JP2009296948A - Primer for pcr, method for detecting target nucleic acid and method for detecting target biomolecule - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アプタマーで標識されたPCR(Polymerase Chain Reaction)用プライマー、並びに、該プライマーを用いて標的核酸及び標的生体分子を検出する方法に関する。 The present invention relates to a primer for PCR (Polymerase Chain Reaction) labeled with an aptamer, and a method for detecting a target nucleic acid and a target biomolecule using the primer.
遺伝子解析等の核酸解析分野では、解析対象である標的塩基配列を有する標的核酸を増幅することにより解析が行われることが多く、標的核酸の増幅には、PCR(Polymerase Chain Reaction、ポリメラーゼ連鎖反応)法が最も一般的に用いられている。PCR法は、標的塩基配列を挟んだ2種類のPCR用プライマーと、DNAポリメラーゼによるDNAポリメラーゼ反応を繰り返すことにより、標的核酸を数十万倍に増幅する方法である。該方法は基本的に、(1)変性工程、(2)アニーリング工程、及び(3)伸張工程の3つの工程を1サイクルとし、該サイクルを25〜30回繰り返すことにより特定の標的核酸を増幅していく。 In the field of nucleic acid analysis such as gene analysis, analysis is often performed by amplifying a target nucleic acid having a target base sequence to be analyzed, and PCR (Polymerase Chain Reaction) is used for amplification of the target nucleic acid. The method is most commonly used. The PCR method is a method of amplifying a target nucleic acid several hundred thousand times by repeating a DNA polymerase reaction with two kinds of PCR primers sandwiching a target base sequence and a DNA polymerase. This method basically amplifies a specific target nucleic acid by repeating the cycle 25 to 30 times with three steps of (1) denaturation step, (2) annealing step, and (3) extension step as one cycle. I will do it.
このようにPCRにより増幅された核酸を検出するために、予め5’末端を標識されたプライマーを用いてPCRを行うことが広く行われている。標識されたプライマーを用いることにより、末端が標識された増幅核酸(PCR産物)が得られ、この標識を検出することによりPCR産物を検出することができる。プライマーの標識に用いられる標識分子としては、例えば、ハプテン等の、特定の抗体や受容体と結合し得る物質が用いられており、標識されたPCR産物を、標識分子と特異的に結合し得る受容体等を用いて、免疫比濁法等の凝集法、沈降法、ELISA、イムノクロマト法等の様々な方法により検出している。 In order to detect the nucleic acid amplified by PCR in this way, PCR is widely performed using a primer previously labeled at the 5 'end. By using the labeled primer, an amplified nucleic acid (PCR product) labeled at the end is obtained, and the PCR product can be detected by detecting this label. As the label molecule used for primer labeling, for example, a substance capable of binding to a specific antibody or receptor such as hapten is used, and the labeled PCR product can be specifically bound to the label molecule. Detection is performed by various methods such as an agglutination method such as an immunoturbidimetric method, a sedimentation method, an ELISA, and an immunochromatography method using a receptor.
該ハプテンとして、例えば、ビオチンやジゴキシゲニン等が挙げられる。このようなハプテンにより標識されたプライマーとしては、例えば、ビオチン誘導体で末端リン酸基を標識した核酸が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。ビオチンはストレプトアビジンと強固に結合するため、アルカリホスファターゼを結合したアビジンをビオチン誘導体で標識したプライマーに結合させ、アルカリホスファターゼの発光等を測定することにより、該プライマーを用いて増幅された核酸を検出することが可能となる。その他にも、例えば、アミノ基やチオール基等の特定の官能基を導入したヌクレオチド、各種蛍光物質、発光酵素等のタンパク質等がプライマーの標識に用いることができる。また、多様な標識を行うことができるため、核酸に対する標識として抗体を用いる試みも行われている。
プライマー等のポリヌクレオチドの化学合成には、通常、自動核酸合成機が用いられており、オートメーション化されている。このため、一般的に、ビオチンや蛍光物質等の標識分子で標識されたプライマーを得るためには、合成されたオリゴヌクレオチドの末端に、標識分子を結合させることが行われている。つまり、オリゴヌクレオチドの合成とは別の化学的な修飾反応が必要になり、操作の煩雑化及び自動合成装置の複雑化を招くという問題があった。特に、抗体による標識は、多様な標識を可能とする一方、オリゴヌクレオチドに対する抗体の標識には非常に煩雑な作業を必要とする。 An automatic nucleic acid synthesizer is usually used for chemical synthesis of a polynucleotide such as a primer and is automated. For this reason, in general, in order to obtain a primer labeled with a label molecule such as biotin or a fluorescent substance, a labeled molecule is bound to the end of the synthesized oligonucleotide. That is, there is a problem that a chemical modification reaction different from the synthesis of the oligonucleotide is required, resulting in complicated operation and complicated automatic synthesizer. In particular, labeling with an antibody enables various labels, while labeling an antibody with respect to an oligonucleotide requires a very complicated operation.
一方で、特定のリガンドと特異的に結合し得るアプタマーを標識分子として用いることにより、抗体と同様に多様な標識が可能になることに加えて、簡易に標識されたプライマーを合成することができる。アプタマーは機能性一本鎖核酸であるため、プライマー領域の末端にアプタマーとして機能する機能性配列を付加したポリヌクレオチドを、自動核酸合成機等を用いて合成することにより、アプタマー標識されたプライマーを得ることができる。 On the other hand, by using an aptamer that can specifically bind to a specific ligand as a labeled molecule, in addition to enabling various labels as in the case of antibodies, it is possible to synthesize labeled primers easily. . Since aptamers are functional single-stranded nucleic acids, aptamer-labeled primers are synthesized by synthesizing a polynucleotide having a functional sequence that functions as an aptamer at the end of the primer region using an automatic nucleic acid synthesizer. Obtainable.
しかしながら、単にアプタマーとプライマーとを結合させたプライマーを用いてPCRを行った場合には、アプタマー領域まで伸長され二本鎖化されてしまうため、リガンドに対する結合能が失われてしまうという問題がある。アプタマーは、一本鎖状態で特定の三次構造を形成するために特定のリガンドに対する結合能を有するものであり、二本鎖の状態では一次構造のような三次構造を取ることができず、該リガンドに結合することが出来ないためである。このため、アプタマー標識されたプライマーを用いてPCRを行った後に得られたPCR産物を、アプタマーを利用して検出することは困難であった。 However, when PCR is carried out simply using a primer in which an aptamer and a primer are bound, there is a problem that the ability to bind to the ligand is lost because it is extended to the aptamer region and becomes double-stranded. . An aptamer has a binding ability to a specific ligand in order to form a specific tertiary structure in a single-stranded state, and cannot take a tertiary structure such as a primary structure in a double-stranded state. This is because it cannot bind to the ligand. For this reason, it was difficult to detect a PCR product obtained after performing PCR using an aptamer-labeled primer using an aptamer.
本発明は、簡易に合成することができ、かつ標識の多様性に優れたPCR用プライマー、並びに、該プライマーを用いて標的核酸及び標的生体分子を検出する方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a primer for PCR that can be easily synthesized and has excellent label diversity, and a method for detecting a target nucleic acid and a target biomolecule using the primer.
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、PCRに用いられるプライマーにおいて、アプタマーとして機能するアプタマー領域と、プライマーとして機能するプライマー領域との間に、DNAポリメラーゼの進行を阻害するPCR阻害領域を設けることにより、アプタマー領域を二本鎖化することなくPCRを行うことが可能になるため、このようなプライマーを用いて得られたPCR産物は、アプタマーを利用して検出し得ることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems, the present inventor, in primers used for PCR, PCR that inhibits the progress of DNA polymerase between an aptamer region that functions as an aptamer and a primer region that functions as a primer. By providing an inhibitory region, it becomes possible to perform PCR without making the aptamer region double-stranded, so PCR products obtained using such primers can be detected using aptamers. The present invention was completed.
すなわち、本発明は、
(1)PCRに用いられるプライマーであって、プライマー領域と、前記プライマー領域の5’側にPCR阻害領域と、前記PCR阻害領域の5’側にアプタマー領域とを有し、前記PCR阻害領域が、ヘアピンループ構造又はシュードノット構造を有することを特徴とする、PCR用プライマー、
(2)前記PCR阻害領域が、下記一般式(I)又は(II)で表わされるポリヌクレオチド領域を有することを特徴とする前記(1)記載のPCR用プライマー、
That is, the present invention
(1) A primer used in PCR, comprising a primer region, a PCR inhibitory region on the 5 ′ side of the primer region, and an aptamer region on the 5 ′ side of the PCR inhibitory region, wherein the PCR inhibitory region is A primer for PCR, characterized by having a hairpin loop structure or a pseudoknot structure,
(2) The PCR primer according to (1), wherein the PCR-inhibiting region has a polynucleotide region represented by the following general formula (I) or (II):
(3)前記一般式(I)において、P1〜Pnからなるポリヌクレオチド領域のTm値が、前記プライマー領域のTm値よりも高いことを特徴とする前記(2)記載のPCR用プライマー、
(4)前記一般式(I)において、P1〜Pnからなるポリヌクレオチド領域のTm値が、前記プライマー領域のTm値よりも1〜20℃高いことを特徴とする前記(2)記載のPCR用プライマー、
(5)前記一般式(II)において、R1〜Rnからなるポリヌクレオチド領域のTm値及びT1〜Toからなるポリヌクレオチド領域のTm値の和が、前記プライマー領域のTm値よりも高いことを特徴とする前記(2)記載のPCR用プライマー、
(6)前記一般式(II)において、R1〜Rnからなるポリヌクレオチド領域のTm値及びT1〜Toからなるポリヌクレオチド領域のTm値の和が、前記プライマー領域のTm値よりも1〜20℃高いことを特徴とする前記(2)記載のPCR用プライマー、
(7)標識分子を結合させていることを特徴とする前記(1)〜(6)のいずれか記載のPCR用プライマー、
(8)前記標識分子が、分散性微粒子、酵素、及び磁気物質からなる群より選択される1以上であることを特徴とする前記(7)記載のPCR用プライマー、
(9)標的塩基配列を有する標的核酸を検出する方法であって、(a)PCR用プライマーを用いてPCRを行い、PCR産物を得る工程と、(b)前記工程(a)において得られたPCR産物を、前記PCR用プライマーのアプタマー領域と特異的に結合し得るリガンドと結合させることにより、PCR産物−リガンド複合体を形成する工程と、(c)前記工程(b)において得られたPCR産物−リガンド複合体を検出する工程と、を有し、前記PCR用プライマーが前記(1)〜(8)のいずれか記載のPCR用プライマーであることを特徴とする、標的核酸の検出方法、
(10)前記PCR用プライマーが前記(2)〜(8)のいずれか記載のPCR用プライマーであり、前記一般式(I)におけるP1〜Pnからなるポリヌクレオチド領域のTm値、又は、前記一般式(II)におけるR1〜Rnからなるポリヌクレオチド領域のTm値及びT1〜Toからなるポリヌクレオチド領域のTm値の和が、前記工程(a)におけるPCRの伸長反応温度よりも高いことを特徴とする前記(9)記載の標的核酸の検出方法、
(11)前記工程(a)におけるPCRが、修飾分子により修飾されたヌクレオチドを用いて行うものであり、前記工程(c)におけるPCR産物−リガンド複合体検出が、前記修飾分子を検出することにより行うものであることを特徴とする前記(9)又は(10)記載の標的核酸の検出方法、
(12)前記修飾分子が、蛍光物質又は放射性同位体であることを特徴とする前記(11)記載の標的核酸の検出方法、
(13)前記リガンドが標識分子と結合したものであることを特徴とする前記(9)又は(10)記載の標的核酸の検出方法、
(14)前記標識分子が、分散性微粒子、酵素、蛍光物質、及び放射性同位体からなる群より選択される1以上であることを特徴とする前記(13)記載の標的核酸の検出方法、
(15)試料溶液中の標的生体分子を検出する方法であって、(a’)標的生体分子と特異的に結合し得るアプタマー領域を有するPCR用プライマーを用いてPCRを行い、PCR産物を得る工程と、(b’)前記工程(a’)において得られたPCR産物を、試料溶液に添加し、PCR産物−標的生体分子複合体を形成する工程と、(c’)前記工程(b’)において得られたPCR産物−標的生体分子複合体を検出する工程と、を有し、前記PCR用プライマーが前記(1)〜(8)のいずれか記載のPCR用プライマーであることを特徴とする、標的生体分子の検出方法、
(16)前記PCR用プライマーが前記(2)〜(8)のいずれか記載のPCR用プライマーであり、前記一般式(I)におけるP1〜Pnからなるポリヌクレオチド領域のTm値、又は、前記一般式(II)におけるR1〜Rnからなるポリヌクレオチド領域のTm値及びT1〜Toからなるポリヌクレオチド領域のTm値の和が、前記工程(a’)におけるPCRの伸長反応温度よりも高いことを特徴とする前記(15)記載の標的生体分子の検出方法、
(17)前記工程(a’)におけるPCRが、修飾分子により修飾されたヌクレオチドを用いて行うものであり、前記工程(c’)におけるPCR産物−標的生体分子複合体検出が、前記修飾分子を検出することにより行うものであることを特徴とする前記(15)又は(16)記載の標的生体分子の検出方法、
(18)前記修飾分子が、蛍光物質又は放射性同位体であることを特徴とする前記(17)記載の標的生体分子の検出方法、
を、提供するものである。
(3) In the general formula (I), the Tm value of the polynucleotide region comprising P1 to Pn is higher than the Tm value of the primer region, PCR primer according to (2),
(4) In the general formula (I), the Tm value of the polynucleotide region comprising P1 to Pn is 1 to 20 ° C. higher than the Tm value of the primer region. Primer,
(5) In the general formula (II), the sum of the Tm value of the polynucleotide region composed of R1 to Rn and the Tm value of the polynucleotide region composed of T1 to To is higher than the Tm value of the primer region. The primer for PCR according to (2),
(6) In the general formula (II), the sum of the Tm value of the polynucleotide region consisting of R1 to Rn and the Tm value of the polynucleotide region consisting of T1 to To is 1 to 20 ° C. higher than the Tm value of the primer region. PCR primer according to (2), characterized in that it is high,
(7) The primer for PCR according to any one of (1) to (6), wherein a labeled molecule is bound,
(8) The PCR primer according to (7), wherein the labeling molecule is one or more selected from the group consisting of dispersible fine particles, enzymes, and magnetic substances.
(9) A method for detecting a target nucleic acid having a target base sequence, comprising: (a) a step of performing PCR using PCR primers to obtain a PCR product; and (b) obtained in the step (a). A step of forming a PCR product-ligand complex by binding the PCR product to a ligand capable of specifically binding to the aptamer region of the PCR primer; and (c) the PCR obtained in the step (b). Detecting the product-ligand complex, and the PCR primer is the PCR primer according to any one of (1) to (8),
(10) The PCR primer is the PCR primer according to any one of (2) to (8), and the Tm value of the polynucleotide region consisting of P1 to Pn in the general formula (I), or the general The sum of the Tm value of the polynucleotide region consisting of R1 to Rn and the Tm value of the polynucleotide region consisting of T1 to To in formula (II) is higher than the PCR extension reaction temperature in the step (a). The method for detecting a target nucleic acid according to (9),
(11) The PCR in the step (a) is performed using a nucleotide modified with a modifying molecule, and the PCR product-ligand complex detection in the step (c) detects the modifying molecule. The method for detecting a target nucleic acid according to (9) or (10), wherein
(12) The method for detecting a target nucleic acid according to (11), wherein the modifying molecule is a fluorescent substance or a radioisotope,
(13) The method for detecting a target nucleic acid according to (9) or (10), wherein the ligand is bound to a labeled molecule,
(14) The target nucleic acid detection method according to (13), wherein the labeling molecule is one or more selected from the group consisting of dispersible fine particles, enzymes, fluorescent substances, and radioactive isotopes,
(15) A method for detecting a target biomolecule in a sample solution, wherein (a ′) PCR is performed using a PCR primer having an aptamer region that can specifically bind to the target biomolecule, to obtain a PCR product. (B ′) adding the PCR product obtained in the step (a ′) to the sample solution to form a PCR product-target biomolecule complex; and (c ′) the step (b ′). And a step of detecting the PCR product-target biomolecule complex obtained in (2), wherein the PCR primer is the PCR primer according to any one of (1) to (8) above. A method for detecting a target biomolecule,
(16) The PCR primer is the PCR primer according to any one of (2) to (8), and the Tm value of the polynucleotide region consisting of P1 to Pn in the general formula (I), or the general The sum of the Tm value of the polynucleotide region comprising R1 to Rn and the Tm value of the polynucleotide region comprising T1 to To in formula (II) is higher than the PCR extension reaction temperature in the step (a ′). The method for detecting a target biomolecule according to (15),
(17) The PCR in the step (a ′) is performed using a nucleotide modified with a modifying molecule, and the PCR product-target biomolecule complex detection in the step (c ′) The method for detecting a target biomolecule according to (15) or (16), wherein the method is performed by detection,
(18) The method for detecting a target biomolecule according to (17), wherein the modifying molecule is a fluorescent substance or a radioisotope,
Is provided.
本発明のPCR用プライマーは、標識として一本鎖核酸であるアプタマーを用いているため、標識分子の修飾のためにポリヌクレオチド合成とは異なる別種の修飾反応を要することなく、自動核酸合成機等を用いて簡便に合成することができる。また、アプタマーは、ヌクレオチドの配列を任意に設計することにより、様々な三次構造を形成させることができるため、抗体標識の場合と同様に、標識の多様性に優れている。さらに、本発明のPCR用プライマーを用いることにより、アプタマーを利用して簡便に核酸等の生体分子を検出することができる。 Since the primer for PCR of the present invention uses an aptamer that is a single-stranded nucleic acid as a label, an automatic nucleic acid synthesizer or the like does not require another modification reaction different from polynucleotide synthesis for modification of the labeled molecule. Can be easily synthesized. In addition, aptamers can form various tertiary structures by arbitrarily designing the nucleotide sequence, and thus have excellent label diversity as in the case of antibody labeling. Furthermore, by using the PCR primer of the present invention, a biomolecule such as a nucleic acid can be easily detected using an aptamer.
本発明における標的塩基配列とは、PCRによる増幅の対象となる塩基配列であって、PCRにより増幅が可能な程度に塩基配列が明らかになっているものであれば、特に限定されるものではない。例えば、動物や植物の染色体や、細菌やウィルスの遺伝子に存在する塩基配列であってもよく、mRNA等の生物のRNAに存在する塩基配列であってもよい。 The target base sequence in the present invention is a base sequence to be amplified by PCR, and is not particularly limited as long as the base sequence has been clarified to such an extent that it can be amplified by PCR. . For example, it may be a base sequence present in animal or plant chromosomes, bacterial or viral genes, or a base sequence present in biological RNA such as mRNA.
本発明における標的核酸は、標的塩基配列を有する核酸であり、PCRにおける鋳型となり得る核酸であれば、特に限定されるものではない。例えば、血液や体液等の生体試料(検体)や培養細胞溶液等から調製した試料中に含有される核酸であってもよく、これらの試料等から抽出された核酸であってもよく、これらの核酸を鋳型として増幅された核酸であってもよい。また、生体試料等に含有されているRNAから逆転写酵素を用いて合成されたcDNAであってもよい。 The target nucleic acid in the present invention is not particularly limited as long as it is a nucleic acid having a target base sequence and can be a template in PCR. For example, it may be a nucleic acid contained in a sample prepared from a biological sample (specimen) such as blood or body fluid or a cultured cell solution, or may be a nucleic acid extracted from these samples. It may be a nucleic acid amplified using a nucleic acid as a template. Alternatively, it may be cDNA synthesized using reverse transcriptase from RNA contained in a biological sample or the like.
本発明のPCR用プライマーは、プライマー領域と、前記プライマー領域の5’側にPCR阻害領域と、前記PCR阻害領域の5’側にアプタマー領域とを有することを特徴とする。アプタマー領域とプライマー領域との間にPCR阻害領域を有することにより、DNAポリメラーゼの伸長反応がアプタマー領域へ進行せず、このため、本発明のPCR用プライマー由来の5’末端側に、リガンドに対する結合能を有する一本鎖のアプタマーを有するPCR産物を得ることができる。 The PCR primer of the present invention is characterized by having a primer region, a PCR inhibitory region 5 'to the primer region, and an aptamer region 5' to the PCR inhibitory region. By having a PCR inhibition region between the aptamer region and the primer region, the DNA polymerase extension reaction does not proceed to the aptamer region, and therefore, binding to the ligand is caused on the 5 ′ end side from the PCR primer of the present invention. A PCR product having a single-stranded aptamer having the ability can be obtained.
図1は本発明のPCR用プライマーを用いてPCRを行った場合と、単にアプタマー標識した対照プライマーを用いてPCRを行った場合とを、模式的に示した図である。プライマー領域1aとPCR阻害領域1bとアプタマー領域1cとを有する本発明のPCR用プライマー2と、プライマー領域1aとアプタマー領域1cのみを有する対照プライマー3は、いずれも、アプタマー領域1cはリガンド8と特異的に結合し得る立体構造を有している。これらのプライマーをフォワードプライマーとし、標的核酸4を鋳型とし、対となるリバースプライマー5を用いて、それぞれPCRを行うと、本発明のPCR用プライマー2を用いた場合には、得られたPCR産物6において、アプタマー領域1cは一本鎖のままであり、リガンド8と特異的に結合し得る。一方で、対照プライマー3を用いた場合には、得られたPCR産物7において、アプタマー領域1c二本鎖となるため、リガンド8と結合することができない。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a case where PCR is performed using the PCR primer of the present invention and a case where PCR is simply performed using an aptamer-labeled control primer. The
本発明においてプライマー領域とは、PCR用プライマーのうち、PCRにおけるプライマーとして機能し得る塩基配列を有するポリヌクレオチド領域を意味する。具体的には、標的核酸の標的塩基配列における5’末端側又は3’末端側と対合(ハイブリダイズ)し得る塩基配列を有するポリヌクレオチド領域である。一般的には、標的塩基配列の5’末端側又は3’末端側の部分塩基配列と相同的又は相補的な塩基配列であるが、ミスマッチ部位を有していてもよい。 In the present invention, the primer region means a polynucleotide region having a base sequence that can function as a primer in PCR among primers for PCR. Specifically, it is a polynucleotide region having a base sequence that can be paired (hybridized) with the 5 'end side or 3' end side in the target base sequence of the target nucleic acid. Generally, it is a base sequence that is homologous or complementary to a partial base sequence on the 5 'end side or 3' end side of the target base sequence, but may have a mismatch site.
このようなプライマー領域の塩基配列は、標的塩基配列の種類やPCRにおいて用いられるDNAポリメラーゼの種類、PCRの反応条件等に応じて、当該技術分野においてよく知られている方法のいずれを用いても設計することができる。例えば、公知のゲノム配列データ等から得られる塩基配列情報と、汎用されているプライマー設計ツールを用いて、簡便に設計することができる。このようなプライマー設計ツールとして、例えば、Web上で利用可能なPrimer3(Rozen, S., H.J. Skaletsky、1996年、http: //www−genome.wi.mit.edu/genome_software/other/primer3.html)や、Visual OMP(DNA Software社製)等がある。また、公知のゲノム配列データは、通常、国際的な塩基配列データベースである、NCBI(National center for Biotechnology Information)や、DDBJ(DNA Data Bank of Japan)等において入手することができる。 The base sequence of such a primer region may be any of methods well known in the art depending on the type of target base sequence, the type of DNA polymerase used in PCR, PCR reaction conditions, and the like. Can be designed. For example, it can be designed easily using base sequence information obtained from known genome sequence data and the like and a widely used primer design tool. As such a primer design tool, for example, Primer 3 (Rozen, S., H. J. Skalsky, 1996, http: //www-genome.wi.mit.edu/genome_software/other/ primer 3.html), Visual OMP (manufactured by DNA Software), and the like. Also, known genome sequence data can usually be obtained from NCBI (National Center for Biotechnology Information), DDBJ (DNA Data Bank of Japan), and the like, which are international base sequence databases.
本発明においてPCR阻害領域とは、PCRにおいて用いられるDNAポリメラーゼの進行が阻害される立体構造を有するポリヌクレオチド領域を意味する。このような立体構造としては、ヘアピンループ(Hairpin loop)構造やシュードノット(Pseudo knot)構造等の、同一分子内のほかの一本鎖領域と対合することで形成される安定なループ構造等が挙げられる。具体的には、下記一般式(I)又は(II)で表わされるポリヌクレオチド領域を有する。 In the present invention, the PCR-inhibiting region means a polynucleotide region having a three-dimensional structure in which the progress of the DNA polymerase used in PCR is inhibited. As such a three-dimensional structure, a stable loop structure formed by pairing with another single-stranded region in the same molecule, such as a hairpin loop structure or a pseudoknot structure. Is mentioned. Specifically, it has a polynucleotide region represented by the following general formula (I) or (II).
前記一般式(I)中、A1〜Aaは、同一又は異なって、アデニンヌクレオチド、グアニンヌクレオチド、チミンヌクレオチド、又はシトシンヌクレオチドのいずれかを表す。A1〜Aaからなるポリヌクレオチド領域(A1〜Aa領域、以下同様。)の塩基配列は、PCR用プライマー中のプライマー領域及びアプタマー領域の機能を阻害しない限り、特に限定されるものではなく、任意に設定することができる。
前記一般式(I)において、aは1〜25の整数を表す。本発明のPCR用プライマーにおいては、aは1〜12であることが好ましく、1〜10であることがより好ましく、3〜7であることがさらに好ましい。
In the general formula (I), A1 to Aa are the same or different and each represents an adenine nucleotide, a guanine nucleotide, a thymine nucleotide, or a cytosine nucleotide. The nucleotide sequence of the polynucleotide region comprising A1 to Aa (A1 to Aa region, the same shall apply hereinafter) is not particularly limited as long as it does not inhibit the functions of the primer region and aptamer region in the PCR primer. Can be set.
In the general formula (I), a represents an integer of 1 to 25. In the PCR primer of the present invention, a is preferably 1 to 12, more preferably 1 to 10, and further preferably 3 to 7.
前記一般式(I)において、P1〜Pm及びQ1〜Qmは、同一又は異なって、アデニンヌクレオチド、グアニンヌクレオチド、チミンヌクレオチド、又はシトシンヌクレオチドのいずれかを表し、P1〜PnはQ1〜Qnに相補的なヌクレオチドを表す。すなわち、P1〜Pn領域の塩基配列は、Q1〜Qn領域の塩基配列と相補的な塩基配列であり、P1〜Pn領域とQ1〜Qn領域とが対合することにより、ヘアピンループが形成される。
前記一般式(I)において、mは1〜25の整数を表す。本発明のPCR用プライマーにおいては、mは3〜25であることが好ましく、5〜25であることがより好ましく、10〜25であることがさらに好ましい。
In the general formula (I), P1 to Pm and Q1 to Qm are the same or different and represent any of adenine nucleotide, guanine nucleotide, thymine nucleotide, or cytosine nucleotide, and P1 to Pn are complementary to Q1 to Qn. Represents a nucleotide. That is, the base sequence of the P1-Pn region is a base sequence complementary to the base sequence of the Q1-Qn region, and a hairpin loop is formed when the P1-Pn region and the Q1-Qn region are paired. .
In the said general formula (I), m represents the integer of 1-25. In the PCR primer of the present invention, m is preferably from 3 to 25, more preferably from 5 to 25, and even more preferably from 10 to 25.
PCR阻害領域がDNAポリメラーゼによる伸長反応の進行を阻止し得るためには、PCRにおけるDNAポリメラーゼによる伸長反応時に、このヘアピンループ構造が安定的に形成されていることが必要である。ヘアピンループ構造の安定性は、P1〜Pn領域とQ1〜Qn領域との対合の安定性に依存しており、該対合の安定性は、Tm値を指標として判断することができる。 In order for the PCR inhibition region to prevent the progress of the extension reaction by DNA polymerase, it is necessary that this hairpin loop structure is stably formed during the extension reaction by DNA polymerase in PCR. The stability of the hairpin loop structure depends on the stability of the pairing between the P1 to Pn region and the Q1 to Qn region, and the stability of the pairing can be determined using the Tm value as an index.
このため、本発明のPCR用プライマーにおいては、P1〜Pn領域のTm値が、プライマー領域のTm値よりも高いことが好ましい。PCRにおけるプライマーと鋳型である標的核酸との対合の安定性よりも、ヘアピンループ構造の安定性が高いことにより、DNAポリメラーゼによる伸長反応時においても、このヘアピンループ構造がより安定的に形成される結果、アプタマー領域の二本鎖化を効果的に阻害することができる。本発明においては、P1〜Pn領域のTm値が、プライマー領域のTm値よりも1〜20℃高いことがより好ましく、5〜10℃高いことがさらに好ましい。 For this reason, in the primer for PCR of this invention, it is preferable that Tm value of P1-Pn area | region is higher than Tm value of a primer area | region. Since the stability of the hairpin loop structure is higher than the stability of the pairing between the primer and the target nucleic acid as a template in PCR, the hairpin loop structure is more stably formed even during the extension reaction by DNA polymerase. As a result, the double strand formation of the aptamer region can be effectively inhibited. In the present invention, the Tm value of the P1 to Pn region is more preferably 1 to 20 ° C higher than the Tm value of the primer region, and more preferably 5 to 10 ° C.
一方、前記一般式(II)中、B1〜Bb及びC1〜Ccは、同一又は異なって、アデニンヌクレオチド、グアニンヌクレオチド、チミンヌクレオチド、又はシトシンヌクレオチドのいずれかを表す。B1〜Bb領域及びC1〜Cc領域の各塩基配列は、PCR用プライマー中のプライマー領域及びアプタマー領域の機能を阻害しない限り、特に限定されるものではなく、任意に設定することができる。
前記一般式(I)において、b及びcは、同一又は異なって、1〜25の整数を表す。本発明のPCR用プライマーにおいては、b及びcは、同一又は異なって、1〜12であることが好ましく、1〜10であることがより好ましく、3〜7であることがさらに好ましい。
On the other hand, in said general formula (II), B1-Bb and C1-Cc are the same or different, and represent either an adenine nucleotide, a guanine nucleotide, a thymine nucleotide, or a cytosine nucleotide. Each base sequence of the B1 to Bb region and the C1 to Cc region is not particularly limited as long as the functions of the primer region and the aptamer region in the PCR primer are not inhibited, and can be arbitrarily set.
In the said general formula (I), b and c are the same or different and represent the integer of 1-25. In the PCR primer of the present invention, b and c are the same or different and are preferably 1 to 12, more preferably 1 to 10, and further preferably 3 to 7.
前記一般式(II)において、R1〜Rn、S1〜Sn、T1〜To、及びU1〜Uoは、同一又は異なって、アデニンヌクレオチド、グアニンヌクレオチド、チミンヌクレオチド、又はシトシンヌクレオチドのいずれかを表し、R1〜RnはS1〜Snに相補的なヌクレオチドを表し、T1〜TnはU1〜Unに相補的なヌクレオチドを表す。すなわち、R1〜Rn領域の塩基配列はS1〜Sn領域の塩基配列と相補的な塩基配列であり、T1〜Tn領域の塩基配列はU1〜Un領域の塩基配列と相補的な塩基配列であり、R1〜Rn領域とS1〜Sn領域、及びT1〜Tn領域とU1〜Un領域が、それぞれ対合することにより、シュードノットが形成される。
前記一般式(II)において、n及びoは、同一又は異なって、1〜25の整数を表す。本発明のPCR用プライマーにおいては、n及びoは、同一又は異なって、3〜25であることが好ましく、5〜25であることがより好ましく、10〜25であることがさらに好ましい。
In the general formula (II), R1 to Rn, S1 to Sn, T1 to To, and U1 to Uo are the same or different and each represents an adenine nucleotide, guanine nucleotide, thymine nucleotide, or cytosine nucleotide, and R1 ~ Rn represents a nucleotide complementary to S1 to Sn, and T1 to Tn represents a nucleotide complementary to U1 to Un. That is, the base sequence of the R1-Rn region is a base sequence complementary to the base sequence of the S1-Sn region, the base sequence of the T1-Tn region is a base sequence complementary to the base sequence of the U1-Un region, A pseudoknot is formed by the R1 to Rn region and the S1 to Sn region, and the T1 to Tn region and the U1 to Un region, respectively.
In the general formula (II), n and o are the same or different and each represents an integer of 1 to 25. In the PCR primer of the present invention, n and o are the same or different and are preferably 3 to 25, more preferably 5 to 25, and still more preferably 10 to 25.
前記一般式(I)で表される場合と同様に、前記一般式(II)で表される場合においても、PCRにおけるDNAポリメラーゼによる伸長反応時に、このシュードノット構造が安定的に形成されていることが必要である。シュードノット構造の安定性は、R1〜Rn領域とS1〜Sn領域との対合の安定性と、T1〜Tn領域とU1〜Un領域との対合の安定性との双方に依存しており、該対合の安定性は、Tm値を指標として判断することができる。 Similar to the case represented by the general formula (I), in the case represented by the general formula (II), this pseudo-knot structure is stably formed during the extension reaction by DNA polymerase in PCR. It is necessary. The stability of the pseudoknot structure depends on both the stability of the pairing of the R1 to Rn region and the S1 to Sn region and the pairing stability of the T1 to Tn region and the U1 to Un region. The stability of the pairing can be determined using the Tm value as an index.
このため、本発明のPCR用プライマーにおいては、R1〜Rn領域のTm値及びT1〜To領域のTm値の和が、プライマー領域のTm値よりも高いことが好ましい。本発明においては、R1〜Rn領域のTm値及びT1〜To領域のTm値の和が、プライマー領域のTm値よりも1〜20℃高いことがより好ましく、5〜10℃高いことがさらに好ましい。 For this reason, in the primer for PCR of this invention, it is preferable that the sum of Tm value of R1-Rn area | region and Tm value of T1-To area | region is higher than Tm value of a primer area | region. In the present invention, the sum of the Tm value of the R1 to Rn region and the Tm value of the T1 to To region is more preferably 1 to 20 ° C higher than the Tm value of the primer region, and further preferably 5 to 10 ° C higher. .
また、本発明のPCR用プライマーにおいては、前記一般式(I)におけるP1〜Pn領域のTm値や、前記一般式(II)におけるR1〜Rn領域のTm値及びT1〜To領域のTm値の和を、PCRの伸長反応温度よりも高くすることも好ましい。PCRの伸長反応時において、PCR阻害領域のヘアピンループ構造やシュードノット構造をより安定的に形成し得るためである。 In the PCR primer of the present invention, the Tm value of the P1 to Pn region in the general formula (I), the Tm value of the R1 to Rn region and the Tm value of the T1 to To region in the general formula (II). It is also preferable to make the sum higher than the elongation reaction temperature of PCR. This is because the hairpin loop structure and the pseudoknot structure of the PCR inhibition region can be more stably formed during the PCR extension reaction.
本発明においてアプタマー領域とは、PCR用プライマーのうち、機能性核酸であるアプタマーとして機能し得る塩基配列を有するポリヌクレオチド領域を意味する。アプタマーは、特定のリガンドと特異的に結合し得る立体構造を有する一本鎖核酸を意味する。但し、本発明において、特異的に結合するとは、該リガンドの検出や精製等に通常用いることができる程度に特異的に結合し得ることを意味し、他の物質等と交差するものであってもよい。 In the present invention, the aptamer region means a polynucleotide region having a base sequence that can function as an aptamer that is a functional nucleic acid, among PCR primers. An aptamer means a single-stranded nucleic acid having a three-dimensional structure that can specifically bind to a specific ligand. However, in the present invention, specifically binding means that it can be specifically bound to such an extent that it can be normally used for detection or purification of the ligand, and crosses with other substances. Also good.
アプタマー領域の塩基配列は、公知のアプタマーと同じ塩基配列を有していてもよく、所望のリガンドとの結合能を有するように任意に設計したものであってもよい。なお、特定のリガンドと結合し得る特定の三次構造を有する一本鎖核酸の塩基配列は、常法により設計することができる。本発明においては、アプタマーのリガンドの種類は特に限定されるものではなく、例えば、蛍光物質、ビオチン、グルタチオン、DNP(dinitorophenol)、ジゴキシゲニン、ジゴキシン、2以上の糖からなる糖鎖、6以上のアミノ酸からなるポリペプチド、オーキシン、ジベレリン、ステロイド、タンパク質、及び、それらの類縁体等がある。 The base sequence of the aptamer region may have the same base sequence as a known aptamer, or may be arbitrarily designed so as to have a binding ability with a desired ligand. The base sequence of a single-stranded nucleic acid having a specific tertiary structure that can bind to a specific ligand can be designed by a conventional method. In the present invention, the type of aptamer ligand is not particularly limited. For example, fluorescent substance, biotin, glutathione, DNP (dinitrophenol), digoxigenin, digoxin, sugar chain composed of two or more sugars, six or more amino acids Polypeptide, auxin, gibberellin, steroid, protein, and analogs thereof.
本発明におけるアプタマー領域は、DNAからなるポリヌクレオチドであってもよく、RNAからなるポリヌクレオチドであってもよく、DNA及びRNAからなるキメラポリヌクレオチドであってもよい。その他、人工核酸や、アミノ基等で修飾された修飾核酸を含むポリヌクレオチドであってもよい。より安価かつ簡便に合成することが可能であるため、DNA及び/又はRNAからなるポリヌクレオチドであることが好ましい。 The aptamer region in the present invention may be a polynucleotide composed of DNA, a polynucleotide composed of RNA, or a chimeric polynucleotide composed of DNA and RNA. In addition, the polynucleotide may be an artificial nucleic acid or a modified nucleic acid modified with an amino group or the like. A polynucleotide comprising DNA and / or RNA is preferable because it can be synthesized more inexpensively and easily.
このようにして設計した本発明のPCR用プライマーは、当該技術分野においてよく知られている方法のいずれを用いても合成することができる。例えば、オリゴ合成メーカーに依頼して合成してもよく、市販の自動核酸合成機を用いて独自に合成してもよい。 The PCR primer of the present invention thus designed can be synthesized using any method well known in the art. For example, it may be synthesized by requesting an oligo synthesis manufacturer, or may be synthesized independently using a commercially available automatic nucleic acid synthesizer.
また、本発明のPCR用プライマーの塩基配列は、任意に設計することができ、プライマー領域、PCR阻害領域、及びアプタマー領域以外にも、各領域の機能を阻害しない程度において、付加的な配列設けて様々な機能を付することもできる。該付加的な配列として、例えば、制限酵素認識配列や、リンカーとして機能し得る配列等がある。 In addition, the base sequence of the PCR primer of the present invention can be arbitrarily designed. In addition to the primer region, the PCR inhibition region, and the aptamer region, an additional sequence is provided as long as the function of each region is not inhibited. Various functions can be added. Examples of the additional sequence include a restriction enzyme recognition sequence and a sequence that can function as a linker.
さらに、本発明のPCR用プライマーは、該プライマーを用いて得られるPCR産物の検出や解析等を容易にするために、様々な標的分子により標識されたものであってもよい。該標識分子としては、通常ポリヌクレオチドの標識に用いられるものであれば、特に限定されるものではなく、PCR産物の検出方法等を考慮して適宜選択して用いることができる。このような標識分子として、例えば、分散性微粒子、酵素、磁気物質、蛍光物質、放射性同位体、化学発光物質等がある。その他、電気化学的に検出することが可能であるルテニウム錯体等であってもよい。該化学発光物質としては、ルミノール等のように無機反応により発光する物質であってもよく、ルシフェリン、セランテラジン等の酵素によって触媒される発光物質であってもよい。本発明のPCR用プライマーの標識分子としては、分散性微粒子、酵素、磁気物質等であることが好ましく、磁性粒子(磁気を帯びた分散性微粒子)又は酵素であることがより好ましい。 Furthermore, the PCR primer of the present invention may be labeled with various target molecules in order to facilitate detection and analysis of PCR products obtained using the primer. The label molecule is not particularly limited as long as it is generally used for labeling polynucleotides, and can be appropriately selected and used in consideration of a PCR product detection method and the like. Examples of such labeling molecules include dispersible fine particles, enzymes, magnetic substances, fluorescent substances, radioactive isotopes, chemiluminescent substances, and the like. In addition, it may be a ruthenium complex that can be detected electrochemically. The chemiluminescent substance may be a substance that emits light by an inorganic reaction such as luminol, or a luminescent substance that is catalyzed by an enzyme such as luciferin or coelenterazine. The labeled molecule of the PCR primer of the present invention is preferably a dispersible fine particle, an enzyme, a magnetic substance or the like, and more preferably a magnetic particle (magnetic dispersible fine particle) or an enzyme.
本発明において、分散性微粒子とは、溶液中で分散する微粒子を意味する。このような分散性微粒子としては、例えば、シリカ、ガラス、セラミックス、プラスチック、ラテックス等からなる粒子、磁性粒子、金、アルミニウム、ニッケル、アルミナ、チタニア、ジルコニア等からなる金属粒子、アガロースレジン等が挙げられる。PCR産物の回収や精製等が簡便になし得るため、本発明のPCR用プライマーの標識に用いられる分散性微粒子としては、磁性粒子であることが好ましい。 In the present invention, the dispersible fine particles mean fine particles dispersed in a solution. Examples of such dispersible fine particles include particles made of silica, glass, ceramics, plastics, latex and the like, magnetic particles, metal particles made of gold, aluminum, nickel, alumina, titania, zirconia, and agarose resin. It is done. Since the PCR product can be easily recovered and purified, the dispersible fine particles used for labeling the PCR primer of the present invention are preferably magnetic particles.
本発明において、磁性粒子は、磁性を帯びている粒子であれば、特に限定されるものではない。該磁性粒子として、例えば、四三酸化鉄(Fe3 O4 )、三二酸化鉄(γ−Fe2 O3 )、各種フェライト、鉄、マンガン、ニッケル、コバルト、クロム等の金属からなる粒子や、コバルト、ニッケル、マンガン等を含む合金からなる粒子等がある。また、該磁性粒子は、磁性体のみからなる粒子であってもよく、ラテックス粒子等の非磁性体粒子の内部に磁性体の微粒子を含有させた粒子であってもよい。 In the present invention, the magnetic particles are not particularly limited as long as they are magnetic particles. Examples of the magnetic particles include particles made of a metal such as triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ), iron sesquioxide (γ-Fe 2 O 3 ), various ferrites, iron, manganese, nickel, cobalt, and chromium, There are particles made of an alloy containing cobalt, nickel, manganese, and the like. The magnetic particles may be particles composed of only a magnetic material, or may be particles in which fine particles of a magnetic material are contained inside nonmagnetic particles such as latex particles.
本発明において、標識分子として用いられる分散性微粒子の平均粒子径は、特に限定されるものではなく、例えば0.1〜100μm程度の、分子生物学や生化学の分野において通常用いられている大きさのものを用いることができる。なお、分散性微粒子の検出として、全自動免疫比濁法装置等を用いて比濁を測定するには、分散性微粒子の粒径は0.3μm以下であることが好ましい。 In the present invention, the average particle size of the dispersible fine particles used as the labeling molecule is not particularly limited, and is a size usually used in the fields of molecular biology and biochemistry, for example, about 0.1 to 100 μm. Can be used. In order to measure the turbidity using a fully automatic immunoturbidimetric apparatus or the like as detection of the dispersible fine particles, the particle diameter of the dispersible fine particles is preferably 0.3 μm or less.
本発明のPCR用プライマーの標識に用いられる酵素としては、PCRや、本発明のPCR用プライマー中のアプタマー領域とリガンドとの結合等を阻害しないものであれば、特に限定されるものではなく、酵素反応を利用した標的物質の検出等において通常用いられている酵素から適宜選択して用いることができる。このような酵素として、例えば、アルカリホスファターゼ、ペルオキシダーゼ、ルシフェラーゼ等がある。 The enzyme used for labeling the PCR primer of the present invention is not particularly limited as long as it does not inhibit the binding between the PCR and the aptamer region in the PCR primer of the present invention and a ligand, The enzyme can be appropriately selected from enzymes usually used in detection of a target substance using an enzyme reaction. Examples of such enzymes include alkaline phosphatase, peroxidase, luciferase and the like.
本発明のPCR用プライマーの標識に用いられる蛍光物質としては、特に限定されるものでなく、核酸等の標識において通常用いられている蛍光物質から適宜選択して用いることができる。このような蛍光物質としては、例えば、FITC(フルオレセインイソチオシアナート)、フルオレセイン、ローダミン、TAMRA、NBD、TMR(テトラメチルローダミン)、Alexa dyeシリーズ(Molecular Probes社製)、Cy dyeシリーズ(GEヘルスケアバイオサイエンス社製)等がある。 The fluorescent substance used for labeling the PCR primer of the present invention is not particularly limited, and can be appropriately selected from fluorescent substances usually used for labeling nucleic acids and the like. Examples of such fluorescent substances include FITC (fluorescein isothiocyanate), fluorescein, rhodamine, TAMRA, NBD, TMR (tetramethylrhodamine), Alexa dye series (manufactured by Molecular Probes), Cy dye series (GE Healthcare). Bioscience).
本発明のPCR用プライマーを用いて、標的核酸を検出することができる。本発明のPCR用プライマーは、アプタマー標識されたものであるため、抗体標識等のように、標識の多様性に優れている。例えば、蛍光標識の場合には、標識に用いられる蛍光物質の種類が限られており、また、検出される蛍光の波長が重なる場合や蛍光の漏れこみがある場合には検出精度が落ちてしまう。このため、一の試料から検出できる標的核酸の種類が1〜3種類程度と限定される傾向がある。これに対して、本発明のPCR用プライマーの場合には、標的核酸の種類ごとに異なるリガンドに対するアプタマー領域を有するように設計すればよく、多様な標識が可能である。また、リガンドとアプタマーの結合は、抗原抗体反応と同様に特異性が高い。したがって、本発明のPCR用プライマーを用いることにより、マルチプレックスPCR産物のような複数種類のPCR産物が含まれている試料からも、標的核酸を簡便かつ高精度に検出することができる。 The target nucleic acid can be detected using the PCR primer of the present invention. Since the primer for PCR of the present invention is aptamer-labeled, it has excellent label diversity such as antibody labeling. For example, in the case of a fluorescent label, the types of fluorescent substances used for the label are limited, and the detection accuracy decreases when the detected fluorescence wavelengths overlap or there is leakage of fluorescence. . For this reason, there is a tendency that the types of target nucleic acids that can be detected from one sample are limited to about 1 to 3 types. On the other hand, in the case of the PCR primer of the present invention, it may be designed to have an aptamer region for a different ligand for each type of target nucleic acid, and various labels are possible. Further, the binding between the ligand and the aptamer has high specificity as in the antigen-antibody reaction. Therefore, by using the PCR primer of the present invention, a target nucleic acid can be easily and accurately detected from a sample containing a plurality of types of PCR products such as a multiplex PCR product.
具体的には、本発明の標的核酸の検出方法は、(a)本発明のPCR用プライマーを用いてPCRを行い、PCR産物を得る工程と、(b)前記工程(a)において得られたPCR産物を、前記PCR用プライマーのアプタマー領域と特異的に結合し得るリガンドと結合させることにより、PCR産物−リガンド複合体を形成する工程と、(c)前記工程(b)において得られたPCR産物−リガンド複合体を検出する工程と、を有することを特徴とする。
以下、工程ごとに説明する。
Specifically, the target nucleic acid detection method of the present invention was obtained by (a) performing PCR using the PCR primer of the present invention to obtain a PCR product, and (b) obtained in the step (a). A step of forming a PCR product-ligand complex by binding the PCR product to a ligand capable of specifically binding to the aptamer region of the PCR primer; and (c) the PCR obtained in the step (b). Detecting the product-ligand complex.
Hereinafter, it demonstrates for every process.
まず、工程(a)において、本発明のPCR用プライマーを用いてPCRを行い、PCR産物を得る。DNAポリメラーゼ、ヌクレオチド、反応バッファー等のPCRに用いられる試薬は、特に限定されるものではなく、通常PCRを行う場合に用いられるものを、通常用いられる量で用いることができる。DNAポリメラーゼは、耐熱性ポリメラーゼであることが好ましい。さらに、校正機能を有するポリメラーゼであってもよい。 First, in step (a), PCR is performed using the PCR primer of the present invention to obtain a PCR product. Reagents used for PCR, such as DNA polymerase, nucleotides, reaction buffer, etc. are not particularly limited, and those usually used for PCR can be used in the amounts usually used. The DNA polymerase is preferably a thermostable polymerase. Furthermore, a polymerase having a calibration function may be used.
PCRの反応条件は、用いるDNAポリメラーゼの種類、標的塩基配列の長さ、PCR阻害領域が有するループ構造の安定性等を考慮して、適宜決定することができる。PCR阻害領域が前記一般式(I)で表わされるポリヌクレオチドを有している場合には、前記一般式(I)におけるP1〜Pn領域のTm値が、PCRの伸長反応温度よりも高いことが好ましい。また、PCR阻害領域が前記一般式(II)で表わされるポリヌクレオチドを有している場合には、前記一般式(II)におけるR1〜Rn領域のTm値及びT1〜To領域のTm値の和が、PCRの伸長反応温度よりも高いことが好ましい。 PCR reaction conditions can be appropriately determined in consideration of the type of DNA polymerase used, the length of the target base sequence, the stability of the loop structure of the PCR inhibition region, and the like. When the PCR-inhibiting region has the polynucleotide represented by the general formula (I), the Tm values of the P1 to Pn regions in the general formula (I) may be higher than the PCR extension reaction temperature. preferable. Further, when the PCR-inhibiting region has the polynucleotide represented by the general formula (II), the sum of the Tm value of the R1 to Rn region and the Tm value of the T1 to To region in the general formula (II) Is preferably higher than the elongation reaction temperature of PCR.
次に、工程(b)として、工程(a)において得られたPCR産物を、PCR用プライマーのアプタマー領域と特異的に結合し得るリガンドと結合させることにより、PCR産物−リガンド複合体を形成する。具体的には、PCR産物が含まれているPCR溶液に、リガンドを添加し、適宜混合することにより、PCR産物とリガンドを接触させて、PCR産物−リガンド複合体を形成する。 Next, in step (b), the PCR product obtained in step (a) is bound to a ligand that can specifically bind to the aptamer region of the PCR primer, thereby forming a PCR product-ligand complex. . Specifically, a ligand is added to a PCR solution containing the PCR product and mixed as appropriate to bring the PCR product into contact with the ligand to form a PCR product-ligand complex.
なお、PCR産物に接触させるリガンドは、PCR産物−リガンド複合体の形成を阻害しない限りにおいて、標識分子を用いて標識したものであってもよい。リガンドを予め標識しておくことにより、PCR産物−リガンド複合体の検出をより簡便に行うことができる。リガンドの標識に用いられる標識分子としては、前述のPCR用プライマーの標識に用いることができる標識分子として挙げたものと同様のものを用いることができる。本発明の標的核酸の検出方法において用いられるリガンドの標識分子としては、分散性微粒子、酵素、蛍光物質、放射性同位体等であることが好ましく、磁性粒子(磁気を帯びた分散性微粒子)、ラテックス粒子、金粒子、酵素であることがより好ましい。 The ligand to be contacted with the PCR product may be labeled with a labeled molecule as long as it does not inhibit the formation of the PCR product-ligand complex. By preliminarily labeling the ligand, the PCR product-ligand complex can be detected more easily. As the labeling molecule used for labeling of the ligand, the same as those mentioned as the labeling molecules that can be used for labeling the above-mentioned PCR primer can be used. The ligand labeling molecule used in the target nucleic acid detection method of the present invention is preferably a dispersible fine particle, an enzyme, a fluorescent substance, a radioisotope, and the like. Magnetic particles (magnetic dispersible fine particles), latex More preferred are particles, gold particles, and enzymes.
その後、工程(c)として、得られたPCR産物−リガンド複合体を検出することにより、PCRにより増幅された標的核酸を検出することができる。PCR産物−リガンド複合体の検出方法は、特に限定されるものではなく、核酸やタンパク質等の検出において通常用いられる方法を利用して検出することができる。 Thereafter, as the step (c), the target nucleic acid amplified by PCR can be detected by detecting the obtained PCR product-ligand complex. The method for detecting the PCR product-ligand complex is not particularly limited, and the PCR product-ligand complex can be detected using a method usually used in the detection of nucleic acids, proteins and the like.
例えば、工程(b)において標識分子により標識されたリガンドを用いた場合には、該標識分子を利用して、PCR産物−リガンド複合体を簡便に検出することができる。より具体的には、例えば、標識分子として蛍光物質や放射性同位体を用いた場合には、該標識分子により発される蛍光や放射線を検出することにより、PCR産物−リガンド複合体を検出することができる。また、標識分子として酵素を用いた場合には、該酵素の基質を添加して酵素活性を測定することにより、PCR産物−リガンド複合体を検出することができる。さらに、標識分子として分散性微粒子を用いた場合には、遠心分離法等により分散性微粒子を回収することにより、PCR産物−リガンド複合体を回収・精製して検出することができる。標識分子として磁性粒子を用いた場合には、磁場を利用することにより、PCR産物−リガンド複合体を回収・精製して検出することができる。その他、免疫比濁法を利用して、分散性微粒子により標識されたリガンドを添加した後の溶液の濁度(光散乱度)を測定することによっても、PCR産物−リガンド複合体を検出することができる。 For example, when a ligand labeled with a labeled molecule is used in step (b), the PCR product-ligand complex can be easily detected using the labeled molecule. More specifically, for example, when a fluorescent substance or a radioisotope is used as a labeling molecule, a PCR product-ligand complex is detected by detecting fluorescence or radiation emitted by the labeling molecule. Can do. When an enzyme is used as the labeling molecule, the PCR product-ligand complex can be detected by adding the enzyme substrate and measuring the enzyme activity. Furthermore, when dispersible fine particles are used as the labeling molecule, the PCR product-ligand complex can be recovered and detected by collecting the dispersible fine particles by a centrifugal method or the like. When magnetic particles are used as labeling molecules, the PCR product-ligand complex can be recovered and detected by using a magnetic field. In addition, the PCR product-ligand complex can also be detected by measuring the turbidity (light scattering degree) of the solution after adding a ligand labeled with dispersible microparticles using an immunoturbidimetric method. Can do.
本発明の標的核酸の検出方法において、工程(a)におけるPCRにおいて、蛍光物質や放射性同位体等の修飾分子により修飾されたヌクレオチドを用いた場合には、該修飾分子から発される蛍光や放射線を検出することにより、PCR産物−リガンド複合体を検出することもできる。例えば、蛍光物質等で修飾されたヌクレオチドを用いて、工程(b)において分散性微粒子により標識されたリガンドを用いた場合には、遠心分離や磁場等を利用して回収された分散性微粒子の蛍光等を測定することにより、PCR産物−リガンド複合体を検出することができる。 In the method for detecting a target nucleic acid of the present invention, when a nucleotide modified with a modifying molecule such as a fluorescent substance or a radioisotope is used in the PCR in the step (a), fluorescence or radiation emitted from the modifying molecule is used. By detecting the PCR product-ligand complex can also be detected. For example, in the case where a ligand modified with a fluorescent substance or the like and a ligand labeled with a dispersible fine particle in step (b) is used, the dispersible fine particle recovered using centrifugation or a magnetic field is used. By measuring fluorescence or the like, the PCR product-ligand complex can be detected.
本発明の標的核酸の検出方法においては、工程(a)におけるPCRにおいて用いられる標的塩基配列を挟んだ2種類のプライマーのうち、一方を本発明のPCR用プライマーとし、他方を本発明のPCR用プライマー以外のプライマーとしてもよく、2種類とも本発明のPCR用プライマーとしてもよい。本発明のPCR用プライマー以外のプライマーとしては、通常PCRにおいて用いられるプライマーであれば特に限定されるものではなく、標識されたものであってもよく、標識されていないものであってもよい。 In the target nucleic acid detection method of the present invention, one of the two primers sandwiching the target base sequence used in the PCR in step (a) is used as the PCR primer of the present invention, and the other is used for the PCR of the present invention. Primers other than the primer may be used, and both types may be used as the PCR primers of the present invention. The primer other than the primer for PCR of the present invention is not particularly limited as long as it is a primer usually used in PCR, and may be labeled or may not be labeled.
本発明の標的核酸の検出方法において、工程(a)におけるPCRにおいて用いるフォワードプライマーとリバースプライマーを、共に本発明のPCR用プライマーとした場合には、例えば、両プライマーのアプタマー領域を同一のリガンド(例えば、リガンドa)に対するアプタマー(例えば、アプタマーA)とした場合には、両端が同一のアプタマーAで標識されたPCR産物を得ることができる。一方、フォワードプライマーのアプタマー領域はリガンドaに対するアプタマーAとし、リバースプライマーのアプタマー領域はリガンドbに対するアプタマーBとした場合には、一方の端にはアプタマーA、他方の端にはアプタマーBで標識されたPCR産物を得ることができる。 In the method for detecting a target nucleic acid of the present invention, when both the forward primer and the reverse primer used in the PCR in the step (a) are the PCR primers of the present invention, for example, the aptamer region of both primers is the same ligand ( For example, when an aptamer for ligand a) is used (for example, aptamer A), a PCR product labeled at both ends with the same aptamer A can be obtained. On the other hand, when the aptamer region of the forward primer is aptamer A for ligand a and the aptamer region of the reverse primer is aptamer B for ligand b, aptamer A is labeled at one end and aptamer B is labeled at the other end. PCR products can be obtained.
図2は、両端をそれぞれ異なるアプタマーで標識されたPCR産物の検出方法を模式的に示した図である。図中、「A」はアプタマーAを、「a」はリガンドaを、「B」はアプタマーBを、「b」はリガンドbを、それぞれ示している。PCR産物9に、リガンドbを結合させた分散性粒子10を接触させると、リガンドbとアプタマーBの結合により、PCR産物−リガンドb−分散性粒子複合体が形成される。そこで、分散性微粒子を回収することにより、簡便にPCR産物を回収・精製することができる。回収されたPCR産物をリガンドaと接触させると、リガンドaとアプタマーAの結合を利用して、より高精度にPCR産物を検出することができる。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a method for detecting a PCR product labeled at both ends with different aptamers. In the figure, “A” indicates aptamer A, “a” indicates ligand a, “B” indicates aptamer B, and “b” indicates ligand b. When the
その他、PCR産物に、リガンドbを結合させた分散性粒子とリガンドaを結合させた分散性粒子とを接触させることにより、分散性粒子−リガンドa−PCR産物−リガンドb−分散性粒子複合体が形成される。このように大きな粒子が形成されることにより、溶液の濁度(光散乱度)の変化をより大きくすることができるため、免疫比濁法を利用したPCR産物の検出により好適である。 In addition, a dispersive particle-ligand a-PCR product-ligand b-dispersible particle complex is obtained by bringing a dispersible particle having ligand b bound thereto and a dispersible particle having ligand a bound thereto into contact with the PCR product. Is formed. By forming such large particles, the change in the turbidity (light scattering degree) of the solution can be further increased. Therefore, it is preferable to detect a PCR product using an immunoturbidimetric method.
本発明のPCR用プライマーを用いて得られたPCR産物は、リガンドに対する検出用プローブとして使用することもできる。すなわち、標的生体分子をリガンドとし、該リガンドに対するアプタマーとして機能し得るアプタマー領域を有するPCR用プライマーを用いてPCRを行い、得られたPCR産物を検出用プローブとして用いることにより、標的生体分子を検出することができる。 The PCR product obtained using the PCR primer of the present invention can also be used as a detection probe for a ligand. That is, a target biomolecule is detected as a ligand, PCR is performed using a PCR primer having an aptamer region that can function as an aptamer for the ligand, and the obtained PCR product is used as a detection probe. can do.
なお、本発明における標的生体分子は、検出等の対象である生体分子を意味する。また、生体分子とは、タンパク質、脂質、糖類、核酸、ビタミン類等の低分子化合物等の生体を構成する分子を意味する。 In addition, the target biomolecule in this invention means the biomolecule which is object of detection etc. The biomolecule means a molecule constituting the living body such as a low molecular compound such as protein, lipid, saccharide, nucleic acid, vitamins and the like.
具体的には、本発明の標的生体分子の検出方法は、試料溶液中の標的生体分子を検出する方法であって、(a’)標的生体分子と特異的に結合し得るアプタマー領域を有する本発明のPCR用プライマーを用いてPCRを行い、PCR産物を得る工程と、(b’)前記工程(a’)において得られたPCR産物を、試料溶液に添加し、PCR産物−標的生体分子複合体を形成する工程と、(c’)前記工程(b’)において得られたPCR産物−標的生体分子複合体を検出する工程と、を有することを特徴とする。 Specifically, the method for detecting a target biomolecule of the present invention is a method for detecting a target biomolecule in a sample solution, and (a ′) a book having an aptamer region that can specifically bind to the target biomolecule. A step of performing PCR using the PCR primer of the invention to obtain a PCR product; and (b ′) adding the PCR product obtained in the step (a ′) to the sample solution, and combining the PCR product and the target biomolecule complex And (c ′) detecting the PCR product-target biomolecule complex obtained in the step (b ′).
例えば、工程(a’)におけるPCRにおいて、本発明の標的核酸の検出方法における工程(a)と同様に、蛍光物質や放射性同位体等の修飾分子により修飾されたヌクレオチドを用いた場合には、得られたPCR産物は、蛍光等により修飾されたアプタマーとして機能し得る。このため、工程(c’)において、修飾されたヌクレオチドから発される蛍光等を測定することにより、試料溶液中の標的生体分子を検出することができる。 For example, in the PCR in the step (a ′), as in the step (a) in the method for detecting a target nucleic acid of the present invention, when a nucleotide modified with a modifying molecule such as a fluorescent substance or a radioisotope is used, The obtained PCR product can function as an aptamer modified by fluorescence or the like. Therefore, in step (c ′), the target biomolecule in the sample solution can be detected by measuring fluorescence emitted from the modified nucleotide.
図3は、修飾されたヌクレオチドを用いてPCRを行った場合の標的生体分子の検出方法を模式的に示した図である。図中、「A」と「a」は図2と同様である。蛍光物質11で修飾されたヌクレオチドdGTPを用いてPCRを行うと、蛍光物質11で標識されたPCR産物12が得られる。このPCR産物12は、標的生体分子であるリガンドaと結合するため、蛍光物質11から発される蛍光を測定することにより、標的生体分子を検出することができる。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a method of detecting a target biomolecule when PCR is performed using a modified nucleotide. In the figure, “A” and “a” are the same as those in FIG. When PCR is performed using a nucleotide dGTP modified with the
なお、本発明の標的核酸の検出方法と同様に、工程(a’)におけるPCRにおいて用いるフォワードプライマーとリバースプライマーを、共に本発明のPCR用プライマーとすることにより、両端に標的生体分子と特異的に結合し得るアプタマー領域を有するPCR産物や、一方に標的生体分子と特異的に結合し得るアプタマー領域を有し、他方に標的生体分子以外のリガンドと特異的に結合し得るアプタマー領域を有するPCR産物を得ることができる。 As in the target nucleic acid detection method of the present invention, both the forward primer and the reverse primer used in the PCR in the step (a ′) are the PCR primers of the present invention, so that the target biomolecule and the specific primer are specific at both ends. PCR product having an aptamer region that can bind to the target, or an aptamer region that can specifically bind to the target biomolecule on one side and an aptamer region that can specifically bind to a ligand other than the target biomolecule on the other side The product can be obtained.
例えば、一方に標的生体分子と特異的に結合し得るアプタマー領域を有し、他方に標的生体分子以外のリガンド(例えば、リガンドb)と特異的に結合し得るアプタマー領域を有するPCR産物を得た場合に、工程(b’)において、本発明の標的核酸の検出方法における工程(b)と同様に、標識分子により標識されたリガンドbを用いた場合には、標的生体分子−PCR産物−リガンドb−標識分子複合体が形成されるため、該標識分子を利用して、試料溶液中の標的生体分子を簡便に検出することができる。なお、リガンドbの標識に用いられる標識分子としては、前述のPCR用プライマーの標識に用いることができる標識分子として挙げたものと同様のものを用いることができる。 For example, a PCR product having an aptamer region that can specifically bind to a target biomolecule on one side and an aptamer region that can specifically bind to a ligand other than the target biomolecule (eg, ligand b) was obtained. In step (b ′), in the same manner as in step (b) in the method for detecting a target nucleic acid of the present invention, when ligand b labeled with a labeled molecule is used, target biomolecule-PCR product-ligand Since the b-label molecule complex is formed, the target biomolecule in the sample solution can be easily detected using the label molecule. In addition, as a labeled molecule used for labeling of the ligand b, the same as those mentioned as the labeled molecules that can be used for labeling the above-mentioned PCR primer can be used.
また、分散性微粒子により標識されたリガンドbを用いた場合には遠心分離法等により、特に磁性粒子により標識されたリガンドbを用いた場合には磁場を利用することにより、分散性微粒子と複合体を形成している標的生体分子を、回収・精製して検出することができる。その他、金粒子により標識されたリガンドbを用いた場合には、表面プラズモン共鳴(SPR;Surface Plasmon Resonance)によって標的生体分子を定量化することも可能である。 Further, when ligand b labeled with dispersible fine particles is used, it is combined with the dispersible fine particles by using a centrifugal method or the like, and particularly when ligand b labeled with magnetic particles is used, a magnetic field is used. The target biomolecule forming the body can be recovered and purified and detected. In addition, when ligand b labeled with gold particles is used, it is also possible to quantify the target biomolecule by surface plasmon resonance (SPR; Surface Plasmon Resonance).
次に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to a following example.
[実施例1]
ストレプトアビジンに特異的に結合し得るアプタマー領域を有する本発明のPCR用プライマーを用いて、標的核酸を検出した。なお、標的塩基配列は、プラスミド(pBlueScript II SK+)中の塩基配列(配列番号7)とした。
<プライマーの設計>
標的核酸をPCR増幅するためのプライマーとして、ストレプトアビジンに特異的に結合し得るアプタマー領域(Anti−StAvアプタマー領域)と、ヘアピンループ構造を有するPCR阻害領域と、プライマー領域を有するフォワードプライマー(PSA−Primer−F、配列番号1)とリバースプライマー(PSA−Primer−R、配列番号2)、プライマー領域のみを有するフォワードプライマー(P−Primer−F、配列番号3)とリバースプライマー(P−Primer−R、配列番号4)、Anti−StAvアプタマー領域とプライマー領域とを有するフォワードプライマー(PA−Primer−F、配列番号5)とリバースプライマー(PA−Primer−R、配列番号6)を、それぞれ設計した。
各プライマーの塩基配列を表1に示す。表1の各塩基配列中、大文字がプライマー領域であり、白黒反転の大文字がPCR阻害領域であり、下線付大文字がAnti−StAvアプタマー領域である。また、図4に、シミュレーションにより求めたPCR阻害領域のヘアピンループ構造を示す。図4中、「A」(CATG)が、前記一般式(I)におけるA1〜Aa領域(a=4)に相当し、「P」がP1〜Pm領域(m=19)に相当し、「Q」がQ1〜Qm領域(m=19)に相当する。
これらのプライマーのうち、プライマー領域のTm値は55℃であり、PCR阻害領域のTm値(P1〜P19領域のTm値)は69℃であった。
また、これらの設計に基づき、化学合成をすることにより、各プライマーを得た。
[Example 1]
The target nucleic acid was detected using the PCR primer of the present invention having an aptamer region capable of specifically binding to streptavidin. The target base sequence was the base sequence (SEQ ID NO: 7) in the plasmid (pBlueScript II SK +).
<Primer design>
As primers for PCR amplification of the target nucleic acid, an aptamer region that can specifically bind to streptavidin (Anti-StAv aptamer region), a PCR inhibition region having a hairpin loop structure, and a forward primer (PSA-) having a primer region Primer-F, SEQ ID NO: 1) and reverse primer (PSA-Primer-R, SEQ ID NO: 2), forward primer having only the primer region (P-Primer-F, SEQ ID NO: 3) and reverse primer (P-Primer-R) , SEQ ID NO: 4), a forward primer (PA-Primer-F, SEQ ID NO: 5) having an Anti-StAv aptamer region and a primer region and a reverse primer (PA-Primer-R, SEQ ID NO: 6) were designed, respectively.
The base sequence of each primer is shown in Table 1. In each base sequence of Table 1, the capital letter is the primer region, the black and white inverted capital letter is the PCR inhibition region, and the underlined capital letter is the Anti-StAv aptamer region. FIG. 4 shows the hairpin loop structure of the PCR inhibition region obtained by simulation. In FIG. 4, “A” (CATG) corresponds to the A1 to Aa region (a = 4) in the general formula (I), “P” corresponds to the P1 to Pm region (m = 19), “ “Q” corresponds to the Q1 to Qm region (m = 19).
Among these primers, the Tm value of the primer region was 55 ° C., and the Tm value of the PCR inhibition region (Tm value of the P1 to P19 region) was 69 ° C.
Moreover, each primer was obtained by carrying out chemical synthesis based on these designs.
<PCR>
プラスミド(pBlueScript II SK+)を鋳型とし、PSA−Primer−F及びPSA−Primer−Rからなるプライマーセット、P−Primer−F及びP−Primer−Rからなるプライマーセット、PA−Primer−F及びPA−Primer−Rからなるプライマーセットを、それぞれ用いてPCRを行い、PCR産物を得た。各プライマーセットのフォワードプライマーとリバースプライマーを、それぞれ10μMとなるように混合して、プライマーミックス溶液を調製した。
具体的には、5μLの10×KOD−plus−用PCRバッファー(東洋紡社製)に対して、2mM dNTPsを5μL、25mM硫酸マグネシウムを2μL、プライマーミックス溶液を1.5μL、プラスミド溶液を1μL、10pg/μLのKOD−plus−(東洋紡社製)を1μLそれぞれ添加し、滅菌した超純水を適当量添加して、50μLのPCR溶液を調製した。該PCR溶液を、94℃で2分間処理した後、94℃で15秒間、55℃で30秒間、68℃で1分間の熱サイクルを30サイクル行うことにより、PCRを行った。
<PCR>
Using a plasmid (pBlueScript II SK +) as a template, a primer set consisting of PSA-Primer-F and PSA-Primer-R, a primer set consisting of P-Primer-F and P-Primer-R, PA-Primer-F and PA- PCR was performed using each primer set consisting of Primer-R to obtain a PCR product. The primer primer solution was prepared by mixing the forward primer and the reverse primer of each primer set so as to be 10 μM each.
Specifically, for 5 μL of 10 × KOD-plus- PCR buffer (manufactured by Toyobo Co., Ltd.), 5 μL of 2 mM dNTPs, 2 μL of 25 mM magnesium sulfate, 1.5 μL of primer mix solution, 1 μL of plasmid solution, 10 pg 1 μL of / μL KOD-plus- (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was added, and an appropriate amount of sterilized ultrapure water was added to prepare 50 μL of a PCR solution. The PCR solution was treated at 94 ° C. for 2 minutes, and then subjected to PCR by performing 30 cycles of thermal cycles of 94 ° C. for 15 seconds, 55 ° C. for 30 seconds, and 68 ° C. for 1 minute.
<PCR産物の検出>
ストレプトアビジンを用いてゲルシフトアッセイをすることにより、得られたPCR産物を検出した。
まず、5μLのPCR後のPCR溶液を、500ngのストレプトアビジンと混合した。その後、この混合物をNative−PAGEにより分離し、CYBR Green I及びSYPRO Rubyにより染色し、PCR産物を検出した。
この結果、ストレプトアビジンのみの溶液を分離した場合と比較すると、PSA−Primer−F及びPSA−Primer−Rからなるプライマーセットを用いて得られたPCR産物においてのみ、ゲルシフトが観察され、ストレプトアビジンとの結合が確認された。
この結果から、PCR阻害領域を有する本発明のPCR用プライマーを用いた場合には、アプタマー領域のリガンド結合能を維持したPCR産物を得ることができるため、リガンドを用いてPCR産物を検出し得ることが明らかである。
<Detection of PCR products>
The resulting PCR product was detected by performing a gel shift assay with streptavidin.
First, 5 μL of the PCR solution after PCR was mixed with 500 ng of streptavidin. Thereafter, this mixture was separated by Native-PAGE and stained with CYBR Green I and SYPRO Ruby to detect PCR products.
As a result, as compared with the case where the solution containing only streptavidin was separated, gel shift was observed only in the PCR product obtained using the primer set consisting of PSA-Primer-F and PSA-Primer-R, and streptavidin and Binding was confirmed.
From this result, when the PCR primer of the present invention having a PCR inhibitory region is used, a PCR product maintaining the ligand binding ability of the aptamer region can be obtained, so that the PCR product can be detected using the ligand. It is clear.
[実施例2]
本発明のPCR用プライマーを用いて、標的生体分子を検出した。標的生体分子をストレプトアビジンとし、フォワードプライマーとして実施例1で合成したPSA−Primer−Fを、リバースプライマーとしてP−Primer−Rを、それぞれ用いた。なお、予め、PSA−Primer−FとP−Primer−Rを、それぞれ10μMとなるように混合して、プライマーミックス溶液を調製した。
[Example 2]
The target biomolecule was detected using the PCR primer of the present invention. Streptavidin was used as a target biomolecule, PSA-Primer-F synthesized in Example 1 was used as a forward primer, and P-Primer-R was used as a reverse primer. In addition, PSA-Primer-F and P-Primer-R were mixed in advance so as to be 10 μM, respectively, thereby preparing a primer mix solution.
<PCR>
プラスミド(pBlueScript II SK+)を鋳型とし、蛍光物質であるCy3(GEヘルスケアバイオサイエンス社製)で修飾されたヌクレオチド(Cy3 conjugated dGTP)を用いてPCRを行い、PCR産物を得た。
具体的には、5μLの10×KOD−plus−用PCRバッファー(東洋紡社製)に対して、5mM dATPを2μL、5mM dTTPを2μL、5mM dCTPを2μL、5mM Cy3 conjugated dGTPを2μL、25mM硫酸マグネシウムを2μL、プライマーミックス溶液を1.5μL、プラスミド溶液を1μL、10pg/μLのKOD−plus−(東洋紡社製)を1μLそれぞれ添加し、滅菌した超純水を適当量添加して、50μLのPCR溶液を調製した。該PCR溶液を、94℃で2分間処理した後、94℃で15秒間、55℃で30秒間、68℃で1分間の熱サイクルを30サイクル行うことにより、PCRを行った。
<PCR>
Using a plasmid (pBlueScript II SK +) as a template, PCR was performed using a nucleotide (Cy3 conjugated dGTP) modified with Cy3 (manufactured by GE Healthcare Bioscience), which is a fluorescent substance, to obtain a PCR product.
Specifically, 2 μL of 5 mM dATP, 2 μL of 5 mM dTTP, 2 μL of 5 mM dCTP, 2 μL of 5 mM Cy3 conjugated dGTP, 25 mM magnesium sulfate with respect to 5 μL of 10 × KOD-plus- PCR buffer (manufactured by Toyobo) 2 μL, primer mix solution 1.5 μL, plasmid solution 1 μL, 10 pg / μL KOD-plus- (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) 1 μL respectively, an appropriate amount of sterilized ultrapure water was added, and 50 μL PCR was added. A solution was prepared. The PCR solution was treated at 94 ° C. for 2 minutes, and then subjected to PCR by performing 30 cycles of thermal cycles of 94 ° C. for 15 seconds, 55 ° C. for 30 seconds, and 68 ° C. for 1 minute.
<ストレプトアビジンの検出>
ストレプトアビジンを転写した転写膜に対してウェスタンブロッティングを行うことにより、ストレプトアビジンを検出した。
まず、ストレプトアビジンを転写した転写膜を2枚作製した。具体的には、1、5、10、50、100、500、及び1000μgのストレプトアビジンをPAGEで展開した後、ニトロセルロース膜に転写し、スキムミルクを用いてブロッキング処理を行った。
この2枚の転写膜のうち、1枚にはPCR産物を添加し、他の1枚にはCy3標識抗ストレプトアビジン抗体(GEヘルスケアバイオサイエンス社製)を添加し、それぞれ室温で30分間反応させた。その後、蛍光イメージャーを用いて、転写膜中のストレプトアビジンに結合したCy3標識物の検出を行った。
この結果、PCR産物を用いることにより、Cy3標識抗ストレプトアビジン抗体を用いた場合よりも高い感度でストレプトアビジンを検出することができた。すなわち、本発明のPCR用プライマーを用いて得られたPCR産物を検出用プローブとして用いることにより、生体分子を検出し得ることが明らかである。
<Detection of streptavidin>
Streptavidin was detected by performing Western blotting on the transfer membrane to which streptavidin was transferred.
First, two transfer films to which streptavidin was transferred were prepared. Specifically, 1, 5, 10, 50, 100, 500, and 1000 μg of streptavidin were developed by PAGE, transferred to a nitrocellulose membrane, and blocked with skim milk.
PCR product is added to one of these two transfer membranes, and Cy3-labeled anti-streptavidin antibody (GE Healthcare Bioscience) is added to the other one, and each is reacted at room temperature for 30 minutes. I let you. Thereafter, a Cy3-labeled substance bound to streptavidin in the transfer film was detected using a fluorescence imager.
As a result, by using the PCR product, streptavidin could be detected with higher sensitivity than when the Cy3-labeled anti-streptavidin antibody was used. That is, it is clear that a biomolecule can be detected by using a PCR product obtained using the PCR primer of the present invention as a detection probe.
本発明のPCR用プライマーは、簡易に合成することができ、かつ標識の多様性に優れているため、核酸等の生体分子を検出するような生化学、分子生物学、臨床検査等の分野で利用が可能である。 Since the PCR primer of the present invention can be easily synthesized and has excellent diversity of labels, it can be used in fields such as biochemistry, molecular biology, and clinical testing that detect biomolecules such as nucleic acids. It can be used.
1a…プライマー領域、1b…PCR阻害領域、1c…アプタマー領域、2…本発明のPCR用プライマー、3…対照プライマー、4…標的核酸、5…リバースプライマー、6…PCR産物、7…PCR産物、8…リガンド、9…PCR産物、10…分散性粒子、11…蛍光物質、12…PCR産物。
DESCRIPTION OF
Claims (18)
プライマー領域と、前記プライマー領域の5’側にPCR阻害領域と、前記PCR阻害領域の5’側にアプタマー領域とを有し、前記PCR阻害領域が、ヘアピンループ構造又はシュードノット構造を有することを特徴とする、PCR用プライマー。 Primers used for PCR (Polymerase Chain Reaction),
A primer region, a PCR inhibitory region on the 5 ′ side of the primer region, and an aptamer region on the 5 ′ side of the PCR inhibitory region, wherein the PCR inhibitory region has a hairpin loop structure or a pseudoknot structure. Characteristic primer for PCR.
(a)PCR用プライマーを用いてPCRを行い、PCR産物を得る工程と、
(b)前記工程(a)において得られたPCR産物を、前記PCR用プライマーのアプタマー領域と特異的に結合し得るリガンドと結合させることにより、PCR産物−リガンド複合体を形成する工程と、
(c)前記工程(b)において得られたPCR産物−リガンド複合体を検出する工程と、
を有し、前記PCR用プライマーが請求項1〜8のいずれか記載のPCR用プライマーであることを特徴とする、標的核酸の検出方法。 A method for detecting a target nucleic acid having a target base sequence,
(A) performing PCR using PCR primers to obtain a PCR product;
(B) forming the PCR product-ligand complex by binding the PCR product obtained in the step (a) with a ligand capable of specifically binding to the aptamer region of the PCR primer;
(C) detecting the PCR product-ligand complex obtained in the step (b);
A method for detecting a target nucleic acid, characterized in that the PCR primer is the PCR primer according to any one of claims 1 to 8.
前記一般式(I)におけるP1〜Pnからなるポリヌクレオチド領域のTm値、又は、前記一般式(II)におけるR1〜Rnからなるポリヌクレオチド領域のTm値及びT1〜Toからなるポリヌクレオチド領域のTm値の和が、前記工程(a)におけるPCRの伸長反応温度よりも高いことを特徴とする請求項9記載の標的核酸の検出方法。 The PCR primer is the PCR primer according to any one of claims 2 to 8,
Tm value of the polynucleotide region consisting of P1 to Pn in the general formula (I), or Tm value of the polynucleotide region consisting of R1 to Rn and the Tm of the polynucleotide region consisting of T1 to To in the general formula (II) The method for detecting a target nucleic acid according to claim 9, wherein the sum of the values is higher than the PCR extension reaction temperature in the step (a).
(a’)標的生体分子と特異的に結合し得るアプタマー領域を有するPCR用プライマーを用いてPCRを行い、PCR産物を得る工程と、
(b’)前記工程(a’)において得られたPCR産物を、試料溶液に添加し、PCR産物−標的生体分子複合体を形成する工程と、
(c’)前記工程(b’)において得られたPCR産物−標的生体分子複合体を検出する工程と、
を有し、前記PCR用プライマーが請求項1〜8のいずれか記載のPCR用プライマーであることを特徴とする、標的生体分子の検出方法。 A method for detecting a target biomolecule in a sample solution,
(A ′) performing PCR using a primer for PCR having an aptamer region capable of specifically binding to a target biomolecule to obtain a PCR product;
(B ′) adding the PCR product obtained in the step (a ′) to a sample solution to form a PCR product-target biomolecule complex;
(C ′) detecting the PCR product-target biomolecule complex obtained in the step (b ′);
A method for detecting a target biomolecule, characterized in that the PCR primer is the PCR primer according to any one of claims 1 to 8.
前記一般式(I)におけるP1〜Pnからなるポリヌクレオチド領域のTm値、又は、前記一般式(II)におけるR1〜Rnからなるポリヌクレオチド領域のTm値及びT1〜Toからなるポリヌクレオチド領域のTm値の和が、前記工程(a’)におけるPCRの伸長反応温度よりも高いことを特徴とする請求項15記載の標的生体分子の検出方法。 The PCR primer is the PCR primer according to any one of claims 2 to 8,
Tm value of the polynucleotide region consisting of P1 to Pn in the general formula (I), or Tm value of the polynucleotide region consisting of R1 to Rn and the Tm of the polynucleotide region consisting of T1 to To in the general formula (II) 16. The method for detecting a target biomolecule according to claim 15, wherein the sum of the values is higher than the PCR extension reaction temperature in the step (a ′).
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