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JPH0257978A - Method for determining arrangement of dna base - Google Patents

Method for determining arrangement of dna base

Info

Publication number
JPH0257978A
JPH0257978A JP63210024A JP21002488A JPH0257978A JP H0257978 A JPH0257978 A JP H0257978A JP 63210024 A JP63210024 A JP 63210024A JP 21002488 A JP21002488 A JP 21002488A JP H0257978 A JPH0257978 A JP H0257978A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dna
template
reaction
primer
mdntp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP63210024A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kanra Tsuungu
ツーング カンラ
Masayori Inoue
井上 正順
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Takara Shuzo Co Ltd
Original Assignee
Takara Shuzo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Takara Shuzo Co Ltd filed Critical Takara Shuzo Co Ltd
Priority to JP63210024A priority Critical patent/JPH0257978A/en
Publication of JPH0257978A publication Critical patent/JPH0257978A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/55Design of synthesis routes, e.g. reducing the use of auxiliary or protecting groups

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  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Saccharide Compounds (AREA)

Abstract

PURPOSE:To simplify the determination of the arrangement of a DNA base by using the derivatives of deoxyribonucleoside-5'-trillin acid dNTP, performing DNA polymerase action, and repeating a step for returning a state into the state wherein the elongation of the dNTP derivatives can be performed. CONSTITUTION:A DNA which is to be subjected to structure analysis undergoes cloning once in colibacillus by using a vector which can form one-chain DNA such as MB phage and PVC118/119 based plasmid. The transformed one-chain DNA which is obtained by cloning is used as a template. A complementary short-chain DNA is bonded to said template DNA as a primer. Enzyme having DNA polymerase activity is made to act on the obtained template primer com posite body. Four kinds of MdNTP derivatives of dNTP having complementary labels are incorporated in the template DNA. The enzyme and the substrate are removed from the composite system of the template, primer and MdNTP. The protecting group of the newly introduced MdNTP is eliminated, and a state wherein the DNA chain can be elongated is introduced. The composite body generated at this time can enter into the next new cycle.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はDNAの塩基配列決定方法および装置に関する
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method and apparatus for determining DNA base sequences.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

DNA塩基配列の決定方法の開発は、分子生物学の研究
の発展や遺伝子工学の成功に大きく寄与してきた。現在
二つの方法が広く利用されており、その一つはマクサム
及びギルバートが開発したマクサム−ギルバート法〔ニ
ー・エム・マクサム及びダブリュー・ギルバート、メソ
ツズ・イン・エンザイモロジー、第65巻、第499〜
560頁(1980))であり、もう一つはサンガーら
が開発し〔エフ・サンガーニス・ニツクレン及びニー−
7−ル・クールソン、プロシーデイングズ・オプeザ自
ナショナル・アカデミ−・オプ・サイエンシイズ・オプ
・ジ・USA第74巻、第5463〜5467頁(19
77))、メツシングらによって改良さ′れたM13フ
ァージ〔ジエー・メツシング、メソツズ・イン・工ンザ
イモロジー、第101巻、第20〜78頁(1983)
)を用いたジデオキシ法(鎖ターミネイター法)である
The development of methods for determining DNA base sequences has greatly contributed to the development of molecular biology research and the success of genetic engineering. Currently, two methods are widely used, one of which is the Maxam-Gilbert method developed by Maxam and Gilbert [N. M. Maxam and W. Gilbert, Methods in Enzymology, Vol. 65, No. 499] ~
560 pages (1980)), and the other was developed by Sanger et al.
7-Le Coulson, Proceedings of the National Academy of Sciences Op. USA Vol. 74, pp. 5463-5467 (19
77)), the M13 phage improved by Metssing et al. [J. Metssing, Methods in Engineering, Vol. 101, pp. 20-78 (1983)]
) is the dideoxy method (chain terminator method).

マクサム−ギルバート法は3′−または5′−末端が°
”Pで標識された1重鎮又は2本鎖DNAの4種の各塩
基に特異的な化学処理を行い、各塩基の位置でDNAを
選択的に切断させる。得られた分解産物を電気泳動法に
よりDNAの1塩基ずつの長さの違いによつ【分離し1
各バンドに対応する塩基を同定することで配列を決定す
る。
The Maxam-Gilbert method uses the 3'- or 5'-terminal
``A specific chemical treatment is applied to each of the four types of bases in P-labeled single-stranded or double-stranded DNA to selectively cleave the DNA at each base position.The resulting degradation products are subjected to electrophoresis. Due to the difference in length of each base of DNA, [separation 1
The sequence is determined by identifying the bases corresponding to each band.

一方ジデオキシ法ではDNA断片なM13ファージにク
ローニングし、これに相補的なりNAを合成させるとき
、基質としてdNTP以外に4種の各塩基に対応するτ
、3′−ジデオキシ同族体(ddNTP )を存在させ
る。各ddNTPが取り込まれた位置で伸長反応は停止
するために、鎖長の異なるDNAを電気泳動法により分
離することでマクサム−ギルバート法と同様に配列を決
定できる。
On the other hand, in the dideoxy method, a DNA fragment is cloned into M13 phage, and when complementary NA is synthesized, τ corresponding to each of the four bases in addition to dNTP is used as a substrate.
, 3'-dideoxy congeners (ddNTPs) are present. Since the elongation reaction stops at the position where each ddNTP is incorporated, the sequence can be determined in the same manner as the Maxam-Gilbert method by separating DNAs with different chain lengths by electrophoresis.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

これらのDNA塩基配列決定方法はそれぞれいくつかの
変法を有するが、いずれも電気泳動法を利用することを
特徴とする。したがってDNA試料の反応、電気泳動、
電気泳動により得られたゲル上のバンドの解読という複
数個の操作が必要であり、煩雑であるばかりでなく自動
化を行うにも不適当である。またDNA鎖が長くなるに
つれて、読み取り精度が低下する。
Each of these DNA base sequencing methods has several variations, but all are characterized by the use of electrophoresis. Therefore, reaction of DNA sample, electrophoresis,
This method requires multiple operations such as deciphering the bands on the gel obtained by electrophoresis, which is not only complicated but also unsuitable for automation. Furthermore, as the DNA strand becomes longer, the reading accuracy decreases.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明を概説すれば、本発明の第1の発明はDNA塩基
配列決定方法に関する発明であって、DNAポリメラー
ゼの基質として取り込まれてDNA鎖伸長反応を保護基
の存在により停止することができかつ検出され得る標識
を持つ4種のdNTPの誘導体(MdNTP )を用い
てDNAポリメラーゼ反応を行わせる工程、次いで取り
込まれたMdNTPを検出する工程、及びMdNTPを
伸長が可能な状態に戻す工程を1サイクルとし、それを
繰9返すことを特徴とする。°また本発明の第2の発明
は、前記第1の発明のMdNTPを利用したDNAポリ
メラーゼ反応を行わせる反応槽、反応生成物分離手段、
保護基の脱離手段、標識の検出装置を包含することを特
徴とするDNA塩基配列決定装置に関する。
To summarize the present invention, the first invention of the present invention relates to a DNA base sequencing method, which is a method for determining a DNA base sequence, which is capable of being incorporated as a substrate for DNA polymerase and stopping the DNA chain elongation reaction due to the presence of a protecting group. One cycle includes the steps of performing a DNA polymerase reaction using four types of dNTP derivatives (MdNTPs) with detectable labels, then detecting the incorporated MdNTPs, and returning the MdNTPs to a state in which they can be extended. It is characterized by repeating this nine times. °The second invention of the present invention also provides a reaction tank for carrying out a DNA polymerase reaction using the MdNTP of the first invention, a reaction product separation means,
The present invention relates to a DNA base sequencing device characterized by including a means for removing a protecting group and a device for detecting a label.

以下本発明を具体的に説明する。The present invention will be specifically explained below.

本発明ではM13ファージ、pVc118/119系プ
ラスミドなど1本鎖DNAを生成することのできるベク
ターを用いて、まず構造解析しようとするDliAを大
腸菌中で一旦クローニングする。次にクローニングによ
って得られた組換え体1本鎖DNAを鋳型とLlこの鋳
型DNAに相補的な短鎖DNAをプライマーとして結合
させる。このとき鋳型DNA及び/又はプライマーを固
相担体に結合させておくのもよい方法である。
In the present invention, DliA to be structurally analyzed is first cloned in Escherichia coli using a vector capable of producing single-stranded DNA such as M13 phage or pVc118/119-based plasmid. Next, the recombinant single-stranded DNA obtained by cloning is combined with a template and a short-stranded DNA complementary to the template DNA is used as a primer. At this time, it is also a good method to bind the template DNA and/or primer to a solid support.

固相担体としては種々のものが利用できる。Various solid phase carriers can be used.

例エバセルロース、シリカ、ポリスチレン、CPG (
コントロールトポアグラス)及びそれらの誘導体などを
用いることができ、これらの多くは市販されている。結
合方法は、直接結合法と間接結合法に分けられる。直接
結合法としては、例えば予めビオチン標識した鋳型DN
Aをアとジン結合した固相担体に結合させることによっ
て達成される。ビオチン標識法としては市販の試薬(フ
ォトビオチンなど)が用いられる。
Examples: Evacellulose, silica, polystyrene, CPG (
Control topoagrass) and their derivatives can be used, and many of these are commercially available. Binding methods can be divided into direct binding methods and indirect binding methods. As a direct binding method, for example, a template DNA labeled with biotin in advance can be used.
This is achieved by binding A to a solid support with azine and zine bonds. Commercially available reagents (such as photobiotin) are used for biotin labeling.

アビジン結合した担体も市販されている。Avidin-conjugated carriers are also commercially available.

間接結合法は、固相に結合させたプライマー(DNAポ
リメラーゼの反応開始に必要)と鋳型DNA水素結合で
結合させる方法であり、例えばジデオキシ法による塩基
配列決定法に用いられるM13ユニバーサルプライマー
はM13ファージDNAを鋳型とした場合に水素結合に
より鋳型と相補鎖を形成することができる。ブライヤ−
を固相に結合させる方法は一般的に知られており、例え
ばプライマーの5′−末端にスペーサーを介して1級ア
ミンを導入し、このアミンをジスクシニイミジルスペレ
ート(DSS )などのクロスリンカ−を介して、固相
担体に導入された活性カルボキシル基やアミンと結合さ
せることができる。ブライマーへのアミンの導入法は確
立されており、例えばアグライドバイオシステムズ社か
ら試薬が販売されている。また1級アミンや活性カルボ
キシル基を導入した固相担体も市販されている(ピアス
社など)。
The indirect binding method is a method in which a primer bound to a solid phase (necessary for the initiation of DNA polymerase reaction) is bound to template DNA through hydrogen bonding. For example, the M13 universal primer used in base sequencing using the dideoxy method is a method that binds to a primer bound to a solid phase (necessary for the initiation of DNA polymerase reaction). When DNA is used as a template, a complementary strand can be formed with the template through hydrogen bonding. briar
The method of binding to a solid phase is generally known. For example, a primary amine is introduced into the 5'-end of the primer via a spacer, and this amine is attached to a crosslinker such as disuccinimidyl sperate (DSS). It can be bonded to an active carboxyl group or amine introduced into a solid phase carrier via a linker. Methods for introducing amines into primers have been established, and reagents are sold by Aglide Biosystems, for example. Furthermore, solid phase carriers into which primary amines or active carboxyl groups have been introduced are also commercially available (Pierce Co., Ltd., etc.).

別の間接法としては、例えばM13ファージDNAのク
ローニングサイトから離れた領域の配列に相補的なりN
Aを固相に結合させておき、これに鋳型DNAを水素結
合で結合させることができる。この場合には固相に結合
させるDNAはブライマーとしての機能を持たせないた
めをこ、3′−末端を固相に結合させるのが望ましい。
As another indirect method, for example, N
A can be bound to a solid phase, and template DNA can be bound to this by hydrogen bonding. In this case, since the DNA to be bound to the solid phase does not function as a primer, it is desirable to bind the 3'-end to the solid phase.

そのような方法は知られており、例えば必要な配列を化
学合成する際にアンモニアによる脱保護の過程で固相と
DNAの間の切断がおこらない方法を採用すればよい。
Such methods are known, and for example, a method that does not cause cleavage between the solid phase and the DNA during the deprotection process with ammonia when chemically synthesizing the necessary sequence may be employed.

すなわち1,5−ペンタン−ジオールのような両端に1
級水酸基を有するジオールの一方をジメトキシトリチル
基(DMTr )で保護したあと他方をリン酸化し、次
いで固相担体の官能基と結合させる。このようにして得
られた固相担体はDMTrを除去した後DNAの化学合
成に用いることができる。合成されたDNAはアンモニ
アで脱保護することによりDNAの全ての保護基が除か
れるが、DNAの37−末端は固相担体と結合した状態
で得られる。
i.e. 1 at both ends, such as 1,5-pentane-diol.
After one of the diols having a class hydroxyl group is protected with a dimethoxytrityl group (DMTr), the other is phosphorylated and then bonded to a functional group on a solid phase support. The solid phase carrier thus obtained can be used for chemical synthesis of DNA after removing DMTr. The synthesized DNA is deprotected with ammonia to remove all protecting groups on the DNA, but the 37-end of the DNA remains bound to a solid support.

以上のようをこして、固相へ結合させることもできる鋳
型DNAとプライマーの複合体が得られる。この鋳型・
ブライマー複合体にDNAポリメラーゼ活性を有する酵
素(DNAポリメラーゼ11クレノウ・フラグメント、
Taqポリメラーゼ、逆転写酵素など)を作用させ鋳型
DNAに相補的なMdNTPを取り込ませることにより
、DNA鎖伸長を停止させる。次いでこの鋳型・プライ
マー・MdNTP複合体の存在する系から、酵素と基質
を除去する。さらに新たに導入されたMdNTPの保護
基(及び標識)を脱離して、DNA鎖伸長が可能な状態
に導く。ここに生じた複合体は、次の新たなサイクルに
入ることができる。
Through the above process, a complex of template DNA and primer that can be bound to a solid phase is obtained. This mold/
Enzymes with DNA polymerase activity (DNA polymerase 11 Klenow fragment,
Taq polymerase, reverse transcriptase, etc.) is activated to incorporate complementary MdNTPs into the template DNA, thereby stopping DNA chain elongation. Next, the enzyme and substrate are removed from the system containing the template/primer/MdNTP complex. Furthermore, the protective group (and label) of the newly introduced MdNTP is removed, leading to a state in which DNA chain elongation is possible. The complexes generated here can enter the next new cycle.

なおMdNTPの取り込み反応において、未完結なりN
A鎖により生じるノイズを除去するために、上記サイク
ル数〜数十回ごとに4種のddNTPを反応系に加える
ことができる。
In addition, in the MdNTP uptake reaction, incomplete or N
In order to remove noise caused by the A chain, four types of ddNTPs can be added to the reaction system every several tens of cycles.

取り込まれたMdNTPの同定は標識の測定によって行
われる。標識としては、色素、蛍光色素、紫外部吸収物
質、発光性物質、放射性同位体、MdNTPより遊離さ
れるピロリン酸などを利用することができる。標識は4
種類の塩基に応じて特異な標識(波長、核種など変えた
もの)をつけることもできるし、同一の標識を用いるこ
ともできる。同一標識を用いる場合は、4種類の塩基に
対応した反応槽を使って無標識体との対比により同定す
ることができる。標識はMdNTPから脱離して測定し
てもよいし、鋳型・ブライマー−MdNTP複合体の状
態で測定してもよい。保護基に標識をつけた場合は、脱
保護と標識の脱離を同時に行うことができる。標識はそ
の標識方法に応じて検出される。例えば色素は可視部分
光光度計、蛍光色素は蛍光光度計、紫外部吸収物質は紫
外部分光光度計、発光性物質はルミノメータ−1放射性
同位体はシンチレーション・カウンターによって検出で
きる。また各標識を液体クロマトグラフィーで調べ、そ
の保持時間の違いで分離したのち上述した機器でその標
識を検出してもよい。
Identification of incorporated MdNTPs is performed by measuring the label. As the label, dyes, fluorescent dyes, ultraviolet absorption substances, luminescent substances, radioactive isotopes, pyrophosphoric acid released from MdNTPs, and the like can be used. The sign is 4
Depending on the type of base, a specific label (different wavelength, nuclide, etc.) can be attached, or the same label can be used. When using the same label, identification can be performed by comparison with an unlabeled substance using reaction vessels compatible with four types of bases. The label may be measured after being detached from the MdNTP, or may be measured in the form of a template/brimer-MdNTP complex. When the protecting group is labeled, deprotection and removal of the label can be performed simultaneously. Labels are detected depending on the labeling method. For example, dyes can be detected using a visible partial photometer, fluorescent dyes can be detected using a fluorometer, ultraviolet absorbing substances can be detected using an ultraviolet partial photometer, luminescent substances can be detected using a luminometer, and radioisotopes can be detected using a scintillation counter. Alternatively, each label may be examined by liquid chromatography, separated based on differences in retention time, and then detected using the above-mentioned equipment.

標識として色素、蛍光色素、もしくは紫外部吸収物質を
用いろ場合、これらは高い吸光係数もしくは蛍光収量を
持つことが望ましい。蛍光標識は市販の蛍光検出用ラベ
ル化剤の中から選ぶことができるが、例えばフルオレツ
セインイソチア4− ) (FITC) 、テトラメチ
ルローダミンイソチア卑−ト(TRITC)、β−D−
ガラクトシルウンベリフェロン、テキサス・レッド、N
BDりcl リF(7−クロロ−4−ニトロベンズ−2
−オキサ−1,3−ジアゾール)などをあげることがで
きる。
When using dyes, fluorescent dyes, or ultraviolet absorbing substances as labels, it is desirable that these have high extinction coefficients or fluorescence yields. The fluorescent label can be selected from commercially available labeling agents for fluorescence detection, such as fluorescein isothia-4-) (FITC), tetramethylrhodamine isothiabase (TRITC), β-D-
Galactosylumbelliferon, Texas Red, N
BD Recl ReF (7-chloro-4-nitrobenz-2
-oxa-1,3-diazole).

MdNTPは上記目的に合致するものであれば特に制限
はない。ただしDNA鎖伸長反応を停止させるには、3
′一部位に保護基の結合していることが望ましく、保護
基は遊離の3’−’OR基を速やかにかつ完全に再生す
るものが望ましい。保護基の脱離には、酵素反応などを
用いる生化学的方法、特異的試薬、pH変化などを用い
る化学的方法、温度変化、電磁液などを用いる物理的方
法がある。脱保護反応に用いられる酵素類としては、例
えば非特異的なカルボキシエステラーゼ(EC,3,1
,1,1)及び0− グルコシダーゼ〔EC,3,2,
1)などをあげることができる。使用するMdNTP及
び酵素の種類に応じて、酵素の使ているが、酵素及び結
合様式は特に制限されるものではない。化学的もしくは
物理的方法により脱離される3′−保護基は、既知の水
酸基保護基及びそれに標識をつけて改変した保護基を用
いることができる。比較的緩和な条件で脱離される3′
−保護基として、トリチル〔脱離条件=80%酢酸、1
00℃、10分〕、トリメトキシトリチル〔80%酢酸
−ジオキサン、室温、数分〕、ピバロイル(I N N
aOH,0℃、30分〕、トリフルオロアセチル(p)
111、室温、ただちに〕、ジヒドロシンナモイル〔キ
モトリプシン〕、p−ニトロフェノキシカルボニル〔イ
ミダゾール、室温、30分〕、イソブチルオキシカルボ
ニル(0,4N NaOH1室温、30分〕などをあげ
ることができる。保護基に標識をつける場合、放射性元
素を用いることもできるし、保護基の一部分に標識を7
ミノ基、アミド結合、スルホンアミド結合、チオ尿素結
合、炭素−炭素結合などを介して結合させておくことも
できる。3′一部位と標識の間には、任意の鎖長からな
るスペーサーを挿入させるのもよい方法である。このス
ペーサーの存在により、酵素反応を円滑に行わせること
ができる。スペーサーの鎖長は特に限定するものではな
いが、(1)で示されるようにn = 1〜20が好ま
しく、特にn = 4〜12が好ましい。
MdNTP is not particularly limited as long as it meets the above purpose. However, to stop the DNA chain elongation reaction, 3
It is desirable that a protecting group is bonded to the 1 position, and the protecting group is preferably one that can quickly and completely regenerate the free 3'-'OR group. For removing the protecting group, there are biochemical methods using enzymatic reactions, chemical methods using specific reagents, pH changes, etc., and physical methods using temperature changes, electromagnetic fluids, etc. Examples of enzymes used in the deprotection reaction include non-specific carboxyesterase (EC, 3,1
, 1, 1) and 0-glucosidase [EC, 3, 2,
1) etc. The enzyme used depends on the type of MdNTP and enzyme used, but the enzyme and the binding mode are not particularly limited. As the 3'-protecting group to be removed by chemical or physical methods, known hydroxyl-protecting groups and protecting groups modified by attaching labels to them can be used. 3′ is eliminated under relatively mild conditions.
- As a protecting group, trityl [elimination conditions = 80% acetic acid, 1
00°C, 10 minutes], trimethoxytrityl [80% acetic acid-dioxane, room temperature, several minutes], pivaloyl (I N N
aOH, 0°C, 30 minutes], trifluoroacetyl (p)
111, room temperature, immediately], dihydrocinnamoyl [chymotrypsin], p-nitrophenoxycarbonyl [imidazole, room temperature, 30 minutes], isobutyloxycarbonyl (0,4N NaOH 1 room temperature, 30 minutes), etc.Protecting groups When attaching a label to a protective group, a radioactive element can be used, or a label can be added to a part of the protecting group.
They can also be bonded via a mino group, an amide bond, a sulfonamide bond, a thiourea bond, a carbon-carbon bond, or the like. It is also a good method to insert a spacer of any chain length between the 3'1 site and the label. The presence of this spacer allows the enzymatic reaction to occur smoothly. The chain length of the spacer is not particularly limited, but as shown in (1), n = 1 to 20 is preferred, and n = 4 to 12 is particularly preferred.

MdNTPの調製は、ゴテイックらにより開発されたN
 、 N’−カルボニルジイミダゾール(CDI )法
〔ビー・ビー・ゴテイック、ニー〇工−−クライエフス
キー、エヌ・ビー・タルソバ、ビー・ビー・ブリギン、
ティー・エル・ツイレビツヒ、テトラヘドロン、第26
巻、第4419〜4433頁(1970))を用いるの
が簡便である。この方法は導入しようとする化合物のカ
ルボキシル基をCDIで活性化した後、それをdNTP
の3′−水酸基に反応させる。導入される保護基は塩基
部分には全く反応しないで3′−水酸基と反応し、しか
も反応条件が非常に穏和なために、dATP JpdG
TPなどの分解されやすいr−リン酸を損うことなく目
的のMdNTPを得ることができる。(II)の蛍光標
識MdNTPは、この方法を利用したシエーフア−らの
方法〔ジー・シエーファー ジー・オヌール、ヨーロピ
アン・ジャーナル・オプ・バイオケミストリー第97巻
、第415〜424頁(1979))に準じて合成する
ことができる。また(至)は平塚の方法〔ティー・ヒラ
ツカ、バイオキミカ・工・バイオフイジカ拳アクタ、第
742巻、第496〜508頁(1983))に準じて
合成される。さらに別法として、3′−水酸基を修飾し
たdNTPの5′−位を公知の方法によりトリリン酸化
することにより、目的のMdNTPを得ることもできる
The preparation of MdNTPs was performed using the N
, N'-carbonyldiimidazole (CDI) method [B.B. Goteyk, N.K. Krajewski, N.B. Tarsova, B.B. Brigin,
Tetrahedron, No. 26
Vol., pp. 4419-4433 (1970)) is convenient. This method involves activating the carboxyl group of the compound to be introduced with CDI, and then converting it into a dNTP.
react with the 3'-hydroxyl group of The introduced protecting group does not react with the base moiety at all, but reacts with the 3'-hydroxyl group, and the reaction conditions are very mild, so dATP JpdG
The target MdNTP can be obtained without damaging r-phosphate, which is easily decomposed such as TP. Fluorescently labeled MdNTP (II) was prepared according to the method of Schieffer et al. [G. Schieffer, G. Onur, European Journal of Biochemistry Vol. 97, pp. 415-424 (1979)]. It can be synthesized by Further, (to) is synthesized according to the method of Hiratsuka [T. Hiratsuka, Biochimica Kogyo, Biophysicica Ken Acta, Vol. 742, pp. 496-508 (1983)]. As an alternative method, the desired MdNTP can also be obtained by triphosphorylating the 5'-position of a dNTP modified with a 3'-hydroxyl group by a known method.

(I) (■) (III) 式中Bはアデニン、グアニン、シトシン、またはチミン
の窒素塩基を、Indは標識を、XはN)1..01 
S、カルボニル、チオカルボニル、またはメチレンを、
さらにnは1〜20の整数を表わす。
(I) (■) (III) In the formula, B is a nitrogen base such as adenine, guanine, cytosine, or thymine, Ind is a label, and X is N)1. .. 01
S, carbonyl, thiocarbonyl, or methylene,
Further, n represents an integer from 1 to 20.

本発明は以上説明したDNA塩基配列決定方法を自動化
したDNA塩基配列決定装置を提供するものでもある。
The present invention also provides a DNA base sequencing device that automates the DNA base sequencing method described above.

すなわち前述のDNAポリメラーゼ反応を行わせる反応
槽、反応生成物単離のための洗浄溶液槽、保護基(及び
標識)の脱離用試薬槽、標識の検出装置を包含するもの
である。
That is, it includes a reaction tank for carrying out the above-mentioned DNA polymerase reaction, a washing solution tank for isolating reaction products, a reagent tank for removing protecting groups (and labels), and a label detection device.

この装置を用いて次のような反応系が組める。Using this device, the following reaction system can be set up.

MdNTPをDNAポリメラーゼの基質としてDNA鎖
に取り込ませ、1塩基伸長時点でDNA鎖の伸長を停止
させる。再びDNA鎖の伸長を開始するには伸長を停止
したDNA鎖(好ましくは3′−末端)の保護基をはず
す。脱保護の前後いずれかの時点で取り込まれたMdN
TPの標識を同定する。ここまでを1サイクルとする反
応系でDNA塩基配列を読み取る。より具体的には、D
NAポリメラーゼ反応槽には固相担体に結合した鋳型・
ブライマー複合体を充填し、(I)式のMdNTPとD
NAポリメラーゼをその貯蓄槽より流して鎖長を1塩基
分伸長させた後、反応槽を洗浄溶液槽の緩衝液で洗浄し
、次に保護基脱離試薬槽よりエステラーゼを流して標識
付きの保護基を分離し、これを標識検出装置で検出する
とともに、反応槽を再度洗浄することで1サイクルを終
了するといった例をあげることができる。
MdNTP is incorporated into a DNA strand as a substrate for DNA polymerase, and elongation of the DNA strand is stopped when one base is elongated. To restart elongation of the DNA strand, the protecting group of the DNA strand (preferably the 3'-terminus) whose elongation has been stopped is removed. MdN incorporated either before or after deprotection
Identify the label of TP. The DNA base sequence is read using a reaction system in which the steps up to this point constitute one cycle. More specifically, D
The NA polymerase reaction tank contains a template bound to a solid support.
Filled with brimer complex, MdNTP of formula (I) and D
After flowing NA polymerase from its storage tank to extend the chain length by one base, the reaction tank is washed with a buffer solution in the wash solution tank, and then esterase is flowed through the protection group removal reagent tank to remove the labeled protection. For example, one cycle is completed by separating the group, detecting it with a label detection device, and washing the reaction tank again.

〔実施例〕〔Example〕

以下に本発明を具体例につき説明するが、本発明はかか
る具体例に限定されるものではない。
The present invention will be explained below using specific examples, but the present invention is not limited to these specific examples.

固相結合させたプライマー0.2ナノモル、M 13m
pl 85gDNA 0.2ナノモル及び10倍濃縮ポ
リメラーゼ用緩衝液(70mM)’Jス塩酸pH7,5
、1mM  EDTA 、  2 0  mM  Na
Cノ、 70mMMgCも)0.44を混合して全量を
14とした。60℃で20分保持したのち放冷して室温
に戻した。(以上の操作を鋳型−プライマーの調製とい
う。)一方4種のアセチル基で保護した3′−アセチル
dNTP (AcdNTP )をマリアンの方法〔エム
−マリアン、マイクロケミカル拳ジャーナル、第29巻
、第219〜227頁(1984))に準じて合成し、
そのうち1種だけのアセチル基を°Cで標識してMdN
TPにした混合液(各1ナノモル/d水溶液)を以下の
ように調製した。
Solid phase bound primer 0.2 nmole, M 13m
pl 85g DNA 0.2 nmole and 10x concentrated polymerase buffer (70mM) 'JS Hydrochloric acid pH 7.5
, 1mM EDTA, 20mM Na
0.44 (70mM MgC) was mixed to make the total amount 14. After being held at 60°C for 20 minutes, it was allowed to cool to room temperature. (The above operation is called template-primer preparation.) On the other hand, 3'-acetyl dNTP (AcdNTP) protected with four types of acetyl groups was prepared using Marian's method [M-Marian, Microchemical Fist Journal, Vol. 29, No. 219 ~227 pages (1984)),
Only one type of acetyl group was labeled at °C and MdN
A mixed solution of TP (1 nanomol/d aqueous solution each) was prepared as follows.

A混合液: MdATP%AcdGTP%AcdCTP
 、 AcdTTPG混合液: AcdATP、 Md
GTP、 AcdCTP、 AcdTTPC混合液: 
AcdATP 、 AedGTP%MdCTP 、 A
cdTTPT混合液: AcdATP 、 AcdGT
P 、 AcdCTP%MdTTPA、G、C,T各混
合液を各々別のチューブ蚤こ0.5 rfLtずつとり
、さきをニ調製した鋳型−プライマー混液の0.2 d
を各人チューブに加え、さらに逆転写酵素50ユニツト
(0,3mj)を各チューブに加えて20℃、10分振
盪した。各反応液から鋳型−ブライマーを分取し遊離の
ACdNTPやMdNTPを洗浄後、精製したブタ肝臓
由来のエステラーゼ1ユニツトを含む緩衝液0.2−を
くわえ、20℃、5分振盪した。鋳型−ブライマーを分
別した後、各チューブより脱離した標識の分析を液体シ
ンチレーション・カウンターを用いて行った。その結果
G混合液を含むチューブのみに放射活性が見られ、Md
GTPの取り込まれていることがわかった。それから各
チューブで遊離させた3’−OHに新たに逆転写酵素及
び各混合液を加えてポリメラーゼ反応を行い、次いでエ
ステラーゼ反応を行うサイクルを繰り返した。このサイ
クルの繰り返しを10回行った結果、各サイクルで取り
込まれたMdNTPは次のようになった。
Mixture A: MdATP%AcdGTP%AcdCTP
, AcdTTPG mixture: AcdATP, Md
GTP, AcdCTP, AcdTTPC mixture:
AcdATP, AedGTP%MdCTP, A
cdTTPT mixture: AcdATP, AcdGT
Take 0.5 rfLt of P, AcdCTP%MdTTPA, G, C, and T mixtures into separate tubes, and add 0.2 d of the previously prepared template-primer mixture.
was added to each tube, and 50 units (0.3 mj) of reverse transcriptase was added to each tube, followed by shaking at 20°C for 10 minutes. After separating the template-brimer from each reaction solution and washing free ACdNTPs and MdNTPs, 0.2 mm of a buffer containing 1 unit of purified pig liver-derived esterase was added, and the mixture was shaken at 20°C for 5 minutes. After separating the template and primer, the label released from each tube was analyzed using a liquid scintillation counter. As a result, radioactivity was observed only in the tube containing the G mixture, and Md
It was found that GTP was incorporated. Then, reverse transcriptase and each mixed solution were newly added to the 3'-OH released in each tube to perform a polymerase reaction, and then a cycle of performing an esterase reaction was repeated. As a result of repeating this cycle 10 times, the MdNTPs incorporated in each cycle were as follows.

サイクル4  1 2 3 4 5 6 7 8 9 
10MdNTP   G  T  T  G  T  
A  A  A  A  にの配列はM13ファージ1
本鎖DNAのプライマー結合部位の上流の配列と完全に
相補的であった。
Cycle 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10MdNTP G T T G T
The sequence at A A A A is M13 phage 1
It was completely complementary to the sequence upstream of the primer binding site of the double-stranded DNA.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳細に説明したように、本発明により、煩雑な電気
泳動を用いないDNA塩基配列決定が可能となった。
As explained in detail above, the present invention has made it possible to determine DNA base sequences without using complicated electrophoresis.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、DNAポリメラーゼの基質として取り込まれてDN
A鎖伸長反応を保護基の存在により停止することができ
かつ検出され得る標識を持つ4種のデオキシリボヌクレ
オシド−5′−トリリン酸(dNTP)の誘導体を用い
てDNAポリメラーゼ反応を行わせる工程、次いで取り
込まれたdNTP誘導体を検出する工程、及びdNTP
誘導体を伸長が可能な状態に戻す工程を1サイクルとし
、それを繰り返すことを特徴とするDNA塩基配列決定
方法。 2、3′−部位が標識を持つ保護基で修飾されたdNT
P誘導体を用いた請求項1記載のDNA塩基配列決定方
法。 3、検出手段として、色素、蛍光色素、紫外部吸収物質
、発光性物質または放射性同位体を標識とするdNTP
誘導体を用いた請求項1記載のDNA塩基配列決定方法
。 4、プライマー及び/又は鋳型DNAを固相担体に結合
させておいてDNAポリメラーゼ反応を行わせることか
らなる請求項1記載のDNA塩基配列決定方法。 5、請求項1記載のdNTP誘導体を利用したDNAポ
リメラーゼ反応を行わせる反応槽、反応生成物分離手段
、保護基の脱離手段、標識の検出装置を包含することを
特徴とするDNA塩基配列決定装置。
[Claims] 1. DNA that is incorporated as a substrate for DNA polymerase
A step of carrying out a DNA polymerase reaction using derivatives of four types of deoxyribonucleoside-5'-triphosphates (dNTPs) that can stop the A-chain elongation reaction by the presence of a protecting group and that have a detectable label; a step of detecting the incorporated dNTP derivative; and a step of detecting the incorporated dNTP derivative;
A method for determining a DNA base sequence, characterized in that the step of returning a derivative to a state capable of elongation is one cycle, and the cycle is repeated. dNT modified with a protecting group with a label at the 2,3'-position
2. The DNA base sequencing method according to claim 1, which uses a P derivative. 3. dNTPs labeled with dyes, fluorescent dyes, ultraviolet absorption substances, luminescent substances or radioactive isotopes as detection means
2. The DNA base sequencing method according to claim 1, which uses a derivative. 4. The DNA base sequencing method according to claim 1, which comprises performing a DNA polymerase reaction with the primer and/or template DNA bound to a solid phase carrier. 5. DNA base sequencing characterized by comprising a reaction tank for carrying out a DNA polymerase reaction using the dNTP derivative according to claim 1, a reaction product separation means, a protecting group removal means, and a label detection device. Device.
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