkey Cortex-Specific mRNAs"(フェノール乳剤強化DNA誘導サブト ラクティブcDNAクローニング:サル皮質特異的低濃度mRNAの分離)、Pr oc.Natl.Acad.Sci.USA 85:1696-1700(1988))の配列に対応する5’プライマ ーを用いて、上記のように調製した大脳皮質、線条、小脳 および肝RNAから構築したライブラリーから調製したcDNAを比較した。い ずれのRNAサンプルからもオートラジオグラフィーの短い露光で、50−10 0バンドが得られた。バンドは2組1対のサンプルで完全に再現性があった。既 知の脳に特異的なmRNAに対応する正確な長さのバンドを含みつつ、バンドの 約2/3は脳と肝のサンプルで異なっていた。このことは、ゲルからバンドを切 り出し、増幅し配列決定することによって確認された。種々の脳領域のサンプル 間ではいずれの特定プライマーについてもほんの数本のバンドが異なっていたが 、但しいくつかはバンドの濃さが異なっていた。 相対的に豊富なmRNA種であるNSEに対応するバンドは、肝サンプルには 存在しなかったが、脳サンプルの全てに出現した。しかし、3’末端配列の4塩 基−N−N−N−N内の最後の3つのシングルヌクレオチドの何れかが合成5’ プライマーに変更されると観察されなかった。最初のNが変更されると、少量の ブリードスルーが検出された。既知のmRNA種について、オートラジオグラフ ィーシグナルの濃さは、mRNAの豊富さとほぼ比例しており、105またはそ れより大きいポリ(A)+RNAで濃度の一部を構成するmRNAはほぼ観察が 可能である。但し、稀にはより濃いバンドの近くに移動したcDNAは不明瞭と なるという問題がある。 このサンプルのデータは図2に示す。左側の5つのゲルレーンでは、皮質cR NAが逆転写の基質で、プライマーはA−G−G−T−C−G−A−C−G−G −T−A−T−C−G−G−N−N(配列番号:3)で、ここで−N−Nは−C −T(プライマー118)、−G−T(プライマー116)または−C−G(プ ライマー106)である。PCR増幅は、A−G−G−T−C−G−A−C−G −G−T−A−T−C−G−G−N−N−N−N(配列番号:6)を用い、ここ で−N−N−N−Nは、図2に示したように−C−T−A−C(プライマー12 8)、−C−T−G−A(プライマー127)、−C−T−G−C(プライマー 111)、−G−T−G−C(プライマー134)およびC−G−G−C(プラ イマー130)である。プライマー118および111は、NSEmRNA配列 の3’末端近くに位置するMspIから下流のそれぞれ2ヌクレオチドおよび4 ヌクレオチドの配列と適合する。プライマー127は最後(−1)の位置 でNSE配列と不適合で、プライマー128は最後の次(−2)の位置で、プラ イマー106および130は−3の位置で、さらにプライマー116および13 4は−4の位置でNSE配列と不適合である。プライマー134は、ここに示し た他のものよりさらに上流の2ヌクレオチドが延長され、したがってそのPCR 生成物は他のレーンの生成物と比較して2ヌクレオチド長くなっている。 各レーンでは、生成物の放射能標識に32P−dCTPを用いたとき、15分露 光で50−100のバンドが出現した。これらのバンドは各プライマー対につい て明らかに異なり、例外は、118−111バンドのサブセットは、116−1 34レーン(2つのヌクレオチドを引きずっている)でもっと薄く出現するとい うことで、これはこの4ポジションにおけるブリードスルーを示唆している。 118−111プライマーセットは、別々の皮質(CX)cRNAおよび肝( LV)cRNAで再び用いられた。皮質パターンは、レーン118−111のパ ターンと同一で、再現性を示している。肝パターンは大半の種でCXとは異なっ ていた。星印はNSE生成物の位置を示している。相似プライマーセットはRC 3およびソマトスタチン(somat)生成物(星印)をCXで検出したが、LV レーンでは検出しなかった。与えられたPCR生成物の相対的バンド濃度は、同 じプライマーセットを用いたレーン内では比較できるが、異なるセットでは比較 できない。 本実施例は、本発明の方法の実用度と再現性、並びに異なるmRNAの解析能 力を示している。さらに本方法は、特定のmRNA種の豊富さをオートラジオグ ラフィーシグナルの程度から概算できることを明らかにした。このアッセーは、 高濃度および低濃度で存在するmRNAを同時に検出することを可能にする。 本発明の利点 本発明は、形成と再生のモデルとして、化学的または電気生理学的刺激(例え ば神経毒および長期の相乗作用)に対する反応として、さらに行動性、ウイルス 性、薬物/アルコール性パラダイムに対する反応として、細胞死もしくはアポプ トシスの発生、加齢、病的変化およびmRNA発現に影響を与える他の条件に反 応して、その発現がニューロンの発生時に変化する遺伝子を同定するために用い ることができる。本方法は、神経系における遺伝子発現を研究するために特に有 用であるが、神経系に限定されることなく、いずれの組織におけるmRNA発現 の研究にも用いることができる。この方法は、組織によって発現される殆ど全て のmRNAをゲル上の明確なバンドとして可視化でき、そのバンドの濃度は、当 該mRNAの濃度にほぼ一致する。 この方法は、再現性のない潜在的に不適合な無作為的プライミングに左右され ず、その結果、高度な正確性と再現性を提供するという利点を有する。さらにま た、異なるプライミング反応の結果として同じmRNA種から生じる長さの異な る共存バンドの存在によってもたらされる複雑さと不正確さを減少させる。任意 プライミングを用いる方法では、そのような共存バンドを発生させる可能性があ り、大量に存在するmRNA種についてはるかに発生しやすい。本発明では、そ のような共存バンドを避けることができる。 本方法は、mRNA種についての配列特異的情報を提供し、プライマー、プロ ーブおよび他の特異的配列を作製するために用いることができる。 本発明は、それに関する一定の好ましい型を参考に極めて詳細に説明されたが 、他の変形も可能である。したがって、添付の請求の範囲は、本明細書に含まれ る好ましい型についての記載に制限されるものではない。
───────────────────────────────────────────────────── 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 (C12N 1/21 C12R 1:19) (C12P 21/02 C12R 1:19)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.以下の(a)−(g)の工程を含むmRNA集団中のmRNAの配列特異的同時同 定方法。 (a) 12のアンカープライマー混合物を用いてmRNA集団から二本鎖cDN Aを調製する工程であって、該アンカープライマーは各々、(i)7から40の T残基帯;(ii)T残基帯の5’側に位置する、6塩基より多くを認識する制限 エンドヌクレアーゼによる切断部位;(iii)この制限エンドヌクレアーゼの切 断部位の5’側に位置する、4〜40ヌクレオチドの充填用セグメント;および (iv)アンカープライマーの各3’末端に位置する調整用残基−V−N(ここで 、VはA、CおよびGから成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオチドであり 、NはA、C、GおよびTから成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオチドで ある)を含み、上記混合物は、VおよびNについて全ての可能性を含むアンカー プライマーを含む工程; (b) ベクターによって形質転換された適切な宿主細胞からクローン化挿入物を 産生させる工程であって、該ベクターには、第一の制限エンドヌクレアーゼおよ び第二の制限エンドヌクレアーゼで切断されたcDNAサンプルが挿入され、該 切断cDNAサンプルは、ベクター内のバクテリオファージ特異的プロモーター に対してアンチセンスの向きにベクター内に挿入され、前記第一の制限エンドヌ クレアーゼは4ヌクレオチド配列を認識し、前記第二の制限エンドヌクレアーゼ はアンカープライマー混合物の各プライマー内のただ1つの部位を切断する工程 ; (c) 前記第一および第二の制限エンドヌクレアーゼとは異なる少なくとも1つ の制限エンドヌクレアーゼで消化して前記クローン化挿入物の直線化フラグメン トを生成させる工程; (d) バクテリオファージ特異的プロモーターから転写を開始させることができ るバクテリオファージ特異的RNAポリメラーゼとともに前記直線化フラグメン トを温置して、アンチセンスcRNA転写物のcRNA調製物を生成させる工程 ; (e) 前記cRNA調製物を16のサブプールに分け、熱安定性逆転写酵素と、 3’末端が−N−N(Nは4種のデオキシリボヌクレオチドA、C、GまたはT である)である16のプライマーの1つとを用いて各サブプールから第一の鎖の cDNAを転写する工程であって、前記プライマーは長さが少なくとも15ヌク レオチドであり、バクテリオファージ特異的プロモーターの3’末端と配列が一 致し、さらにcRNAの少なくとも最初の2ヌクレオチドが延長され、該混合物 は3’末端の2つのヌクレオチドに関して全ての可能性を含む工程; (f) 前記ベクター内のcDNAサンプルの挿入部位に隣接するベクター内の配 列と配列が一致する3’プライマーおよび、(i)該サブプールについて第一の 鎖のcDNAが作成されるプライマー;(ii)該サブプールについて第一の鎖の cDNAが作成されるプライマーであって、その3’末端に付加残基−Nが伸長 されているプライマー(ここで、NはA、C、GまたはTのいずれでもよい。) ;および(iii)該サブプールについて第一の鎖のcDNAの合成のために用い られたプライマーであって、その3’末端に2つの付加残基−N−Nが伸長され ているプライマー(ここで、NはA、C、GまたはTのいずれでもよい)から成 る群から選ばれる5’プライマーとともに、ポリメラーゼ連鎖反応の鋳型として 16のサブプールの各々の転写生成物を用いてポリメラーゼ連鎖反応増幅フラグ メントを生成する工程; (g) 当該ポリメラーゼ連鎖反応増幅フラグメントを電気泳動により解析し、サ ンプル中に存在するmRNAの3’末端を表象するバンドを表示させる工程。 2.該アンカープライマーの各々がT残基中に18のT残基を有する、請求の範 囲第1項の方法。 3.該アンカープライマーの充填セグメントの長さが14残基である、請求の範 囲第1項の方法。 4.該充填セグメントの配列がA−A−C−T−G−G−A−A−G−A−A− T−T−C(配列番号:1)である、請求の範囲第3項の方法。 5.6塩基より多くを認識する制限エンドヌクレアーゼによって切断される部位 がNotI切断部位である、請求の範囲第1項の方法。 6.該アンカープライマーが、A−A−C−T−G−G−A−A−G−A−A− T−T−C−G−C−G−G−C−C−G−C−A−G−G−A−A−T−T− T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−V−N( 配列番号:2)の配列を有する、請求の範囲第4項の方法。 7.該バクテリオファージ特異的プロモーターがT3プロモーターおよびT7プ ロモーターから成る群から選ばれる、請求の範囲第1項の方法。 8.該バクテリオファージ特異的プロモーターがT3プロモーターである、請求 の範囲第7項の方法。 9.cRNAからcDNAの転写を開始させる16のプライマーがA−G−G− T−C−G−A−C−G−G−T−A−T−C−G−G−N−N(配列番号:3 )の配列を有する、請求の範囲第8項の方法。 10.当該ベクターがClaIおよびNotIで切断されたプラスミドpBCSK+ であり、工程(f)の3’プライマーがG−A−A−C−A−A−A−A−G−C −T−G−G−A−G−C−T−C−C−A−C−C−G−C(配列番号:4) である、請求の範囲第1項の方法。 11.4ヌクレオチド配列を認識する該第一の制限エンドヌクレアーゼがMspI である、請求の範囲第1項の方法。 12.4ヌクレオチド配列を認識する該第一の制限エンドヌクレアーゼがTaqI およびHinPlIから成る群から選ばれる、請求の範囲第1項の方法。 13.アンカープライマーの混合物の各々においてただ1つの部位を切断する制限 エンドヌクレアーゼがNotIである、請求の範囲第1項の方法。 14.クローン化挿入物の直線化フラグメントを生成する工程が下記の(i)−( iv)の工程を含む、請求の範囲第1項の方法。 (i)該挿入物を含むプラスミドを2つの分画に分け、第一の分画は制限エン ドヌクレアーゼXhoIで切断し、第二の分画は制限エンドヌクレアーゼSal I切断する工程; (ii)切断後、第一および第二の分画を再結合する工程; (iii)再結合した分画を三等分し、第一の1/3を制限エンドヌクレアーゼHin dIIIで切断し、第二の1/3を制限エンドヌクレアーゼBam HIで切断し、第三の1/3を制限エンドヌクレアーゼEcoRIで切断 する工程; (iv)消化後、当該三等分したものを再結合し、それによって当該集団の約1 /6がそれぞれ起こりうる酵素の組み合わせの各々によって切断された生成物と 対応する直線化フラグメントの集団を作製する工程。 15.該mRNA集団においてポリアデニル化mRNA種が豊富にされている、請 求の範囲第1項の方法。 16.電気泳動後表示された各バンドの濃さが、バンドに対応する最初の混合物の mRNAの豊富さとほぼ比例している、請求の範囲第1項の方法。 17.電気泳動後の各mRNAに対応するバンドの濃さから最初の混合物中の該m RNAの相対的豊富さを決定する工程をさらに含む、請求の範囲第16項の方法 。 18.ポリメラーゼ連鎖反応増幅フラグメントを解析する工程が、該フラグメント を少なくとも2つのゲル上で電気泳動することを含む、請求の範囲第1項の方法 。 19.適切な宿主細胞が大腸菌(Escherichia coli)である請求の範囲第1項の方 法。 20.さらに下記(h)−(l)の工程を含む請求の範囲第1項の方法。 (h) サンプル中に存在するmRNAの3’末端を表象するバンドが表示され ているエレクトロフェログラムからmRNAに対応する少なくとも1つのcDN Aを溶出させる工程; (i) 該溶出cDNAをポリメラーゼ連鎖反応で増幅する工程; (j) 該増幅cDNAをプラスミドでクローニングする工程; (k) クローン化DNAに対応するDNAを該プラスミドから産生させる工程 ; さらに (l) 該クローン化cDNAの配列を決定する工程。 21.下記(a)−(j)の工程を含むmRNA集団中のmRNAの配列特異的同時同定 方法。 (a) mRNA集団を分離する工程; (b) A−A−C−T−G−G−A−A−G−A−A−T−T−C−G−C− G−G−C−C−G−C−A−G−G−A−A−T−T−T−T−T−T−T− T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−V−N(配列番号:2)の配列 をもつ12のアンカープライマー混合物を用いてmRNA集団から二本鎖cDN Aを調製して、cDNAサンプルを生成させる工程であって、VはA、Cおよび Gから成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオチドであり、NはA、C、Gお よびTから成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオチドであり、該混合物は、 VおよびNについて全ての可能性を含むアンカープライマーを含む工程; (c) 第一の制限エンドヌクレアーゼMspIおよび第二の制限エンドヌクレ アーゼNotIの2つの制限エンドヌクレアーゼで該cDNAサンプルを切断す る工程; (d) 第一および第二の制限エンドヌクレアーゼで切断したcDNAサンプル をベクターに挿入する工程であって、該切断cDNAはT3プロモーターに関し てアンチセンスの向きにベクター内に挿入されており、該ベクターはClaIお よびNotIで切断されたプラスミドPBCSK+である工程; (e) 該切断cDNAが挿入されたベクターで大腸菌を形質転換させてクロー ン化挿入物を産生させる工程; (f) 第一および第二の制限エンドヌクレアーゼとは異なる少なくとも1つの 制限エンドヌクレアーゼで消化してクローン化挿入物の直線化フラグメントを生 成させる工程; (g) T3特異的プロモーターから転写を開始させることができるT3RNA ポリメラーゼとともにこの直線化フラグメントを温置して、アンチセンスcRN A転写物のcRNA調製物を生成させる工程; (h) 該cRNA調製物を16のサブプールに分け、熱安定性逆転写酵素と、 16のプライマー、A−G−G−T−C−G−A−C−G−G−T−A−T−C −G−G−N−N(配列番号:3)の1つ(Nは4種のデオキシリボヌクレオチ ドA、C、GまたはTの1つである)を用いて各サブプールから第一の鎖のcD NAを転写する工程であって、該混合物は3’末端の2つのヌ クレオチドについて全ての可能性を含む工程、; (i) 3’プライマー、G−A−A−C−A−A−A−A−G−C−T−G− G−A−G−C−T−C−C−A−C−C−G−C(配列番号:4)および、( 1)該サブプールについて第一の鎖のcDNAが作成されるプライマー;(2) 該サブプールについて第一の鎖のcDNAが作成されるプライマーであって、そ の3’末端に付加残基−Nが伸長されているプライマー(ここで、NはA、C、 GまたはTのいずれでもよい。);および(3)該サブプールについて第一の鎖 のcDNAの合成のために用いられたプライマーであって、その3’末端に2つ の付加残基−N−Nが伸長されているプライマー(ここで、NはA、C、Gまた はTのいずれでもよい。)から成る群から選ばれる5’プライマーとともに、ポ リメラーゼ連鎖反応の鋳型として16のサブプールの各々の転写生成物を用いて ポリメラーゼ連鎖反応増幅フラグメントを産生させる工程; (j) 当該ポリメラーゼ連鎖反応増幅フラグメントを電気泳動により解析し、 サンプル中に存在するmRNAの3’末端を表象するバンドを表示させる工程。 22.下記(a)−(c)の工程を含む、mRNA集団の3’末端を表象するアンチセン スcRNAプールの構成体cRNAに一致するmRNAの配列特異的同時同定方 法であって、該アンチセンスcRNAの構成体であるアンチセンスcRNAの5 ’末端がバクテリオファージ特異的ベクターに対応するプライマー配列で終わり 、その3’末端が該ベクターの配列と配列が一致する配列で終わっている当該m RNAの配列特異的同時同定方法。 (a) アンチセンスcRNAプールの構成体を16のサブプールに分け、熱安 定性逆転写酵素および16のプライマーの1つを用いて、各サブプールから第一 の鎖のcDNAを転写する工程であって、該プライマーの3’末端は−N−Nで あり、Nは4種のデオキシリボヌクレオチドA、C、GまたはTの1つであり、 該プライマーは長さが少なくとも15ヌクレオチドであり、バクテリオファージ 特異的プロモーターの3’末端に配列が一致し、cRNAの少なくとも最初の2 つのヌクレオチドが延長され、該混合物は3’末端の2つのヌクレオチドについ て全ての可能性を含む工程; (b) ベクター内のcDNAサンプルの挿入部位に隣接するベクターの配列と 配列が一致する3’プライマーおよび、(i)該サブプールについて第一の鎖の cDNAが作成されるプライマー;(ii)該サブプールについて第一の鎖のcD NAが作成されるプライマーであって、その3’末端に付加残基−Nが伸長され ているプライマー(ここで、NはA、C、GまたはTのいずれでもよい。);お よび(iii)該サブプールについて第一の鎖のcDNAの合成のために用いられ たプライマーであって、その3’末端に2つの付加残基−N−Nが伸長されてい るプライマー(ここで、NはA、C、GまたはTのいずれでもよい)から成る群 から選ばれる5’プライマーとともに、ポリメラーゼ連鎖反応の鋳型として16 のサブプールの各々の転写生成物を用い、ポリメラーゼ連鎖反応増幅フラグメン トを生成させる工程;さらに、 (c) 該ポリメラーゼ連鎖反応増幅フラグメントを電気泳動で解析し、サンプ ル中に存在するmRNAの3’末端を表象するバンドを表示させる工程。 23.以下の(a)−(e)の工程を含む、生理的変化または病的変化に付随する組織内 のmRNA発現パターンの変化を検出する方法。 (a) 生理的変化または病的変化を受けていない第一の組織サンプルを得る工 程; (b) 請求の範囲第22項の(a)−(c)の工程を実施することによって、第一の 組織サンプルのmRNA発現パターンを決定して、第一のサンプルに存在するm RNAの3’末端を表象するバンドの第一の表示を作製する工程; (c) 生理的または病的変化を受けた第二の組織サンプルを得る工程; (d) 請求の範囲第22項の(a)−(c)の工程を実施することによって、第二の 組織サンプルのmRNA発現パターンを決定して、第二のサンプルに存在するm RNAの3’末端を表象するバンドの第二の表示を作製する工程; (e) 当該第一の表示と第二の表示とを比較して、組織のmRNA発現パター ンに対する生理的または病的変化の影響を決定する工程。 24.該組織が中枢神経系に由来する、請求の範囲第23項の方法。 25.該生理的および病的変化が、アルツハイマー病、パーキンソン病、虚血、ア ルコール中毒、薬物中毒、精神分裂病、筋萎縮性側索硬化症、多発性硬化症、う つ病、二極性躁鬱病から成る群から選ばれる、請求の範囲第24項の方法。 26.該生理的または病的変化が、学習もしくは記憶、感情、グルタミン酸神経毒 性、哺育行動、嗅覚、視覚、運動異常、ウイルス感染、電気ショック療法、また は薬物もしくは毒素の投与と関連する、請求の範囲第24項の方法。 27.該生理的または病的変化が、日周期変化、加齢および長期的相乗作用から成 る群から選ばれる、請求の範囲第24項の方法。 28.該組織が、網膜、大脳皮質、嗅球、視床、視床下部、下垂体前葉、下垂体後 葉、海馬、中隔側坐核、扁桃、線条、小脳、脳幹、上交叉核および脊髄から成る 群から選ばれる中枢神経系内の構造に由来する、請求の範囲第24項の方法。 29.該組織が、心脈管系、肺臓系、消化器系、抹消神経系、肝、腎、骨格筋およ び生殖器系から成る群から選ばれる器官または器官系に由来する、請求の範囲第 23項の方法。 30.以下の(a)−(e)の工程を含む薬物の副作用についてのスクリーニング法。 (a) 既知の生理的機能を有する化合物で処理した有機体から第一の組織サン プルを得る工程; (b) 請求の範囲第22項の(a)−(c)の工程を実施することによって、第一の 組織サンプルのmRNA発現パターンを決定して、第一のサンプルに存在するm RNAの3’末端を表象するバンドの第一の表示を作製する工程; (c) 副作用についてスクリーニングされる薬物で処置した有機体から第二の 組織サンプルを得る工程; (d) 請求の範囲第22項の(a)−(c)の工程を実施することによって、第二の 組織サンプルのmRNA発現パターンを決定して、第二のサンプルに存在するm RNAの3’末端を表象するバンドの第二の表示を作製する工程; (e) 第一および第二の表示を比較して、既知の化合物によってはその発現は 影響を受けないが、スクリーニングされる薬剤によって影響を受け、したがって スクリーニングされるべき薬物の作用と既知化合物の作用との相違、したがって 副作用を示唆するmRNA種の存在を検出する工程。 31.該被験薬物が、抗うつ剤、神経弛緩薬、精神安定剤、鎮痙剤、モノアミンオ キシダーゼ抑制物質および刺激物質から成る群から選ばれる、請求の範囲第30 項の方法。 32.該被験薬物が、抗パーキンソン病薬剤、骨格筋弛緩剤、鎮痛剤、局所麻酔剤 、コリン作動薬、抗ウイルス剤、抗痙攣薬、ステロイド、または非ステロイド性 抗炎症薬から成る群から選ばれる、請求の範囲第30項の方法。 33.配列がA−G−G−T−C−G−A−C−G−G−T−A−T−C−G−G −N−N(配列番号:3)の16のプライマーを含むプライマーパネル(ここで 、NはA、C、GまたはTの4種のデオキシリボヌクレオチドのうちの1つであ る)。 34.配列がA−G−G−T−C−G−A−C−G−G−T−A−T−C−G−G −N−N−N(配列番号:5)の64のプライマーを含むプライマーパネル(こ こで、NはA、C、GまたはTの4種のデオキシリボヌクレオチドのうちの1つ である)。 35.配列がA−G−G−T−C−G−A−C−G−G−T−A−T−C−G−G −N−N−N−N(配列番号:6)の256のプライマーを含むプライマーパネ ル(ここで、NはA、C、GまたはTの4種のデオキシリボヌクレオチドのうち の1つである)。 36.配列がA−A−C−T−G−G−A−A−G−A−A−T−T−C−G−C −G−G−C−C−G−C−A−G−G−A−A−T−T−T−T−T−T−T −T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−V−N(配列番号:2)の1 2のプライマーを含むプライマーパネル(ここで、VはA、CおよびGから成る 群から選ばれるデオキシリボヌクレオチドであり、NはA、C、GおよびTから 成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオチドである)。 37.配列がA−A−C−T−G−G−A−A−G−A−A−T−T−C−G−C −G−G−C−C−G−C−A−G−G−A−A−T−T−T−T−T−T−T −T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−T−V−N(配列番号:2)の1 2のプライマーの混合物を含むプライマーの縮退混合物(ここで、VはA、Cお よびGから成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオチドであり、NはA、C、 GおよびTから成る群から選ばれるデオキシリボヌクレオチドである)であって 、12プライマーの各々が約等モル量で存在する上記縮退混合物。
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