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KR20240172319A - Dumbbell-type template with transformed structure and rolling circle amplification using the same - Google Patents

Dumbbell-type template with transformed structure and rolling circle amplification using the same Download PDF

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KR20240172319A
KR20240172319A KR1020230069588A KR20230069588A KR20240172319A KR 20240172319 A KR20240172319 A KR 20240172319A KR 1020230069588 A KR1020230069588 A KR 1020230069588A KR 20230069588 A KR20230069588 A KR 20230069588A KR 20240172319 A KR20240172319 A KR 20240172319A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nucleic acid
template
acid template
sequence
present
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020230069588A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김은정
한주은
Original Assignee
인천대학교 산학협력단
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 인천대학교 산학협력단 filed Critical 인천대학교 산학협력단
Priority to KR1020230069588A priority Critical patent/KR20240172319A/en
Publication of KR20240172319A publication Critical patent/KR20240172319A/en
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Abstract

본 발명은 구조가 변환된 덤벨형 템플릿 및 이를 이용한 등온 증폭 반응에 관한 것이다. 본 발명의 덤벨형 핵산 템플릿은 하나 이상의 암(arm) 구조를 갖고, 절단 효소 인식 분위가 존재하여, 다중의 표적 유전자를 특이적, 효울적으로 검출할 수 있다.The present invention relates to a dumbbell-shaped template with a transformed structure and an isothermal amplification reaction using the same. The dumbbell-shaped nucleic acid template of the present invention has one or more arm structures and a cleavage enzyme recognition site, so that multiple target genes can be detected specifically and efficiently.

Description

구조가 변환된 덤벨형 템플릿 및 이를 이용한 회전환 반응 {DUMBBELL-TYPE TEMPLATE WITH TRANSFORMED STRUCTURE AND ROLLING CIRCLE AMPLIFICATION USING THE SAME}{DUMBBELL-TYPE TEMPLATE WITH TRANSFORMED STRUCTURE AND ROLLING CIRCLE AMPLIFICATION USING THE SAME}

본 발명은 구조가 변환된 덤벨형 템플릿 및 이를 이용한 등온 증폭 반응에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 본 발명은 하나 이상의 암(arm) 구조를 갖고, 절단 효소의 위치가 특정되어 등온 증폭반응이 효율을 향상시킬 수 있는 덤벨형의 핵산 템플릿에 관한 것으로, 본 발명의 핵산 템플릿을 이용하여 등온 증폭반응을 수행하는 경우, 다중의 표적 유전자를 효율적으로 검출할 수 있다.The present invention relates to a dumbbell-shaped template with a transformed structure and an isothermal amplification reaction using the same, and more specifically, the present invention relates to a dumbbell-shaped nucleic acid template having one or more arm structures and having a specific position of a cleavage enzyme, thereby improving the efficiency of an isothermal amplification reaction. When an isothermal amplification reaction is performed using the nucleic acid template of the present invention, multiple target genes can be efficiently detected.

인구 증가와 고령화로 인해, 보다 정밀하게 질병을 진단하고 그에 따른 치료전략을 수립하는 필요성이 점차 증대되고 있으며, 이를 위한 바이오마커 등의 진단 기술로 핵산 증폭 기술(Nucleic acid amplification technology)이 이용되고 있으며, 그 중, 가장 널리 활용되고 있는 중합 효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR)은 특정 표적 유전물질을 단시간에 대량으로 증폭할 수 있어 전염병, 유전 질환 등을 검출하고 진단하기 위해 사용되고 있다. 다만, 이러한 장점에도 불구하고 일반적인 PCR은 반응 온도(95℃-55℃-70℃)를 수십 회 이상 조절함으로써 표적핵산을 증폭하기 때문에 온도조절장치(thermocycler)와 같은 고가의 장비를 필요로 한다. Due to population growth and aging, the need to diagnose diseases more precisely and establish treatment strategies accordingly is gradually increasing. Nucleic acid amplification technology is being used as a diagnostic technology such as biomarkers for this purpose, and among them, the polymerase chain reaction (PCR), which is the most widely used, can amplify a specific target genetic material in a large amount in a short period of time, and is used to detect and diagnose infectious diseases, genetic diseases, etc. However, despite these advantages, general PCR requires expensive equipment such as a thermocycler because it amplifies target nucleic acids by controlling the reaction temperature (95℃-55℃-70℃) dozens of times or more.

상기와 같은 문제점의 대안으로 제시되고 있는 등온 증폭법은 온도를 변화시킬 필요 없이 등온에서 표적 핵산의 증폭이 이뤄지기에, 온도조절장치와 같은 고가의 장비가 불요하고, 이러한 장점 때문에 일반적인 PCR로는 구현이 어려운 현장진단에서도 활용될 수 있다. 등온 증폭법 중, 회전환 증폭(Rolling circle amplification, RCA) 기술이 최근에 각광받고 있는데, 회전환 증폭 기술은 실온(37℃)의 등온조건에서도 수행될 수 있어 현장진단 등에 활용되기 용이하고, 표적핵산이 하나의 긴 단일가닥 DNA로 생성됨으로써 1000배 이상 증폭된 신호를 얻을 수 있어 배경신호(background)에 의한 혼선이 있는 경우에도 고감도로 표적핵산을 검출할 수 있다. 또한 PCR 반응과 달리 용액 상태뿐만 아니라 유리, microwell plates, bead, 세포 등의 표면에 고정된 상태로 증폭 가능하기 때문에 기존의 PCR로 이루어지는 바이러스 박테리아의 DNA, RNA를 진단하는 감염성 질환의 진단뿐 아니라 FISH, Immunoassay기반 실험의 신호를 증폭하거나, 세포내 단백질, 유전체 검출이 가능하여 진단 및 바이오 센싱 분야, 유전체학, 프로테오믹스 분야까지 광범위하게 응용될 수 있다.The isothermal amplification method, which has been suggested as an alternative to the above problems, is amplified at isothermal temperature without the need to change the temperature, so expensive equipment such as a temperature control device is not required. Due to this advantage, it can be utilized in field diagnosis that is difficult to implement with general PCR. Among the isothermal amplification methods, the rolling circle amplification (RCA) technology has recently been in the spotlight. The rolling circle amplification technology can be performed under isothermal conditions at room temperature (37℃), so it is easy to utilize in field diagnosis, etc. In addition, since the target nucleic acid is generated as a long single-stranded DNA, a signal amplified more than 1000 times can be obtained, so the target nucleic acid can be detected with high sensitivity even when there is confusion due to the background signal. In addition, unlike PCR reactions, it can be amplified not only in a solution state but also in a state fixed to the surface of glass, microwell plates, beads, cells, etc., so it can be widely applied to not only the diagnosis of infectious diseases by diagnosing DNA and RNA of viruses and bacteria using existing PCR, but also the signal amplification of FISH and Immunoassay-based experiments, and the detection of intracellular proteins and genomes, and the fields of diagnosis and biosensing, genomics, and proteomics.

등온의 회전환 증폭(rolling circle amplification; RCA) 기술은 DNA 및 RNA 중합효소를 이용하여 긴 가닥의 ssDNA 또는 ssRNA를 간단하고 효율적으로 생성하는 등온 증폭 기술 중에 하나이다. RCA 기술은 진단 영역뿐만 아니라 클로닝 및 시퀀싱에도 널리 사용되어져 왔으며, 최근에는 DNA 자가조립, 나노구조체 형성을 통해 약물전달, 전자회로 제조, 바이오센싱 및 바이오이미징 등 생체 내 다양한 생물학적, 나노의학적 응용연구를 위한 도구로 사용되어져 왔다.Isothermal rolling circle amplification (RCA) technology is one of the isothermal amplification techniques that simply and efficiently generates long-stranded ssDNA or ssRNA using DNA and RNA polymerases. RCA technology has been widely used not only in the diagnostic field but also in cloning and sequencing, and recently, it has been used as a tool for various biological and nanomedical applications such as drug delivery, electronic circuit manufacturing, biosensing, and bioimaging through DNA self-assembly and nanostructure formation.

특히 RCA 기술에서는 원형 주형(circular template)에 혼성화된 프라이머(또는 표적 유전자)에 뉴클레오타이드를 지속적으로 추가하여 길이가 수십에서 수천에 이르며 주형 DNA에 상보적인 서열을 가진 긴 DNA 또는 RNA 가닥을 생성한다. 따라서 주형 DNA의 맞춤설계(염기서열 또는 구조)를 통해 원하는 염기서열을 가진 DNA(예. DNA 압타머)를 제작하거나 제한효소의 작용 서열을 포함하도록 하여 증폭 효율을 높이고, 외부 특정 자극에 의해 구조변화를 일으킴으로써 선택적인 증폭반응을 유도하는 등 다양한 응용연구를 수행할 수 있다.In particular, in RCA technology, nucleotides are continuously added to a primer (or target gene) hybridized to a circular template to generate a long DNA or RNA strand with a length of tens to thousands and a sequence complementary to the template DNA. Therefore, various application studies can be performed, such as producing DNA (e.g. DNA aptamer) with a desired base sequence through custom design (base sequence or structure) of template DNA, increasing amplification efficiency by including the action sequence of a restriction enzyme, and inducing a selective amplification reaction by causing a structural change by a specific external stimulus.

기존 구조 변화를 일으키는 덤벨(dumbbell) template의 경우 1개의 stem, 2개 loop 서열을 가지며 한쪽 loop에 toehold 부위를 제공하여 표적 유전자에 의한 toehold-mediated strand displacement 기작을 통해 원형의 주형을 이루고 RCA를 개시하는 원리이다. RCA 증폭 효율을 조절하기 위해 toehold의 길이를 조절하는 방법이 사용된다.In the case of the dumbbell template that causes the existing structural change, it has one stem and two loop sequences and provides a toehold site in one loop to form a circular template through the toehold-mediated strand displacement mechanism by the target gene and initiate RCA. A method of controlling the length of the toehold is used to control the RCA amplification efficiency.

따라서 기존 덤벨 template이 갖는 RCA 증폭 효율을 획기적으로 개선하고, 제한효소를 이용한 추가 변형 RCA (예. NickRCA)에 적용하기 위해 새로운 형태의 덤벨 template 설계가 요구된다. 특히 NickRCA의 경우 DNA 중합효소와 nicking 효소 간의 경쟁반응으로 인해 NickRCA 반응 저해효과를 가지므로 새로운 덤벨 template 디자인을 통해 NickRCA 효율을 증가시킬 수 있는 방법이 요구된다.Therefore, a new dumbbell template design is required to dramatically improve the RCA amplification efficiency of the existing dumbbell template and to apply additional modified RCA (e.g., NickRCA) using restriction enzymes. In particular, in the case of NickRCA, since it has an inhibitory effect on the NickRCA reaction due to the competitive reaction between DNA polymerase and nicking enzyme, a method to increase the NickRCA efficiency through a new dumbbell template design is required.

표적 유전자의 다중 검출이 가능(multi-primed RCA 가능)한, 다중 암(arm) 구조를 갖는 핵산 템플릿을 제공하고자 한다.The present invention aims to provide a nucleic acid template having a multi-arm structure that enables multiple detection of target genes (multi-primed RCA possible).

본 발명은 또한, 등온 증폭 반응 시 기존의 덤벨 템플릿 보다 향상된 형광신호를 얻을 수 있고, 등온 증폭 반응 시 유전자 중합효소와 절단효소의 경쟁반응을 줄여, 증폭 효율을 높일 수 있는 핵산 템플릿을 제공하고자 한다. The present invention also seeks to provide a nucleic acid template that can obtain an improved fluorescence signal compared to a conventional dumbbell template during an isothermal amplification reaction and can increase amplification efficiency by reducing the competitive reaction between a gene polymerase and a cleavage enzyme during an isothermal amplification reaction.

또한, 라이게이션(ligation) 과정 없이 타겟유전자 간의 혼성화 및 RCA를 바로 유도하여, 원-스텝(one-step)으로 등온 증폭 반응을 진행할 수 있는, 핵산 템플릿을 제공하고자 한다.In addition, the present invention aims to provide a nucleic acid template that can directly induce hybridization and RCA between target genes without a ligation process, thereby performing an isothermal amplification reaction in one step.

그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 고안된 것으로서, 암(arm) 구조의 유전자 서열을 적어도 하나 이상 포함하고, 상기 암(arm) 구조의 유전자 서열(이하, 암(arm)이라 한다.)은 줄기(stem) 서열 및 루프(loop) 서열로 이루어진 것이며, 상기 암(arm) 구조의 유전자 서열 상에 토홀드(toehold) 부위 및 절단효소 인식 부위가 위치하는, 덤벨(dumbbell)형의 회전환 증폭(Rolling Circle Amplification) 반응용 핵산 템플릿을 제공한다.The present invention is designed to solve the above problem, and provides a dumbbell-shaped rolling circle amplification reaction nucleic acid template, which comprises at least one gene sequence of an arm structure, wherein the gene sequence of the arm structure (hereinafter referred to as “arm”) is composed of a stem sequence and a loop sequence, and a toehold site and a cleavage recognition site are located on the gene sequence of the arm structure.

본 발명의 상기 절단효소 인식 부위는 루프 서열 상에 존재할 수 있으며, 토홀드 부위와 1 내지 15nt 떨어진 서열 상 또는 별도의 루프 상에 위치할 수 있다.The recognition site of the cleavage enzyme of the present invention may be present on a loop sequence, and may be located on a sequence 1 to 15 nt apart from the toehold site or on a separate loop.

본 발명의 템플릿은 100 내지 150nt의 길이를 갖고, 상기 줄기(stem) 서열은 10 내지 30bp의 길이로 이루어질 수 있다.The template of the present invention has a length of 100 to 150 nt, and the stem sequence can have a length of 10 to 30 bp.

본 발명의 상기 루프(loop) 서열은 15 내지 45bp의 길이로 이루어질 수 있으며, 본 발명의 상기 핵산 템플릿은 2 또는 3개의 암(arm) 구조를 갖는 유전자 서열(이하, 암(arm))로 이루어진 것이 바람직하다.The loop sequence of the present invention may have a length of 15 to 45 bp, and it is preferable that the nucleic acid template of the present invention is composed of a gene sequence (hereinafter, “arm”) having a 2 or 3 arm structure.

본 발명의 상기 토홀드 부위는 10 내지 30 bp의 길이를 가질 수 있으며, 상기 절단효소 인식 부위는 10 내지 30 bp의 길이로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The above-described toehold portion of the present invention may have a length of 10 to 30 bp, and the above-described cleavage enzyme recognition portion may have a length of 10 to 30 bp, but is not limited thereto.

본 발명의 핵산 템플릿은 서열번호 2 내지 9로 표시되는 유전자 서열 중 어느 하나의 유전자 서열로 이루어진 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The nucleic acid template of the present invention may be comprised of any one of the gene sequences represented by SEQ ID NOs: 2 to 9, but is not limited thereto.

본 발명은 또한, 상기 어느 하나의 핵산 템플릿을 포함하는 회전환 증폭(Rolling Circle Amplification) 반응용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for a rolling circle amplification reaction comprising any one of the above nucleic acid templates.

본 발명은 또한, 상기의 핵산 템플릿을 이용한 표적 유전자의 검출 방법으로서, a) 제1 항의 핵산 템플릿, 프라이머 및 절단효소를 포함하는 조성물에 검체를 투입하는 단계; 및 b) 회전환 증폭(Rolling Circle Amplification) 반응을 수행하는 단계;를 포함하는, 표적 유전자의 검출 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for detecting a target gene using the nucleic acid template, comprising the steps of: a) introducing a sample into a composition comprising the nucleic acid template of claim 1, a primer, and a cleavage enzyme; and b) performing a rolling circle amplification reaction.

본 발명의 표적 유전자 검출 방법 중 상기 b) 단계는, 검체 내 표적 유전자가 존재하는 경우에 i) 표적 유전자 및 프라이머가 핵산 템플릿에 결합하는 단계; 및 ii) 유전자 중합효소가 결합하여, 덤벨형의 핵산 템플렛이 풀어지며 회전환 증폭 반응이 진행되는 단계;를 포함할 수 있다. Among the target gene detection methods of the present invention, step b) may include, when a target gene is present in a sample, i) a step in which the target gene and a primer bind to a nucleic acid template; and ii) a step in which a gene polymerase binds, the dumbbell-shaped nucleic acid template is released, and a rolling circle amplification reaction proceeds.

본 발명의 상기 b) 단계 이후, c) 상기 b) 단계에 따른 산물에 결합가능한 형광물질을 투입하고, 형광이 나타나는 경우, 표적 물질이 존재하는 것으로 판단하는 단계;가 더 포함될 수 있다.After step b) of the present invention, a step c) of adding a fluorescent substance capable of binding to the product according to step b) and determining that the target substance is present when fluorescence appears may be further included.

본 발명은 기존 덤벨 템플릿(single arm dumbbell template (DB 1)) 대비 세 개의 암구조를 갖는 템플릿(triple arm dumbbell template (DB3))을 이용하는 바, 한 개 내지 세 개 이상의 표적 유전자가 결합할 수 있는 부위를 가질 수 있어, 표적 유전자의 다중 검출이 가능하다(multi-primed RCA 가능). The present invention uses a template having a three-arm structure (triple arm dumbbell template (DB3)) compared to a conventional dumbbell template (single arm dumbbell template (DB 1)), and thus can have sites to which one to three or more target genes can bind, enabling multiple detection of target genes (multi-primed RCA possible).

본 발명의 핵산 템플릿은 또한, 기존의 덤벨 템플릿(DB1, (약 56 nt)) 대비 암(arm) 구조가 다수 개 이므로, 길이가 더 길어(약147 nt), 이중 가닥을 형성하는 줄기(stem) 부위가 하나의 템플릿(template)당 약 3개가 존재하기 때문에 RCA를 통해 얻어지는 DNA 산물에 SYBR Green 형광 염색 시 염료가 더 높은 효율로 끼어 들어갈 수 있다. 따라서 더 높은 형광신호를 얻을 수 있으며, 이로써 향상된 RCA 증폭 효율을 기대할 수 있다.In addition, since the nucleic acid template of the present invention has multiple arm structures compared to the existing dumbbell template (DB1, (about 56 nt)), it is longer (about 147 nt) and there are about 3 stem regions forming double strands per template, so that the dye can be incorporated into the DNA product obtained through RCA with higher efficiency when SYBR Green fluorescence is stained. Accordingly, a higher fluorescence signal can be obtained, and thereby improved RCA amplification efficiency can be expected.

본 발명의 핵산 템플릿은 프라이머 없이 self-ligation이 가능한 형태이며, 본 발명의 핵산 템플릿(template)은 다른 RCA reagent (enzyme, dNTP, reaction buffer, etc.)와 함께 master mix에 포함될 수 있다. The nucleic acid template of the present invention is in a form capable of self-ligation without a primer, and the nucleic acid template of the present invention can be included in a master mix together with other RCA reagents (enzyme, dNTP, reaction buffer, etc.).

또한, 본 발명의 핵산 템플릿은 다른 RCA에서 template과 표적 유전자간 혼성화 및 라이게이션(ligation) 과정을 거친 후 RCA 반응을 하는 이른바 투 스텝(two-step) 반응을 거치는 것 대비 본 발명의 핵산 템플릿을 이용할 경우 라이게이션(ligation) 과정 없이 타겟유전자 간의 혼성화 및 RCA를 바로 유도할 수 있다는 이점이 있다. 즉, 본 발명은 원-스텝(one-step)으로 반응을 일으킬 수 있어, 불필요한 공정을 축소시킬 수 있다.In addition, the nucleic acid template of the present invention has an advantage in that, compared to other RCA processes that undergo a two-step reaction in which a template and a target gene undergo hybridization and ligation before an RCA reaction, the nucleic acid template of the present invention can directly induce hybridization and RCA between target genes without a ligation process. That is, the present invention can cause a reaction in one step, thereby reducing unnecessary processes.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 덤벨형 구조를 갖는 템플릿의 설계도이며, 도 1의 템플릿은 하나의 암(arm), 하나의 줄기(stem), 두 개의 루프(loop) 구조로 이루어진다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 템플릿 설계도이며, 두 개의 암(arm), 두 개의 줄기(stem), 두 개의 루프(loop) 구조로 이루어진다.
도 3 내지 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 템플릿 설계도이며, 세 개의 암(arm), 세 개의 줄기(stem), 세 개의 루프(loop) 구조로 이루어진다. 도 3은 토홀드(toehold) 부위가 10nt, 도 4는 11nt, 도 5는 12nt, 도 6은 13nt의 길이를 가지며, 각각은 세 개의 서로 다른 표적 유전자가 결합할 수 있으며, 줄기(stem) 유전자 서열의 길이를 서로 다르게 설계되었다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 설계되어, 하나의 암(arm), 하나의 줄기(stem), 두 개의 루프(loop) 구조로 이루어진 핵산 템플릿의 구조를 나타내며, 절단 효소 인식부위는 루프(loop) 서열 상에, 표적 유전자 결합 부위(Target binding site)는 루프(loop) 서열의 일부 및 줄기(stem) 서열의 일부를 포함하는 연결된 서열 상에 위치하는 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 템플릿 설계도이며, 세 개의 암(arm), 세 개의 줄기(stem), 세 개의 루프(loop) 구조로 이루어진다. 도 8에서 절단 효소는 어느 하나의 루프(loop) 서열 상에 위치할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 영동(15% dPAGE)의 결과이다. 해당 실시예에서는 본 발명의 암 구조를 갖는 핵산 템플릿을 형성하기 위해 제작된 선형의 템플릿(template)의 양 끝 말단을 T4 DNA를 이용하여 라이게이션(ligation (primer-free self ligation))한 후, 라이게이션(ligation)되지 않은 프리-선형 템플릿(free linear template)를 제거하기 위해 exonuclease I/III를 처리하였다. 도 9의 Denatured PAGE 결과를 통해 라이게이션(ligation)이 잘 이뤄지고, 최종적으로 엑소뉴클레아제(exonuclease)에 의해 분해되지 않는 덤벨(dumbbell) 형태의 핵산 템플릿(template)이 제작된 것을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 영동(10% nPAGE)의 결과이다. 본 실시예에서는 각 템플릿(template)에 대해 타겟유전자(miR-21)과 혼성화 후 native PAGE를 통해 혼성화 여부를 분석하였다. 도 10을 참조하면, 모든 템플릿(template)에서 표적 유전자와 혼성화(hybridization)가 일어나는 것을 확인할 수 있으며, 특히 DB3 템플릿(template)에서 토홀드(toehold) 부위가 길어질 수록 표적 유전자와의 혼성화가 잘 일어나는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 핵산 템플릿(DB3 T13 N1)을 이용하여 서로 다른 온도에서 회전환 증폭(RCA) 반응을 수행한 결과로서, 도 11을 참조하면 RCA 반응 온도가 50℃일 때 표적 유전자 유무에 대한 형광신호 차이가 가장 뚜렷한 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 DB3 핵산 템플릿을 이용한 RCA 실험에서 최적반응 온도는 약 40 내지 60℃, 바람직하게는 50℃이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 제작되어, 서로 다른 토홀드(toehold) 부위 길이를 갖는 핵산 템플릿(DB3 T13 N1, DB1 T10 N1, DB2 T10 N1)을 이용하여 회전환 증폭(RCA) 반응을 수행한 결과로서, 도 12를 참조하면, DB3 T13 N1의 경우 DB1 T10 N1, DB2 T10 N1 대비 더 높은 증폭 효율을 갖는 것을 볼 수 있다. 즉, DB3 핵산 템플릿에서 토홀드(toehold) 길이가 길어질 수록 RCA 증폭 효율이 증가함을 알 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작되어, 절단 효소 인식 부위를 포함/불포함하는 두 핵산 템플릿을 이용하여 회전환 증폭(RCA) 반응을 수행한 결과로서, DB1 T10 N1의 경우 절단 효소 인식 부위가 존재하는 핵산 템플릿(Nt template)에서 형광이 더 낮고, DB3 T13 N1의 경우 Nt template에서 형광이 더 크다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 절단 효소 인식 부위가 존재하는 핵산 템플릿(Nt template)은 트리플-암(triple-arm) 덤벨 핵산 템플릿(dumbbell template)의 장점을 살리기에 더 적합하다는 것을 알 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 핵산 템플릿을 이용하여, Nick RCA를 수행한 결과로서, 절단 효소(Nicking enzyme)을 이용하여 Nick RCA 반응을 일으켰을 경우, 기존 RCA 대비 형광이 지수함수적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 도 14의 내용을 참조하면, DB1 T10 N1 (Nt) 템플릿의 경우 표적 핵산이 존재하지 않는 경우에도 빠른 시간 내에 지수함수적 증폭이 일어나, 비특이적 반응(nonspecific reaction)이 일어나는 것을 확인할 수 있다. 반면, DB3 T10 N2 (Nt) 템플릿의 경우 DB1 T10 N1 (Nt) 템플릿과 같은 비특이적 반응을 확인하기 어렵다. 즉, 본 발명에 따라 DB3을 이용하는 경우, DB1에 비해 RCA 혹은 Nick RCA 효율 모두 증가시킬 뿐만 아니라 Nick RCA에서 관찰되는 비특이적 반응을 줄이는데 효과적임을 알 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 핵산 템플릿(DB1 T10 N1, DB3 T13 N1)을 이용하여 서로 다른 온도에서 회전환 증폭(RCA) 반응을 수행한 후, 각각의 산물을 분석하기 위해 10% nPAGE 분석한 결과로서, DB3의 경우 DB1에 비해 NickRCA 반응에서 표적 유전자 유무에 따른 DNA 산물의 양 차이가 뚜렷한 것을 확인할 수 있다.
FIG. 1 is a design diagram of a template having a dumbbell-shaped structure according to one embodiment of the present invention, and the template of FIG. 1 is composed of one arm, one stem, and two loop structures.
FIG. 2 is a schematic diagram of a nucleic acid template according to one embodiment of the present invention, which is composed of two arm structures, two stem structures, and two loop structures.
FIGS. 3 to 6 are schematic diagrams of nucleic acid templates according to one embodiment of the present invention, each of which consists of three arm, three stem, and three loop structures. FIG. 3 has a toehold region of 10 nt in length, FIG. 4 has 11 nt, FIG. 5 has 12 nt, and FIG. 6 has 13 nt, each of which can bind to three different target genes, and the lengths of the stem gene sequences are designed to be different from each other.
FIG. 7 shows a structure of a nucleic acid template designed according to one embodiment of the present invention, which is composed of one arm, one stem, and two loop structures, and it can be seen that a cleavage enzyme recognition site is located on a loop sequence, and a target binding site is located on a connected sequence including a part of the loop sequence and a part of the stem sequence.
FIG. 8 is a schematic diagram of a nucleic acid template according to one embodiment of the present invention, which is composed of three arm, three stem, and three loop structures. In FIG. 8, the cleavage enzyme can be positioned on any one of the loop sequences.
FIG. 9 is a result of electrophoresis (15% dPAGE) according to one embodiment of the present invention. In this embodiment, the ends of a linear template manufactured to form a nucleic acid template having a cancer structure of the present invention were ligated (primer-free self ligation) using T4 DNA, and then treated with exonuclease I/III to remove the unligated free linear template. Through the Denatured PAGE result of FIG. 9, it can be confirmed that the ligation was successful and a dumbbell-shaped nucleic acid template that is not degraded by exonuclease was manufactured.
Figure 10 is a result of electrophoresis (10% nPAGE) according to one embodiment of the present invention. In this embodiment, for each template, hybridization with the target gene (miR-21) was analyzed through native PAGE. Referring to Figure 10, it can be confirmed that hybridization with the target gene occurs in all templates, and in particular, it can be confirmed that hybridization with the target gene occurs better as the toehold region in the DB3 template becomes longer.
FIG. 11 shows the results of performing a rolling circle amplification (RCA) reaction at different temperatures using a nucleic acid template (DB3 T13 N1) manufactured according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, it can be confirmed that the difference in fluorescence signals for the presence or absence of a target gene is most distinct when the RCA reaction temperature is 50°C. Therefore, the optimal reaction temperature in an RCA experiment using the DB3 nucleic acid template of the present invention is about 40 to 60°C, preferably 50°C.
FIG. 12 shows the results of performing a rolling circle amplification (RCA) reaction using nucleic acid templates (DB3 T13 N1, DB1 T10 N1, DB2 T10 N1) having different toehold portion lengths, manufactured according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 12, it can be seen that DB3 T13 N1 has higher amplification efficiency than DB1 T10 N1 and DB2 T10 N1. That is, it can be seen that as the toehold length in the DB3 nucleic acid template increases, the RCA amplification efficiency increases.
FIG. 13 shows the results of performing a rolling circle amplification (RCA) reaction using two nucleic acid templates including/excluding a cleavage enzyme recognition site, manufactured according to one embodiment of the present invention. In the case of DB1 T10 N1, it can be confirmed that the fluorescence is lower in the nucleic acid template (Nt template) in which the cleavage enzyme recognition site is present, and in the case of DB3 T13 N1, the fluorescence is higher in the Nt template. In other words, it can be seen that the nucleic acid template (Nt template) in which the cleavage enzyme recognition site is present is more suitable for taking advantage of the triple-arm dumbbell nucleic acid template.
FIG. 14 shows the results of performing Nick RCA using a nucleic acid template manufactured according to one embodiment of the present invention. When a Nick RCA reaction is induced using a nicking enzyme, it can be confirmed that fluorescence increases exponentially compared to the existing RCA. Referring to the contents of FIG. 14, in the case of the DB1 T10 N1 (Nt) template, it can be confirmed that exponential amplification occurs in a short period of time even in the absence of a target nucleic acid, resulting in a nonspecific reaction. On the other hand, in the case of the DB3 T10 N2 (Nt) template, it is difficult to confirm a nonspecific reaction like the DB1 T10 N1 (Nt) template. That is, it can be seen that when DB3 is used according to the present invention, not only does it increase both the RCA or Nick RCA efficiency compared to DB1, but it is also effective in reducing the nonspecific reaction observed in Nick RCA.
FIG. 15 shows the results of 10% nPAGE analysis to analyze each product after performing a rolling circle amplification (RCA) reaction at different temperatures using nucleic acid templates (DB1 T10 N1, DB3 T13 N1) manufactured according to one embodiment of the present invention. It can be confirmed that in the case of DB3, there is a clear difference in the amount of DNA product depending on the presence or absence of a target gene in the NickRCA reaction compared to DB1.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The advantages and features of the present invention and the embodiments that achieve them will be apparent by referring to the embodiments described below. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and these embodiments are provided only to make the disclosure of the present invention complete and to fully inform those skilled in the art of the scope of the invention, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used in a meaning that can be commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in commonly used dictionaries shall not be ideally or excessively interpreted unless explicitly specifically defined. The terminology used in this specification is for the purpose of describing embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated in the phrase.

본 발명자들은 본 발명자들은 회전환 증폭 방법을 통해 다양한 표적 유전자를 효율적으로 검출할 수 있는 핵산 템플릿(주형 템플릿)을 개발하기 위해 연구 노력한 결과, 다수 개의 암(arm) 구조(또는 형태)를 갖도록 제작한 템플릿을 이용하여, 회전환 증폭을 수행하는 경우 다수의 표적핵산을 높은 효율로 검출할 수 있음을 확인하였는 바, 이로써 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have conducted research efforts to develop a nucleic acid template (template template) capable of efficiently detecting various target genes through a rolling circle amplification method, and as a result, have confirmed that a plurality of target nucleic acids can be detected with high efficiency when rolling circle amplification is performed using a template manufactured to have a plurality of arm structures (or shapes), thereby completing the present invention.

이에, 본 발명은 줄기(stem) 서열 및 루프(loop) 서열로 이루어지는 적어도 하나 이상의 암(arm); 및 상기 암(arm) 서열 상에 토홀드(toehold) 부위 및 절단효소 인식 부위;를 포함하는, 덤벨(dumbbell)형의 회전환 증폭(Rolling Circle Amplification) 반응용 핵산 템플릿 및 이를 이용한 회전환 증폭 반응을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a dumbbell-shaped nucleic acid template for rolling circle amplification reaction, which comprises at least one arm consisting of a stem sequence and a loop sequence; and a toehold site and a cleavage enzyme recognition site on the arm sequence; and a rolling circle amplification reaction using the same.

본 발명에 있어서 사용되는 용어 "표적 유전자"는 검출하고자 하는 모든 종류의 유전자를 의미하며, 서로 다른 종 (species), 아종(subspecies), 또는 변종(variant) 유래의 유전자 염기서열 또는 동일 종 내 유전자 돌연변이를 포함한다. 이는 genomic DNA와 mitochondrial DNA, viral DNA를 포함하는 모든 종류의 DNA 또는 mRNA, ribosomal RNA, non coding RNA, tRNA, viral RNA 등을 포함하는 모든 종류의 RNA를 특징으로 할 수 있으나 이에 국한되지 않으며, 이에 한정되는 것은 아니나, 염기서열의 변이를 포함하는 돌연변이 염기서열인 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 돌연변이는 단일염기다형성(Single Nucleotide Polymorphism, SNP), 삽입 (insertion), 결실(deletion), 점 돌연변이(point mutation), 융합 돌연변이(fusion mutation), 전좌 (translocation), 역위(inversion) 및 LOH(loss of heterozygosity)로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The term "target gene" used in the present invention means all kinds of genes to be detected, and includes gene base sequences derived from different species, subspecies, or variants, or gene mutations within the same species. It can be characterized by, but is not limited to, all kinds of DNA including genomic DNA, mitochondrial DNA, and viral DNA, or all kinds of RNA including mRNA, ribosomal RNA, non coding RNA, tRNA, viral RNA, etc., and can be characterized by, but is not limited to, a mutant base sequence including a variation in base sequence, and the mutation can be characterized by being selected from the group consisting of single nucleotide polymorphism (SNP), insertion, deletion, point mutation, fusion mutation, translocation, inversion, and LOH (loss of heterozygosity), but is not limited thereto.

본 발명에 있어서 사용되는 용어 "표적 유전자"는 뉴클레오티드 폴리머를 지칭하며, 달리 한정되지 않는다면 자연적으로 발생한 뉴클레오티드와 유사한 방식(예컨대, 혼성화)으로 작용할 수 있는 천연 뉴클레오티드의 공지된 유사체(analog)를 포함한다. 본 발명의 표적 유전자는, 예를 들어 유전체 DNA; 상보 DNA(cDNA)(이는 보통 전령 RNA(mRNA)의 역전사 또는 증폭으로 얻어지는 mRNA의 DNA 표현임); 합성으로 또는 증폭으로 생성된 DNA 분자; 및 mRNA를 포함한 임의의 형태의 DNA 또는 RNA를 포함하며, 단일 가닥 분자뿐만 아니라 이중 또는 삼중 가닥 핵산을 포함한다. 이 중 또는 삼중 가닥 핵산에서 핵산 가닥은 동연(coextensive)일 필요는 없다(즉, 이중 가닥 핵산은 양 가닥의 전 체 길이를 따라 이중 가닥일 필요는 없다).The term "target gene" as used herein refers to a nucleotide polymer, and unless otherwise limited, includes known analogs of natural nucleotides that can act in a similar manner (e.g., hybridize) to naturally occurring nucleotides. Target genes of the present invention include, for example, genomic DNA; complementary DNA (cDNA) (which is the DNA representation of mRNA, usually obtained by reverse transcription or amplification of messenger RNA (mRNA)); synthetically or amplified DNA molecules; and any form of DNA or RNA, including mRNA, including single-stranded molecules as well as double- or triple-stranded nucleic acids. In a double- or triple-stranded nucleic acid, the nucleic acid strands need not be coextensive (i.e., a double-stranded nucleic acid need not be double-stranded along the entire length of both strands).

본 발명의 "표적 유전자"는 또한 메틸화 및/또는 캡핑과 같은 것에 의한 이의 임의의 화학적 개질을 포함한다. 핵산 개질은 개별적인 핵산 염기 또는 핵산 전체에 추가적인 전하, 분극률, 수소 결합, 정전기 상호작용, 및 기능성을 포함하는 화학기의 첨가를 포함할 수 있다. 이러한 개질은 2' 위치 당 개질, 5 위치 피리미딘 개질, 8 위치 퓨린개질, 시토신 환외(exocyclic) 아민에서의 개질, 5-브로모-우라실의 치환, 주쇄 개질, 이소염기 이소시티딘 및 이소구 아니딘과 같은 특이 염기쌍 조합 등과 같은 염기 개질을 포함할 수 있다. The "target gene" of the present invention also includes any chemical modification thereof, such as by methylation and/or capping. Nucleic acid modifications may include the addition of chemical groups, including additional charge, polarizability, hydrogen bonding, electrostatic interactions, and functionality, to individual nucleic acid bases or to the nucleic acid as a whole. Such modifications may include base modifications, such as modifications at the 2' position, modifications at the 5' position pyrimidine, modifications at the 8' position purine, modifications at the cytosine exocyclic amine, substitution of 5-bromo-uracil, backbone modifications, special base pairing combinations such as the isobaric bases isocytidine and isoguanidine, and the like.

본 발명의 "표적 유전자"는 고상 매개 화학적 합성(solid phase-mediated chemical synthesis)과 같은 완전한 화학적 합성 과정으로부터, 핵산을 생성하는 임의의 종으로부터 분리를 통해서와 같은 생물학적 공급원으로부터, 또는 DNA 복제, PCR 증폭, 역전사와 같은 분자 생물학 도구에 의한 핵산의 취급과 관련된 과정으로부터, 또는 이들 과정의 결합으로부터 유도될 수 있다.The "target gene" of the present invention may be derived from a completely chemical synthetic process, such as solid phase-mediated chemical synthesis, from a biological source, such as through isolation from any species that produces nucleic acids, or from a process involving handling of nucleic acids by molecular biology tools, such as DNA replication, PCR amplification, reverse transcription, or from a combination of these processes.

본 발명에 있어서 사용되는 용어, "핵산 템플릿"은 회전환 증폭을 위해 표적 서열에 상보적으로 설계된 템플릿(프로브)로서, 원형화 뉴클레오타이드 프로브(Circularizing oligonucleotide probes)라고도 불리우며, 원형의 루프(loop) 서열;과 각 루프 서열에서 뻗어져 나와 이중 가닥으로 형성되며, 각각이 서로 연결된 줄기(stem) 서열;로 이루어진다. 하나의 루프 서열과 해당 루프서열에서 뻗어져 나온 줄기(stem) 서열을 포함하여 암(arm) 구조라 하며, 하나의 암(arm) 구조(형태)의 유전자 서열에는 하나의 루프 서열과 하나의 줄기 서열이 존재하는 것이 일반적이나, 구조상 예외적으로 두 개의 루프 서열을 잇기 위하여 하나의 줄기(stem) 서열만이 존재할 수 있다 (도 1 참조). 본 발명에서, 루프 서열과 줄기 서열이 연결된 위치, 즉 루프 서열의 일부와 줄기 서열의 일부를 포함하는 위치의 유전자 서열은 표적 유전자(또는 프라이머)에 특이적인 서열로 구성될 수 있다. 상기 표적 유전자에 특이적인 서열 중 루프 서열에 해당하는 부분은, 토홀드(toehold) 부위라 한다. 본 발명의 핵산 템플릿은 회전환 증폭 과정에서 연결효소(Ligase)의 도움을 통해 환형화될 수 있다.The term "nucleic acid template" used in the present invention refers to a template (probe) designed complementary to a target sequence for rolling circle amplification, also called circularizing oligonucleotide probes, and is composed of a circular loop sequence; and stem sequences that extend from each loop sequence to form a double strand and are each connected to each other. One loop sequence and a stem sequence extending from the loop sequence are called an arm structure, and in the gene sequence of one arm structure (form), one loop sequence and one stem sequence are generally present, but structurally, only one stem sequence may be present to connect two loop sequences as an exception (see FIG. 1). In the present invention, the gene sequence at the position where the loop sequence and the stem sequence are connected, that is, the position including a part of the loop sequence and a part of the stem sequence, may be composed of a sequence specific to the target gene (or primer). Among the sequences specific to the above target gene, the portion corresponding to the loop sequence is called a toehold region. The nucleic acid template of the present invention can be circularized with the help of a ligase during the rolling circle amplification process.

본 발명의 핵산 템플릿은 하나 이상의 암(arm), 바람직하게는 2개 또는 3개의 암(arm) 구조를 가질 수 있다 (도 2 내지 도 6 참조). 가장 바람직하게는 3개의 암(arm) 구조를 갖는다.The nucleic acid template of the present invention may have one or more arm structures, preferably two or three arm structures (see FIGS. 2 to 6 ). Most preferably, it has three arm structures.

본 발명의 핵산 템플릿은 또한, 절단 효소((Nicking enzyme) 인식 부위를 루프 서열 내 포함한다. NickRCA는 템플릿(template)에 특정 절단 효소에 대한 절단 부위(nicking site)를 포함하고 있으며, RCA를 통해 생성된 상보적인 염기서열 중에 일부가 절단(nicking) 효소에 의해 잘리게 되고 절단된 부위(nicked site)를 형성하며, 이때 형성된 절단된 부위(nicked site) 말단의 3’OH를 DNA 중합효소가 새롭게 인식하여 중합반응을 개시하며 하나의 템플릿(template)에서 여러 중합효소가 작용하여 연쇄적인 증폭반응을 유도할 수 있다.The nucleic acid template of the present invention also includes a nicking enzyme recognition site within the loop sequence. NickRCA includes a nicking site for a specific nicking enzyme in the template, and a portion of the complementary base sequence generated through RCA is nicked by the nicking enzyme to form a nicked site. At this time, the 3'OH at the end of the nicked site formed is newly recognized by DNA polymerase to initiate a polymerization reaction, and multiple polymerases can act on one template to induce a chain amplification reaction.

따라서, 절단 효소를 이용한 일반적인 NickRCA의 경우, DNA 중합효소와 절단 효소가 하나의 템플릿(template)에 대해 서로 경쟁반응을 하며 DNA 중합과 절단(nicking)을 동시에 수행하며, 이러한 경쟁반응으로 인해 NickRCA의 증폭효율의 저해를 가져올 수 있다. 그러나, 본원 발명의 핵산 템플릿은 (원형의 template DNA의 사이즈가 클 경우(DB3 > DB1), 두 효소간 물리적인 거리를 늘릴 수 있음) 두 개 또는 세 개 이상의 암(arm) 구조를 갖고, 100 내지 150nt (바람직하게는 120 내지 150nt, 더욱 바람직하게는 147nt) 크기로 이루어지므로, DNA 중합효소와 절단효소, 두 효소의 경쟁반응을 저해할 수 있어, 이로 인해 NickRCA 효율을 높일 수 있다.Therefore, in the case of general NickRCA using a nicking enzyme, DNA polymerase and the nicking enzyme compete with each other for one template and perform DNA polymerization and nicking at the same time, and this competitive reaction may inhibit the amplification efficiency of NickRCA. However, the nucleic acid template of the present invention has two or three or more arm structures (if the size of the circular template DNA is large (DB3 > DB1), the physical distance between the two enzymes can be increased) and has a size of 100 to 150 nt (preferably 120 to 150 nt, more preferably 147 nt), so that the competitive reaction between the two enzymes, DNA polymerase and the nicking enzyme, can be inhibited, and thus the NickRCA efficiency can be increased.

본 발명에서 제공되는 핵산 템플릿의 염기서열의 길이는 다음과 같다. The length of the base sequence of the nucleic acid template provided in the present invention is as follows.

본 발명의 토홀드(toehold) 부위는 10 내지 30bp의 길이로 이루어지며, 바람직하게는 10~13 bp 또는 20~30 bp의 길이를 갖는다. 본 발명의 프라이머 또는 표적 유전자가 결합하는 템플릿 상 위치는 토홀드(toehold) 및 줄기(stem) 부위를 포함한다. 이는, 표적(target) 유전자의 길이에 따라 전체 염기서열이 전체 하이브리드(fully hybrid)되거나, 부분적으로 하이브리드(partially hybrid) 될 수 있다.The toehold region of the present invention has a length of 10 to 30 bp, and preferably has a length of 10 to 13 bp or 20 to 30 bp. The position on the template to which the primer or target gene of the present invention binds includes a toehold and stem region. Depending on the length of the target gene, the entire base sequence may be fully hybridized or partially hybridized.

본 발명의 상기 줄기(stem) 서열은 10 내지 30bp의 길이로 이루어지며, 바람직하게는 12~15 bp 또는 20~30 bp의 길이를 갖는다.The stem sequence of the present invention has a length of 10 to 30 bp, preferably 12 to 15 bp or 20 to 30 bp.

본 발명의 루프(loop) 서열은 15 내지 45bp의 길이로 이루어지며, 바람직하게는 16~26 bp 또는 10~45 bp의 길이를 갖는다.The loop sequence of the present invention has a length of 15 to 45 bp, preferably 16 to 26 bp or 10 to 45 bp.

본 발명의 절단효소 인식 부위는 10 내지 30 bp의 길이를 갖는다. 본 발명의 절단 효소 인식 부위(Nicking site)는 루프(Loop) 염기서열에 포함되며, 토홀드(toehold) 염기서열과 1~10 nt 염기서열을 두고 위치하거나, 토홀드(toehold) 염기서열이 존재하는 루프(loop)와 다른 루프(loop)의 염기서열에 포함될 수 있다.The nicking site of the present invention has a length of 10 to 30 bp. The nicking site of the present invention is included in a loop base sequence and may be located at a distance of 1 to 10 nt from a toehold base sequence, or may be included in a base sequence of a loop different from a loop in which a toehold base sequence exists.

본 발명에 있어서 상기 핵산 템플릿은 표지자 부위를 포함할 수 있고, 상기 표지자 부위에는 형광물질 및 DNA를 포함하는 형광 프로브가 결합할 수 있으며, 상기 형광 프로브에 포함되는 형광물질은 형광공여체 또는 형광수용체일 수 있다.In the present invention, the nucleic acid template may include a marker portion, and a fluorescent probe including a fluorescent substance and DNA may be bound to the marker portion, and the fluorescent substance included in the fluorescent probe may be a fluorescent donor or a fluorescent acceptor.

상기 형광물질은 이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 형광물질은 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 350, 캐스케이드 블루(Cascade Blue), 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 405, 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 430, 니트로벤즈옥 사디아졸(nitrobenzoxadiazole, NBD), 플루오레세인(fluorescein), 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 488, 오레곤 그린(Oregon Green) 488, 보디피(BODIPY) 493/503, 로다민 그린(Rhodamine Green), 보디피(BODIPY) FL, 오레곤 그린(Oregon Green) 514, 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 514, 에오신(Eosin), 로다민(Rhodamine) 6G, 보디피 (BODIPY) R6G, 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 532, 보디피(BODIPY) 530/550, 보디피(BODIPY) TMR, 알렉사 플루 오르(Alexa Fluor) 555, 테트라메틸 로다민(tetramethyl rhodamine, TMR), 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 546, 보디피(BODIPY) 558/568, QSY 7, QSY 9, 보디피(BODIPY) 564/570, 리사민 로다민 B(Lissamine rhodamine B), 로다민 레드(Rhodamine Red), 보디피(BODIPY) 576/589, 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 568, X-로다민(X-rhodamine), 보디피(BODIPY) 581/591, 보디피(BODIPY) TR, 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 594, 텍사스 레드 (Texas Red), 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 610-X, 보디피(BODIPY) 630/650, 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 633, 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 635, 보디피(BODIPY) 650/665, 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 647, QSY 21, 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 660, 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 680, 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 700, 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 750, 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 790 및 아토(ATTO)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The fluorescent materials include, but are not limited to, Alexa Fluor 350, Cascade Blue, Alexa Fluor 405, Alexa Fluor 430, nitrobenzoxadiazole (NBD), fluorescein, Alexa Fluor 488, Oregon Green 488, BODIPY 493/503, Rhodamine Green, BODIPY FL, Oregon Green 514, Alexa Fluor 514, Eosin, Rhodamine 6G, BODIPY R6G ...488, Oregon Green 488, BODIPY 493/503, Rhodamine Green, BODIPY FL, Oregon Green 514, Alexa Fluor 514, Eosin, Rhodamine 6G, BODIPY R6G, Alexa Fluor 488, Oregon Green 488, BODIPY 493/503, Rhodamine Green, BODIPY FL, Oregon Green 514, Alexa Fluor 514, Eosin, Rhodamine 6G, BODIPY R6G, Alexa Fluor 488, Oregon Green 488, BODIPY 493/503, Rhodamine Green, BODIPY FL, Oregon Green 514, BODIPY 493/503, Rhodamine Green, BODIPY FL, Oregon Green 514, BODIPY 493/503, Rhodamine Green, BODIPY FL, Oregon Green Alexa Fluor 532, BODIPY 530/550, BODIPY TMR, Alexa Fluor 555, tetramethyl rhodamine (TMR), Alexa Fluor 546, BODIPY 558/568, QSY 7, QSY 9, BODIPY 564/570, Lissamine rhodamine B, Rhodamine Red, BODIPY 576/589, Alexa Fluor 568, X-rhodamine, BODIPY 581/591, BODIPY TR, Alexa Fluor The compound may be at least one selected from the group consisting of Alexa Fluor 594, Texas Red, Alexa Fluor 610-X, BODIPY 630/650, Alexa Fluor 633, Alexa Fluor 635, BODIPY 650/665, Alexa Fluor 647, QSY 21, Alexa Fluor 660, Alexa Fluor 680, Alexa Fluor 700, Alexa Fluor 750, Alexa Fluor 790, and ATTO, but is not limited thereto.

본 발명에 기재된 핵산 템플릿을 표현하는 용어는 다음 표 1과 같이 이해될 수 있다.The terms expressing the nucleic acid templates described in the present invention can be understood as shown in Table 1 below.

DB# T# N#DB# T# N# 내용detail DB#DB# 덤벨 템플릿(Dumbbell template)# = 1, 2, 3 등(etc), 암(arm)의 수에 따름Dumbbell template # = 1, 2, 3, etc., depending on the number of arms T#T# 토홀드(toehold)부위# = 토홀드 부위 염기(base) 수에 따름Toehold site # = According to the number of bases in the toehold site N#N# 절단 효소 인식 부위(Nicking site)# = 절단 효소 인식부위 수에 따름Nicking site # = According to the number of nicking enzyme recognition sites

또한, 본 발명에서 암(arm) 수에 따른 핵산 템플릿은 다음 표 2와 같이 설계될 수 있다. 표 2에 제시된 내용에 제한되는 것은 아니다.In addition, in the present invention, the nucleic acid template according to the number of arms can be designed as shown in Table 2 below. It is not limited to the contents presented in Table 2.

암(arm)의 수Number of arms 줄기(stem) 및 루프(loop) 서열Stem and loop sequences 한 개(Single arm template)One (Single arm template) 한 개의 줄기 서열 및 두 개의 루프 서열One stem sequence and two loop sequences 두 개(Dual arm template)Two (Dual arm template) 두 개의 줄기 서열 및 두 개의 루프 서열 Two stem sequences and two loop sequences 세 개(Triple arm template)Three (Triple arm template) 세 개의 줄기 서열 및 세 개의 루프 서열Three stem sequences and three loop sequences

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, in order to help understand the present invention, examples will be given and described in detail. However, the following examples are only intended to illustrate the content of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples. The examples of the present invention are provided to more completely explain the present invention to a person having average knowledge in the art.

핵산 템플릿의 제작Production of nucleic acid templates

본 실시예에서는 선형의 템플릿을 제작한 후, 양 끝 말단을 T4 DNA ligase를 이용하여 ligation(primer-free self ligation)하였으며, Ligation 후 ligation되지 않은 잔류하는 선형의 템플릿을 제거하기 위해 exonuclease I/III를 처리하여, 덤벨형의 핵산 템플릿을 제작하였다. 상세하게 5' 인산화된 선형의 템플릿 DNA (4 μM)을 1X T4 DNA ligation 완충액 (50 mM Tris-HCl, 10 mM MgCl2, 1 mM ATP, 10 mM DTT, pH 7.5)에서 70℃에서 10분 동안 가열하고 25℃로 천천히 냉각하여 어닐링하였다. 2 μL의 T4 DNA ligase(16 U/μL)를 첨가하여 5' 인산기와 3' 하이드록실기 사이에 형성된 nick 부위를 연결하는 ligation 반응을 25℃에서 2시간 동안 수행한 후 65℃에서 10분간 가열하여 T4 DNA ligase를 비활성화하였다. 이후 ligation되지 않은 선형 템플릿 DNA를 제거하기 위해 ligation한 템플릿 DNA를 1X exonuclease 반응 완충액(10 mM Bis-Tris-Propane-HCl, 10 mM MgCl2, 1 mM DTT, pH 7)에서 37℃에서 1시간 동안 Exonuclease I/III를 처리하고, 이후 80℃에서 15분간 가열하여 비활성화한 후 제작된 덤벨형의 템플릿을 -20℃에 보관하여 이후 RCA 반응에 사용하였다.In this example, after producing a linear template, both ends were ligated (primer-free self ligation) using T4 DNA ligase, and exonuclease I/III was treated to remove any remaining linear template that was not ligated after ligation, thereby producing a dumbbell-shaped nucleic acid template. In detail, 5' phosphorylated linear template DNA (4 μM) was annealed by heating at 70°C for 10 minutes in 1X T4 DNA ligation buffer (50 mM Tris-HCl, 10 mM MgCl 2 , 1 mM ATP, 10 mM DTT, pH 7.5) and slowly cooling to 25°C. 2 μL of T4 DNA ligase (16 U/μL) was added, and the ligation reaction to link the nick site formed between the 5' phosphate group and the 3' hydroxyl group was performed at 25°C for 2 h, followed by heating at 65°C for 10 min to inactivate T4 DNA ligase. After that, to remove the unligated linear template DNA, the ligated template DNA was treated with Exonuclease I/III in 1X exonuclease reaction buffer (10 mM Bis-Tris-Propane-HCl, 10 mM MgCl2, 1 mM DTT, pH 7) at 37°C for 1 h, and then inactivated by heating at 80°C for 15 min. The produced dumbbell-shaped template was stored at -20°C and used in the subsequent RCA reaction.

본 발명에서 이용된 유전자 서열은 다음 표 3과 같다.The gene sequences used in the present invention are as shown in Table 3 below.

명칭designation 서열 (5' →3')Sequence (5' →3') 서열번호Sequence number miR-21 (target)miR-21 (target) UAGCUUAUCAGACUGAUGUUGAUAGCUUAUCAGACUGAUGUUGA 11 DB1 T10 N1DB1 T10 N1 /5Phos/AAGCTATTGTAATACCTCAGCCTAGCTTATCAGAGCCCCCTCAACATCAG TCTGAT /5Phos/ AAGCTA TTGTAATACCTCAGCC TAGCTTATCAGA GCCCCC TCAACATCAG TCTGAT 22 DB2 T10 N1DB2 T10 N1 /5Phos/TAGCTTATCAGAGCCTCAGCCTCAACATCAGTCTGATAAGCTATAGCTTATCAGATCCTAATACTCAACATCAG TCTGATAAGCTA /5Phos/ TAGCTTATCAGA GCCTTCAGCCTCAACATCAG TCTGATAAGCTATAGCTTATCAGA TCCTAATAC TCAACATCAG TCTGATAAGCTA 33 DB3 T10 N1DB3 T10 N1 /5Phos/GCTTATCAGAGCCTCAGCCTCAACATCAG TCTGATAAGCTACGGGCCTAGCAGCACGTATCCTCCTTCCGCCAATATT
TACGTGCTGCTAGGCGCCTAGCTTATCAGATCCTCCTTCTCAACATCAG TCTGATAAGCTAGGCCCGTA
/5Phos/ GCTTATCAG AGCCTCAGCC TCAACATCAG TCTGATAAGCTACGGGCCTAGCAGCACGTA TCCTCCTTCCGCCAATATT
TACGTGCTGCTAGGCGCCTAGCTTATCAGA TCCTCCTTC TCAACATCAG TCTGATAAGCTAGGCCCGTA
44
DB3 T11 N1DB3 T11 N1 /5Phos/GCTTATCAGCGCCTCAGCCTCAACATCAGTCTGATAAGCTACGGGCCTAGCAGCACGTCTCCTCCTTCCGCCAATATTTACGTGCTGCTAGGCGCCTAGCTTATCAGCTCCTCCTTCTCAACATCAGTCTGATAAGCTAGGCCCGTA/5Phos/GCTTATCAGCGCCTCAGCCTCAACATCAGTCTGATAAGCTACGGGCCTAGCAGCACGTCTCCTCCTTCCGCCAATATTTACGTGCTGCTAGGCGCCTAGCTTATCAGCTCCTCCTTCTCAACATCAGTCTGATAAGCTAGGCCCGTA 55 DB3 T12 N1DB3 T12 N1 /5Phos/GCTTATCACCGCCTCAGCCTCAACATCAGTCTGATAAGCTACGGGCCTAGCAGCACGCCTCCTCCTTCCGCCAATATTTACGTGCTGCTAGGCGCCTAGCTTATCACCTCCTCCTTCTCAACATCAGTCTGATAAGCTAGGCCCGTA/5Phos/GCTTATCACCGCCTCAGCCTCAACATCAGTCTGATAAGCTACGGGCCTAGCAGCACGCCTCCTCCTTCCGCCAATATTTACGTGCTGCTAGGCGCCTAGCTTATCACCTCCTCCTTCTCAACATCAGTCTGATAAGCTAGGCCCGTA 66 DB3 T13 N1DB3 T13 N1 /5Phos/GCTTATCCCCGCCTCAGCCTCAACATCAGTCTGATAAGCTACGGGCCTAGCAGCACCCCTCCTCCTTCCGCCAATATTTACGTGCTGCTAGGCGCCTAGCTTATCCCCTCCTCCTTCTCAACATCAGTCTGATAAGCTAGGCCCGTA/5Phos/GCTTATCCCCGCCTCAGCCTCAACATCAGTCTGATAAGCTACGGGCCTAGCAGCACCCCTCCTCCTTCCGCCAATATTTACGTGCTGCTAGGCGCCTAGCTTATCCCCTCCTCCTTCTCAACATCAGTCTGATAAGCTAGGCCCGTA 77 DB1 T10 N1 (Nt)DB1 T10 N1 (Nt) /5Phos/AAGCTATTGTAATACCGACTCCTAGCTTATCAGAGCCCCCTCAACATCAG TCTGAT /5Phos/ AAGCTA TTGTAATACCGACTCC TAGCTTATCAGA GCCCCC TCAACATCAG TCTGAT 88 DB3 T13 N1 (Nt)DB3 T13 N1 (Nt) /5Phos/GCTTATCCCCGCCTCAGCCTCAACATCAGTCTGATAAGCTACGGGCCTAGCAGCACCCCTCCTCCTTCCGCCAATATTTACGTGCTGCTAGGCGCCTAGCTTATCCCCTCCTCCTTCTCAACATCAGTCTGATAAGCTAGGCCCGTA/5Phos/GCTTATCCCCGCCTCAGCCTCAACATCAGTCTGATAAGCTACGGGCCTAGCAGCACCCCTCCTCCTTCCGCCAATATTTACGTGCTGCTAGGCGCCTAGCTTATCCCCTCCTCCTTCTCAACATCAGTCTGATAAGCTAGGCCCGTA 99

본 실시예에 따라 제작된 덤벨형 핵산 템플릿은 15% dPAGE (denaturing PAGE) 분석을 통해 확인하였으며, 7 M urea, 40% acrylamide/bis solution (29:1), 10% ammonium sulfate (APS), tetramethylethylenediamine (TEMED) 및 1X TBE 완충액(100 mM Tris, 90 mM Boric acid, 1 mM EDTA)을 이용하여 15% urea-polyacrylamide 젤을 제작하였다. 선형의 템플릿을 비롯하여 ligation한 템플릿, exonuclease I/III 처리한 덤벨 템플릿을 1X TBE-urea 샘플 완충액에서 70℃에서 5분 동안 가열하여 변성시킨 후 0.5X TBE에서 15% dPAGE로 분석하였다. 이후 1X SYBR gold nucleic acid stain으로 25℃에서 30분 동안 염색하였다. 염색한 젤 이미지는 ChemiDoc MP 젤 영상 시스템(Bio-Rad Laboratories)을 통해 얻었고, ImageJ 소프트웨어를 사용하여 이미지를 처리하였다. 처리한 젤 이미지 결과는 도 9에 표시된 바와 같다. 도 9를 참조하면, 밴드 위치를 통해 ligation이 잘 이뤄졌으며, 최종적으로 exonuclease에 의해 분해되지 않는 덤벨(dumbbell) 형태의 템플릿(template)이 제작된 것을 확인할 수 있다.The dumbbell-shaped nucleic acid template produced according to this example was confirmed through 15% dPAGE (denaturing PAGE) analysis. A 15% urea-polyacrylamide gel was produced using 7 M urea, 40% acrylamide/bis solution (29:1), 10% ammonium sulfate (APS), tetramethylethylenediamine (TEMED), and 1X TBE buffer (100 mM Tris, 90 mM boric acid, 1 mM EDTA). The linear template, ligated template, and exonuclease I/III-treated dumbbell template were denatured by heating in 1X TBE-urea sample buffer at 70°C for 5 minutes and then analyzed by 15% dPAGE in 0.5X TBE. After that, they were stained with 1X SYBR gold nucleic acid stain at 25°C for 30 minutes. The stained gel images were obtained through the ChemiDoc MP gel imaging system (Bio-Rad Laboratories) and processed using ImageJ software. The processed gel image results are as shown in Fig. 9. Referring to Fig. 9, it can be confirmed that the ligation was successful through the band positions, and ultimately, a dumbbell-shaped template that is not degraded by exonuclease was produced.

제작된 핵산 템플릿의 표적 유전자와의 혼성화 여부 확인Confirmation of hybridization of the produced nucleic acid template with the target gene

덤벨형의 핵산 템플릿은 표적 유전자와 상보적인 결합을 할 수 있도록 설계되어 있으므로 표적 유전자와 혼성화가 일어날 수 있다. 제작된 핵산 템플릿과 표적 유전자와의 혼성화는 10% nPAGE (native PAGE)를 통해 확인하였다. 덤벨 템플릿(200 mM)과 표적 유전자(200 mM)를 1X 등온 증폭 반응 완충액(20 mM Tris-HCl, 10 mM (NH4)2SO4, 50 mM KCl, 2 mM MgSO4, 0.1% Tween 20, pH 8.8)에서 반응 후 80℃에서 55℃로 온도를 천천히 낮춰 어닐링하였다. 이후 nPAGE 분석을 위해 30% acrylamide/bis solution (29:1), 10% APS, TEMED 및 1X TBE 완충액을 이용하여 10% 천연 polyacrylamide 젤을 제작하였다. 0.5X TBE에서 10% nPAGE로 분석한 후 1X SYBR gold nucleic acid stain으로 25℃에서 30분 동안 염색하였다. 염색한 젤 이미지는 ChemiDoc MP 젤 영상시스템을 통해 얻었고, 얻은 젤 이미지는 ImageJ 소프트웨어를 이용하여 처리하였다.Since the dumbbell-shaped nucleic acid template is designed to be able to complementarily bind to the target gene, hybridization with the target gene can occur. Hybridization of the produced nucleic acid template and the target gene was confirmed through 10% nPAGE (native PAGE). The dumbbell template (200 mM) and the target gene (200 mM) were reacted in 1X isothermal amplification reaction buffer (20 mM Tris-HCl, 10 mM (NH4)2SO4 , 50 mM KCl, 2 mM MgSO4 , 0.1% Tween 20, pH 8.8), and then annealed by slowly lowering the temperature from 80°C to 55°C. Afterwards, a 10% native polyacrylamide gel was prepared using 30% acrylamide/bis solution (29:1), 10% APS, TEMED, and 1X TBE buffer for nPAGE analysis. After analysis by 10% nPAGE in 0.5X TBE, the gel was stained with 1X SYBR gold nucleic acid stain for 30 minutes at 25℃. The stained gel image was obtained using a ChemiDoc MP gel imaging system, and the obtained gel image was processed using ImageJ software.

각 덤벨 템플릿에 대해 표적 유전자(miR-21)와 혼성화 후 native PAGE를 통해 혼성화 여부를 분석하였으며, 그 결과는 도 10에 나타난 바와 같다. Native PAGE는 핵산 본래의 이차구조 형성 여부를 분석하는데 사용하며, denaturing PAGE는 열적, 화학적으로 변성된 핵산 그 자체를 분석하는데 쓰인다. 따라서 native PAGE에서 새롭게 관찰되는 밴드의 형성 유무를 통해 덤벨 템플릿과 표적 유전자와의 혼성화 여부를 결정할 수 있다.For each dumbbell template, hybridization with the target gene (miR-21) was analyzed through native PAGE, and the results are as shown in Fig. 10. Native PAGE is used to analyze whether the original secondary structure of the nucleic acid is formed, and denaturing PAGE is used to analyze the nucleic acid itself that has been thermally and chemically denatured. Therefore, whether the dumbbell template hybridizes with the target gene can be determined through the formation of a newly observed band in native PAGE.

도 10에 도시된 바와 같이, 모든 덤벨 템플릿(template)에서 표적 유전자(target)와 혼성화(hybridization)가 일어나는 것을 확인했으며, 특히 트리플-암(triple-arm)을 갖는 덤벨 템플릿(DB3 template)에서 토홀드(toehold) 부위가 길어질 수록 표적 유전자와의 혼성화가 잘 일어나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 토홀드(toehold) 부위는 10 내지 30bp인 것이 바람직하다.As shown in Fig. 10, it was confirmed that hybridization with the target gene occurred in all dumbbell templates, and in particular, it was confirmed that hybridization with the target gene occurred better as the toehold region became longer in the dumbbell template (DB3 template) having a triple-arm. That is, the toehold region is preferably 10 to 30 bp.

제작된 트리플-암 템플릿을 이용한 RCA 반응의 최적온도 확인Determination of the optimal temperature for RCA reaction using the fabricated triple-arm template

표적 유전자와 혼성화를 가장 잘 이룬 DB3 T13 N1 템플릿을 이용하여 Bst 2.0 DNA 중합효소를 이용한 RCA 반응의 최적온도를 확인하였다. RCA 반응을 효과적으로 유도하기 위해 덤벨 템플릿과 표적 유전자, DNA 중합효소는 RCA mater mix 제조의 가장 마지막 단계에 첨가하였다. RCA mater mix는 1X 등온 반응 완충액에 MgSO4 (6 mM), dNTP (1 mM), SYBR Green (2.5X)를 이용하여 먼저 제작하고, 이후 DB3 T13 N1 (200 nM)과 Bst 2.0 DNA 중합효소 (0.08 U/μL)를 추가하여 18 μL의 mix를 제조한 후 2 μL의 표적 유전자(miR-21, 5 nM)를 넣어 20 μL의 최종 부피를 맞추었다. 대조군으로 2 μL의 Tris-HCl 완충액(20 mM)을 사용하였다. 반응 혼합물은 모두 ice 상에서 제작하였으며, RCA 반응은 50 내지 65℃에서 60분 동안 반응하고 80℃에서 20분 동안 가열하여 Bst 2.0 DNA 중합효소를 비활성화하고 반응을 종결하였다. QuantStudioTM 5 Real-Time PCR System (Applied BiosystemsTM)을 이용하여 60분 동안 1분 간격으로 실시간 형광 신호를 측정하였다. 각 시간 별 해당 시료의 형광 측정값(fluorescence intensity, FI)에서 초기 형광 측정값(initial FI or FI0)를 빼는 방식을 통해 순 신호 변화(net signal changes)를 얻었다. 2-3회의 독립적인 실험 반복을 통해 얻은 평균 형광 강도(FI)를 사용하여 실험군 간의 상대적 형광 변화를 비교하고, 30분 및 60분에서 측정된 값을 이용하여 반응 조건 별 형광 신호 변화를 분석하였다. The optimal temperature for the RCA reaction using Bst 2.0 DNA polymerase was confirmed using the DB3 T13 N1 template that hybridized best with the target gene. To effectively induce the RCA reaction, the dumbbell template, target gene, and DNA polymerase were added at the very last step of preparing the RCA mater mix. The RCA mater mix was first prepared using MgSO 4 (6 mM), dNTP (1 mM), and SYBR Green (2.5X) in 1X isothermal reaction buffer. After that, DB3 T13 N1 (200 nM) and Bst 2.0 DNA polymerase (0.08 U/μL) were added to prepare 18 μL of the mix, and 2 μL of the target gene (miR-21, 5 nM) was added to make a final volume of 20 μL. 2 μL of Tris-HCl buffer (20 mM) was used as a control. All reaction mixtures were prepared on ice, and the RCA reaction was performed at 50–65°C for 60 min and heated to 80°C for 20 min to inactivate Bst 2.0 DNA polymerase and terminate the reaction. Real-time fluorescence signals were measured at 1-minute intervals for 60 min using a QuantStudio TM 5 Real-Time PCR System (Applied Biosystems TM ). The net signal changes were obtained by subtracting the initial fluorescence measurement value (initial FI or FI 0 ) from the fluorescence measurement value (fluorescence intensity, FI) of the corresponding sample at each time point. The relative fluorescence changes between the experimental groups were compared using the average fluorescence intensity (FI) obtained through 2–3 independent experimental repetitions, and the fluorescence signal changes according to the reaction conditions were analyzed using the values measured at 30 and 60 min.

본 실시예에서는 Bst 2.0 DNA 중합효소를 이용하여 본 발명의 템플릿 이용 시RCA 반응의 최적온도를 확인하고자, 50 내지 65℃(비활성화온도: 80 ℃ )에서 본원 발명의 템플릿 DB3 T13 N1을 이용하여 RCA반응을 수행하였으며, 기본적인 반응 조건은 다음 표 4와 같다.In this example, in order to confirm the optimal temperature for the RCA reaction when using the template of the present invention, Bst 2.0 DNA polymerase was used, and the RCA reaction was performed using the template DB3 T13 N1 of the present invention at 50 to 65°C (inactivation temperature: 80°C). The basic reaction conditions are as shown in Table 4 below.

시약reagent 농도density DB3 T13 N1 템플릿DB3 T13 N1 Template 200 nM200 nM 표적 유전자(Target)Target gene 0 or 5 nM0 or 5 nM dNTPdNTP 1 mM1 mM MgSO4 MgSO 4 6 mM6 mM SYBR GreenSYBR Green 2.5X2.5X 등온 반응 완충액(Isothermal reaction buffer)Isothermal reaction buffer 1X1X Bst2.0 DNA 중합효소Bst2.0 DNA polymerase 0.08 U/μL0.08 U/μL

본 실시예에 따른 결과는 도 11과 같으며, 해당 결과는 실험 반복횟수(n) 2-3회 반복하여 나온 결과의 평균이다. 도 11을 참조하면, RCA 반응 온도가 50 ℃일 때 표적 유전자 유무에 대한 형광신호 차이가 가장 뚜렷한 것을 볼 수 있으므로 DB3 템플릿을 이용한 RCA 실험에서 최적반응 온도는 약 40 내지 60℃, 바람직하게는 약 50 ℃임을 알 수 있다.The results according to this example are as shown in Fig. 11, and the results are the average of the results obtained by repeating the experiment 2-3 times (n). Referring to Fig. 11, it can be seen that the difference in fluorescence signal depending on the presence or absence of the target gene is most distinct when the RCA reaction temperature is 50°C, and therefore, it can be seen that the optimal reaction temperature in the RCA experiment using the DB3 template is about 40 to 60°C, preferably about 50°C.

토홀드(toehold) 부위 길이에 따른 RCA 효율 확인Check RCA efficiency according to toehold length

서로 다른 암(arm)을 가진 덤벨 템플릿(DB1, DB2, DB3 템플릿)을 이용하여 토홀드 부위 길이에 따른 RCA 효율을 비교하였다. RCA 반응을 효과적으로 유도하기 위해 덤벨 템플릿과 표적 유전자, DNA 중합효소는 RCA mater mix 제조의 가장 마지막 단계에 첨가하였다. RCA mater mix는 1X 등온 반응 완충액에 MgSO4 (6 mM), dNTP (1 mM), SYBR Green (2.5X)를 이용하여 먼저 제작하고, 이후 덤벨 템플릿(200 nM)과 Bst 2.0 DNA 중합효소 (0.08 U/μL)를 추가하여 18 μL의 mix를 제조한 후 2 μL의 표적 유전자(miR-21, 5 nM)를 넣어 20 μL의 최종 부피를 맞추었다. 대조군으로 2 μL의 Tris-HCl 완충액(20 mM)을 사용하였다. 반응 혼합물은 모두 ice 상에서 제작하였으며, RCA 반응은 50℃에서 60분 동안 반응하고 80℃에서 20분 동안 가열하여 Bst 2.0 DNA 중합효소를 비활성화하고 반응을 종결하였다. QuantStudioTM 5 Real-Time PCR System을 이용하여 60분 동안 1분 간격으로 실시간 형광 신호를 측정하였다. 각 시간 별 해당 시료의 형광 측정값(FI)에서 초기 형광 측정값(FI0)를 빼는 방식을 통해 순 신호 변화(net signal changes)를 얻었다. 2-3회의 독립적인 실험 반복을 통해 얻은 평균 형광 강도(FI)를 사용하여 실험군 간의 상대적 형광 변화를 비교하고, 30분 및 60분에서 측정된 값을 이용하여 반응 조건 별 형광 신호 변화를 분석하였다.The RCA efficiency according to the toehold region length was compared using dumbbell templates with different arms (DB1, DB2, DB3 templates). To effectively induce the RCA reaction, the dumbbell template, target gene, and DNA polymerase were added at the very last step of preparing the RCA mater mix. The RCA mater mix was first prepared using MgSO 4 (6 mM), dNTP (1 mM), and SYBR Green (2.5X) in 1X isothermal reaction buffer. Then, the dumbbell template (200 nM) and Bst 2.0 DNA polymerase (0.08 U/μL) were added to prepare 18 μL of the mix, and 2 μL of the target gene (miR-21, 5 nM) was added to make a final volume of 20 μL. 2 μL of Tris-HCl buffer (20 mM) was used as a control. All reaction mixtures were prepared on ice, and the RCA reaction was performed at 50℃ for 60 min and heated at 80℃ for 20 min to inactivate Bst 2.0 DNA polymerase and terminate the reaction. Real-time fluorescence signals were measured at 1-minute intervals for 60 min using QuantStudio TM 5 Real-Time PCR System. The net signal changes were obtained by subtracting the initial fluorescence measurement value (FI 0 ) from the fluorescence measurement value (FI) of the corresponding sample at each time point. The relative fluorescence changes between the experimental groups were compared using the average fluorescence intensity (FI) obtained through 2-3 independent experimental repetitions, and the fluorescence signal changes according to the reaction conditions were analyzed using the values measured at 30 and 60 min.

본 실시예에서는 토홀드 부위 길이에 따른 RCA 효율을 비교하고자 본 발명의 템플릿 이용하여 각 길이(10 내지 13bp)에서의 RCA 반응 결과를 확인하였으며, 본 실시예에서 반응온도는 50 ℃(비활성화온도: 80 ℃)로 하였다. 본 실시예에서의 구체적인 반응 조건은 다음 표 5와 같다.In this example, the template of the present invention was used to compare the RCA efficiency according to the length of the toehold portion, and the RCA reaction results at each length (10 to 13 bp) were confirmed. In this example, the reaction temperature was 50°C (deactivation temperature: 80°C). The specific reaction conditions in this example are as follows in Table 5.

시약reagent 농도density 덤벨 템플릿Dumbbell Template 200 nM200 nM 표적 유전자(Target)Target gene 0 또는 5 nM0 or 5 nM dNTPdNTP 1 mM1 mM MgSO4 MgSO 4 6 mM6 mM SYBR GreenSYBR Green 2.5X2.5X 등온 반응 완충액(Isothermal reaction buffer)Isothermal reaction buffer 1X1X Bst2.0 DNA 중합효소Bst2.0 DNA polymerase 0.08 U/μL0.08 U/μL

본 실시예에 따른 결과는 도 12와 같으며, 해당 결과는 실험 반복횟수(n) 2-3회 반복하여 나온 결과의 평균이다. 도 12를 참조하면, DB3 템플릿에서 토홀드 부위 길이가 길어질 수록 RCA 증폭 효율이 증가하였다. 특히, DB3 T13 N1의 경우 DB1 T10 N1, DB2 T10 N1 대비 더 높은 증폭 효율을 갖는 것을 확인할 수 있다. 즉, DB3의 템플릿의 경우 DB1 또는 DB2 템플릿 보다, 토홀드 부위의 길이가 약 10 내지 30 bp, 바람직하게는 13 bp인 경우에 RCA 증폭 효율이 더욱 향상된다.The results according to the present embodiment are as shown in Fig. 12, and the results are the average of the results obtained by repeating the experiment 2-3 times (n). Referring to Fig. 12, as the length of the toehold portion in the DB3 template increases, the RCA amplification efficiency increases. In particular, it can be confirmed that DB3 T13 N1 has a higher amplification efficiency than DB1 T10 N1 and DB2 T10 N1. That is, in the case of the DB3 template, when the length of the toehold portion is about 10 to 30 bp, preferably 13 bp, compared to the DB1 or DB2 template, the RCA amplification efficiency is further improved.

절단 효소 인식 부위 포함여부에 따른 RCA 효율의 비교Comparison of RCA efficiency depending on whether the cleavage enzyme recognition site is included

덤벨 템플릿에서 절단 효소 인식 부위 포함 여부에 따른 RCA 효율을 비교 분석하기 위해 DB1 및 DB3 템플릿에 대해 절단 효소 인식 부위를 포함하는 덤벨 템플릿(Nt 표시됨)과 절단 효소 인식 부위를 포함하지 않는 덤벨 템플릿으로 각각 RCA를 진행하였다. RCA 반응을 효과적으로 유도하기 위해 덤벨 템플릿과 표적 유전자, DNA 중합효소는 RCA mater mix 제조의 가장 마지막 단계에 첨가하였다. RCA mater mix는 1X 등온 반응 완충액에 MgSO4 (6 mM), dNTP (1 mM), SYBR Green (2.5X)를 이용하여 먼저 제작하고, 이후 덤벨 템플릿(200 nM)과 Bst 2.0 DNA 중합효소 (0.08 U/μL)를 추가하여 18 μL의 mix를 제조한 후 2 μL의 표적 유전자(miR-21, 5 nM)를 넣어 20 μL의 최종 부피를 맞추었다. 대조군으로 2 μL의 Tris-HCl 완충액(20 mM)을 사용하였다. 반응 혼합물은 모두 ice 상에서 제작하였으며, RCA 반응은 50℃에서 60분 동안 반응하고 80℃에서 20분 동안 가열하여 Bst 2.0 DNA 중합효소를 비활성화하고 반응을 종결하였다. QuantStudioTM 5 Real-Time PCR System을 이용하여 60분 동안 1분 간격으로 실시간 형광 신호를 측정하였다. 각 시간 별 해당 시료의 형광 측정값(FI)에서 초기 형광 측정값(FI0)를 빼는 방식을 통해 순 신호 변화(net signal changes)를 얻었다. 2회의 독립적인 실험 반복을 통해 얻은 평균 형광 강도(FI)를 사용하여 실험군 간의 상대적 형광 변화를 비교하고, 30분 및 60분에서 측정된 값을 이용하여 반응 조건 별 형광 신호 변화를 분석하였다.To compare the RCA efficiency according to the inclusion of the cleavage recognition site in the dumbbell template, RCA was performed with dumbbell templates including the cleavage recognition site (Nt indicated) and dumbbell templates without the cleavage recognition site for DB1 and DB3 templates, respectively. To effectively induce the RCA reaction, the dumbbell template, target gene, and DNA polymerase were added at the very last step of preparing the RCA mater mix. The RCA mater mix was first prepared using MgSO 4 (6 mM), dNTP (1 mM), and SYBR Green (2.5X) in 1X isothermal reaction buffer. Then, dumbbell template (200 nM) and Bst 2.0 DNA polymerase (0.08 U/μL) were added to prepare 18 μL of mix, and 2 μL of target gene (miR-21, 5 nM) was added to adjust the final volume to 20 μL. As a control, 2 μL of Tris-HCl buffer (20 mM) was used. All reaction mixtures were prepared on ice, and the RCA reaction was reacted at 50 °C for 60 min and heated at 80 °C for 20 min to inactivate Bst 2.0 DNA polymerase and terminate the reaction. Real-time fluorescence signals were measured at 1-minute intervals for 60 min using QuantStudio TM 5 Real-Time PCR System. The net signal changes were obtained by subtracting the initial fluorescence measurement value (FI 0 ) from the fluorescence measurement value (FI) of the corresponding sample at each time point. The relative fluorescence changes between the experimental groups were compared using the average fluorescence intensity (FI) obtained through two independent experimental repetitions, and the fluorescence signal changes according to the reaction conditions were analyzed using the values measured at 30 and 60 min.

본 발명의 덤벨 템플릿에서 절단 효소 인식부위 존재 여부에 따른 RCA 효율을 비교하고자, 절단 효소 인식부위가 존재하는 템플릿 (Nt 표시됨)과 절단 효소 인식부위가 없는 템플릿으로 각각 RCA를 진행하였다. 본 실시예에서 반응온도는 50℃(비활성화온도: 80℃)로 하였으며, 본 실시예에서의 구체적인 반응 조건은 다음 표 6과 같다.In order to compare the RCA efficiency according to the presence or absence of the cleavage enzyme recognition site in the dumbbell template of the present invention, RCA was performed with each template having the cleavage enzyme recognition site (indicated by Nt) and the template without the cleavage enzyme recognition site. In this example, the reaction temperature was 50°C (inactivation temperature: 80°C), and the specific reaction conditions in this example are as shown in Table 6 below.

시약reagent 농도density 덤벨 템플릿Dumbbell Template 0.2 uM0.2 uM 표적 유전자(Target)Target gene 0 또는 5 nM0 or 5 nM dNTPdNTP 1 mM1 mM MgSO4 MgSO 4 6 mM6 mM SYBR GreenSYBR Green 2.5X2.5X 등온 반응 완충액(Isothermal reaction buffer)Isothermal reaction buffer 1X1X Bst2.0 DNA 중합효소Bst2.0 DNA polymerase 0.08 U/μL0.08 U/μL

본 실시예에 따른 결과는 도 13과 같으며, DB1 T10 N1의 경우 Nt template (ver.3)이 형광이 더 낮고, DB3 T13 N1의 경우 Nt template이 형광이 더 큰 것을 확인할 수 있다. 즉, Nt 템플릿(절단 효소 인식분위가 존재하는 템플릿)이 트리플-암 덤벨형 템플릿(triple-arm dumbbell template)의 장점을 살리기에 더 적합하다는 것을 알 수 있다.The results according to the present example are as shown in Fig. 13, and it can be confirmed that in the case of DB1 T10 N1, the Nt template (ver. 3) has lower fluorescence, and in the case of DB3 T13 N1, the Nt template has higher fluorescence. In other words, it can be seen that the Nt template (a template in which a cleavage enzyme recognition site exists) is more suitable for taking advantage of the triple-arm dumbbell template.

절단 효소를 이용한 Nick RCA 효율 확인Confirmation of Nick RCA efficiency using cleavage enzyme

Nicking 효소를 이용한 Nick RCA와 Nicking 효소를 이용하지 않는 RCA의 효율을 비교하기 위해 Nt 템플릿을 이용하고 RCA master mix에 Nt.BstNBI 효소를 추가하였다. RCA mater mix는 1X 등온 반응 완충액에 MgSO4 (6 mM), dNTP (1 mM), SYBR Green (2.5X), Bst 2.0 DNA 중합효소 (0.24 U/μL)를 추가하여 제조하였다. Master mix에 Nt.BstNBI (0.0375 U/μL)와 대조군으로 nuclease-free water를 넣은 혼합액(18 μL)을 50℃에서 3분간 사전 배양(pre-incubation)하였다. 이후 혼합액과 표적 유전자(miR-21, 5 nM)를 넣어 20 μL의 최종 부피를 맞추었다. 대조군으로 2 μL의 Tris-HCl 완충액(20 mM)을 사용하였다. 반응 혼합물은 모두 ice 상에서 제작하였으며, RCA 반응은 50℃에서 60분 동안 반응하고 80℃에서 20분 동안 가열하여 Bst 2.0 DNA 중합효소 및 Nt.BstNBI 절단효소를 비활성화하고 반응을 종결하였다. QuantStudioTM 5 Real-Time PCR System을 이용하여 60분 동안 1분 간격으로 실시간 형광 신호를 측정하였다. 각 시간 별 해당 시료의 형광 측정값(FI)에서 초기 형광 측정값(FI0)를 빼는 방식을 통해 순 신호 변화(net signal changes)를 얻었다. 2회의 독립적인 실험 반복을 통해 얻은 평균 형광 강도(FI)를 사용하여 실험군 간의 상대적 형광 변화를 비교하였다.To compare the efficiency of Nick RCA using nicking enzyme and RCA without nicking enzyme, Nt template was used and Nt.BstNBI enzyme was added to RCA master mix. RCA master mix was prepared by adding MgSO 4 (6 mM), dNTP (1 mM), SYBR Green (2.5X), and Bst 2.0 DNA polymerase (0.24 U/μL) to 1X isothermal reaction buffer. A mixture (18 μL) containing Nt.BstNBI (0.0375 U/μL) and nuclease-free water as a control was pre-incubated at 50°C for 3 min. The mixture and target gene (miR-21, 5 nM) were then added to make a final volume of 20 μL. 2 μL of Tris-HCl buffer (20 mM) was used as a control. All reaction mixtures were prepared on ice, and the RCA reaction was performed at 50°C for 60 min and heated at 80°C for 20 min to inactivate Bst 2.0 DNA polymerase and Nt.BstNBI cleavage enzyme and terminate the reaction. Real-time fluorescence signals were measured at 1-minute intervals for 60 min using QuantStudio TM 5 Real-Time PCR System. The net signal changes were obtained by subtracting the initial fluorescence measurement value (FI 0 ) from the fluorescence measurement value (FI) of the corresponding sample at each time point. The relative fluorescence changes between the experimental groups were compared using the average fluorescence intensity (FI) obtained through two independent experimental repetitions.

본 실시예에서는 절단 효소의 존재 여부에 따라 표적물질의 검출 효율을 확인하였다. 본 실시예에서 반응온도는 50 ℃(비활성화온도: 80 ℃)로 하였으며, 본 실시예에서의 구체적인 반응 조건은 다음 표 7과 같다.In this example, the detection efficiency of the target substance was confirmed depending on the presence or absence of the cleavage enzyme. In this example, the reaction temperature was 50°C (deactivation temperature: 80°C), and the specific reaction conditions in this example are as shown in Table 7 below.

시약reagent 농도density 덤벨 템플릿Dumbbell Template 200 nM200 nM 표적 유전자(Target)Target gene 0 또는 5 nM0 or 5 nM dNTPdNTP 0.32 mM0.32 mM MgSO4 MgSO 4 6 mM6 mM SYBR GreenSYBR Green 2.5X2.5X 등온 반응 완충액(Isothermal reaction buffer)Isothermal reaction buffer 1X1X Bst2.0 DNA 중합효소Bst2.0 DNA polymerase 0.24 U/μL0.24 U/μL Nt.BstNBI 절단효소Nt.BstNBI cleavage enzyme 0.0375 U/μL0.0375 U/μL

본 실시예에 따른 결과는 도 14과 같으며, 절단 효소(nicking enzyme)을 이용하여 Nick RCA 반응을 일으켰을 경우, 기존 RCA 대비 형광이 지수함수적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 그러나 DB1 T10 N1 (Nt) 템플릿의 경우, 비특이적인 반응도 함께 지수함수적으로 증가하였다. 이에 반해 DB3 T13 N1 (Nt) template의 경우, 표적(target) 유전자에 의해 빠르게 신호가 증가하며, 비특이적인 반응은 DB1 대비 상대적으로 덜 한 것을 볼 수 있다. 기존 RCA 역시 이전 결과와 유사하게 DB3가 DB1에 비해 높은 RCA 효율을 보이는 것을 확인할 수 있다.The results according to this example are as shown in Fig. 14, and it can be confirmed that when a Nick RCA reaction is induced using a nicking enzyme, the fluorescence increases exponentially compared to the existing RCA. However, in the case of the DB1 T10 N1 (Nt) template, the non-specific reaction also increased exponentially. In contrast, in the case of the DB3 T13 N1 (Nt) template, the signal increases rapidly due to the target gene, and the non-specific reaction is relatively less compared to DB1. It can be confirmed that the existing RCA also shows higher RCA efficiency than DB1, similar to the previous results.

즉, 본 실시예에 따르면, 세개의 암(arm) 구조를 갖는 본원 발명의 템플릿(DB3)를 이용하는 경우, 절단 효소 존재에 따라 RCA 효율을 극대화하고 비특이적인 반응을 줄여 특이적으로 표적물질의 검출이 가능하다는 것을 알 수 있다.That is, according to the present embodiment, when the template (DB3) of the present invention having a three-arm structure is used, it can be seen that the RCA efficiency is maximized and non-specific reactions are reduced depending on the presence of the cleavage enzyme, thereby enabling specific detection of the target substance.

절단 효소를 이용한 Nick RCA 효율 확인Confirmation of Nick RCA efficiency using cleavage enzyme

본 실시예에서는 각 DB1, DB3 템플릿에 대해 표적 유전자 유무에 따라, 또는 절단 효소(nicking enzyme) 유무에 따라 RCA, Nick RCA를 각각 일으켰으며, 얻어진 각각의 DNA 산물 분석을 위해 10% native PAGE 분석을 이용하였다.In this example, RCA and Nick RCA were performed on each DB1 and DB3 template depending on the presence or absence of the target gene or the presence or absence of a nicking enzyme, and 10% native PAGE analysis was used to analyze each obtained DNA product.

도 15의 젤 이미지에서 볼 수 있듯이 Nick RCA의 DNA 산물에서 DNA strand에 대한 nicking이 효과적으로 일어난 것을 볼 수 있으며(여러 사이즈의 DNA 절편 확인), DB1의 경우 표적 유전자의 부존재(non-target) 조건에서도 Nick RCA가 일어난 것을 볼 수 있다. 반면, DB3의 경우 DB1에 비해 Nick RCA 반응에서 표적 유전자 유무에 따른 DNA 산물의 양 차이가 뚜렷한 것을 볼 수 있다. 즉, 본원 발명의 세개의 암(arm) 구조를 갖는 본원 발명의 템플릿(DB3)를 이용하는 경우, 표적물질의 검출 효율이 높다는 것을 확인할 수 있다.As can be seen in the gel image of Fig. 15, it can be seen that nicking of the DNA strand occurred effectively in the DNA product of Nick RCA (confirmation of DNA fragments of various sizes), and in the case of DB1, it can be seen that Nick RCA occurred even in the absence of the target gene (non-target). On the other hand, in the case of DB3, it can be seen that there is a clear difference in the amount of DNA product depending on the presence or absence of the target gene in the Nick RCA reaction compared to DB1. That is, it can be confirmed that the detection efficiency of the target material is high when the template (DB3) of the present invention having the three-arm structure of the present invention is used.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential characteristics of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

서열목록 전자파일 첨부Attach electronic file of sequence list

Claims (14)

암(arm) 구조의 유전자 서열이 적어도 하나 이상 포함된 핵산 템플릿으로서,
상기 암(arm) 구조의 유전자 서열은 줄기(stem) 서열 및 루프(loop) 서열로 이루어지고,
상기 암(arm) 구조의 유전자 서열 상에 토홀드(toehold) 부위 및 절단효소 인식 부위가 위치하는, 덤벨(dumbbell)형의 회전환 증폭(Rolling Circle Amplification) 반응용 핵산 템플릿.
A nucleic acid template comprising at least one genetic sequence of an arm structure,
The gene sequence of the above arm structure consists of a stem sequence and a loop sequence,
A dumbbell-shaped rolling circle amplification reaction nucleic acid template, wherein a toehold site and a cleavage enzyme recognition site are located on the gene sequence of the above-mentioned arm structure.
제1 항에 있어서,
상기 절단효소 인식 부위는 루프 서열 상에 위치하는 것인, 핵산 템플릿.
In the first paragraph,
A nucleic acid template, wherein the above-mentioned cleavage enzyme recognition site is located on a loop sequence.
제1 항에 있어서,
상기 절단효소 인식 부위는
토홀드 부위와 1 내지 15nt 떨어진 서열, 또는 토홀드 부위가 위치하지 않는 루프의 서열 상에 위치하는 것인, 핵산 템플릿.
In the first paragraph,
The above cleavage enzyme recognition site is
A nucleic acid template, wherein the nucleic acid template is located on a sequence located 1 to 15 nt away from a toehold site, or on a sequence of a loop in which a toehold site is not located.
제1 항에 있어서,
상기 템플릿은 100 내지 150nt의 길이를 갖는, 핵산 템플릿.
In the first paragraph,
The above template is a nucleic acid template having a length of 100 to 150 nt.
제1 항에 있어서,
상기 줄기(stem) 서열은 10 내지 30bp의 길이를 갖는, 핵산 템플릿.
In the first paragraph,
A nucleic acid template, wherein the stem sequence has a length of 10 to 30 bp.
제1 항에 있어서,
상기 루프(loop) 서열은 15 내지 45bp의 길이를 갖는, 핵산 템플릿.
In the first paragraph,
A nucleic acid template, wherein the above loop sequence has a length of 15 to 45 bp.
제1 항에 있어서,
둘 또는 셋의 암(arm) 구조 유전자 서열을 포함하는, 핵산 템플릿.
In the first paragraph,
A nucleic acid template comprising two or three arm structural gene sequences.
제1 항에 있어서,
상기 토홀드 부위는 10 내지 30 bp의 길이를 갖는, 핵산 템플릿.
In the first paragraph,
The above-mentioned toehold region is a nucleic acid template having a length of 10 to 30 bp.
제1 항에 있어서,
상기 절단효소 인식 부위는 10 내지 30 bp의 길이를 갖는, 핵산 템플릿.
In the first paragraph,
A nucleic acid template, wherein the above cleavage enzyme recognition site has a length of 10 to 30 bp.
제1 항에 있어서,
상기 템플릿은 서열번호 2 내지 9로 표시되는 유전자 서열 중 어느 하나의 유전자 서열로 이루어진 것인, 핵산 템플릿.
In the first paragraph,
The above template is a nucleic acid template consisting of any one of the gene sequences represented by SEQ ID NOs: 2 to 9.
제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항의 핵산 템플릿을 포함하는 회전환 증폭(Rolling Circle Amplification) 반응용 조성물.A composition for a rolling circle amplification reaction comprising a nucleic acid template of any one of claims 1 to 10. 제1 항의 핵산 템플릿을 이용한 표적 유전자의 검출 방법으로서,
a) 제1 항의 핵산 템플릿, 프라이머 및 절단효소를 포함하는 조성물에 검체를 투입하는 단계; 및
b) 회전환 증폭(Rolling Circle Amplification) 반응을 수행하는 단계;를 포함하는, 표적 유전자의 검출 방법.
A method for detecting a target gene using a nucleic acid template of the first clause,
a) a step of introducing a sample into a composition comprising a nucleic acid template, a primer and a cleavage enzyme of the first clause; and
b) A method for detecting a target gene, comprising the step of performing a rolling circle amplification reaction.
제12 항에 있어서,
상기 b) 단계는, 검체 내 표적 유전자가 존재하는 경우에 i) 표적 유전자 및 프라이머가 핵산 템플릿에 결합하는 단계; 및 ii) 유전자 중합효소가 결합하여, 덤벨형의 핵산 템플렛이 풀어지며 회전환 증폭 반응이 진행되는 단계;가 진행되는, 표적 유전자의 검출 방법.
In Article 12,
The step b) above is a method for detecting a target gene, wherein, if a target gene is present in a sample, i) a step in which the target gene and a primer bind to a nucleic acid template; and ii) a step in which a gene polymerase binds, the dumbbell-shaped nucleic acid template is released, and a roll-over amplification reaction proceeds.
제12 항에 있어서,
상기 b) 단계 이후, c) 상기 b) 단계에 따른 산물에 결합가능한 형광물질을 투입하고, 형광이 나타나는 경우, 표적 물질이 존재하는 것으로 판단하는 단계;를 포함하는, 표적 유전자의 검출 방법.
In Article 12,
A method for detecting a target gene, comprising: after step b), a step c) of adding a fluorescent substance capable of binding to the product according to step b), and determining that the target substance exists when fluorescence appears.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119799904A (en) * 2025-03-14 2025-04-11 温州医科大学 A product for KRAS gene detection based on a combination of dumbbell-shaped probe and RCA and its use

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