WO2013081206A1 - Real-time pcr detection using stabilized probe - Google Patents

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WO2013081206A1
WO2013081206A1 PCT/KR2011/009180 KR2011009180W WO2013081206A1 WO 2013081206 A1 WO2013081206 A1 WO 2013081206A1 KR 2011009180 W KR2011009180 W KR 2011009180W WO 2013081206 A1 WO2013081206 A1 WO 2013081206A1
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oligonucleotide
nucleic acid
rna
oligonucleotide probe
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리준
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삼성테크윈 주식회사
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    • C12Q2531/113PCR
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    • C12Q2561/00Nucleic acid detection characterised by assay method
    • C12Q2561/113Real time assay

Definitions

  • Stabilized oligonucleotide probe compositions for real time PCR detection of target nucleic acid sequences are disclosed.
  • CATACLEAVE TM endonuclease assay provides PCR amplification in real time. Enables detection of. Detection of the target sequence is accomplished by including CATACLEAVE TM probe with RNAase H in the amplification reaction.
  • CATACLEAVE TM probe complementary to the target sequence in the PCR amplification product, has a chimeric structure comprising RNA and DNA sequences, and is flanked by markers detectable at the 5 'and 3' ends, eg, FRET pair labeled DNA sequences. It is ranked. Proximity to the quencher of the fluorescent label of the FRET pair prevents the fluorescence of the intact probe.
  • annealing the probe into the PCR product produces an RNA: DNA duplex that can be cleaved by RNase H present in the amplification buffer. Cleavage of the double-stranded RNA sequence results in separation from the quencher of the fluorescent label and subsequent emission of fluorescence.
  • Probe protector oligonucleotides for improved CATACLEAVE TM probe detection of nucleic acid sequences in test samples are described.
  • the probe protection oligonucleotides are designed to be substantially complementary to FRET pair labeled CATACLEAVE TM oligonucleotide probes.
  • Base pairing between the probe protection oligonucleotide and a CATACLEAVE TM oligonucleotide probe bound to chemical modification of the probe sequence is characterized by the endonucleolytic degradation of the RNA sequence in the oligonucleotide probe and the oligonucleotide prior to detection of the target nucleic acid sequence. Prevents formation of spurious RNA: DNA hybrids during PCR cycles that can lead to nonspecific cleavage of the probe.
  • the probe protector oligonucleotide has a structure of R3-X'-R4 (Formula II) that is substantially complementary to an oligonucleotide probe having a structure of R1-X-R2 (Formula I).
  • R1, R 2, R 3, and R 4 are selected from nucleic acids or nucleic acid analogs and each X and X ′ are native RNA or modified RNA, and the oligonucleotide probe nucleic acid sequence is substantially complementary to the target nucleic acid sequence.
  • the present disclosure describes a method of stabilizing an oligonucleotide probe wherein the hybridization comprises hybridizing a probe protection probe with an oligonucleotide probe, wherein the hybridization stabilizes the oligonucleotide probe.
  • the method may comprise storing the stabilized oligonucleotide probe.
  • the melting temperature, Tm, of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe may be lower than the melting temperature, Tm ', of the oligonucleotide probe hybridizing with the target nucleic acid sequence.
  • the melting temperature, Tm, of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe may be about 10 ° C. lower than the melting temperature, Tm ', of the oligonucleotide probe hybridizing with the target nucleic acid sequence.
  • a protected probe wherein the oligonucleotide probe is base paired with a probe protecting oligonucleotide.
  • a method of detecting a target DNA sequence in a sample in real time comprising: providing a sample comprising a target DNA sequence, providing a pair of forward and reverse amplification primers that can anneal to the target DNA sequence Providing a protected probe comprising a labeled oligonucleotide probe base paired with a protected probe oligonucleotide, wherein the oligonucleotide probe comprises an RNA and DNA nucleic acid sequence substantially complementary to the target DNA sequence.
  • the oligonucleotide probe in the presence of an amplification polymerase activity, an amplification buffer, and an RNaseH activity and a protected probe, can be dissociated from the probe protective oligonucleotide, and the RNA sequence of the oligonucleotide probe
  • the target DNA sequence present in the PCR fragment Amplifying a PCR fragment between the forward and reverse amplification primers under conditions capable of forming an RNA: DNA heteroduplex, and detecting a real-time increase in the emission of a signal from a label on the oligonucleotide probe Wherein the increase in signal is indicative of the presence of the target DNA sequence in the sample.
  • providing a sample comprising a target RNA sequence providing a pair of forward and reverse amplification primers that can anneal to the target nucleic acid sequence, a label that forms a base pair with a protected probe oligonucleotide Providing a protected probe comprising an oligonucleotide probe, wherein the oligonucleotide probe comprises an RNA and DNA nucleic acid sequence substantially complementary to the target nucleic acid sequence, to generate a target cDNA sequence.
  • a target nucleic acid sequence in a sample comprising a probe protecting oligonucleotide having the structure of R3-X'-R4 (Formula II) and an oligonucleotide probe having the structure of R1-X-R2 (Formula I).
  • the probe protection oligonucleotide is substantially complementary to the oligonucleotide probe, wherein each R 1, R 2, R 3, and R 4 is selected from a nucleic acid or a nucleic acid analog, and each X and X ′ is Kits are provided that are native RNA or modified RNA, and wherein the oligonucleotide probe nucleic acid sequence is substantially complementary to the target nucleic acid sequence.
  • the kit may comprise amplification polymerase activity and / or reverse transcriptase activity such as positive internal control and negative control and / or uracil-N-glycosylase, and / or amplification buffer and / or thermostable DNA polymerase.
  • RNase H activity such as RNase H or enzymatic activity of hot start RNase H.
  • the protected probe may comprise a labeled oligonucleotide probe having a structure of R1-X-R2 (Formula I) that base-paired with a probe protection oligonucleotide having a structure of R3-X'-R4 (Formula II).
  • R 1, R 2, R 3, and R 4 is selected from nucleic acids or nucleic acid analogs
  • each X and X ′ are native RNA or modified RNA
  • the probe protection oligonucleotide is substantially linked to the oligonucleotide probe.
  • a labeled oligonucleotide probe having a structure of R1-X-R2 (Formula I) that base-paired with a probe protection oligonucleotide having a structure of R3-X'-R4 (Formula II).
  • each of R 1, R 2, R 3, and R 4 is selected from nucleic acids or nucleic acid analogs
  • each X and X ′ are native
  • the real time increase in signal release from the label on the oligonucleotide probe is derived from cleavage by RNase H of the heteroduplex formed between the oligonucleotide probe and one of the strands of the PCR fragment.
  • the amplifying may cause the oligonucleotide probe to be dissociated from the protected probe oligonucleotide and form an RNA: DNA heteroduplex with a target DNA sequence in which the RNA sequence of the oligonucleotide probe is present in a PCR fragment. Under conditions that can be.
  • the PCR fragment may be amplified by polymerase chain reaction (PCR), rolling circle amplification (RCA), nucleic acid sequence based amplification (NASBA), or strand displacement amplification (SDA).
  • PCR polymerase chain reaction
  • RCA rolling circle amplification
  • NASBA nucleic acid sequence based amplification
  • SDA strand displacement amplification
  • the oligonucleotide probe may be labeled with an enzyme, an enzyme substrate, a radioactive material, a fluorescent dye, a chromophore, a chemiluminescent label, an electrochemiluminescent label, or a ligand having a binding partner.
  • the oligonucleotide probe may be labeled with a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair that includes a fluorescence donor and a fluorescence acceptor.
  • FRET fluorescence resonance energy transfer
  • Fluorescence donor luminescence of the oligonucleotide is quenched by a fluorescent receptor, but cleavage of the RNA sequence of the oligonucleotide probe prevents quenching by the fluorescent receptor.
  • the RNase H activity may be the activity of thermostable RNase H.
  • the RNase H activity may be hot start RNase H activity.
  • the PCR fragment can be bound to a solid support.
  • the amplification polymerase activity may be the activity of a thermostable DNA polymerase.
  • the nucleic acid in the sample may be pre-treated with uracil-N-glycosylase, which is inactivated prior to PCR amplification.
  • the amplification buffer may be a Tris-acetate buffer.
  • -OH at the 3'-end of the oligonucleotide probe can be blocked to prevent the oligonucleotide probe from acting as a substrate for primer extension by template-dependent nucleic acid polymerase.
  • the melting temperature, Tm, of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe may be lower than the melting temperature, Tm ', of the oligonucleotide probe hybridizing with the target nucleic acid sequence.
  • the melting temperature, Tm, of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe may be about 10 ° C. lower than the melting temperature, Tm ', of the oligonucleotide probe hybridizing with the target nucleic acid sequence.
  • the foregoing embodiments have a number of advantages, including the use of protected CATACLEAVE TM to improve the stability of conventional CATACLEAVE TM probes that include labile RNA ribonucleotides.
  • the improved detection method is fast, accurate and suitable for high throughput applications.
  • Convenient, user-friendly and reliable kits for high speed detection of target nucleic acid sequences are also described.
  • nucleic acid refers to an oligonucleotide or polynucleotide and the oligonucleotide or polynucleotide may be modified or may include a modified base.
  • Oligonucleotides are single-stranded polymers of nucleotides containing from 2 to 60 nucleotides.
  • Polynucleotides are polymers of nucleotides comprising two or more nucleotides.
  • the polypolynucleotide is a double-stranded DNA comprising annealed oligonucleotides, single-stranded nucleic acid polymers including deoxythymidine, wherein the second strand is an oligonucleotide having the reverse complement sequence of the first oligonucleotide, Single-stranded RNA, double-stranded RNA, or RNA / DNA heteroduplex.
  • Nucleic acids are obtained on or within biological samples, such as genomic DNA, cDNA, hnRNA, snRNA, mRNA, rRNA, tRNA, fragmented nucleic acid, subcellular organelles such as mitochondria or chloroplasts, and biological samples.
  • nucleic acid analog refers to a molecule comprising one or more nucleotide analogs and / or one or more phosphate ester analogs and / or one or more pentose analogs.
  • nucleic acid analogs are molecules in which the phosphate ester and / or sugar phosphate ester bonds are replaced with other forms of bonds, such as N- (2-aminoethyl) -glycine amide and other amide bonds.
  • nucleic acid analogs include one or more nucleotide analogs and / or one or more phosphate ester analogs and / or one or more pentose analogs, and double stranded between nucleic acids, nucleic acid analogs, and / or nucleic acids and nucleic acid analogs by hybridization. It may be a molecule forming a.
  • Target DNA or “target RNA” or “target nucleic acid,” or “target nucleic acid sequence” means a nucleic acid that is targeted by DNA amplification. do.
  • the target nucleic acid sequence serves as a template for amplification in a PCR reaction or reverse transcriptase-PCR reaction.
  • Target nucleic acid sequences can include both natural and synthetic molecules. Representative nucleic acid sequences include, but are not limited to genomic DNA or genomic RNA.
  • label or “detectable label” means any chemical moiety bound to a nucleotide, nucleotide polymer, or nucleic acid binding factor, wherein the binding is covalent or Or non-covalent.
  • the label is detectable and allows the nucleotide or nucleotide polymer to be detected by the practitioner of the invention.
  • Detectable labels include luminescent molecules, chemiluminescent molecules, fluorochromes, fluorescent quenching agents, colored molecules, radioactive isotopes, or scintillants.
  • Detectable labels are also useful linker molecules (eg biotin, avidin, streptavidin, HRP, protein A, protein G, antibodies or fragments thereof, Grb2, polyhistidine, Ni 2+ , FLAG tag, myc) Tag), heavy metals, enzymes (examples include alkali phosphatase, peroxidase, and luciferase), electron donors / receptors, acridinium esters, dyes, and colorimetric substrates. It is also contemplated that a change in mass can be considered as a detectable label, as in the case of surface plasmon resonance detection. Those skilled in the art will readily recognize useful detectable labels not described above that may be used in the practice of the present invention.
  • linker molecules eg biotin, avidin, streptavidin, HRP, protein A, protein G, antibodies or fragments thereof, Grb2, polyhistidine, Ni 2+ , FLAG tag, myc) Tag
  • heavy metals examples include alkali phosphatas
  • Probe protector technology is described in the context of CATACLEAVE real-time PCR detection of target nucleic acids, including:
  • Synthesized oligonucleotides typically have a melting temperature, Tm, of about 55 degrees and are 20 to 26 bp in length (base pair).
  • the primer sequences are selected based on their ability not to form primer dimers in standard PCR reactions.
  • a "primer dimer” is a potential byproduct of PCR, consisting of primer molecules that partially hybridize with each other because of a series of complementary bases in the primers.
  • DNA polymerase amplifies the primer dimers, resulting in competition for PCR reagents, thus potentially hindering the amplification of targeted DNA sequences for PCR amplification.
  • primer dimers can inhibit accurate quantitation by lowering sensitivity.
  • primer pairs are chosen based on their ability not to form primer dimers during PCR amplification. Such primers can detect a single target molecule in about 40 PCR cycles using optimal amplification conditions.
  • Optional protocols for detecting target prokaryotic sequences include providing a food sample or surface wipe, mixing the sample or tissue with a growth medium and incubating to increase the number or population of microorganisms (" Enrichment "), disintegrating the cells (“ lysis "), and performing amplification and detection of the target nucleic acid sequence on the obtained lysate.
  • Food samples include fish such as salmon, dairy products such as milk, and meats such as eggs, poultry, fruit juice, ground pork, pork, ground beef, or beef such as beef, vegetables such as spinach or alfalfa sprouts, or processed nuts such as peanut butter. It may include, but is not limited thereto.
  • this protocol generally involves the weak lysis of cells, including the lysis of DNA, and the substantial separation of DNA from contaminants such as proteins, RNA and other substances by enzymes or by chemical methods (ie, DNA and Lowering the concentration of these contaminants in the same solution to a level low enough for the corresponding molecular biological procedure to be performed).
  • RNA separation methods used liquid-liquid extraction (ie phenol-chloroform) and alcohol precipitation. Perhaps the most widely used liquid-liquid extraction method is Chomczynski and Sacchi's "acid-guanidinium-phenol” method (Chomczynski P, Sacchi N., Single - step method of R_A isolation by acid guanidinium thiocyanate - phenol - chloroform extraction , Anal Biochem 162: 156-9; US Pat. Nos. 5,945,515, 5,346,994, and 4,843,155).
  • Solid phase methods can be broadly classified into silica or ion-exchange resins, depending on the type of solid phase used for such extraction.
  • solid phase nucleic acid separation methods a number of solid supports are used, including membrane filters, magnetic beads, metal oxides, and latex particles. Perhaps the most widely used solid supports are silica-based particles (eg, US Pat. No. 5,234,809 (Boom et al.); International Application WO 95/01359 (Colpan et al.); US Pat. No. 5,405,951 ( Woodard); see international application WO 95/02049 (Jones); WO 92/07863 (Qiagen GmbH).
  • the nucleic acid binds to silica in the presence of a chaotropic agent.
  • a number of commercial kits for high speed nucleic acid isolation are also available (eg MagMAX TM RNA Isolation Kits, Ambion Cat. # AM1830; Wizard® SV 96 Genomic DNA Purification System, Promega, Cat. # A6780).
  • the sample to be tested for the target nucleic acid sequence is a cell lysate that does not require further purification prior to real time PCR.
  • a number of commercial kits are available, such as the TaqMan Gene Expression Cells-to-CT TM Kit (Ambion, Cat. # AM1728).
  • the cells also contain a zwitterionic detergent at a pH of about 6 to about 9, a concentration of about 0.125% to about 2%, azide and proteinase K at a concentration of about 0.3 to about 2.5 mg / ml (about 1 mg / Lysis buffer with protease such as ml) can be used to lyse the cells.
  • a zwitterionic detergent at a pH of about 6 to about 9, a concentration of about 0.125% to about 2%
  • azide and proteinase K at a concentration of about 0.3 to about 2.5 mg / ml (about 1 mg / Lysis buffer with protease such as ml) can be used to lyse the cells.
  • proteinase K is inactivated at 95 ° C. for 10 minutes to “substantially protein free” which can be used for high efficiency PCR or reverse transcription PCR analysis. Produces a lysate.
  • lysate refers to a liquid phase comprising lysed cell debris and nucleic acids.
  • the term "substantially protein free” means a lysate in which most proteins are inactivated by proteolytic cleavage by proteases.
  • Proteases may include proteinase K.
  • 1 mg / ml proteinase K may be added to the dissolution reagent. After incubation at 55 ° C. for 15 minutes, the proteinase is inactivated at 95 ° C. for 10 minutes to produce a substantially protein-free lysate that can be used for high efficiency PCR or reverse transcription PCR analysis.
  • zwitterionic detergent means a detergent that exhibits zwitterionicity (eg, has no net charge, does not have conductivity and electrophoretic mobility, and Does not bind to exchangeable resins, destroys protein-protein interactions), CHAPS, CHAPSO and betaine derivatives, for example, the brand names Zwittergent® (Calbiochem, San Diego, CA) and Anzergent® (Anatrace , Inc. Maumee, OH), including but not limited to sulfobetaine.
  • the zwitterionic detergent is CHAPS (CAS Number: 75621-03-3), which is an abbreviation of 3-[(3-colamidopropyl) dimethylammonio] -1-propanesulfonate having the structure SIGMA-ALDRICH product no.C3023-1G) (described in more detail in US Pat. No. 4,372,888):
  • CHAPS is present at a concentration of about 0.125% to about 2% w / v (weight / volume) of the total composition. In another embodiment, CHAPS is present at a concentration of about 0.4% to about 0.7% w / v of the total composition.
  • the lysis buffer may comprise other non-ionic detergents such as Nonidet, Tween or Triton X-100.
  • lysis buffer refers to a composition capable of effectively maintaining a pH value of 6 to 9, with a pKa of about 6 to about 9 at 25 ° C.
  • the buffers described herein are generally physiologically compatible buffers that match the function of enzyme activity and allow biological molecules to maintain their normal physiological and biochemical functions.
  • buffers added to the lysis buffer include HEPES ((4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazinethanesulfonic acid), MOPS (3- (N-morpholino) -propanesulfonic acid), N-tris ( Hydroxymethyl) methylglycine acid (Tricine), tris (hydroxymethyl) methylamine acid (Tris), piperazine-N, N'-bis (2-ethanesulfonic acid) (PIPES) and acetate or phosphate containing buffer (K 2 HPO 4 , KH 2 PO 4 , Na 2 HPO 4 , NaH 2 PO 4 ), and the like.
  • azide as used herein is represented by the formula -N 3 .
  • the azide is sodium azide NaN 3 (CAS number 26628-22-8; SIGMA-ALDRICH Product number: S2002-25G) which acts as a general bacteriocide.
  • protease is an enzyme that hydrolyzes peptide bonds (with protease activity).
  • Proteases are also referred to as, for example, peptidase, proteinase, peptide hydrolase, or proteolytic enzyme.
  • Proteases for use according to the invention may be endo-types that act internally in the polypeptide chain (endopeptidase).
  • the protease is serine protease, proteinase K (EC 3.4.21.64; Roche Applied Sciences), recombinant proteinase K 50 U / ml (from Pichia pastoris) Cat. No. 03 115 887 001).
  • Proteinase K is used to degrade proteins and remove contamination from preparations of nucleic acids.
  • the addition of proteinase K to the nucleic acid preparation rapidly inactivates nucleases that can degrade DNA or RNA during purification.
  • the enzyme is well suited for this application because it is active in the presence of chemicals that denature the protein and can be inactivated at about 95 ° C. for about 10 minutes.
  • the dissolution reagents are trypsin, chymotrypsin, elastase, subtilisin, streptogrisine, thermitase, aqualysin, plasmin, cuckoo Cucumisin, or serine proteases such as carboxypeptidase A, D, C, or Y.
  • dissolution solutions may be cysteine proteases such as papain, calpine, or clostripain; Acid proteases such as pepsin, chymosin, or cathepsin; Or metalloproteases such as pronase, thermolysin, collagenase, dispase, aminopeptidase, or carboxypeptidase A, B, E / H, M, T, or U (metalloprotease).
  • Proteinase K is stable at a wide range of pH (pH 4.0-10.0) and stable in buffers containing zwitterionic detergents.
  • PCR polymerase chain reaction
  • NASBA nucleic acid sequence based amplification
  • LCR ligand chain reaction
  • RCA rolling circle amplification
  • PCR Polymerase chain reaction
  • PCR methods consist of introducing a molar excess of two or more extensible oligonucleotide primers into a reaction mixture comprising a desired target nucleic acid, the primers complementing the corresponding strands of the double stranded target sequence.
  • a program of thermal cycling is applied, resulting in amplification of the desired target sequence flanked by DNA primers.
  • PCR techniques PCR: A Practical Approach, MJ McPherson, et al., IRL Press (1991), PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications, by Innis, et al., Academic Press (1990), and PCR Technology: Principals and Applications for DNA Amplification, HA Erlich, Stockton Press (1989).
  • PCR is also described in US Pat. Nos. 4,683,195, each incorporated herein by reference; No. 4,683,202; No.
  • sample means any substance including nucleic acids.
  • PCR fragment or “reverse transcriptase-PCR fragment” or “amplicon” refers to a polynucleotide produced after amplification of a specific target nucleic acid. A molecule (or collectively, a plurality of molecules). PCR fragments, although not exclusively, are typically DNA PCR fragments. PCR fragments may be single-stranded or double-stranded, or mixtures thereof in any concentration ratio. PCR fragments or RT-PCT may be about 100 to about 500 nt in length.
  • a “buffer” is a compound added to an amplification reaction that adjusts the pH of the amplification reaction to modify the stability, activity, and / or lifetime of one or more components of the amplification reaction.
  • the buffering agent of the present invention may be compatible with PCR amplification and site-specific RNase H cleavage activity.
  • Certain buffers are well known in the art and include Tris, Tricine, MOPS (3- (N-morpholino) propanesulfonic acid), and HEPES (4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazinethanesulfonic acid). Including but not limited to.
  • the PCR buffer may generally comprise about 70 mM or less KCl and about 1.5 mM or more MgCl 2 , about 50-200 ⁇ M of each of the nucleotides dATP, dCTP, dGTP and dTTP.
  • the buffer of the present invention may include additives to optimize efficient reverse transcriptase-PCR or PCR reactions.
  • nucleotide refers to a compound comprising a sugar such as ribose, arabinose, xylose, and pyranose, and a nucleotide base bound to the C-1 'carbon of the sugar analog thereof. Means.
  • nucleotide includes ribonucleoside triphosphates such as rATP, rCTP, rGTP, or rUTP, and deoxyribonucleoside triphosphates such as dATP, dCTP, dGTP, or dTTP.
  • nucleoside refers to a combination of a base and a sugar, ie, a nucleotide without a phosphate moiety.
  • the terms “nucleoside” and “nucleotide” can be used interchangeably in the art.
  • dUTP is a deoxyribonucleoside triphosphate and, when inserted into DNA, can serve as a DNA monomer, ie dUMP or deoxyuridine monophosphate. In this case, even if the obtained DNA does not contain dUTP, it can be expressed that dUTP is inserted into DNA.
  • nucleotide also encompasses nucleotide analogs.
  • the sugar may be substituted or unsubstituted.
  • Substituted ribose sugars are substituted with one or more identical or different Cl, F, -R, -OR, -NR 2 or halogen groups in which one or more carbon atoms, for example a 2'-carbon atom, is substituted for each R Ribose, which is H, C1-C6 alkyl or C5-C14 aryl.
  • riboses include, but are not limited to: 2 '-(C1-C6) alkoxyribose, 2'-(C5-C14) aryloxyribose, 2 ', 3'-didehydroribose, 2 '-Deoxy-3'-haloriose, 2'-deoxy-3'-fluororibose, 2'-deoxy-3'-chlororibose, 2'-deoxy-3'-aminoribose, 2'- Deoxy-3 '-(C1-C6) alkylribose, 2'-deoxy-3'-(C1-C6) alkoxyribose and 2'-deoxy-3 '-(C5-C14) aryloxyribose, 2 '-Deoxyribose, 2', 3'-dideoxyribose, 2'-haloribose, 2'-fluororibose, 2'-chlororibose,
  • An additive is a compound added to a composition that modifies the stability, activity, and / or life of one or more components of the composition.
  • the composition is an amplification reaction composition.
  • the additive inactivates contaminating enzymes, stabilizes protein folding, and / or reduces aggregation.
  • Representative additives that may be included in the amplification reaction are betaine, formamide, KCl, CaCl 2 , MgOAc, MgCl 2 , NaCl, NH 4 OAc, NaI, Na (CO 3 ) 2 , LiCl, MnOAc, NMP, trehalose , Dimethyl sulfoxide (“DMSO”), glycerol, ethylene glycol, dithiothreitol (“DTT”), pyrophosphatase (pyrophosphatase) (including but not limited to Thermoplasma acidophilum inorganic pyrophosphatase (TAP)) , Bovine serum albumin ("BSA”), propylene glycol, glycineamide, CHES, PercollTM, aurintricarboxylic acid, Tween 20, Tween 21, Tween 40, Tween 60, Tween 85, Brij 30, NP-40 , Triton X-100, CHAPS, CHAPSO,
  • Coli SSB RecA
  • nicking endonuclease 7-deazaG
  • dUTP dUTP
  • UNG nicking endonuclease
  • anionic detergent cationic detergent
  • nonionic detergent Zwittergent
  • steols osmolytes
  • cations and other chemicals, proteins, or cofactors that can alter the efficiency of amplification.
  • two or more additives are included in the amplification reaction. According to the invention, if an additive does not inhibit the activity of RNase H, it can be added to improve the selectivity of primer annealing.
  • thermoostable applied to an enzyme, maintains its biological activity at an elevated temperature (eg, above 55 ° C.), or after repeated cycles of heating and cooling It means an enzyme that maintains biological activity.
  • Thermostable polynucleotide polymerases have a special use in PCR amplification reactions.
  • amplifying polymerase activity refers to an enzyme activity that catalyzes the polymerization of deoxyribonucleotides. Generally, the enzyme will initiate synthesis at the 3'-end of the primer annealed to the nucleic acid template sequence and will proceed towards the 5 'end of the template strand.
  • amplification polymerase activity is a thermostable DNA polymerase.
  • thermostable polymerases are enzymes that are relatively stable to heat and eliminate the need to add an enzyme before each PCR cycle.
  • thermostable DNA polymerases include the thermophilic bacterium Thermos Aquaticus. Thermus aquaticus (Taq polymerase), Thermos Thermophilus ( Thermus thermophilus (Tth polymerase), Thermococcus litoralis ( Thermococcus litoralis ) (Tli or VENT TM polymerase), Pyrococcus Puriosus ( Pyrococcus furiosus ) (Pfu or DEEPVENT TM polymerase), Pyrococcose Wuxi ( Pyrococcus woosii (Pwo polymerase) and other pyrococcus species, Bacillus steareromophilus ( Bacillus stearothermophilus (Bst polymerase), sulfolobus acido caldarius ( Sulfolobus acidocaldarius (Sac polymerase), thermoplasma Axi do Phil Room ( Thermoplasma acidophilum (Tac polymerase),
  • thermostable polymerase enzymes with complementary properties that result in more efficient amplification of the target sequence.
  • a nucleotide polymerase with high processivity is another nucleotide polymer with proofreading ability (the ability to correct errors during stretching of the target nucleic acid sequence).
  • Thermostable polymerases can be used in wild-type form.
  • the polymerase may be modified to include fragments of the enzyme or to include mutations that provide useful properties to facilitate the PCR reaction.
  • the thermostable polymerase may be Taq polymerase.
  • Taq polymerases with improved properties are known and include, but are not limited to, AmpliTaq TM, AmpliTaq TM, Stoffel fragments, SuperTaq TM, SuperTaq TM plus, LA Taq TM, LApro Taq TM, and EX Taq TM. It is not limited.
  • the thermostable polymerase used in the multiple decay reactions of the present invention is an AmpliTaq Stoffel fragment.
  • the nucleic acid polymerase may have a concentration of at least 0.1 unit / ⁇ l in the reaction mixture.
  • concentration of the nucleic acid polymerase in the reaction mixture may range from 0.1 to 10 unit / ⁇ l, 0.1 to 5 unit / ⁇ l, 0.1 to 2.5 unit / ⁇ l, or 0.1 to about 1 unit / ⁇ l.
  • the amplification may be performed using, for example, an amplification method selected from the group consisting of PCR, rolling circle amplification (RCA), nucleic acid sequence based amplification (NASBA), and strand displacement amplification (SDA).
  • Hybridization refers to the formation of a duplex by binding two strands of nucleic acid strands to each other by complementary binding.
  • the hybridization can be accomplished by methods known in the art. For example, the hybridization can be performed by heating the primer and / or target sequences to separate the double strands into single strands and lowering the temperature so that two complementary strands can bind. If the target sequence is single stranded, primers and / or stranding of the target sequence may not be necessary.
  • the hybridization may be performed using a buffer having an appropriate buffer, for example, an appropriate salt concentration and an appropriate pH, depending on the type of primer and / or target sequence selected.
  • Extensions are known in the art.
  • the extension can be performed using, for example, DNA polymerase, RNA polymerase, or reverse transcriptase.
  • the nucleic acid polymerase may be thermostable, and may maintain its activity when exposed to a temperature of, for example, 95 ° C or higher.
  • Thermostable DNA polymerase may be an enzyme isolated from thermophilic bacteria as defined herein.
  • the thermostable DNA polymerase may be Taq polymerase with optimal activity at a temperature of about 70 ° C.
  • One of the most widely used techniques for studying gene expression uses first strand cDNA for mRNA sequences as a template for amplification by PCR.
  • reverse transcriptase activity and "reverse transcription” refer to RNA-dependent DNA polymerases capable of synthesizing DNA strands (ie, complementary DNA, cDNA) using RNA strands as templates. It means the enzymatic activity of the polymerase of the kind classified as.
  • RNA-PCR reverse transcriptase-PCR
  • Multiplex PCR refers to a PCR reaction that produces two or more amplification products in a single reaction, typically by including more than two types of primers in a single reaction.
  • M-MLV-RT lacking RNase H activity as described in US Pat. No. 4,943,531, M-MLV (M-MLV) RT, US Pat. No. 5,405,776, bovine leukemia virus) RT, Roussarcoma virus (RSV) RT, Avian Myeloblastosis Virus (AMV) RT, and reverse transcriptases disclosed in US Pat. No. 7,883,871.
  • M-MLV M-MLV
  • RSV Roussarcoma virus
  • AMV Avian Myeloblastosis Virus
  • the reverse transcriptase-PCR method performed by end-point analysis or real time analysis, involves two separate molecular synthesis: (i) synthesis of cDNA from an RNA template; And (ii) replication of the newly synthesized cDNA via PCR amplification.
  • a number of protocols have been developed taking into account the three basic steps of the method: (a) denaturation of RNA and hybridization of reverse primers; (b) synthesis of cDNA; And (c) PCR amplification.
  • reverse transcriptase-PCR method e.g., two stage reverse transcriptase-PCR
  • reverse transcription is performed in an independent step using optimal buffer conditions for reverse transcriptase activity.
  • the reaction solution is diluted to reduce the MgCl 2 and deoxyribonucleoside triphosphate (dNTP) concentrations to conditions optimal for Taq DNA polymerase activity and PCR is performed according to standard conditions (US Patents 4,683,195 and 4,683,202).
  • dNTP deoxyribonucleoside triphosphate
  • the "coupled" RT PCR method utilizes one common or compromised buffer for reverse transcriptase and DNA Taq polymerase activity.
  • the annealing of the reverse primer is a separate step followed by the addition of the enzyme, after which the enzyme is added to a single reaction vessel.
  • reverse transcriptase activity is a component of Tth DNA polymerase. Annealing and cDNA synthesis are carried out in the presence of Mn 2+ , followed by removal of Mn 2+ by chelating agent and PCR in the presence of Mg 2+ .
  • a “continuous” method eg, one step reverse transcriptase-PCR) integrates three reverse transcriptase-PCR steps into a single continuous reaction, without opening the reaction vessel for component or enzyme addition. do.
  • Continuous reverse transcriptase-PCR is a single enzyme system utilizing the reverse transcriptase activity of thermostable Taq DNA polymerase and Tth polymerase, and AMV RT and Taq DNA polymers, where the first 65 ° C. RNA denaturation step can be omitted. It has been described as a two enzymatic system using an aze.
  • Stage 1 reverse transcriptase-PCR offers several advantages over isolated reverse transcriptase-PCR.
  • One-stage reverse transcriptase-PCR requires less handling of reaction mixture reagents and nucleic acid products than isolated reverse transcriptase-PCR (e.g., reaction tubes for the addition of components or enzymes between two reaction steps) Opening, thus reducing labor-intensive and required person hours.
  • One-stage reverse transcriptase-PCR requires fewer samples and lowers the risk of contamination.
  • the sensitivity and specificity of one-step reverse transcriptase-PCR has proven to be suitable for the study of expression levels of one to several genes in a given sample or for detection of pathogenic DNA. Typically, this method has been limited to the use of gene-specific primers to initiate cDNA synthesis.
  • Amplicon detection after amplification may be difficult and time consuming.
  • Real-time methods have been developed to monitor amplification during the PCR process. These methods typically use fluorescently labeled probes that anneal to newly synthesized DNA or dyes that increase fluorescence when intercalated to double stranded DNA.
  • Probes are generally designed such that donor emission is quenched in the absence of a target by fluorescence resonance energy transfer (FRET) between two chromophores.
  • FRET fluorescence resonance energy transfer
  • a donor chromophore in an excited state, can transfer energy to the receptor chromophore. This transfer is always non-radiative and can occur through dipole-dipole coupling. If the distance between the chromophores is sufficiently increased, the FRET efficiency is lowered and donor chromophore emission can be detected radially.
  • donor chromosomes include 6-carboxyfluorescein (FAM), TAMRA, VIC, JOE, Cy3, Cy5 and Texas Red.
  • the excitation spectrum of the receptor chromosome is chosen to overlap the emission spectrum of the donor chromosome.
  • An example of such a pair is FAM-TAMRA.
  • FAM-TAMRA There is also a non fluorescent acceptor that quenches a wide range of donors.
  • Other examples of donor-receptor FRET pairs are known in the art.
  • the molecular beacon is a single stranded oligonucleotide designed to form a secondary structure in which the probe in the unbound state is adjacent to the donor chromosome and the acceptor chromosome and the donor luminescence is reduced. At a suitable reaction temperature, the beacons are unfolded and bind specifically to the amplicons.
  • TaqMan TM and CATACLEAVE TM technology differs from molecular beacons in that the FRET probes used are cleaved so that the donor chromosome and the receptor chromosome are sufficiently separated to reverse the FRET.
  • TaqMan TM technology utilizes single stranded oligonucleotide probes labeled with a donor chromosome at the 5 'end and a receptor chromosome at the 3' end.
  • DNA polymerase used for amplification should include 5 ' ⁇ 3' exonuclease activity.
  • TaqMan TM probes bind to one strand of the amplicon at the same time the primers bind. As the DNA polymerase extends the primer, the polymerase will ultimately meet the bound TaqMan TM probe. At this time, the exonuclease activity of the polymerase will degrade the TaqMan TM probe sequentially starting at the 5 'end.
  • the mononucleotide containing the probe is released into the reaction buffer.
  • the donor diffuses away from the receptor and the FRET is reversed. Luminescence from the donor is monitored to confirm probe cleavage. Because of the way TaqMan TM works, certain amplicons can only be detected once every cycle of PCR. Extension of the primer through the TaqMan TM target site produces a double stranded product that prevents further binding of the TaqMan TM probe until the Amplicon denatures in the next PCR cycle.
  • CATACLEAVE TM another real-time detection method (referred to as "CATACLEAVE TM").
  • CATACLEAVE TM technology differs from TaqMan TM in that the cleavage of the probe is by a second enzyme that does not have polymerase activity.
  • CATACLEAVE TM probes have a sequence in the molecule that is the target of an endonuclease, eg, a restriction enzyme or an RNase.
  • the CATACLEAVE TM probe has a chimeric structure wherein the 5 'and 3' ends of the probe consist of DNA and the cleavage site comprises RNA.
  • the probe may have a structure represented by Formula I:
  • R 1 and R 2 are each selected from the group consisting of nucleic acids and nucleic acid analogs
  • X may be the first RNA.
  • R1 and R2 may both be DNA
  • R1 may be DNA and R2 may be RNA
  • R1 may be RNA and R2 may be DNA
  • R1 and R2 may both be RNA.
  • the nucleic acid or nucleic acid analog of R1 and R2 may be a protected nucleic acid.
  • the nucleic acid and nucleic acid analog can be methylated and thus can be resistant to degradation by RNA specific degradation enzymes (eg, RNase H).
  • the length of the probe may vary depending on the target nucleic acid and PCR conditions.
  • the annealing temperature (Tm) of the probe may be about 60 ° C or more, about 70 ° C or more, or about 80 ° C or more.
  • the probe can be modified.
  • bases in the probe may be partially or wholly methylated. Modification of these bases can protect the probe from degradation by enzymes, chemical factors, or other factors.
  • the 5 'end or 3' end -OH group may be blocked. The OH group at the 3 ′ end of the probe nucleic acid may be blocked such that the probe cannot be a substrate for primer extension by template dependent nucleic acid polymerase.
  • the DNA sequence portion of the probe may be labeled by FRET pair either at the end or inside.
  • the PCR reaction includes an RNase H enzyme that will specifically cleave the RNA sequence portion of the RNA-DNA duplex. After cleavage, the two half fragments of the probe dissociate from the target amplicon at the reaction temperature and diffuse into the reaction buffer. As the donor and acceptor are separated, FRET can be reversed and donor luminescence can be monitored in the same manner as in the TaqMan TM probe. Cleavage and dissociation regenerate sites for further CATACLEAVE TM binding. This allows a single amplicon to serve as a target of multiple probe cleavage until the primer extends past the CATACLEAVE TM probe binding site.
  • probe refers to a specific portion designed to hybridize in a sequence-specific manner with a specific nucleic acid sequence, eg, a complementary region of a target nucleic acid sequence. Include.
  • the length of the probe may be, for example, in the range of about 10 to about 200 nt, about 15 to about 200 nt, or about 15 to about 60 nt, more preferably about 18 to about 30 nt.
  • sequence and length of the oligonucleotides of the invention depend in part on the nature of the target polynucleotide to which the probe binds.
  • Bonding locations and lengths may be varied to achieve suitable annealing and melting properties for certain embodiments.
  • Guidance for such design choices is described by TaqMan TM assay or CATACLEAVE TM, as described in US Pat. Nos. 5,763,181, 6,787,304, and 7,112,422, the contents of which are incorporated herein by reference. It can be found in a number of references.
  • the probe is "substantially complementary" to the target nucleic acid sequence.
  • the term “substantially complementary” refers to two nucleic acid strands having sufficient complementarity of the sequence to anneal and form a stable duplex. Complementarity need not be perfect; For example, there may be a base pair mismatch between two nucleic acids. However, if the number of mismatches is so great that hybridization cannot occur even under the least stringent hybridization conditions, the sequence is not a substantially complementary sequence. When two sequences are referred to herein as being “substantially complementary” it is meant that the sequences have sufficient complementarity to hybridize to each other under the selected reaction conditions. The relationship between nucleic acid complementarity and stringency of hybridization sufficient to achieve specificity is well known in the art.
  • the two substantially complementary strands may be perfectly complementary, for example, or the hybridization conditions may be sufficient to distinguish a pairing sequence from a non-pairing sequence.
  • One to many mismatches can be included.
  • a "substantially complementary" sequence can mean a sequence having a base pair complementarity of up to 100, 95, 90, 80, 75, 70, 60, 50 percent, or between, in the double-stranded region. .
  • the detectable label may be an enzyme, an enzyme substrate, a radioactive substance, a fluorescent dye, a chromophore, a chemiluminescent label, an electrochemiluminescent label, a ligand having a specific binding partner, and a ligand that interacts with each other to increase, change or decrease the signal. It may be selected from the group consisting of other markers.
  • the detectable label can survive the thermocycling process of PCR.
  • the detectable label can be a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair.
  • the detectable label is a FRET pair, the fluorescence donor and the fluorescence receptor are spaced at appropriate intervals so that luminescence of the fluorescence donor is suppressed and luminescence of the fluorescence donor is activated by dissociation caused by cleavage. It may be. That is, in the probe, when the probe is not cleaved, the emission of the fluorescent donor is the emission acceptor emission of the fluorescent receptor by fluorescence resonance energy transfer (FRET) between two chromophores.
  • FRET fluorescence resonance energy transfer
  • the donor chromophore which is in an excited state, can transfer energy to the acceptor chromophore. This transfer is always non-radiative and can occur through dipole-dipole coupling. If the distance between the chromophores is sufficiently increased, the FRET efficiency is lowered and donor chromophore emission can be detected radially.
  • the detectable label can be a fluorescent dye compound bound to the probe by covalent or non-covalent bonds.
  • fluorescent donor or fluorescence donor means a fluorescent dye that emits light as measured in the assay described in the present invention. More specifically, the fluorescent donor provides the energy absorbed by the fluorescent receptor.
  • fluorescent acceptor or fluorescence acceptor refers to a second fluorescent dye or quenching molecule that absorbs light emitted from a fluorescent donor. The second fluorescent dye absorbs light emitted from the fluorescent donor and emits light of a longer wavelength than light emitted by the fluorescent donor. The quenching molecule absorbs light emitted by the fluorescent donor.
  • any luminescent material preferably fluorescent and / or fluorescent quenchers such as Alexa Fluor TM 350, Alexa Fluor TM 430, Alexa Fluor TM 488, Alexa Fluor TM 532, Alexa Fluor TM 546, Alexa Fluor TM 568, Alexa Fluor TM 594, Alexa Fluor TM 633, Alexa Fluor TM 647, Alexa Fluor TM 660, Alexa Fluor TM 680, 7-diethylaminocoumarin-3-carboxylic acid, Fluorescein, Oregon Green (Oregon Green) 488, Oregon Green 514, Tetramethylhodamine, Rhodamine X, Texas Red Dye, QSY 7, QSY33, Dabcyl, BODIPY FL, BODIPY 630/650, BODIPY 6501665, BODIPY TMR -X, BODIPY TR-X, Dialkylaminocoumarin, Cy5.5, Cy5, Cy3.5, Cy3, DTPA (
  • the 3 'terminal nucleotide of the oligonucleotide probe is blocked or impossible to extend by nucleic acid polymerase. Such blocking is conveniently performed by the binding of the reporter or quencher molecule to the 3 'position of the probe.
  • the reporter molecule is a derivatized fluorescent organic dye for binding to the 3 'end or 5' end of the probe via a linking moiety.
  • the quencher molecule is also an organic dye, which may or may not be fluorescent, in accordance with embodiments of the present invention.
  • the quencher molecule is fluorescent.
  • the absorption band of the quencher is substantially equivalent to the fluorescence emission band of the reporter molecule. Should be nested into. Non-fluorescent quencher molecules that absorb energy from excited reporter molecules, but do not radiate energy, are referred to herein as chromogenic molecules.
  • reporter-quencher pairs can be selected from xanthene dyes, including fluorescein and rhodamine dyes. Many suitable forms of these compounds having substituents or their phenyl moieties that can be used as bonding functionality for attachment to a binding site or oligonucleotide are widely commercially available.
  • Another group of fluorescent compounds is naphthylamine, having amino groups in the alpha or beta position. Such naphthylamino compounds include 1-dimethylaminonaphthyl-5-sulfonate, 1-anilino-8-naphthalene sulfonate and 2-p-toudinyl6-naphthalene sulfonate.
  • dyes include acridine, such as 3-phenyl-7-isocyanatocoumarin, 9-isothiocyanatoacridine and acridine orange, N- (p- (2-benzoxazolyl) phenyl) maleimide Benzoxadiazoles, stilbenes, pyrenes and the like.
  • the reporter and quencher molecules are selected from fluorescein and rhodamine dyes.
  • Rhodamine and fluorescein dyes may also be conveniently bound to the 5 'hydroxy of the oligonucleotide at the end of solid phase synthesis by a dye derivatized with a phosphoramidite moiety.
  • a dye derivatized with a phosphoramidite moiety For example, Woo et al., U.S. Pat. No. 5,231,191; And Hobbs, Jr., U.S. Pat. No. See 4,997,928.
  • the oligonucleotide probe may be in free form in solution or bound to a solid support. Different probes can be bound to the solid support and used to simultaneously detect different target sequences in the sample. Reporter molecules with different fluorescence wavelengths can be used for different probes to allow hybridization to different probes to be detected individually.
  • solid supports for immobilization of oligonucleotide probes include controlled pore glass, glass plate, polystyrene, avidin coated polystyrene beads, cellulose, nylon, acrylamide gels and activated dextran, CPG, Glass plates and high cross-linked polystyrene. These solid supports are preferred for hybridization and diagnostic studies because of their chemical stability, ease of functionalization, and well defined surface area. Solid supports such as CPG (500 GPa, 1000 GPa) and non-swelling high crosslinking polystyrene (1000 GPa) are particularly preferred when considering compatibility with oligonucleotide synthesis.
  • the oligonucleotide probe can be bound to the solid support in a variety of ways.
  • the probe can be bound to the solid support by binding the probe's 3 'or 5' terminal nucleotides to the solid support.
  • the probe may be bound to the solid support by a linker that serves to separate the probe from the solid support.
  • the linker is most preferably a length of 30 atoms, more preferably a length of 50 atoms.
  • Hybridization of probes immobilized on a solid support generally requires that the probe be separated from the solid support by at least 30 atoms, more preferably at least 50 atoms.
  • the linker generally comprises a spacer located between the linker and the 3 ′ nucleoside.
  • a linker arm typically binds to the 3'-OH of the 3 'nucleoside by an ester bond that can be cleaved by a basic reagent to release the oligonucleotide from the solid support. do.
  • linkers are known in the art that can be used to bind the oligonucleotides to the solid support.
  • the linker may be formed of a compound that does not significantly interfere with the hybridization of the target sequence to the probe bound to the support.
  • the linker may be formed of homopolymer oligonucleotides that can be easily added to the linker by automated synthesis.
  • polymers such as functionalized polyethylene glycols can be used as linkers. Such polymers are preferred over homopolymer oligonucleotides because they do not significantly interfere with hybridization of the probe to the target oligonucleotide.
  • Polyethylene glycol is particularly preferred because it is commercially available, soluble in organic and aqueous media, easy to functionalize, and completely stable under oligonucleotide synthesis and post-synthesis conditions.
  • the bond between the solid support, the linker and the probe is preferably not cleaved during the removal of the base protecting group under basic conditions at high temperature.
  • Preferred bonds include carbamate and amide bonds. Immobilization of probes is well known in the art and one skilled in the art can determine immobilization conditions.
  • the CataCleave TM probe is bound to a solid support.
  • the CataCleave TM probe comprises a detectable label and a DNA and RNA nucleic acid sequence, the RNA nucleic acid sequence of the probe is complementary to a selected region of the target DNA sequence and the DNA nucleic acid sequence of the probe is adjacent to the selected region of the target DNA sequence Substantially complementary to the DNA sequence.
  • the probe is contacted with a sample of nucleic acid in the presence of RNase H and under conditions such that the RNA sequence in the probe can form an RNA: DNA heteroduplex with a complementary DNA sequence in a PCR fragment.
  • RNase H cleavage of the RNA sequence in the RNA: DNA heteroduplex results in a real-time increase in signal release from the label on the probe, and the increase in signal indicates the presence of polymorphism in the target DNA.
  • RNase H hydrolyzes RNA in RNA-DNA hybrids. After first being identified in the calf thymus, RNase H was subsequently found in various individuals. RNase H activity appears to be ubiquitous in eukaryotes and bacteria. RNase H forms a family of proteins of varying molecular weight and nucleolytic activity, but the substrate requirements appear to be similar for the various isotypes. For example, most of the RNase Hs studied to date function as endonucleases and produce divalent cations (eg, Mg 2+ , Mn to produce cleavage products having 5 'phosphate and 3'-hydroxy termini). 2+ ).
  • divalent cations eg, Mg 2+ , Mn to produce cleavage products having 5 'phosphate and 3'-hydroxy termini). 2+ ).
  • E. coli RNase HII is 213 amino acids long and RNase HI is 155 amino acids long.
  • E. coli RNase HII shows only 17% homology with E. coli RNase HI.
  • Salmonella typhimurium The RNase H cloned from (S. typhimurium) is E. coli RNase HI and differ only in length was only 11 locations were composed of 155 amino acids (Itaya, M. and Kondo K., Nucleic Acids Res., 1991, 19, 4443-4449).
  • Proteins showing RNase H activity have also been cloned and purified from a number of viruses, other bacteria and yeasts (Wintersberger, U. Pharmac. Ther., 1990, 48, 259-280).
  • a protein with RNase H activity is thought to be a fusion protein in which RNase H is fused to the amino terminus or carboxy terminus of another enzyme, often a DNA or RNA polymerase.
  • the RNase H domain has been consistently identified as having high homology with Escherichia coli RNase HI, but the remaining domains are quite diverse, so the molecular weight and other properties of the fusion protein must be extensive.
  • RNase H In higher eukaryotes, two types of RNase H have been defined based on differences in molecular weight, effects of divalent cations, sensitivity to sulfhydryl agonists and immunological cross-reactivity (Busen et al. , Eur. J. Biochem., 1977, 74, 203-208). RNase HI enzymes have a molecular weight ranging from 68-90 kDa and are activated by Mn 2+ or Mg 2+ and have been reported to be insensitive to sulfhydryl agonists.
  • RNase H II enzymes have a molecular weight ranging from 31-45 kDa and require Mg 2+ , are very sensitive to sulfhydryl agonists, and have been reported to be inhibited by Mn 2+ (Busen, W., and Hausen, P., Eur. J. Biochem., 1975, 52, 179-190; Kane, CM, Biochemistry, 1988, 27, 3187-3196; Busen, W., J. Biol. Chem., 1982, 257, 7106-7108).
  • Enzymes with RNase HII properties have also been purified from human placenta to near homogeneity levels (Frank et al., Nucleic Acids Res., 1994, 22, 5247-5254).
  • This protein has a molecular weight of about 33 kDa and is active in a pH range of 6.5-10 with an optimal pH of 8.5-9.
  • the enzyme requires Mg 2+ and is inhibited by Mn 2+ and n-ethyl maleimide.
  • the product of the cleavage reaction has a 3 'hydroxy end and a 5' phosphate end.
  • RNase H enzymes examples include pyrococcus furiosus ( Pyrococcus furiosus RNase HII, pyrococcus horikoshi ( Pyrococcus horikoshi ) RNase HII, Thermococcus litoralis ( Thermococcus litoralis ) RNase HI, Thermos Thermophilus ( Thermus thermophilus ) And thermostable RNase H enzymes isolated from thermophilic individuals such as RNase HI.
  • RNase H enzymes that can be used in embodiments are described, for example, in U.S. Patent No. 7,422,888 to Uemori or U.S. Patent Application Publication No. 2009/0325169 to Walder, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • the RNase H enzyme is 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% or 99% homologous to the amino acid sequence of the Pfu RNase HII (SEQ ID NO: 1) enzyme shown below It is a thermostable RNase H having.
  • the RNase H enzyme is a thermostable RNase H having one or more of the homology regions 1-4 corresponding to positions 5-20, 33-44, 132-150, and 158-173 of SEQ ID NO: 1 .
  • Homologous region 1 GIDEAG RGPAIGPLVV (SEQ ID NO: 19; corresponding to positions 5-20 of SEQ ID NO: 1)
  • Homologous region 2 LRNIGVKD SKQL (SEQ ID NO: 20; corresponds to positions 33-44 of SEQ ID NO: 1)
  • Homologous region 3 HKADAKYPV VSAASILAKV (SEQ ID NO: 21; corresponds to positions 132-150 of SEQ ID NO: 1)
  • Homologous Region 4 KLK KQYGDFGSGY PSD (SEQ ID NO: 22; corresponds to positions 158-173 of SEQ ID NO: 1)
  • the RNase H enzyme is 50%, 60% with the polypeptide sequences of SEQ ID NOs: 19, 20, 21, and 22.
  • sequence identity refers to the extent to which sequences are identical, functionally or structurally similar on an amino acid to amino acid basis throughout the window of comparison.
  • a “percentage of sequence identity” refers to, for example, comparing two optimally aligned sequences throughout a comparison range, determining the number of positions where identical amino acids appear in both sequences, and matching Obtaining the number of matched positions, dividing the number of matched positions by the total number of positions in the comparison range (ie, range size), and multiplying the result by 100 to obtain a percentage of sequence identity Can be calculated by step.
  • the RNase H can be modified to produce a hot start "inducible" RNase H.
  • modified RNase H may be RNase H that is reversibly coupled or reversibly coupled to an inhibitor that causes a loss of endonuclease activity of RNase H.
  • the inhibitory factor may be a ligand or a chemical modification.
  • the ligand may be an antibody, aptamer, receptor, cofactor, or chelating agent.
  • the ligand can bind to the active site of the RNase H enzyme, thereby inhibiting the enzyme activity or binding to a site away from the active site of the RNase.
  • the ligand can induce a conformational change.
  • the chemical modification may be crosslinking (eg crosslinking with formaldehyde) or acylation.
  • the release or separation of the inhibitory factor from RNase HII involves heating a sample or mixture comprising coupled RNase HII (inert) to a temperature of at least about 65 ° C. to about 95 ° C., and / or reducing the pH of the mixture or sample to about By lowering to below 7.0.
  • hot start "inducible” RNase H activity refers to the modified RNase H described herein having endonuclease catalytic activity that can be regulated by the binding of a ligand. Under permissive conditions, RNase H endonuclease catalytic activity is activated, but under non-permissive conditions, this catalytic activity is inhibited. In some embodiments, the catalytic activity of the modified RNase H is activated at a temperature suitable for reverse transcription, ie 42 ° C. and at a higher temperature found in the PCR reaction, ie, about 65 ° C. to 95 ° C. Modified RNase H with this property is referred to as "heat inducible”.
  • the catalytic activity of the modified RNase H can be adjusted by changing the pH of the solution containing the enzyme.
  • a “hot start” enzyme composition is inhibited at a non-acceptable temperature, ie, from about 25 ° C. to about 45 ° C., and suitable for a PCR reaction, eg, from about 55 ° C. to about It means a composition having an enzymatic activity that is activated at 95 °C.
  • a "hot start” enzyme composition may have a 'hot start' RNase H and / or 'hot start' thermostable DNA polymerase, known in the art.
  • Crosslinking of the RNase H enzyme can be carried out using, for example, formaldehyde.
  • the thermostable RNase HII is subjected to controlled and limited crosslinking with formaldehyde.
  • the crosslinking is reversed and the RNase HII activity is restored. .
  • the degree of crosslinking In general, the lower the degree of crosslinking, the higher the endonuclease activity of the enzyme after reversal of crosslinking.
  • the degree of crosslinking can be controlled by varying the concentration of formaldehyde and the duration of the crosslinking reaction. For example, about 0.2% (w / v), about 0,4% (w / v), about 0.6% (w / v), or about 0.8% (w / v) formaldehyde may be used to form the RNase H enzyme. It can be used to crosslink. A crosslinking reaction of about 10 minutes with 0.6% formaldehyde may be sufficient to inactivate RNase HII from Pyrococcus furiosus.
  • Crosslinked RNase HII shows no measurable endonuclease activity at about 37 ° C. In some cases, measurable partial reactivation of crosslinked RNase HII may occur at a temperature of about 50 ° C., lower than the PCR denaturation temperature. In order to avoid reactivation of such unintended enzymes, it may be necessary to store or maintain at temperatures below 50 ° C. until the modified RNase HII is reactivated.
  • PCR requires heating the amplification composition to about 95 ° C. in each cycle to denature the double stranded target sequence, which also releases inactivation factors from RNase H, thus partially or completely activating the enzyme. To recover.
  • RNase H can also be modified by applying acylation of lysine residues to the enzyme using an acylating agent such as dicarboxylic acid.
  • Acylation of RNase H may be performed by adding cis-aconitic anhydride to a solution of RNase H in acylation buffer and incubating at about 1-20 ° C. for 5-30 hours. In one embodiment, the acylation may be performed at about 3 to 8 ° C. for 18 to 24 hours.
  • the kind of acylation buffer is not specifically limited. In one embodiment, the acylation buffer has a pH of about 7.5 to about 9.0.
  • the activity of acylated RNase H can be restored by lowering the pH of the amplifying composition to about 7.0 or less.
  • the composition may be heated to about 95 ° C., resulting in a pH drop from about 8.7 (25 ° C.) to about 6.5 (95 ° C.).
  • the duration of the heating step in the amplification reaction composition can vary depending on the modified RNase H, the buffer used in the PCR, and the like. In general, however, heating the amplification composition to 95 ° C. for about 30 seconds to 4 minutes is sufficient to restore RNase H activity. In one embodiment, using a commercially available buffer, such as Invitrogen AgPath TM buffer, complete activity of Pyrocoxose Puriosus RNase HII is restored after about 2 minutes of heating.
  • a commercially available buffer such as Invitrogen AgPath TM buffer
  • RNase H activity can be determined using methods well known in the art. For example, according to the first method, unit activity is determined by acid-solubilization of certain moles of radiolabeled polyadenylic acid in the presence of the same molar amount of polythymidylic acid under defined assay conditions. solubilization (see Epicentre Hybridase thermostable RNase HI). In a second method, unit activity is defined as the specific increase in the relative fluorescence intensity of a reaction comprising the same molar amount of probe and complementary template DNA under defined assay conditions.
  • the CATACLEAVE TM oligonucleotide probes disclosed herein may be single stranded oligonucleotides comprising RNA and DNA sequences, the ends of which may be labeled with FRET pairs comprising fluorescent donors and quencher. Endonucleolytic cleavage of the oligonucleotide probes results in increased isolation of fluorescent donors and fluorescence emission from the quencher.
  • spurious cleavage of the CATACLEAVE TM oligonucleotide probe prior to detection of the target nucleic acid sequence may result in increased levels of background non-specific fluorescence that weakens the overall sensitivity of the assay.
  • Such premature cleavage of CATACLEAVE TM oligonucleotide probes can have several causes.
  • the sample may be a cell lysate that may have a residual amount of contaminating nuclease capable of cleaving single-stranded RNA or DNA. Single stranded sequences may be vulnerable to pH changes or the presence of free radicals.
  • RNA moiety of the CATACLEAVE TM oligonucleotide probe can form a non-specific RNA: DNA heteroduplex that can be cleaved by RNase H in the amplification buffer. Regardless of the root cause, CATACLEAVE TM oligonucleotide probes are very susceptible to degradation by endonucleases during real time PCR reactions or long term storage.
  • probe protection oligonucleotides also referred to throughout this specification as “complementary strand” or “protector” or “probe protector”
  • the oligonucleotide is at least partially complementary to an “oligonucleotide probe” (also referred to as a “probe” or “CATACLEAVE TM probe” throughout this specification).
  • the probe protection oligonucleotides which can also be modified by methylation, are therefore designed to form base pairs with CATACLEAVE TM oligonucleotide probes during real time PCR cycling and to “protect” the probes from degradation or non-specific hybridization with DNA sequences. do.
  • the single stranded CATACLEAVE TM oligonucleotide probe is exposed just prior to annealing with the selected target DNA sequence in the amplified PCR fragment to generate an RNA: DNA heteroduplex, the heteroduplex amplifying mixture Can be cleaved by RNase H, resulting in a concomitant increase in fluorescence emission.
  • oligonucleotide probe and the probe protection oligonucleotide are represented by Formula I and Formula II, respectively:
  • each R 1 and R 2 is selected from a nucleic acid or a nucleic acid analog
  • X is RNA.
  • the X sequence of the probe is complementary to the X ′ sequence of the probe protective oligonucleotide, so that the first probe and the second probe may form base pairs with each other.
  • R1, R2, R3, and R4 may be nucleic acids or nucleic acid analogs.
  • both R1 and R2 can be DNA, R1 is DNA and R2 is RNA, R1 is RNA and R2 is DNA, or both R1 and R2 can be RNA.
  • both R3 and R4 can be DNA, R3 is DNA and R4 is RNA, R3 is RNA and R4 is DNA, or both R3 and R4 can be RNA.
  • X can be at least partially complementary to X '. In another embodiment, X can be completely complementary to X '.
  • the nucleic acid or nucleic acid analog of R 1, R 2, R 3 and R 4 may be a protected nucleic acid.
  • the nucleic acid and nucleic acid analog can be modified, for example methylated, and thus can be resistant to degradation by enzymes.
  • the length of the nucleic acid probe can vary depending on the target sequence selected and the PCR conditions.
  • the melting temperature (Tm) of the oligonucleotide probe to the target nucleic acid sequence may be at least about 50 ° C, at least about 60 ° C, at least about 70 ° C or at least about 80 ° C.
  • the oligonucleotide probe may be, for example, about 10 to about 200 nt, about 15 to about 200 nt, about 10 to about 60 nt, or about 15 to about 60 nt.
  • the melting temperature (Tm) of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe is, for example, about 5 ° C or about 10 ° C or about 15 ° C or about 20 ° C or higher than the melting temperature (Tm ') of the PCR reaction. It may be about 25 ° C. lower.
  • the melting temperature (Tm) of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe may be about 50 ° C. or less, about 40 ° C. or less, or about 30 ° C. or less.
  • the melting temperature (Tm) of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe is about 5 ° C or 10 ° C or about 15 ° C or about less than the melting temperature (Tm ') of the oligonucleotide probe hybridizing with the target nucleic acid sequence. 20 ° C. or about 25 ° C. lower.
  • the oligonucleotide probe or probe protecting oligonucleotide may also be modified.
  • one or more bases of the oligonucleotide probe or probe protecting oligonucleotide may be partially or fully methylated. Because of this modification, degradation by enzymes or degradation by other factors can be avoided.
  • -OH at the 5 'end and 3' end of the oligonucleotide probe or probe protecting oligonucleotide may be blocked.
  • the -OH at the 3 'end of the oligonucleotide probe or probe protecting oligonucleotide is blocked, thereby making it impossible to extend the primer from the 3' end by template-dependent nucleic acid polymerase.
  • the probe protecting agent may consist of two or more oligonucleotides which may or may not be bound by covalent bonds.
  • Probe protecting agents may have the general structure R1-X-R2, wherein R1 and R2 are DNA sequences and X is an RNA sequence.
  • the probe protectant may comprise two or more oligonucleotides, for example, an oligonucleotide comprising an R1-X sequence and an oligonucleotide comprising an R2 sequence.
  • the probe protectant may comprise an oligonucleotide comprising an R1 sequence and an oligonucleotide comprising an X-R2 sequence.
  • the probe protecting agent may comprise three oligonucleotides having the sequences R1, R2 and X.
  • the R1, X or R2 sequences can be covalently linked by phosphodiester bonds.
  • the R1, X or R2 sequences can be linked by non-covalent bonds.
  • CATACLEAVE TM oligonucleotide probes are first synthesized with DNA and RNA sequences complementary to the selected target nucleic acid sequence.
  • the probe may be labeled with, for example, a FRET pair, for example, labeled at one end of the probe with a fluorescein molecule, and the remaining end of the probe is labeled with a rhodamine quencher molecule.
  • the probe can be synthesized to be substantially complementary to the target nucleic acid sequence.
  • Probe protecting agent molecules substantially complementary to the CATACLEAVE TM oligonucleotide probe are synthesized.
  • addition of the probe protection oligonucleotide to a solution of a labeled CATACLEAVE TM oligonucleotide probe results in the formation of base pairs between the two molecules to form a substantially double stranded hybrid molecule.
  • the CATACLEAVE TM oligonucleotide probe and the probe protection oligonucleotide are represented by Formula I and Formula II, respectively:
  • each R 1, R 2, R 3, and R 4 is selected from a nucleic acid or a nucleic acid analog, and X is at least partially hybridized to X ′ in formula II.
  • the melting temperature (Tm) of the probe protective oligonucleotide to the oligonucleotide probe may be designed to be lower than the melting temperature (Tm ') of the oligonucleotide probe to the target sequence completely complementary to the nucleic acid probe.
  • the melting temperature (Tm ') of the probe protection oligonucleotide to the oligonucleotide probe may be about 10 ° C lower than the melting temperature (Tm) of the oligonucleotide probe to the target nucleic acid sequence.
  • the probe protecting oligonucleotides hybridize to the CATACLEAVE TM oligonucleotide probe.
  • the real-time PCR reagent is then subjected to a target nucleic acid sequence, forward and reverse amplification primers that can anneal the target nucleic acid sequence, protected FRET labeled CATACLEAVE TM oligonucleotide probes, amplification buffers containing nucleotides, thermostable DNA polymerases. , Reverse transcriptase (if appropriate) and hot start thermostable RNase H are added to a suitable container.
  • the target polynucleotide is then in the presence of a thermostable nucleic acid polymerase, a thermostable modified RNase H activity, a pair of primers for PCR amplification that can hybridize to the target polynucleotide, and a labeled CataCleave oligonucleotide probe.
  • a thermostable nucleic acid polymerase e.g., a reverse transcriptase activity for the first cDNA synthesis step as described herein.
  • RNA DNA heteroduplex that can be cleaved by RNase H activity. Cleavage of the probe by RNase H results in separation of the fluorescent donor from the fluorescence quencher and results in a real time increase in fluorescence of the probe corresponding to real time detection of the target DNA sequence in the sample.
  • real time nucleic acid amplification enables real time detection of a single target DNA molecule in less than about 40 PCR amplification cycles.
  • Stabilization methods can include storage of protected CATACLEAVE TM oligonucleotide probes.
  • Storage of the hybrid molecule can be performed at room temperature or below.
  • the storage temperature may be, for example, about 40 ° C. or less, about 30 ° C. or less, about 20 ° C. or less, or about 4 ° C. or less.
  • the storage temperature may also be about 0 ° C. or less, such as ⁇ 4 ° C. or ⁇ 20 ° C.
  • the storage can be maintained for a given period of time.
  • the storage period may be a time longer than 1 day, for example 2 days, 17 days, 30 days, or 1 year.
  • Storage can be performed at alkaline conditions, for example at a pH of about 7.0 to about 8.0.
  • the storage pH can also be acidic, for example, a pH of about 5.0 to 7.0.
  • the present disclosure also provides a kit format comprising a package unit having one or more reagents for real-time detection of target nucleic acid sequences in a sample using a protected FRET labeled CATACLEAVE TM oligonucleotide probe.
  • the kit may also include one or more of the following items: buffers, instructions, and positive or negative controls.
  • the kit may comprise a container of mixed reagents in a suitable proportion for carrying out the methods described herein.
  • the reagent vessel may contain reagents in unit quantities that eliminate the measuring step when performing the method of the present invention.
  • the kit can also anneal to thermostable polymerases, RNase H, forward and reverse amplification primers, real-time PCR products according to the methods described herein, and FRET labeled CATACLEAVE TM oligonucleotide probes allowing detection of target nucleic acid sequences. Including but not limited to, it may include a reagent for real-time PCR. In another embodiment, the kit reagent further comprises a reagent for extracting total genomic DNA, total RNA, or polyA + RNA from the sample. Kit reagents may also include reagents for reverse transcriptase-PCR analysis, where applicable.
  • Patents, patent applications, documents, or other disclosed materials indicated herein are hereby incorporated by reference in their entirety. Although incorporated herein by reference, materials inconsistent with the existing definitions, statements, or other disclosures described herein, or portions thereof, are included only to the extent that no inconsistencies occur between the included materials and the disclosure of the present application.
  • 1 is a schematic of CATACLEAVE TM probe technology.
  • FIG. 2 is a schematic of real-time CATACLEAVE TM probe detection of PCR amplification products.
  • 3 is a graph showing the results of real-time PCR performed with a reaction mixture containing both protected and unprotected probes.
  • FIG. 4A-4C show real-time PCR results after storage of unprotected probes (FIG. 4A) and RNA-comp1 protected probes (FIG. 4B) or RNA-comp2 protected probes (FIG. 4C) at different temperatures for 24 hours. It is a graph showing.
  • FIG. 5A-5C show real-time PCR results after storage of unprotected probes (FIG. 5A) and RNA-comp1 protected probes (FIG. 5B) or RNA-comp2 protected probes (FIG. 5C) at different temperatures for 48 hours. It is a graph showing.
  • FIG. 6A-6C show unprotected probes and probes protected with RNA-comp1 or RNA-comp2 after storage at ⁇ 20 ° C. (FIG. 6A), 4 ° C. (FIG. 6B), and 30 ° C. (FIG. 6C) for 17 days.
  • FIG. 7A-7C show unprotected probes and probes protected with RNA-comp1 or RNA-comp2 stored at ⁇ 20 ° C. (FIG. 7A), 4 ° C. (FIG. 7B), and 30 ° C. (FIG. 7C) for 30 days, respectively.
  • FIG. 9A and 9B show real-time PCR of E. coli 0157: H7 sequences using protected probes (FIG. 9A) and unprotected probes (FIG. 9B) stored at ⁇ 20 ° C., 4 ° C., and 30 ° C. for 40 days. Show results.
  • FIG. 10A and 10B show the results of real-time PCR targeting Salmonella sequences using protected probes (FIG. 10A) and unprotected probes (FIG. 10B), stored at ⁇ 20 ° C., 4 ° C., and 30 ° C. for 40 days. .
  • FIG. 11A and 11B show real-time PCR of a Listeria sequence using a protected probe (FIG. 11A) and an unprotected probe (FIG. 11B) stored at ⁇ 20 ° C., 4 ° C., and 30 ° C. for 40 days. Show results.
  • FIG. 12A and 12B show real-time PCR of E. coli 0157: H7 sequences using protected probes (FIG. 12A) and unprotected probes (FIG. 12B) stored at ⁇ 20 ° C., 4 ° C., and 30 ° C. for 60 days. Show results.
  • FIG. 13A and 13B show the results of real-time PCR targeting Salmonella sequences using protected probes (FIG. 13A) and unprotected probes (FIG. 13B), stored at ⁇ 20 ° C., 4 ° C., and 30 ° C. for 60 days. .
  • FIG. 14A and 14B show the results of real-time PCR targeting E. coli Listeria sequences using protected probes (FIG. 14A) and unprotected probes (FIG. 14B), stored at ⁇ 20 ° C., 4 ° C., and 30 ° C. for 60 days. Shows.
  • FIG. 15 is a graph showing the results of real time PCR performed using a reaction mixture comprising protected and unprotected probes and 10 to 10 6 copies of E. coli 0157: H7 as target nucleic acid sequences.
  • the term "protected probe” or “protected” is also referred to as a probe ("nucleic acid probe” or “oligonucleotide probe” of formula I). Means hydrolyzed to a probe protective oligonucleotide of formula II (also referred to as a protector or complementary strand).
  • nucleic acid probes having the structure of DNA-RNA-DNA were hybridized with complementary strands comprising sequences complementary to the RNA portion, and the resulting hybridization products were stored under various conditions. This confirmed that the nucleic acid probe was stabilized.
  • the nucleic acid probes and complementary strands used in this example are shown in Table 1.
  • Lmon-probe represents a nucleic acid probe specific for the inlA gene of Listeria monocytogenes
  • RNA-comp1 and RNA-comp2 are complementary to the RNA portion (X of formula I) of the nucleic acid probe.
  • RNA comprising portion (X ′), and RNA-comp1 and RNA-comp2 have different lengths.
  • * represents annealing temperature (Tm) when the corresponding RNA binds to a DNA template
  • r represents ribonucleic acid.
  • RNA-comp1 and RNA-comp2 were designed to have a short length such that Tm ⁇ 50 ° C, and may be hybridized to the probe at a temperature below room temperature, but generally PCR conditions in which annealing and extension reactions have a temperature of about 60 ° C. In the RNA-comp1 and RNA-comp2 can be separated from the nucleic acid probe.
  • the nucleic acid probe (10 mM) and the RNA-comp1 (10 mM) or RNA-comp2 (10 mM) are mixed in the same volume, incubated at 65 ° C. for 5 minutes, cooled on ice for at least 2 minutes, and the RNA-comp1 or RNA -comp2 was hybridized to the probe. Thereafter, this protected nucleic acid probe, ie, a double stranded nucleic acid probe in which the RNA-comp1 or RNA-comp2 was hybridized, was used as a probe for the PCR reaction.
  • the probes were labeled with FAM at the 5 'end and labeled with the IOWA Black FQ quencher at the 3' end.
  • composition and PCR conditions of the PCR mixture are shown in Tables 2 and 3 below.
  • the template DNA was plasmid DNA (concentration 1 ⁇ 10 5 / ⁇ l) comprising Listeria cytomonogenes 23s RNA.
  • Reverse primer Lmon_C3_R: TCCCTAATCTATCCGCCTGA (SEQ ID NO: 6).
  • FIG. 3 is a graph showing the results of real-time PCR performed with a reaction mixture containing both protected and unprotected probes. According to FIG. 3, it can be seen that the protected probe did not interfere with detecting the target sequence by amplifying the target sequence by PCR or by cleaving the nucleic acid probe by RNase H. These results show that nucleic acid probes, complementary strands, and two primers do not interfere with each other during amplification.
  • E. coli 0157 H7 target DNA sequences by real time PCR.
  • concentration of E. coli plasmid DNA ranged from 10 copies / reaction to 10 6 copies / reaction.
  • Primers, probes and probe protectors are described in Example 2 below. The results are shown in FIG. 15 suggests that the incorporation of the probe protectant does not affect the sensitivity of the original assay where the probe is not protected for at least the selected target nucleic acid sequence and the tested probe.
  • FIGS. 4A-4C show real-time PCR results after storage of unprotected probes (FIG. 4A) and RNA-comp1 protected probes (FIG. 4B) or RNA-comp2 protected probes (FIG. 4C) at different temperatures for 24 hours. Shows. All components of the real-time PCR mixture except template DNA were stored in the form of a master mix. In general, higher starting background fluorescence (eg, mean baseline fluorescence intensity for 1 to 22 cycles at room temperature versus ⁇ 20 ° C. in FIG. 4C) indicates that some CATACLEAVE TM probes degraded due to RNA hydrolysis. According to FIGS. 4A-4C, the stability of the protected probe was maintained for 24 hours and the protected probe did not interfere with PCR.
  • FIGS. 4A-4C the stability of the protected probe was maintained for 24 hours and the protected probe did not interfere with PCR.
  • FIGS. 5A-5C show real-time PCR results after storage of unprotected probes (FIG. 5A) and RNA-comp1 protected probes (FIG. 5B) or RNA-comp2 protected probes (FIG. 5C) at different temperatures for 48 hours. Shows. All components of the real-time PCR mixture except template DNA were stored in the form of a master mix. According to FIGS. 5A-5C, the stability of the protected probe was maintained for 48 hours and the protected probe did not interfere with PCR.
  • FIGS. 6A-6C show unprotected Listeria monocytogenes probes and Listeria monocytogenes probes protected with RNA-comp1 or RNA-comp2 for 17 days at ⁇ 20 ° C. (FIG. 6A), 4 ° C. (FIG. 6B), and Real time PCR results after storage at 30 ° C. (FIG. 6C) are shown. All components of the real-time PCR mixture except template DNA were stored in the form of a master mix. According to FIGS. 6A-6C, the protected probes were relatively stable at ⁇ 20 ° C. (FIG. 6A) and 4 ° C. (FIG. 6B). However, at room temperature (FIG.
  • FIGS. 7A-7C show unprotected probes and probes protected with RNA-comp1 or RNA-comp2 stored at ⁇ 20 ° C. (FIG. 7A), 4 ° C. (FIG. 7B), and 30 ° C. (FIG. 7C) for 30 days, respectively.
  • the following real-time PCR results are shown. All components of the real-time PCR mixture except template DNA were stored in the form of a master mix.
  • the protected probes were relatively stable at ⁇ 20 ° C. (FIG. 7A) and 4 ° C. (FIG. 7B). After 30 days at room temperature, all three probes were inactivated (FIG. 7C).
  • FIG. 8 shows the relative intensity change of fluorescence signal in real time PCR results after unprotected probes were stored under different conditions. All components of the real-time PCR mixture except template DNA were stored in the form of a master mix. According to FIG. 8, six cycles of freezing and thawing were performed on samples stored at ⁇ 20 ° C. before use in this example. In FIG. 8, ⁇ R represents normalized fluorescence intensity. According to FIG. 8, the unprotected probes stored at ⁇ 20 ° C. were stable even after six cycles of freezing and thawing. However, at elevated temperatures, unprotected probes gradually degraded due to hydrolysis.
  • nucleic acid probes specific for Escherichia coli, Salmonella, and Listeria spp. Were protected with corresponding complementary strands and stored, and then the storage effect was confirmed.
  • Primers, probes and complementary strands used are as follows:
  • Salmonella Forward Primer TCG TCA TTC CAT TAC CTA CC (SEQ ID NO: 11)
  • Salmonella reverse primer TAC TGA TCG ATA ATG CCA GAC GAA (SEQ ID NO: 12)
  • Salmonella Probe CGA TCA GrGrA rArAT CAA CCA G (SEQ ID NO: 13)
  • Salmonella complementary strand rGrGrU rUrGrA rUrUrU rCrCrU rGrArU (SEQ ID NO: 14)
  • composition and conditions of the mixture used for PCR were the same as in Example 1 except that the primers, probes and complementary strands used had different sequences and the template DNA used was different.
  • As the template DNA plasmid DNA containing the E. coli target sequence, plasmid DNA containing the Salmonella target sequence, and plasmid DNA containing the Listeria target sequence were used.
  • 9A-11B are real time with E. coli-specific, Salmonella-specific, and Listeria-specific unprotected probes and complementary strand protected probes stored at ⁇ 20 ° C., 4 ° C., and 30 ° C. for 40 days. Show PCR results. All components of the real-time PCR mixture except template DNA were stored in the form of a master mix. According to FIGS. 10 and 11, the protected probes were relatively stable at ⁇ 20 ° C., 4 ° C., and room temperature. In all cases, protected probes showed much slower degradation kinetics than unprotected probes. These results show that even when the probe sequence changes, the stability of the probe is maintained for a relatively long time over a wide temperature range.
  • 12A-14B are real time with E. coli-specific, Salmonella-specific, and Listeria-specific unprotected probes and complementary strand protected probes stored at ⁇ 20 ° C., 4 ° C., and 30 ° C. for 60 days Show PCR results. All components of the real-time PCR mixture except template DNA were stored in the form of a master mix. According to FIGS. 12-14, the protected probes were relatively stable at ⁇ 20 ° C., 4 ° C., and room temperature. In all cases, protected probes showed much slower degradation kinetics than unprotected probes. These results show that even when the probe sequence changes, the stability of the probe is maintained for a relatively long time over a wide temperature range.

Abstract

Disclosed is a probe protector oligonucleotide for detecting an improved CATACLEAVE™ probe of a nucleic acid sequence from a test sample. The probe protector oligonucleotide is designed to be substantially mutually complementary to a FRET pair labeled CATACLEAVE™ oligonucleotide probe. A formation of a base pair between the probe protector oligonucleotide and a CATACLEAVE™ oligonucleotide probe that is combined to a chemical modification of a probe sequence prevents the formation of a spurious RNA:DNA hybrid during a PCR cycle, which can result in a non-specific cleavage of the oligonucleotide probe before the oligonucleotide probe is degraded by an endonuclease of an RNA sequence and before the detection of a target nucleic acid. An improved detection method is rapid and accurate and appropriate for high throughput application. Also disclosed is a kit, which is convenient, user-friendly, and reliable, for rapidly detecting a target nucleic acid sequence.

Description

안정화된 프로브를 이용한 실시간 PCR 검출Real-time PCR Detection with Stabilized Probes
관련 출원에 대한 교차-참조Cross-Reference to the Related Application
본 출원은 2010년 8월 30일자로 출원된 미국 임시 특허출원 제61/378,166호에 기초하여 우선권을 주장하며, 상기 출원의 내용은 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다. This application claims priority based on US Provisional Patent Application 61 / 378,166, filed August 30, 2010, the contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety.
분야Field
표적 핵산 서열의 실시간 PCR 검출을 위한 안정화된 올리고뉴클레오티드 프로브 조성물이 개시된다. Stabilized oligonucleotide probe compositions for real time PCR detection of target nucleic acid sequences are disclosed.
PCR 기법과 조합된 PCR 반응의 동력학을 측정하는 능력은 요구되는 수준의 민감도로 시료 중의 표적 핵산 서열의 정확하고 정밀한 측정을 촉진할 것이다. 특히, CATACLEAVE™ 엔도뉴클레아제 분석(미국 특허 제5,763,181호에 상세하게 기술됨; 도 1 및 2 참조)과 같은, 형광 듀얼-표지 혼성화 프로브(fluorescent dual-labeled hybridization probe) 기술은 실시간으로 PCR 증폭의 검출을 가능하게 한다. 표적 서열의 검출은 증폭 반응에 RNAase H와 함께 CATACLEAVE™ 프로브를 포함시키는 것에 의해 달성된다. PCR 증폭 산물 내의 표적 서열에 상보적인, CATACLEAVE™ 프로브는 RNA 서열과 DNA 서열을 포함하는 키메라 구조를 가지며, 5' 및 3' 말단에서 검출가능한 마커, 예를 들면, FRET 쌍 표지 DNA 서열에 의해 플랭킹된다. FRET 쌍의 형광 표지의 퀀처(quencher)에 대한 근접성(proximity)은 완전한(intact) 프로브의 형광을 막는다. 그러나, 상기 프로브의 상기 PCR 산물로의 어닐링은 증폭 버퍼에 존재하는 RNase H에 의해 절단될 수 있는 RNA:DNA 듀플렉스를 생성한다. 이중가닥화된 RNA 서열의 절단은 형광 표지의 퀀처로부터의 분리 및 뒤이은 형광의 방출을 초래한다.The ability to measure the kinetics of PCR reactions in combination with PCR techniques will facilitate the accurate and precise measurement of target nucleic acid sequences in a sample with the required level of sensitivity. In particular, fluorescent dual-labeled hybridization probe technology, such as CATACLEAVE ™ endonuclease assay (described in detail in US Pat. No. 5,763,181; see FIGS. 1 and 2), provides PCR amplification in real time. Enables detection of. Detection of the target sequence is accomplished by including CATACLEAVE ™ probe with RNAase H in the amplification reaction. CATACLEAVE ™ probe, complementary to the target sequence in the PCR amplification product, has a chimeric structure comprising RNA and DNA sequences, and is flanked by markers detectable at the 5 'and 3' ends, eg, FRET pair labeled DNA sequences. It is ranked. Proximity to the quencher of the fluorescent label of the FRET pair prevents the fluorescence of the intact probe. However, annealing the probe into the PCR product produces an RNA: DNA duplex that can be cleaved by RNase H present in the amplification buffer. Cleavage of the double-stranded RNA sequence results in separation from the quencher of the fluorescent label and subsequent emission of fluorescence.
테스트 시료 중의 핵산 서열의 개선된 CATACLEAVE™ 프로브 검출을 위한 프로브 보호 올리고뉴클레오티드(probe protector oligonucleotide)가 기술된다. 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드는 FRET 쌍 표지된 CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브에 실질적으로 상보적이도록 설계된다. 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드와 프로브 서열의 화학적 변형에 결합된 CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브 간의 염기쌍 형성은 올리고뉴클레오티드 프로브 중 RNA 서열의 엔도뉴클레아제에 의한 분해(endonucleolytic degradation) 및 표적 핵산 서열 검출 전에 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 비특이적 절단을 가져올 수 있는 PCR 사이클 동안 왜곡(spurious) RNA:DNA 하이브리드의 형성을 방지한다.Probe protector oligonucleotides for improved CATACLEAVE ™ probe detection of nucleic acid sequences in test samples are described. The probe protection oligonucleotides are designed to be substantially complementary to FRET pair labeled CATACLEAVE ™ oligonucleotide probes. Base pairing between the probe protection oligonucleotide and a CATACLEAVE ™ oligonucleotide probe bound to chemical modification of the probe sequence is characterized by the endonucleolytic degradation of the RNA sequence in the oligonucleotide probe and the oligonucleotide prior to detection of the target nucleic acid sequence. Prevents formation of spurious RNA: DNA hybrids during PCR cycles that can lead to nonspecific cleavage of the probe.
특정 구체예에서, 프로브 보호 올리고뉴클레오티드(probe protector oligonucleotide)는 R1-X-R2 (식 I)의 구조를 갖는 올리고뉴클레오티드 프로브에 실질적으로 상보적인 R3-X'-R4(식 II)의 구조를 가질 수 있고, 각각의 R1, R2, R3, 및 R4는 핵산 또는 핵산 아날로그로부터 선택되고 각각의 X 및 X'은 천연 RNA 또는 변형된 RNA이고, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브 핵산 서열은 표적 핵산 서열에 실질적으로 상보적이다.In certain embodiments, the probe protector oligonucleotide has a structure of R3-X'-R4 (Formula II) that is substantially complementary to an oligonucleotide probe having a structure of R1-X-R2 (Formula I). Wherein each R 1, R 2, R 3, and R 4 are selected from nucleic acids or nucleic acid analogs and each X and X ′ are native RNA or modified RNA, and the oligonucleotide probe nucleic acid sequence is substantially complementary to the target nucleic acid sequence. Enemy
또 다른 구체예에서, 본 개시는 프로브 보호 프로브를 올리고뉴클레오티드 프로브와 혼성화시키는 단계를 포함하고, 상기 혼성화는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브를 안정화시키는 것인 올리고뉴클레오티드 프로브를 안정화시키는 방법을 기술한다. In another embodiment, the present disclosure describes a method of stabilizing an oligonucleotide probe wherein the hybridization comprises hybridizing a probe protection probe with an oligonucleotide probe, wherein the hybridization stabilizes the oligonucleotide probe.
상기 방법은 상기 안정화된 올리고뉴클레오티드 프로브를 저장하는 단계를 포함할 수 있다. The method may comprise storing the stabilized oligonucleotide probe.
상기 올리고뉴클레오티드 프로브와 혼성화하는 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 융해 온도(melting temperature), Tm은 상기 표적 핵산 서열과 혼성화하는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 융해 온도, Tm'보다 더 낮을 수 있다.The melting temperature, Tm, of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe may be lower than the melting temperature, Tm ', of the oligonucleotide probe hybridizing with the target nucleic acid sequence.
다른 구체예에서, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브와 혼성화하는 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 융해 온도, Tm은 상기 표적 핵산 서열과 혼성화하는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 융해 온도, Tm'에 비해 약 10℃ 더 낮을 수 있다.In another embodiment, the melting temperature, Tm, of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe may be about 10 ° C. lower than the melting temperature, Tm ', of the oligonucleotide probe hybridizing with the target nucleic acid sequence.
일 양태에서, 올리고뉴클레오티드 프로브가 프로브 보호 올리고뉴클레오티드와 염기쌍을 형성한 것인 보호된 프로브가 개시된다.In one aspect, a protected probe is disclosed wherein the oligonucleotide probe is base paired with a probe protecting oligonucleotide.
또 다른 구체예에서, 시료 중의 표적 DNA 서열을 실시간으로 검출하는 방법으로서, 표적 DNA 서열을 포함하는 시료를 제공하는 단계, 상기 표적 DNA 서열에 어닐링할 수 있는 정방향 및 역방향 증폭 프라이머의 쌍을 제공하는 단계, 보호된 프로브 올리고뉴클레오티드와 염기쌍을 형성한 표지된 올리고뉴클레오티드 프로브를 포함하는 보호된 프로브를 제공하는 단계로서, 상기 올리고뉴크레오티드 프로브는 상기 표적 DNA 서열에 실질적으로 상보적인 RNA 및 DNA 핵산 서열을 포함하는 것인 단계, 증폭 폴리머라아제 활성, 증폭 버퍼, 및 RNaseH 활성 및 보호된 프로브의 존재 하에, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브가 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드로부터 해리될 수 있고, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 RNA 서열이 PCR 단편에 존재하는 표적 DNA 서열과 RNA:DNA 헤테로듀플렉스(heteroduplex)를 형성할 수 있는 조건 하에서, 상기 정방향 및 역방향 증폭 프라이머 사이의 PCR 단편을 증폭시키는 단계, 및 상기 올리고뉴클레오티드 프로브 상의 표지로부터 신호의 방출(emission)의 실시간 증가를 검출하는 단계를 포함하고, 상기 신호의 증가는 상기 시료 중 상기 표적 DNA 서열의 존재를 나타내는 것인 방법이 기술된다. In another embodiment, a method of detecting a target DNA sequence in a sample in real time, comprising: providing a sample comprising a target DNA sequence, providing a pair of forward and reverse amplification primers that can anneal to the target DNA sequence Providing a protected probe comprising a labeled oligonucleotide probe base paired with a protected probe oligonucleotide, wherein the oligonucleotide probe comprises an RNA and DNA nucleic acid sequence substantially complementary to the target DNA sequence. Wherein, in the presence of an amplification polymerase activity, an amplification buffer, and an RNaseH activity and a protected probe, the oligonucleotide probe can be dissociated from the probe protective oligonucleotide, and the RNA sequence of the oligonucleotide probe The target DNA sequence present in the PCR fragment Amplifying a PCR fragment between the forward and reverse amplification primers under conditions capable of forming an RNA: DNA heteroduplex, and detecting a real-time increase in the emission of a signal from a label on the oligonucleotide probe Wherein the increase in signal is indicative of the presence of the target DNA sequence in the sample.
또 다른 구체예에서, 표적 RNA 서열을 포함하는 시료를 제공하는 단계,상기 표적 핵산 서열에 어닐링할 수 있는 정방향 및 역방향 증폭 프라이머의 쌍을 제공하는 단계, 보호된 프로브 올리고뉴클레오티드와 염기쌍을 형성한 표지된 올리고뉴클레오티드 프로브를 포함하는 보호된 프로브를 제공하는 단계로서, 상기 올리고뉴크레오티드 프로브는 상기 표적 핵산 서열에 실질적으로 상보적인 RNA 및 DNA 핵산 서열을 포함하는 것인 단계, 표적 cDNA 서열을 생성하기 위한 역전사 효소 활성 및 역 증폭 프라이머(reverse amplification primer)의 존재 하에 상기 표적 RNA를 역전사하는 단계, 증폭 폴리머라아제 활성, 증폭 버퍼, 및 RNaseH 활성 및 보호된 프로브의 존재 하에, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브가 상기 보호된 프로브 올리고뉴클레오티드로부터 해리될 수 있고, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 RNA 서열이 PCR 단편에 존재하는 표적 DNA 서열과 RNA:DNA 헤테로듀플렉스(heteroduplex)를 형성할 수 있는 조건 하에서, 상기 정방향 및 역방향 증폭 프라이머 사이의 PCR 단편을 증폭시키는 단계, 및 상기 올리고뉴클레오티드 프로브 상의 표지로부터 신호의 방출의 실시간 증가를 검출하는 단계를 포함하고, 상기 신호의 증가는 상기 시료 중 상기 표적 RNA 서열의 존재를 나타내는 것인 시료 중의 표적 RNA 서열을 실시간으로 검출하는 방법이 기술된다.In another embodiment, providing a sample comprising a target RNA sequence, providing a pair of forward and reverse amplification primers that can anneal to the target nucleic acid sequence, a label that forms a base pair with a protected probe oligonucleotide Providing a protected probe comprising an oligonucleotide probe, wherein the oligonucleotide probe comprises an RNA and DNA nucleic acid sequence substantially complementary to the target nucleic acid sequence, to generate a target cDNA sequence. Reverse transcribing the target RNA in the presence of reverse transcriptase activity and reverse amplification primers, amplification polymerase activity, amplification buffer, and RNaseH activity and protected probes, wherein the oligonucleotide probe is Can be dissociated from protected probe oligonucleotides Amplifying the PCR fragment between the forward and reverse amplification primers under conditions such that the RNA sequence of the oligonucleotide probe can form an RNA: DNA heteroduplex with a target DNA sequence present in the PCR fragment; and Detecting a real time increase in the release of the signal from the label on the oligonucleotide probe, wherein the increase in the signal indicates the presence of the target RNA sequence in the sample. This is described.
또 다른 구체예에서, R3-X'-R4(식 II)의 구조를 갖는 프로브 보호 올리고뉴클레오티드 및 R1-X-R2 (식 I)의 구조를 갖는 올리고뉴클레오티드 프로브를 포함하는, 시료 중의 표적 핵산 서열을 실시간-검출하기 위한 키트로서, 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드는 올리고뉴클레오티드 프로브에 실질적으로 상보적이고, 각각의 R1, R2, R3, 및 R4는 핵산 또는 핵산 아날로그로부터 선택되고, 각각의 X 및 X'은 천연 RNA 또는 변형된 RNA이고, 및 상기 올리고뉴클레오티드 프로브 핵산 서열은 표적 핵산 서열에 실질적으로 상보적인 것인 키트가 제공된다. In another embodiment, a target nucleic acid sequence in a sample comprising a probe protecting oligonucleotide having the structure of R3-X'-R4 (Formula II) and an oligonucleotide probe having the structure of R1-X-R2 (Formula I). Wherein the probe protection oligonucleotide is substantially complementary to the oligonucleotide probe, wherein each R 1, R 2, R 3, and R 4 is selected from a nucleic acid or a nucleic acid analog, and each X and X ′ is Kits are provided that are native RNA or modified RNA, and wherein the oligonucleotide probe nucleic acid sequence is substantially complementary to the target nucleic acid sequence.
상기 키트는 양성 내부 대조군 및 음성 대조군 및/또는 우라실-N-글리코실라아제, 및/또는 증폭 버퍼 및/또는 열안정성 DNA 폴리머라아제와 같은 증폭 폴리머라아제 활성 및/또는 역전사효소 활성 및/또는 RNase H 또는 핫 스타트(hot start) RNase H의 효소 활성과 같은 RNase H 활성을 포함할 수 있다. The kit may comprise amplification polymerase activity and / or reverse transcriptase activity such as positive internal control and negative control and / or uracil-N-glycosylase, and / or amplification buffer and / or thermostable DNA polymerase. RNase H activity, such as RNase H or enzymatic activity of hot start RNase H.
상기 보호된 프로브는 R3-X'-R4(식 II)의 구조를 갖는 프로브 보호 올리고뉴클레오티드와 염기쌍을 형성한 R1-X-R2 (식 I)의 구조를 갖는 표지된 올리고뉴클레오티드 프로브를 포함할 수 있고, 상기 각각의 R1, R2, R3, 및 R4는 핵산 또는 핵산 아날로그로부터 선택되고, 각각의 X 및 X'은 천연 RNA 또는 변형된 RNA이고, 및 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브에 실질적으로 상보적이다. The protected probe may comprise a labeled oligonucleotide probe having a structure of R1-X-R2 (Formula I) that base-paired with a probe protection oligonucleotide having a structure of R3-X'-R4 (Formula II). Wherein each of R 1, R 2, R 3, and R 4 is selected from nucleic acids or nucleic acid analogs, each X and X ′ are native RNA or modified RNA, and the probe protection oligonucleotide is substantially linked to the oligonucleotide probe. As complementary.
상기 올리고뉴클레오티드 프로브 상의 표지로부터의 신호 방출의 실시간 증가는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브와 상기 PCR 단편의 가닥 중 하나 간에 형성된 헤테로듀플렉스의 RNase H에 의한 절단으로부터 유래된다. The real time increase in signal release from the label on the oligonucleotide probe is derived from cleavage by RNase H of the heteroduplex formed between the oligonucleotide probe and one of the strands of the PCR fragment.
상기 증폭시키는 단계는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브가 상기 보호된 프로브 올리고뉴클레오티드로부터 해리될 수 있고, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 RNA 서열이 PCR 단편에 존재하는 표적 DNA 서열과 RNA:DNA 헤테로듀플렉스(heteroduplex)를 형성할 수 있는 조건 하에서 일어난다. The amplifying may cause the oligonucleotide probe to be dissociated from the protected probe oligonucleotide and form an RNA: DNA heteroduplex with a target DNA sequence in which the RNA sequence of the oligonucleotide probe is present in a PCR fragment. Under conditions that can be.
상기 PCR 단편은 PCR(polymerase chain reaction), RCA(rolling circle amplification), NASBA(nucleic acid sequence based amplification), 또는 SDA(strand displacement amplification)에 의해 증폭될 수 있다. The PCR fragment may be amplified by polymerase chain reaction (PCR), rolling circle amplification (RCA), nucleic acid sequence based amplification (NASBA), or strand displacement amplification (SDA).
상기 올리고뉴클레오티드 프로브는 효소, 효소 기질, 방사능 물질, 형광 염료, 발색소(chromophore), 화학발광 표지, 전기화학발광표지, 또는 결합 파트너를 갖는 리간드로 표지될 수 있다.The oligonucleotide probe may be labeled with an enzyme, an enzyme substrate, a radioactive material, a fluorescent dye, a chromophore, a chemiluminescent label, an electrochemiluminescent label, or a ligand having a binding partner.
상기 올리고뉴클레오티드 프로브는 형광 공여체(fluorescence donor) 및 형광 수용체(fluorescence acceptor)를 포함하는 FRET(fluorescence resonance energy transfer) 쌍으로 표지될 수 있다. The oligonucleotide probe may be labeled with a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair that includes a fluorescence donor and a fluorescence acceptor.
상기 올리고뉴클레오티드의 형광 공여체 발광은 형광 수용체에 의해 퀀칭(quench)되나, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 RNA 서열의 절단은 상기 형광 수용체에 의한 퀀칭을 막는다. Fluorescence donor luminescence of the oligonucleotide is quenched by a fluorescent receptor, but cleavage of the RNA sequence of the oligonucleotide probe prevents quenching by the fluorescent receptor.
상기 RNase H 활성은 열안정성 RNase H의 활성일 수 있다. RNase H 활성은 핫 스타트 RNase H 활성일 수 있다. The RNase H activity may be the activity of thermostable RNase H. The RNase H activity may be hot start RNase H activity.
상기 PCR 단편은 고체 지지체에 결합될 수 있다. The PCR fragment can be bound to a solid support.
상기 증폭 폴리머라아제 활성은 열안정성 DNA 폴리머라아제의 활성일 수 있다. The amplification polymerase activity may be the activity of a thermostable DNA polymerase.
상기 시료 중의 핵산은 PCR 증폭 전에 불활성화되는, 우라실-N-글리코실라아제로 예비-처리될 수 있다. The nucleic acid in the sample may be pre-treated with uracil-N-glycosylase, which is inactivated prior to PCR amplification.
상기 증폭 버퍼는 Tris-아세테이트 버퍼일 수 있다. The amplification buffer may be a Tris-acetate buffer.
상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 3'-말단에 있는 -OH는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브가 주형-의존적 핵산 폴리머라아제에 의한 프라이머 연장을 위한 기질로 작용하는 것을 방지하기 위해 차단(block)될 수 있다.-OH at the 3'-end of the oligonucleotide probe can be blocked to prevent the oligonucleotide probe from acting as a substrate for primer extension by template-dependent nucleic acid polymerase.
상기 올리고뉴클레오티드 프로브와 혼성화하는 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 융해 온도(melting temperature), Tm은 상기 표적 핵산 서열과 혼성화하는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 융해 온도, Tm'보다 더 낮을 수 있다. The melting temperature, Tm, of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe may be lower than the melting temperature, Tm ', of the oligonucleotide probe hybridizing with the target nucleic acid sequence.
다른 구체예에서, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브와 혼성화하는 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 융해 온도, Tm은 상기 표적 핵산 서열과 혼성화하는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 융해 온도, Tm'에 비해 약 10℃ 더 낮을 수 있다. In another embodiment, the melting temperature, Tm, of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe may be about 10 ° C. lower than the melting temperature, Tm ', of the oligonucleotide probe hybridizing with the target nucleic acid sequence.
전술된 구체예들은 불안정한 RNA 리보뉴클레오티드를 포함하는 통상적인 CATACLEAVE™ 프로브의 안정성을 개선하기 위해 보호된 CATACLEAVE™을 이용하는 것을 포함한, 다수의 장점을 갖는다. 개선된 검출 방법은 신속하고, 정확하며, 고속 응용(high throughput application)에 적합하다. 표적 핵산 서열의 고속 검출을 위한 편리하고, 사용자-친화적이며 신뢰할 수 있는 키트도 기술된다.The foregoing embodiments have a number of advantages, including the use of protected CATACLEAVE ™ to improve the stability of conventional CATACLEAVE ™ probes that include labile RNA ribonucleotides. The improved detection method is fast, accurate and suitable for high throughput applications. Convenient, user-friendly and reliable kits for high speed detection of target nucleic acid sequences are also described.
상세한 설명details
본 명세서에 기재된 구체예의 실시는 달리 표시되지 않으면, 당해 분야의 기술 내에서 통상적인 분자 생물학적 기법을 이용한다. 그와 같은 기법은 당업자에게 잘 알려져 있고, 문헌에서 충분히 설명된다. 예를 들면, 모든 보충 문서(supplement)를 포함한, Ausubel, et al., ed., Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, Inc., N.Y. (1987-2008); Sambrook, et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd Edition, Cold Spring Harbor, N.Y. (1989)을 참조한다.The practice of the embodiments described herein uses molecular biological techniques conventional within the art, unless otherwise indicated. Such techniques are well known to those skilled in the art and are fully described in the literature. See, for example, Ausubel, et al., Ed., Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, Inc., N.Y, including all supplements. (1987-2008); Sambrook, et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd Edition, Cold Spring Harbor, N.Y. (1989).
달리 정의되지 않으면, 본 명세서에서 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 당업자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서는 또한 본 출원의 개시 및 청구항의 해석을 지원하기 위해 용어의 정의를 제공한다. 정의가 다른 곳의 정의와 일치하지 않는 경우, 본 출원에서 명시된 정의가 우선한다. Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. The present specification also provides definitions of terms to support the disclosure of the present application and the interpretation of the claims. If the definition does not match the definition elsewhere, the definition specified in this application shall prevail.
본 명세서에서 사용된 용어 "핵산(nucleic acid)"은 올리고뉴클레오티드 또는 폴리뉴클레오티드를 의미하고 상기 올리고뉴클레오티드 또는 폴리뉴클레오티드는 변형될 수 있거나 또는 변형된 염기를 포함할 수 있다. 올리고뉴클레오티드는 2개 내지 60개의 뉴클레오티드를 포함하는 뉴클레오티드의 단일-가닥 중합체이다. 폴리뉴클레오티드는 두 개 이상의 뉴클레오티드를 포함하는 뉴클레오티드의 중합체이다. 포폴리뉴클레오티드는 제2 가닥이 제1 올리고뉴클레오티드의 역 상보체(complement) 서열을 갖는 올리고뉴클레오티드인 것인 어닐링된 올리고뉴클레오티드를 포함한 이중-가닥 DNA, 데옥시티미딘을 포함한 단일-가닥 핵산 중합체, 단일-가닥 RNA, 이중 가닥 RNA, 또는 RNA/DNA 헤테로듀플렉스(heteroduplex)일 수 있다. 핵산은 게놈 DNA, cDNA, hnRNA, snRNA, mRNA, rRNA, tRNA, 단편화된 핵산(fragmented nucleic acid), 미토콘드리아 또는 엽록체와 같은 세포 소기관(subcellular organelles)으로부터 수득된 핵산, 및 생물 시료 상에 또는 그 내부에 존재할 수 있는 미생물 또는 DNA 바이러스 또는 RNA 바이러스로부터 수득된 핵산을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 핵산은 예를 들면, RNA 및 DNA의 경우에서와 같이 한 종류의 당 모이어티, 또는 RNA/DNA 키메라의 경우에서와 같이, 상이한 당 모이어티의 혼합물로 구성될 수 있다. As used herein, the term “nucleic acid” refers to an oligonucleotide or polynucleotide and the oligonucleotide or polynucleotide may be modified or may include a modified base. Oligonucleotides are single-stranded polymers of nucleotides containing from 2 to 60 nucleotides. Polynucleotides are polymers of nucleotides comprising two or more nucleotides. The polypolynucleotide is a double-stranded DNA comprising annealed oligonucleotides, single-stranded nucleic acid polymers including deoxythymidine, wherein the second strand is an oligonucleotide having the reverse complement sequence of the first oligonucleotide, Single-stranded RNA, double-stranded RNA, or RNA / DNA heteroduplex. Nucleic acids are obtained on or within biological samples, such as genomic DNA, cDNA, hnRNA, snRNA, mRNA, rRNA, tRNA, fragmented nucleic acid, subcellular organelles such as mitochondria or chloroplasts, and biological samples. Nucleic acids obtained from microorganisms or DNA viruses or RNA viruses that may be present in, but are not limited to. Nucleic acids can be composed of a mixture of different sugar moieties, for example one type of sugar moiety as in the case of RNA and DNA, or as in the case of RNA / DNA chimeras.
본 명세서에 사용된 용어, "핵산 아날로그(nucleic acid analog)"는 하나 이상의 뉴클레오티드 아날로그 및/또는 하나 이상의 포스페이트 에스테르 아날로그 및/또는 하나 이상의 펜토즈 아날로그(pentose analog)를 포함하는 분자를 나타낸다. 핵산 아날로그의 예는 포스페이트 에스테르 및/또는 당 포스페이트 에스테르 결합이 다른 형태의 결합, 예를 들면 N-(2-아미노에틸)-글리신 아미드 및 다른 아미드 결합으로 치환되는 것인 분자이다. 상기 핵산 아날로그의 또 다른 예는 하나 이상의 뉴클레오티드 아날로그 및/또는 하나 이상의 포스페이트 에스테르 아날로그 및/또는 하나 이상의 펜토즈 아날로그를 포함하며, 혼성화에 의하여 핵산, 핵산 아날로그, 및/또는 핵산 및 핵산 아날로그 간에 이중가닥을 형성하는 분자일 수 있다.As used herein, the term “nucleic acid analog” refers to a molecule comprising one or more nucleotide analogs and / or one or more phosphate ester analogs and / or one or more pentose analogs. Examples of nucleic acid analogs are molecules in which the phosphate ester and / or sugar phosphate ester bonds are replaced with other forms of bonds, such as N- (2-aminoethyl) -glycine amide and other amide bonds. Still other examples of such nucleic acid analogs include one or more nucleotide analogs and / or one or more phosphate ester analogs and / or one or more pentose analogs, and double stranded between nucleic acids, nucleic acid analogs, and / or nucleic acids and nucleic acid analogs by hybridization. It may be a molecule forming a.
"표적 DNA(target DNA)" 또는 "표적 RNA(target RNA)" 또는 "표적 핵산(target nucleic acid)," 또는 "표적 핵산 서열(target nucleic acid sequence)"은 DNA 증폭에 의해 표적화되는 핵산을 의미한다. 표적 핵산 서열은 PCR 반응 또는 역전사효소-PCR 반응에서 증폭을 위한 주형으로 작용한다. 표적 핵산 서열은 천연 분자 및 합성 분자를 모두 포함할 수 있다. 대표적인 핵산 서열은 게놈 DNA 또는 게놈 RNA를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. "Target DNA" or "target RNA" or "target nucleic acid," or "target nucleic acid sequence" means a nucleic acid that is targeted by DNA amplification. do. The target nucleic acid sequence serves as a template for amplification in a PCR reaction or reverse transcriptase-PCR reaction. Target nucleic acid sequences can include both natural and synthetic molecules. Representative nucleic acid sequences include, but are not limited to genomic DNA or genomic RNA.
본 명세서에서 사용된 "표지(label)" 또는 "검출가능한 표지(detectable label)"는 뉴클레오티드, 뉴클레오티드 중합체, 또는 핵산 결합 인자에 결합된 임의의 화학적 모이어티를 의미하고, 상기에서 결합은 공유결합이거나 또는 비-공유결합일 수 있다. 바람직하게는, 표지는 검출가능하고, 상기 뉴클레오티드 또는 뉴클레오티드 중합체가 발명의 실시자에게 검출될 수 있게 한다. 검출가능한 표지는 발광 분자, 화학발광 분자, 형광색소(fluorochrome), 형광 소멸제(fluorescent quenching agent), 착색 분자, 방사능 동위원소, 또는 신틸란트(scintillant)를 포함한다. 검출가능한 표지는 또한 유용한 링커 분자(예를 들면, 비오틴, 아비딘, 스트렙타비딘, HRP, 단백질 A, 단백질 G, 항체 또는 그의 단편, Grb2, 폴리히스티딘, Ni2+, FLAG 택(tag), myc 택), 중금속, 효소(그의 예는 알칼리 포스파타아제, 퍼옥시다아제, 및 루시퍼라아제를 포함함), 전자 공여체/수용체, 아크리디늄 에스테르, 염료 및 비색분석 기질(calorimetric substrate)을 포함한다. 또한, 표면 플라스마 공명(surface plasmon resonance) 검출의 경우에서와 같이 질량의 변화가 검출가능한 표지로 간주될 수 있다는 것이 고려된다. 당업자는 본 발명의 실시에서 이용될 수 있는, 전술되지 않은 유용한 검출가능한 표지를 용이하게 인식할 것이다. As used herein, "label" or "detectable label" means any chemical moiety bound to a nucleotide, nucleotide polymer, or nucleic acid binding factor, wherein the binding is covalent or Or non-covalent. Preferably, the label is detectable and allows the nucleotide or nucleotide polymer to be detected by the practitioner of the invention. Detectable labels include luminescent molecules, chemiluminescent molecules, fluorochromes, fluorescent quenching agents, colored molecules, radioactive isotopes, or scintillants. Detectable labels are also useful linker molecules (eg biotin, avidin, streptavidin, HRP, protein A, protein G, antibodies or fragments thereof, Grb2, polyhistidine, Ni 2+ , FLAG tag, myc) Tag), heavy metals, enzymes (examples include alkali phosphatase, peroxidase, and luciferase), electron donors / receptors, acridinium esters, dyes, and colorimetric substrates. It is also contemplated that a change in mass can be considered as a detectable label, as in the case of surface plasmon resonance detection. Those skilled in the art will readily recognize useful detectable labels not described above that may be used in the practice of the present invention.
프로브 보호제(probe protector) 기술이 하기를 포함하는 표적 핵산의 CATACLEAVE 실시간 PCR 검출의 상황에서 설명된다:Probe protector technology is described in the context of CATACLEAVE real-time PCR detection of target nucleic acids, including:
(1) 정방향 및 역방향 증폭 프라이머 서열의 선택;(1) selection of forward and reverse amplification primer sequences;
(2) 테스트 시료 중 박테리아 세포의 선택적 강화(enrichment);(2) selective enrichment of bacterial cells in test samples;
(3) 원핵 세포 및 진핵 세포로부터의 핵산 주형 제조;(3) preparation of nucleic acid templates from prokaryotic and eukaryotic cells;
(4) 표적 핵산 서열의 PCR 증폭;(4) PCR amplification of the target nucleic acid sequence;
(5) RNA 표적 핵산 서열의 선택적 역전사효소-PCR 증폭;(5) selective reverse transcriptase-PCR amplification of RNA target nucleic acid sequences;
(6) CATACLEAVE™ 프로브를 이용한 실시간 PCR;(6) real time PCR using CATACLEAVE ™ probes;
(7) CATACLEAVE™ 프로브의 표지화;(7) labeling of CATACLEAVE ™ probes;
(8) CATACLEAVE™ 프로브의 고체 지지체로의 결합;(8) binding of the CATACLEAVE ™ probe to a solid support;
(9) CATACLEAVE™ 프로브의 RNase H에 의한 절단;(9) cleavage by RNase H of CATACLEAVE ™ probe;
(10) 프로브 보호 올리고뉴클레오티드(Probe protector oligonucleotide);(10) Probe protector oligonucleotides;
(11) 안정화된 CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브를 이용한 CATACLEAVE™ 실시간 PCR, 및 (11) CATACLEAVE ™ Real-Time PCR with Stabilized CATACLEAVE ™ Oligonucleotide Probes, and
(12) 키트 12 kits
프라이머 서열의 선택Selection of Primer Sequences
당업자는 해당 표적 핵산 서열을 플랭킹하는 PCR 프라이머를 설계하는 방법을 알 것이다. 합성된 올리고뉴클레오티드는 통상적으로 약 55도의 융해 온도, Tm을 가지며, 길이가 20 내지 26 bp(base pair)이다. Those skilled in the art will know how to design PCR primers that flank corresponding target nucleic acid sequences. Synthesized oligonucleotides typically have a melting temperature, Tm, of about 55 degrees and are 20 to 26 bp in length (base pair).
특정 구체예에서, 프라이머 서열은 표준 PCR 반응에서 프라이머 이량체(primer dimer)를 형성하지 않는 능력을 기준으로 선택된다. "프라이머 이량체"는 프라이머 중 일련의 상보적 염기 때문에 상호 간에 부분적으로 혼성화된 프라이머 분자들로 구성된, PCR에서의 잠재적 부산물이다. 결과적으로, DNA 폴리머라아제는 프라이머 이량체를 증폭시켜, PCR 시약에 대한 경쟁을 초래하고, 따라서, 잠재적으로 PCR 증폭을 위해 표적화된 DNA 서열의 증폭을 방해한다. 실시간 PCR에서, 프라이머 이량체는 민감도를 저하시키는 것에 의해 정확한 정량을 저해할 수 있다. 따라서, 프라이머 쌍은 PCR 증폭 동안 프라이머 이량체를 형성하지 않는 능력에 다라 선택된다. 그와 같은 프라이머는 최적 증폭 조건을 이용한 약 40회의 PCR 사이클에서 단일 표적 분자를 검출할 수 있다. In certain embodiments, the primer sequences are selected based on their ability not to form primer dimers in standard PCR reactions. A "primer dimer" is a potential byproduct of PCR, consisting of primer molecules that partially hybridize with each other because of a series of complementary bases in the primers. As a result, DNA polymerase amplifies the primer dimers, resulting in competition for PCR reagents, thus potentially hindering the amplification of targeted DNA sequences for PCR amplification. In real-time PCR, primer dimers can inhibit accurate quantitation by lowering sensitivity. Thus, primer pairs are chosen based on their ability not to form primer dimers during PCR amplification. Such primers can detect a single target molecule in about 40 PCR cycles using optimal amplification conditions.
테스트 시료 중 박테리아 세포의 선택적 강화Selective enrichment of bacterial cells in test sample
표적 원핵 서열을 검출하는 선택적 프로토콜은 식품 시료 또는 표면 세정 티슈(surface wipe)를 제공하는 단계, 상기 시료 또는 티슈를 증식 배지와 혼합하는 단계 및 미생물의 수 또는 집단을 증가시키기 위해 인큐베이션하는 단계("강화(enrichment)"), 세포를 붕해시키는 단계("용해(lysis)"), 및 수득된 용해물(lysate)을 대상으로 증폭 및 표적 핵산 서열의 검출을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 식품 시료는 연어와 같은 생선, 우유와 같은 유제품, 및 계란, 가금류, 과일 쥬스, 분쇄 돈육, 돈육, 분쇄 우육, 또는 우육과 같은 육류, 시금치 또는 알팔파 새싹과 같은 야채, 또는 땅콩 버터와 같은 가공 견과류를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Optional protocols for detecting target prokaryotic sequences include providing a food sample or surface wipe, mixing the sample or tissue with a growth medium and incubating to increase the number or population of microorganisms (" Enrichment "), disintegrating the cells (" lysis "), and performing amplification and detection of the target nucleic acid sequence on the obtained lysate. Food samples include fish such as salmon, dairy products such as milk, and meats such as eggs, poultry, fruit juice, ground pork, pork, ground beef, or beef such as beef, vegetables such as spinach or alfalfa sprouts, or processed nuts such as peanut butter. It may include, but is not limited thereto.
핵산 주형 제조Nucleic Acid Template Preparation
시료로부터 핵산 주형의 추출 및 정제를 위한 절차가 당해 분야에서 잘 알려져 있고, 예를 들면, F. Ausubel et al., eds., Current Protocols in Molecular Biology, Wiley-Interscience, New York (1993)의 2장 (DNA) 및 4장 (RNA)에 기재되어 있다.Procedures for the extraction and purification of nucleic acid templates from samples are well known in the art, for example, in F. Ausubel et al., Eds., Current Protocols in Molecular Biology, Wiley-Interscience, New York (1993). Chapter (DNA) and Chapter 4 (RNA).
DNA의 경우, 이 프로토콜은 일반적으로 DNA의 용해를 포함한 세포의 약한 용해 및 DNA를 단백질, RNA 및 기타 물질과 같은 오염 물질로부터 효소에 의해 또는 화학적 방법에 의해 실질적으로 분리하는 것(즉, DNA와 동일한 용액 중의 이 오염물들의 농도를 해당 분자 생물학적 절차가 수행될 수 있도록 충분히 낮은 수준까지 저하시킴)을 수반한다. In the case of DNA, this protocol generally involves the weak lysis of cells, including the lysis of DNA, and the substantial separation of DNA from contaminants such as proteins, RNA and other substances by enzymes or by chemical methods (ie, DNA and Lowering the concentration of these contaminants in the same solution to a level low enough for the corresponding molecular biological procedure to be performed).
RNA 분리 방법은 액체-액체 추출(즉, 페놀-클로로포름) 및 알코올 침전을 이용했다. 아마도, 가장 널리 이용되는 액체-액체 추출 방법은 Chomczynski 및 Sacchi의 "산-구아니디늄-페놀(acid-guanidinium-phenol)" 방법이다 (Chomczynski P, Sacchi N., Single-step method of R_A isolation by acid guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform extraction, Anal Biochem 162: 156-9; U.S. Pat. Nos. 5,945,515, 5,346,994, 및 4,843,155).RNA separation methods used liquid-liquid extraction (ie phenol-chloroform) and alcohol precipitation. Perhaps the most widely used liquid-liquid extraction method is Chomczynski and Sacchi's "acid-guanidinium-phenol" method (Chomczynski P, Sacchi N., Single - step method of R_A isolation by acid guanidinium thiocyanate - phenol - chloroform extraction , Anal Biochem 162: 156-9; US Pat. Nos. 5,945,515, 5,346,994, and 4,843,155).
보다 최근에, 핵산을 고체 지지체에 결합시키고, 단백질 및 인지질과 같은 불순물을 선택적으로 용리시키는 것인 다양한 고체상(solid phase) 정제 프로토콜이 개발되었다. More recently, various solid phase purification protocols have been developed that bind nucleic acids to solid supports and selectively elute impurities such as proteins and phospholipids.
고체상 방법은 그와 같은 추출을 위해 이용된 고체상의 종류에 따라 광범위하게, 실리카 또는 이온-교환 수지로 분류될 수 있다. 고체상 핵산 분리 방법의 경우, 막 필터, 자성 비드, 금속 산화물, 및 라텍스 입자를 포함한 다수의 고체 지지체가 이용되고 있다. 아마도, 가장 널리 이용되는 고체 지지체는 실리카-기반 입자(예를 들면, 미국 특허 제5,234,809호 (Boom et al.); 국제출원공개 WO 95/01359 (Colpan et al.); 미국 특허 제5,405,951호 (Woodard); 국제출원공개 WO 95/02049 (Jones); WO 92/07863 (Qiagen GmbH) 참조). 핵산은 카오트로픽제(chaotropic agent)의 존재 하에 실리카에 결합한다. Solid phase methods can be broadly classified into silica or ion-exchange resins, depending on the type of solid phase used for such extraction. For solid phase nucleic acid separation methods, a number of solid supports are used, including membrane filters, magnetic beads, metal oxides, and latex particles. Perhaps the most widely used solid supports are silica-based particles (eg, US Pat. No. 5,234,809 (Boom et al.); International Application WO 95/01359 (Colpan et al.); US Pat. No. 5,405,951 ( Woodard); see international application WO 95/02049 (Jones); WO 92/07863 (Qiagen GmbH). The nucleic acid binds to silica in the presence of a chaotropic agent.
고속 핵산 분리를 위한 다수의 상업적 키트도 이용가능하다 (예를 들면, MagMAX™ RNA Isolation Kits, Ambion Cat. # AM1830; Wizard® SV 96 Genomic DNA Purification System, Promega, Cat.# A6780).A number of commercial kits for high speed nucleic acid isolation are also available (eg MagMAX ™ RNA Isolation Kits, Ambion Cat. # AM1830; Wizard® SV 96 Genomic DNA Purification System, Promega, Cat. # A6780).
바람직한 구체예에서, 표적 핵산 서열에 대해 테스트될 시료는 실시간 PCR 전에 추가적인 정제를 필요로 하지 않는 세포 용해물이다. 여기서 다시, 다수의 상업적 키트, 예를 들면, TaqMan® Gene Expression Cells-to-CT™ Kit (Ambion, Cat. # AM1728)가 이용가능하다. In a preferred embodiment, the sample to be tested for the target nucleic acid sequence is a cell lysate that does not require further purification prior to real time PCR. Here again, a number of commercial kits are available, such as the TaqMan Gene Expression Cells-to-CT ™ Kit (Ambion, Cat. # AM1728).
세포는 또한 약 6 내지 약 9의 pH, 약 0.125% 내지 약 2%의 농도의 양쪽이온성 디터전트, 약 0.3 내지 약 2.5 mg/ml 농도의 아지드 및 프로테이나아제 K(약 1 mg/ml)와 같은 프로테아제를 갖는 용해 버퍼를 이용하여 세포를 용해시킬 수 있다. 55℃에서 15분 동안 인큐베이션한 후, 프로테이나아제 K를 95℃에서 10분 동안 불활성화시켜 고효율 PCR 또는 역전사 PCR 분석에 이용될 수 있는 "실질적으로 단백질을 포함하지 않는(substantially protein free)" 용해물을 생성한다. The cells also contain a zwitterionic detergent at a pH of about 6 to about 9, a concentration of about 0.125% to about 2%, azide and proteinase K at a concentration of about 0.3 to about 2.5 mg / ml (about 1 mg / Lysis buffer with protease such as ml) can be used to lyse the cells. After 15 minutes of incubation at 55 ° C., proteinase K is inactivated at 95 ° C. for 10 minutes to “substantially protein free” which can be used for high efficiency PCR or reverse transcription PCR analysis. Produces a lysate.
일 구체예에서, 1 x 용해 시약은 12.5 mM Tris 아세테이트 또는 Tris-HCl 또는 HEPES (4-(2-히드록시에틸)-1-피페라진에탄술폰산) (pH=7-8), 0.25% (w/v) CHAPS, 0.3125 mg/ml 소디움 아지드 및 프로테이나아제 K 1mg/ml을 포함한다.In one embodiment, the 1 x lysis reagent is 12.5 mM Tris acetate or Tris-HCl or HEPES (4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazineethanesulfonic acid) (pH = 7-8), 0.25% (w / v) CHAPS, 0.3125 mg / ml sodium azide and proteinase K 1 mg / ml.
본 명세서에서 사용된 용어 "용해물(lysate)"은 용해된 세포 파편 및 핵산을 포함하는 액체상을 의미한다. As used herein, the term “lysate” refers to a liquid phase comprising lysed cell debris and nucleic acids.
본 명세서에서 사용된 용어 "실질적으로 단백질을 포함하지 않는(substantially protein free)"은 대부분의 단백질이 프로테아제에 의한 단백질분해성 절단에 의해 불활성화된 것인 용해물을 의미한다. 프로테아제는 프로테이나아제 K를 포함할 수 있다. 세포 분해 동안 프로테이나아제 K의 추가는 표적 핵산을 분해할 수 있는 뉴클레아제를 신속하게 불활성화시킨다. "실질적으로 단백질을 포함하지 않는" 용해물은 불활성화된 단백질을 제거하기 위해 처리되거나 또는 처리되지 않을 수 있다. As used herein, the term "substantially protein free" means a lysate in which most proteins are inactivated by proteolytic cleavage by proteases. Proteases may include proteinase K. The addition of proteinase K during cell degradation rapidly inactivates nucleases that can degrade target nucleic acids. Lysates that are “substantially free of protein” may or may not be treated to remove inactivated protein.
살모넬라, 리스테리아 및 대장균과 같은 그람 음성 박테리아의 용해를 위해, 1mg/ml의 프로테이나아제 K가 용해 시약에 첨가될 수 있다. 55℃에서 15분 동안 인큐베이션 후, 고효율 PCR 또는 역전사 PCR 분석에 이용될 수 있는 실질적으로 단백질을 포함하지 않는 용해물을 생성하기 위해 프로테이나아제를 95℃에서 10분 동안 불활성화시킨다. For dissolution of Gram-negative bacteria such as Salmonella, Listeria and Escherichia coli, 1 mg / ml proteinase K may be added to the dissolution reagent. After incubation at 55 ° C. for 15 minutes, the proteinase is inactivated at 95 ° C. for 10 minutes to produce a substantially protein-free lysate that can be used for high efficiency PCR or reverse transcription PCR analysis.
본 명세서에서 사용된, "양쪽이온성 디터전트(zwitterionic detergent)"는 양쪽이온성을 보이는 디터전트를 의미하며(예를 들면, 순 전하를 갖지 않고, 전도도 및 전기영동 이동도를 갖지 않으며, 이온교환성 수지에 결합하지 않고, 단백질-단백질 상호작용을 파괴함), CHAPS, CHAPSO 및 베타인 유도체, 예를 들면, 바람직하게는 브랜드명 Zwittergent® (Calbiochem, San Diego, CA) 및 Anzergent® (Anatrace, Inc. Maumee, OH)으로 판매되는 술포베타인을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.As used herein, “zwitterionic detergent” means a detergent that exhibits zwitterionicity (eg, has no net charge, does not have conductivity and electrophoretic mobility, and Does not bind to exchangeable resins, destroys protein-protein interactions), CHAPS, CHAPSO and betaine derivatives, for example, the brand names Zwittergent® (Calbiochem, San Diego, CA) and Anzergent® (Anatrace , Inc. Maumee, OH), including but not limited to sulfobetaine.
일 구체예에서, 상기 양쪽이온성 디터전트는 하기 구조를 갖는 3-[(3-콜아미도프로필)디메틸암모니오]-1-프로판술포네이트의 약어인 CHAPS (CAS Number: 75621-03-3; SIGMA-ALDRICH product no. C3023-1G)(미국특허 제4,372,888호에 보다 상세하게 기재됨)이다:In one embodiment, the zwitterionic detergent is CHAPS (CAS Number: 75621-03-3), which is an abbreviation of 3-[(3-colamidopropyl) dimethylammonio] -1-propanesulfonate having the structure SIGMA-ALDRICH product no.C3023-1G) (described in more detail in US Pat. No. 4,372,888):
또 다른 구체예에서, CHAPS는 전체 조성물의 약 0.125% 내지 약 2% w/v(weight/volume)의 농도로 존재한다. 또 다른 구체예에서, CHAPS는 전체 조성물의 약 0.4% 내지 약 0.7% w/v의 농도로 존재한다.In another embodiment, CHAPS is present at a concentration of about 0.125% to about 2% w / v (weight / volume) of the total composition. In another embodiment, CHAPS is present at a concentration of about 0.4% to about 0.7% w / v of the total composition.
다른 구체예에서, 용해 버퍼는 Nonidet, Tween 또는 Triton X-100과 같은 기타 비-이온성 디터전트를 포함할 수 있다.In other embodiments, the lysis buffer may comprise other non-ionic detergents such as Nonidet, Tween or Triton X-100.
본 명세서에서 사용된 용어 "용해 버퍼(lysis buffer)"는 25℃에서 약 6 내지 약 9의 pKa로, pH 값을 6 내지 9로 효과적으로 유지할 수 있는 조성물을 의미한다. 본 명세서에 기재된 버퍼는 일반적으로 효소 활성의 기능과 조화되고, 생물학적 분자가 그들의 정상적인 생리적 및 생화학적 기능을 유지할 수 있게 하는 생리학적으로 조화가능한(physiologically compatible) 버퍼이다. As used herein, the term "lysis buffer" refers to a composition capable of effectively maintaining a pH value of 6 to 9, with a pKa of about 6 to about 9 at 25 ° C. The buffers described herein are generally physiologically compatible buffers that match the function of enzyme activity and allow biological molecules to maintain their normal physiological and biochemical functions.
용해 버퍼에 첨가되는 버퍼의 예는 HEPES((4-(2-히드록시에틸)-1-피페라진에탄술폰산), MOPS (3-(N-모르폴리노)-프로판술폰산), N-트리스(히드록시메틸)메틸글리신 산 (Tricine), 트리스(히드록시메틸)메틸아민 산(Tris), 피페라진-N,N'-비스(2-에탄술폰산) (PIPES) 및 아세테이트 또는 포스페이트 함유 버퍼(K2HPO4, KH2PO4, Na2HPO4, NaH2PO4) 등을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.Examples of buffers added to the lysis buffer include HEPES ((4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazinethanesulfonic acid), MOPS (3- (N-morpholino) -propanesulfonic acid), N-tris ( Hydroxymethyl) methylglycine acid (Tricine), tris (hydroxymethyl) methylamine acid (Tris), piperazine-N, N'-bis (2-ethanesulfonic acid) (PIPES) and acetate or phosphate containing buffer (K 2 HPO 4 , KH 2 PO 4 , Na 2 HPO 4 , NaH 2 PO 4 ), and the like.
본 명세서에서 사용된 용어 "아지드(azide)"는 식 -N3로 표시된다. 일 구체예에서, 상기 아지드는 범용 살균제(general bacteriocide)로 작용하는 소디움 아지드 NaN3 (CAS number 26628-22-8; SIGMA-ALDRICH Product number: S2002-25G)이다. The term "azide" as used herein is represented by the formula -N 3 . In one embodiment, the azide is sodium azide NaN 3 (CAS number 26628-22-8; SIGMA-ALDRICH Product number: S2002-25G) which acts as a general bacteriocide.
본 명세서에서 사용된 용어 "프로테아제(protease)"는 펩티드 결합을 가수분해시키는(단백질 분해효소 활성을 갖는) 효소이다. 프로테아제는 또한, 예를 들면, 펩티다아제, 프로테이나아제, 펩티드 가수분해효소, 또는 단백질분해 효소(proteolytic enzyme)로도 지칭된다. 본 발명에 따라 사용하기 위한 프로테아제는 폴리펩티드 사슬에서 내부적으로 작용하는 엔도-타입(endo-type)일 수 있다(엔도펩티다아제). 일 구체예에서, 상기 프로테아제는 세린 프로테아제, 프로테이나아제 K (EC 3.4.21.64; Roche Applied Sciences), 재조합 프로테이나아제 K 50 U/ml (from Pichia pastoris) Cat. No. 03 115 887 001)일 수 있다.As used herein, the term "protease" is an enzyme that hydrolyzes peptide bonds (with protease activity). Proteases are also referred to as, for example, peptidase, proteinase, peptide hydrolase, or proteolytic enzyme. Proteases for use according to the invention may be endo-types that act internally in the polypeptide chain (endopeptidase). In one embodiment, the protease is serine protease, proteinase K (EC 3.4.21.64; Roche Applied Sciences), recombinant proteinase K 50 U / ml (from Pichia pastoris) Cat. No. 03 115 887 001).
프로테이나아제 K는 단백질을 분해하고 핵산의 제조물로부터 오염을 제거하기 위해 이용된다. 핵산 제조물(nucleic acid preparation)로의 프로테이나아제 K의 첨가는 정제 동안 DNA 또는 RNA를 분해할 수 있는 뉴클레아제를 신속하게 불활성화시킨다. 상기 효소는 단백질을 변성시키는 화학물질의 존재 하에 활성을 가지며, 약 95℃에서 약 10분 동안 불활성화시킬 수 있기 때문에, 이 적용에 매우 적합하다. Proteinase K is used to degrade proteins and remove contamination from preparations of nucleic acids. The addition of proteinase K to the nucleic acid preparation rapidly inactivates nucleases that can degrade DNA or RNA during purification. The enzyme is well suited for this application because it is active in the presence of chemicals that denature the protein and can be inactivated at about 95 ° C. for about 10 minutes.
프로테이나아제 K에 더해, 또는 그 대신에, 용해 시약은 트립신, 키모트립신, 엘라스타아제, 서브틸리신, 스트렙토그리신, 테르미타아제(thermitase), 아쿠아라이신(aqualysin), 플라스민, 쿠쿠미신(cucumisin), 또는 카르복시펩티다아제 A, D, C, 또는 Y와 같은 세린 프로테아제를 포함할 수 있다. 세린 프로테아제 외에, 용해 용액은 파파인, 칼파인, 또는 클로스티파인(clostripain)과 같은 시스테인 프로테아제; 펩신, 키모신, 또는 카텝신(cathepsin)과 같은 산 프로테아제; 또는 프로나아제(pronase), 써모라이신(thermolysin), 콜라게나아제, 디스파아제(dispase), 아미노펩티다아제, 또는 카르복시펩티다아제 A, B, E/H, M, T, 또는 U와 같은 메탈로프로테아제(metalloprotease)를 포함할 수 있다. 프로테이나아제 K는 광범위한 pH(pH 4.0 내지 10.0)에서 안정하고, 양쪽이온성 디터전트를 포함하는 버퍼에서 안정하다.In addition to or instead of proteinase K, the dissolution reagents are trypsin, chymotrypsin, elastase, subtilisin, streptogrisine, thermitase, aqualysin, plasmin, cuckoo Cucumisin, or serine proteases such as carboxypeptidase A, D, C, or Y. In addition to serine proteases, dissolution solutions may be cysteine proteases such as papain, calpine, or clostripain; Acid proteases such as pepsin, chymosin, or cathepsin; Or metalloproteases such as pronase, thermolysin, collagenase, dispase, aminopeptidase, or carboxypeptidase A, B, E / H, M, T, or U (metalloprotease). Proteinase K is stable at a wide range of pH (pH 4.0-10.0) and stable in buffers containing zwitterionic detergents.
표적 핵산 서열의 PCR 증폭PCR amplification of the target nucleic acid sequence
일단 프라이머가 제조되면, PCR(polymerase chain reaction), NASBA(nucleic acid sequence based amplification), LCR(ligase chain reaction), 및 RCA(rolling circle amplification)를 포함하나, 이에 한정되지 않는 다양한 방법에 의해 핵산 증폭이 이루어질 수 있다. 중합효소 연쇄 반응(PCR)이 특정 표적 DNA 서열을 증폭시키기 위해 가장 일반적으로 사용되는 방법이다. Once primers are prepared, nucleic acid amplification by a variety of methods, including but not limited to polymerase chain reaction (PCR), nucleic acid sequence based amplification (NASBA), ligand chain reaction (LCR), and rolling circle amplification (RCA) This can be done. Polymerase chain reaction (PCR) is the most commonly used method for amplifying specific target DNA sequences.
"중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction)," 또는 "PCR"은 일반적으로 인 비트로에서 원하는 뉴클레오티드 서열을 증폭하는 방법을 의미한다. 일반적으로, PCR 방법은 과다 몰량(molar excess)의 2 이상의 연장가능한 올리고뉴클레오티드 프라이머를 원하는 표적 핵산을 포함하는 반응 혼합물에 도입하는 것으로 이루어지고, 상기 프라이머는 2중가닥 표적 서열의 상응하는 가닥에 상보적이다. 반응 혼합물에 DNA 폴리머라아제의 존재 하에, 열 순환(thermal cycling)의 프로그램을 적용하여, DNA 프라이머에 의해 플랭킹된 원하는 표적 서열의 증폭을 가져온다."Polymerase chain reaction," or "PCR," generally refers to a method of amplifying a desired nucleotide sequence in vitro. In general, PCR methods consist of introducing a molar excess of two or more extensible oligonucleotide primers into a reaction mixture comprising a desired target nucleic acid, the primers complementing the corresponding strands of the double stranded target sequence. Enemy In the presence of DNA polymerase in the reaction mixture, a program of thermal cycling is applied, resulting in amplification of the desired target sequence flanked by DNA primers.
PCR 기법이 PCR: A Practical Approach, M. J. McPherson, et al., IRL Press (1991), PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications, by Innis, et al., Academic Press (1990), and PCR Technology: Principals and Applications for DNA Amplification, H. A. Erlich, Stockton Press (1989)를 포함한 다수의 문헌에서 기술된다. PCR은 또한 각각 참조에 의해 본 명세서에 포함된, 미국특허 제4,683,195호; 제4,683,202호; 제4,800,159호; 제4,965,188호; 제4,889,818호; 제5,075,216호; 제5,079,352호; 제5,104,792호; 제5,023,171호; 제5,091,310호; 및 제5,066,584호를 포함한 다수의 미국 특허에서 기술된다. PCR techniques: PCR: A Practical Approach, MJ McPherson, et al., IRL Press (1991), PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications, by Innis, et al., Academic Press (1990), and PCR Technology: Principals and Applications for DNA Amplification, HA Erlich, Stockton Press (1989). PCR is also described in US Pat. Nos. 4,683,195, each incorporated herein by reference; No. 4,683,202; No. 4,800,159; 4,965,188; 4,965,188; 4,889,818; 4,889,818; 5,075,216; 5,075,216; 5,079,352; 5,079,352; 5,104,792; 5,104,792; 5,023,171; 5,023,171; 5,091,310; 5,091,310; And US Pat. No. 5,066,584.
본 명세서에서 사용된 용어 "시료(sample)"는 핵산을 포함하는 임의의 물질을 의미한다. As used herein, the term "sample" means any substance including nucleic acids.
본 명세서에서 사용된 용어, "PCR 단편(PCR fragment)" 또는 "역전사효소-PCR 단편(reverse transcriptase-PCR fragment)" 또는 "암플리콘(amplicon)"은 특정 표적 핵산의 증폭 후 생성된 폴리뉴클레오티드 분자(또는 집합적으로, 복수의 분자)를 의미한다. PCR 단편은 배타적은 아니나, 통상적으로 DNA PCR 단편이다. PCR 단편은 단일-가닥이거나 또는 이중-가닥이거나, 또는 임의의 농도 비의 이들의 혼합물일 수 있다. PCR 단편 또는 RT-PCT는 길이가 약 100 내지 약 500 nt일 수 있다. As used herein, the term "PCR fragment" or "reverse transcriptase-PCR fragment" or "amplicon" refers to a polynucleotide produced after amplification of a specific target nucleic acid. A molecule (or collectively, a plurality of molecules). PCR fragments, although not exclusively, are typically DNA PCR fragments. PCR fragments may be single-stranded or double-stranded, or mixtures thereof in any concentration ratio. PCR fragments or RT-PCT may be about 100 to about 500 nt in length.
"버퍼(buffer)"는 증폭 반응의 pH를 조절하여 증폭 반응의 하나 이상의 성분의 안정성, 활성, 및/또는 수명을 변형시키는, 증폭 반응에 첨가된 화합물이다. 본 발명의 버퍼제(buffering agent)는 PCR 증폭 및 부위-특이적 RNase H 절단 활성과 조화될 수 있다. 특정한 버퍼제가 당해 분야에서 잘 알려져 있고, Tris, Tricine, MOPS (3-(N-모르폴리노)프로판술폰산), 및 HEPES (4-(2-히드록시에틸)-1-피페라진에탄술폰산)를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 또한, PCR 버퍼는 일반적으로 약 70 mM 이하의 KCl 및 약 1.5 mM 이상의 MgCl2, 약 50 내지 200 μM의 각각의 뉴클레오티드 dATP, dCTP, dGTP 및 dTTP를 포함할 수 있다. 본 발명의 버퍼는 효율적인 역전사효소-PCR 또는 PCR 반응을 최적화하기 위해 첨가제를 포함할 수 있다.A "buffer" is a compound added to an amplification reaction that adjusts the pH of the amplification reaction to modify the stability, activity, and / or lifetime of one or more components of the amplification reaction. The buffering agent of the present invention may be compatible with PCR amplification and site-specific RNase H cleavage activity. Certain buffers are well known in the art and include Tris, Tricine, MOPS (3- (N-morpholino) propanesulfonic acid), and HEPES (4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazinethanesulfonic acid). Including but not limited to. In addition, the PCR buffer may generally comprise about 70 mM or less KCl and about 1.5 mM or more MgCl 2 , about 50-200 μM of each of the nucleotides dATP, dCTP, dGTP and dTTP. The buffer of the present invention may include additives to optimize efficient reverse transcriptase-PCR or PCR reactions.
본 명세서에 사용된 용어, "뉴클레오티드(nucleotide)"는 리보오스, 아라비노오스, 자일로오스, 및 피라노오스와 같은 당, 및 그의 당 아날로그의 C-1' 탄소에 결합된 뉴클레오티드 염기를 포함하는 화합물을 의미한다. 상기 용어 "뉴클레오티드"는 rATP, rCTP, rGTP, 또는 rUTP와 같은 리보뉴클레오시드 트리포스페이트, 및 dATP, dCTP, dGTP, 또는 dTTP와 같은 데옥시리보뉴클레오시드 트리포스페이트를 포함한다.The term "nucleotide," as used herein, refers to a compound comprising a sugar such as ribose, arabinose, xylose, and pyranose, and a nucleotide base bound to the C-1 'carbon of the sugar analog thereof. Means. The term "nucleotide" includes ribonucleoside triphosphates such as rATP, rCTP, rGTP, or rUTP, and deoxyribonucleoside triphosphates such as dATP, dCTP, dGTP, or dTTP.
본 명세서에 사용된 용어, "뉴클레오시드(nucleoside)"란 염기와 당의 조합 즉, 포스페이트 모이어티가 없는 뉴클레오티드를 나타낸다. 용어 "뉴클레오시드"와 "뉴클레오티드"는 당업계에서 호환적으로(iner-changeability) 사용될 수 있다. 예를 들면, dUTP는 데옥시리보뉴클레오시드 트리포스페이트이며, DNA에 삽입되는 경우, DNA 모노머 즉, dUMP 또는 데옥시우리딘 모노포스페이트로서 역할을 할 수 있다. 이 경우, 얻어진 DNA에는 dUTP가 없을 지라도 dUTP가 DNA에 삽입되었다고 표현할 수 있다. As used herein, the term “nucleoside” refers to a combination of a base and a sugar, ie, a nucleotide without a phosphate moiety. The terms "nucleoside" and "nucleotide" can be used interchangeably in the art. For example, dUTP is a deoxyribonucleoside triphosphate and, when inserted into DNA, can serve as a DNA monomer, ie dUMP or deoxyuridine monophosphate. In this case, even if the obtained DNA does not contain dUTP, it can be expressed that dUTP is inserted into DNA.
용어 뉴클레오티드는 또한 뉴클레오티드 아날로그를 포괄한다. 당은 치환되거나 또는 미치환일 수 있다. 치환된 리보오스 당은 하나 이상의 탄소 원자, 예를 들면, 2'-탄소 원자가 하나 이상의 동일하거나 또는 상이한 Cl, F, -R, -OR, -NR2 또는 할로겐기로 치환되며, 상기에서 각 R은 독립적으로 H, C1-C6 알킬 또는 C5-C14 아릴인 것인 리보오스를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 대표적인 리보오스는 하기를 포함하나, 이에 한정되지 않는다: 2'-(C1-C6)알콕시리보오스, 2'-(C5-C14)아릴옥시리보오스, 2',3'-디데히드로리보오스(didehydroribose), 2'-데옥시-3'-할로리보오스, 2'-데옥시-3'-플루오리보오스, 2'-데옥시-3'-클로로리보오스, 2'-데옥시-3'-아미노리보오스, 2'-데옥시-3'-(C1-C6)알킬리보오스, 2'-데옥시-3'-(C1-C6)알콕시리보오스 및 2'-데옥시-3'-(C5-C14)아릴옥시리보오스, 2'-데옥시리보오스, 2',3'-디데옥시리보오스, 2'-할로리보오스, 2'-플루오리보오스, 2'-클로로리보오스, 및 2'-알킬리보오스, 예를 들면, 2'-O-메틸, 4'-α-아노머 뉴클레오티드(anomeric nucleotide), 1'-α-아노머 뉴클레오티드, 2'-4'- 및 3'-4'-결합 및 기타 "잠금(locked)" 또는 "LNA", 이중고리 당 변형(bicyclic sugar modification) (예를 들면, PCT 공개 WO 98/22489, WO 98/39352, 및 WO 99/14226; 및 미국특허 제6,268,490호 및 제6,794,499호 참조).The term nucleotide also encompasses nucleotide analogs. The sugar may be substituted or unsubstituted. Substituted ribose sugars are substituted with one or more identical or different Cl, F, -R, -OR, -NR 2 or halogen groups in which one or more carbon atoms, for example a 2'-carbon atom, is substituted for each R Ribose, which is H, C1-C6 alkyl or C5-C14 aryl. Representative riboses include, but are not limited to: 2 '-(C1-C6) alkoxyribose, 2'-(C5-C14) aryloxyribose, 2 ', 3'-didehydroribose, 2 '-Deoxy-3'-haloriose, 2'-deoxy-3'-fluororibose, 2'-deoxy-3'-chlororibose, 2'-deoxy-3'-aminoribose, 2'- Deoxy-3 '-(C1-C6) alkylribose, 2'-deoxy-3'-(C1-C6) alkoxyribose and 2'-deoxy-3 '-(C5-C14) aryloxyribose, 2 '-Deoxyribose, 2', 3'-dideoxyribose, 2'-haloribose, 2'-fluororibose, 2'-chlororibose, and 2'-alkylribose, such as 2'-O- Methyl, 4'-α-anomeric nucleotides, 1'-α-anomeric nucleotides, 2'-4'- and 3'-4'-bindings and other "locked" or "LNA" , Bicyclic sugar modifications (eg, PCT publications WO 98/22489, WO 98/39352, and WO 99/14226; and US Pat. No. 6,268,490). And 6,794,499).
첨가제는 조성물의 하나 이상의 성분의 안정성, 활성, 및/또는 수명을 변형시키는, 조성물에 첨가된 화합물이다. 특정 구체예에서, 상기 조성물은 증폭 반응 조성물이다. 특정 구체예에서, 첨가제는 오염 효소를 불활성화시키고, 단백질 폴딩을 안정화시키고, 및/또는 응집을 감소시킨다. 증폭 반응에 포함될 수 있는 대표적인 첨가제는 베타인, 포름아미드, KCl, CaCl2, MgOAc, MgCl2, NaCl, NH4OAc, NaI, Na(CO3)2, LiCl, MnOAc, NMP, 트레할로오스, 디메틸술폭시드 ("DMSO"), 글리세롤, 에틸렌 글리콜, 디티오트레이톨("DTT"), 파이로포스파타아제(pyrophosphatase) (TAP(Thermoplasma acidophilum inorganic pyrophosphatase)를 포함하나, 이에 한정되지 않음), 우혈청 알부민("BSA"), 프로필렌 글리콜, 글리신아미드, CHES, PercollTM, 아우린트리카르복시산(aurintricarboxylic acid), Tween 20, Tween 21, Tween 40, Tween 60, Tween 85, Brij 30, NP-40, Triton X-100, CHAPS, CHAPSO, Mackernium, LDAO (N-도데실-N,N-디메틸아민-N-옥시드), Zwittergent 3-10, Xwittergent 3-14, Xwittergent SB 3-16, Empigen, NDSB-20, T4G32, E. Coli SSB, RecA, 닉킹 엔도뉴클레아제(nicking endonuclease), 7-deazaG, dUTP, UNG, 음이온성 디터전트, 양이온성 디터전트, 비이온성 디터전트, 양쪽이온성 디터전트(zwittergent), 스테올, 삼투 물질(osmolyte), 양이온, 및 증폭의 효율성을 변화시킬 수 있는 기타 화학물질, 단백질, 또는 보조인자를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 특정 구체예에서, 둘 이상의 첨가제가 증폭 반응에 포함된다. 본 발명에 따르면, 첨가제가 RNase H의 활성을 저해하지 않는다면, 프라이머 어닐링의 선택성을 개선하기 위해 첨가될 수 있다. An additive is a compound added to a composition that modifies the stability, activity, and / or life of one or more components of the composition. In certain embodiments, the composition is an amplification reaction composition. In certain embodiments, the additive inactivates contaminating enzymes, stabilizes protein folding, and / or reduces aggregation. Representative additives that may be included in the amplification reaction are betaine, formamide, KCl, CaCl 2 , MgOAc, MgCl 2 , NaCl, NH 4 OAc, NaI, Na (CO 3 ) 2 , LiCl, MnOAc, NMP, trehalose , Dimethyl sulfoxide ("DMSO"), glycerol, ethylene glycol, dithiothreitol ("DTT"), pyrophosphatase (pyrophosphatase) (including but not limited to Thermoplasma acidophilum inorganic pyrophosphatase (TAP)) , Bovine serum albumin ("BSA"), propylene glycol, glycineamide, CHES, PercollTM, aurintricarboxylic acid, Tween 20, Tween 21, Tween 40, Tween 60, Tween 85, Brij 30, NP-40 , Triton X-100, CHAPS, CHAPSO, Mackernium, LDAO (N-dodecyl-N, N-dimethylamine-N-oxide), Zwittergent 3-10, Xwittergent 3-14, Xwittergent SB 3-16, Empigen, NDSB-20, T4G32, E. Coli SSB, RecA, nicking endonuclease, 7-deazaG, dUTP, UNG, anionic detergent, cationic detergent, nonionic detergent, Zwittergent, steols, osmolytes, cations, and other chemicals, proteins, or cofactors that can alter the efficiency of amplification. In certain embodiments, two or more additives are included in the amplification reaction. According to the invention, if an additive does not inhibit the activity of RNase H, it can be added to improve the selectivity of primer annealing.
효소에 적용된, 본 명세서에서 사용된 용어, "열안정성(thermostable),"은 상승된 온도(예를 들면, 55℃ 이상)에서 그의 생물학적 활성을 유지하거나, 또는 가열과 냉각의 반복된 사이클 후에 그의 생물학적 활성을 유지하는 효소를 의미한다. 열안정성 폴리뉴클레오티드 폴리머라아제는 PCR 증폭 반응에서 특별한 용도를 갖는다. As used herein, the term “thermostable,” applied to an enzyme, maintains its biological activity at an elevated temperature (eg, above 55 ° C.), or after repeated cycles of heating and cooling It means an enzyme that maintains biological activity. Thermostable polynucleotide polymerases have a special use in PCR amplification reactions.
본 명세서에서 사용된, "증폭 폴리머라아제 활성(amplifying polymerase activity)"은 데옥시리보뉴클레오티드의 중합을 촉매하는 효소 활성을 의미한다. 일반적으로, 상기 효소는 핵산 주형 서열에 어닐링된 프라이머의 3'-말단에서 합성을 개시하고, 주형 가닥의 5' 말단을 향해 진행할 것이다. 특정 구체예에서, "증폭 폴리머라아제 활성"은 열안정성 DNA 폴리머라아제이다. As used herein, “amplifying polymerase activity” refers to an enzyme activity that catalyzes the polymerization of deoxyribonucleotides. Generally, the enzyme will initiate synthesis at the 3'-end of the primer annealed to the nucleic acid template sequence and will proceed towards the 5 'end of the template strand. In certain embodiments, “amplification polymerase activity” is a thermostable DNA polymerase.
본 명세서에서 사용된, 열안정성 폴리머라아제는 열에 비교적 안정하고 각 PCR 사이클 전에 효소를 첨가해야 하는 필요성을 제거하는 효소이다.As used herein, thermostable polymerases are enzymes that are relatively stable to heat and eliminate the need to add an enzyme before each PCR cycle.
열안정성 DNA 폴리머라아제의 비한정적 예는 호열성(thermophilic) 박테리아 써무스 아쿠아티쿠스(Thermus aquaticus)(Taq 폴리머라아제), 써무스 써모필루스(Thermus thermophilus)(Tth 폴리머라아제), 써모콕코스 리토랄리스(Thermococcus litoralis)(Tli 또는 VENT™ 폴리머라아제), 파이로콕코스 퓨리오수스(Pyrococcus furiosus)(Pfu 또는 DEEPVENT™ 폴리머라아제), 파이로콕코스 우시(Pyrococcus woosii)(Pwo 폴리머라아제) 및 기타 파이로콕코스 종, 바실러스 스테아로써모필루스(Bacillus stearothermophilus)(Bst 폴리머라아제), 술폴로부스 악시도칼다리우스(Sulfolobus acidocaldarius)(Sac 폴리머라아제), 써모플라스마 악시도필룸(Thermoplasma acidophilum)(Tac 폴리머라아제), 써무스 루베르(Thermus rubber)(Tru 폴리머라아제), 써무스 브록키아누스(Thermus brockianus)(DYNAZYME™ 폴리머라아제)(Tne 폴리머라아제), 써모토가 마리티마(Thermotoga maritima)(Tma) 및 써모토가 속의 기타 종(Tsp 폴리머라아제), 및 메타노박테리움 터모아우토트로피쿰(Methanobacterium thermoautotrophicum)(Mth 폴리머라아제)으로부터 분리된 폴리머라아제를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. PCR 반응은 표적 서열의 보다 효율적인 증폭을 가져오는 보완적 특성을 갖는 2개 이상의 열안정성 폴리머라아제 효소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 높은 신장력(processivity)(큰 뉴클레오티드 세그먼트를 카피하는 능력)을 갖는 뉴클레오티드 폴리머라아제가 교정(proofreading) 능력(표적 핵산 서열의 신장 동안 오류를 교정하는 능력)을 갖는 또 다른 뉴클레오티드 폴리머라아제로 보완되어, 높은 정확도(fidelity)로 긴 표적 서열을 카피할 수 있는 PCR 반응을 생성할 수 있다. 열안정성 폴리머라아제는 야생형 형태로 이용될 수 있다. 대안적으로, 폴리머라아제는 효소의 단편을 포함하거나 또는 PCR 반응을 촉진하기 위해 유용한 특성을 제공하는 돌연변이를 포함하도록 변형될 수 있다. 일 구체예에서, 상기 열안정성 폴리머라아제는 Taq 폴리머라아제일 수 있다. 개선된 특성을 갖는 Taq 폴리머라아제의 다수의 변이체가 알려져 있고, AmpliTaq™, AmpliTaq™, Stoffel 단편, SuperTaq ™, SuperTaq™ plus, LA Taq ™, LApro Taq ™, 및 EX Taq ™을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 또 다른 구체예에서, 본 발명의 다중 증푹 반응에서 사용된 열안정성 폴리머라아제는 AmpliTaq Stoffel 단편이다.Non-limiting examples of thermostable DNA polymerases include the thermophilic bacterium Thermos Aquaticus.Thermus aquaticus(Taq polymerase), Thermos Thermophilus (Thermus thermophilus(Tth polymerase), Thermococcus litoralis (Thermococcus litoralis) (Tli or VENT ™ polymerase), Pyrococcus Puriosus (Pyrococcus furiosus) (Pfu or DEEPVENT ™ polymerase), Pyrococcose Wuxi (Pyrococcus woosii(Pwo polymerase) and other pyrococcus species, Bacillus steareromophilus (Bacillus stearothermophilus(Bst polymerase), sulfolobus acido caldarius (Sulfolobus acidocaldarius(Sac polymerase), thermoplasma Axi do Phil Room (Thermoplasma acidophilum(Tac polymerase), Thermos louver (Thermus rubber(Tru polymerase), Thermos Brockchianus (Thermus brockianus(DYNAZYME ™ Polymerase) (Tne Polymerase), Thermomotoga Marittima (Thermotoga maritima(Tma) and other species of the genus Thermomotoga (Tsp polymerase), and Metanobacterium termoautotrophicum (Methanobacterium thermoautotrophicumPolymerase isolated from (Mth polymerase), but is not limited thereto. PCR reactions may include two or more thermostable polymerase enzymes with complementary properties that result in more efficient amplification of the target sequence. For example, a nucleotide polymerase with high processivity (the ability to copy large nucleotide segments) is another nucleotide polymer with proofreading ability (the ability to correct errors during stretching of the target nucleic acid sequence). Complemented with an aze, one can generate PCR reactions that can copy long target sequences with high fidelity. Thermostable polymerases can be used in wild-type form. Alternatively, the polymerase may be modified to include fragments of the enzyme or to include mutations that provide useful properties to facilitate the PCR reaction. In one embodiment, the thermostable polymerase may be Taq polymerase. Many variants of Taq polymerases with improved properties are known and include, but are not limited to, AmpliTaq ™, AmpliTaq ™, Stoffel fragments, SuperTaq ™, SuperTaq ™ plus, LA Taq ™, LApro Taq ™, and EX Taq ™. It is not limited. In another embodiment, the thermostable polymerase used in the multiple decay reactions of the present invention is an AmpliTaq Stoffel fragment.
상기 핵산 폴리머라아제는 반응 혼합물 중에 0.1 unit/㎕ 이상의 농도를 가질 수 있다. 예를 들면, 반응 혼합물 중 상기 핵산 폴리머라아제의 농도는 0.1 내지 10 unit/㎕, 0.1 내지 5 unit/㎕, 0.1 내지 2.5 unit/㎕, 또는 0.1 내지 약 1 unit/㎕의 범위일 수 있다.The nucleic acid polymerase may have a concentration of at least 0.1 unit / μl in the reaction mixture. For example, the concentration of the nucleic acid polymerase in the reaction mixture may range from 0.1 to 10 unit / μl, 0.1 to 5 unit / μl, 0.1 to 2.5 unit / μl, or 0.1 to about 1 unit / μl.
상기 증폭은 예를 들면, PCR, RCA(rolling circle amplification), NASBA(nucleic acid sequence based amplification), 및 SDA(strand displacement amplification)로 이루어진 군으로부터 선택된 증폭 방법을 이용하여 수행될 수 있다. 혼성화는 2가닥 핵산 가닥을 상보적 결합에 의하여 서로 결합시켜 2중가닥(duplex)를 형성하는 것을 의미한다. 상기 혼성화는 당업계에 알려진 방법에 의하여 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 혼성화는 프라이머 및/또는 표적 서열을 가열하여 2중가닥을 단일가닥으로 분리하고, 2개의 상보적인 가닥이 결합할 수 있도록 온도는 낮추는 것에 의해 수행될 수 있다. 표적 서열이 단일가닥인 경우에는 프라이머 및/또는 상기 표적 서열의 가닥분리가 필요하지 않을 수 있다. 상기 혼성화는 선택되는 프라이머 및/또는 표적서열의 종류에 따라 적절한 버퍼, 예를 들면 적절한 염 농도 및 적절한 pH를 갖는 버퍼를 이용하여 수행될 수 있다. 연장(extension)은 당업계에 알려져 있다. 상기 연장은 예를 들면, DNA 폴리머라아제, RNA 폴리머라아제, 또는 역전사 효소를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 핵산 폴리머라아제는 열안정성일 수 있고, 예를 들면 95℃이상의 온도에 노출된 경우에는 그 활성을 유지할 수 있다. 열안정성 DNA 폴리머라아제는 본 명세서에서 정의된 바와 같은 호열성 박테리아로부터 분리된 효소일 수 있다. 예를 들면, 열안정성 DNA 폴리머라아제는 약 70℃의 온도에서 최적 활성을 갖는 Taq 폴리머라아제일 수 있다.The amplification may be performed using, for example, an amplification method selected from the group consisting of PCR, rolling circle amplification (RCA), nucleic acid sequence based amplification (NASBA), and strand displacement amplification (SDA). Hybridization refers to the formation of a duplex by binding two strands of nucleic acid strands to each other by complementary binding. The hybridization can be accomplished by methods known in the art. For example, the hybridization can be performed by heating the primer and / or target sequences to separate the double strands into single strands and lowering the temperature so that two complementary strands can bind. If the target sequence is single stranded, primers and / or stranding of the target sequence may not be necessary. The hybridization may be performed using a buffer having an appropriate buffer, for example, an appropriate salt concentration and an appropriate pH, depending on the type of primer and / or target sequence selected. Extensions are known in the art. The extension can be performed using, for example, DNA polymerase, RNA polymerase, or reverse transcriptase. The nucleic acid polymerase may be thermostable, and may maintain its activity when exposed to a temperature of, for example, 95 ° C or higher. Thermostable DNA polymerase may be an enzyme isolated from thermophilic bacteria as defined herein. For example, the thermostable DNA polymerase may be Taq polymerase with optimal activity at a temperature of about 70 ° C.
RNA 표적 핵산 서열의 역전사효소-PCR 증폭Reverse Transcriptase-PCR Amplification of RNA Target Nucleic Acid Sequences
유전자 발현을 연구하기 위해 가장 널리 이용되는 기법 중 하나는 mRNA 서열에 대한 제1가닥 cDNA를 PCR에 의한 증폭을 위한 주형으로 이용한다. One of the most widely used techniques for studying gene expression uses first strand cDNA for mRNA sequences as a template for amplification by PCR.
용어 "역전사효소 활성(reverse transcriptase activity)" 및 "역전사(reverse transcription)"는 RNA 가닥을 주형으로 이용하여 DNA 가닥(즉, 상보적 DNA, cDNA)을 합성할 수 있는 RNA-의존적 DNA 폴리머라아제로 분류되는 종류의 폴리머라아제의 효소 활성을 의미한다. The terms "reverse transcriptase activity" and "reverse transcription" refer to RNA-dependent DNA polymerases capable of synthesizing DNA strands (ie, complementary DNA, cDNA) using RNA strands as templates. It means the enzymatic activity of the polymerase of the kind classified as.
"RNA-PCR"의 "역전사효소-PCR(reverse transcriptase-PCR)"은 RNA 주형과 역전사효소, 또는 역전사효소 활성을 갖는 효소를 이용하여 DNA-의존적 DNA 폴리머라아제 프라이머 신장의 복수 사이클 전에 먼저 단일 가닥 DNA 분자를 생성하는 것인 PCR 반응이다. 다중 PCR(Multiplex PCR)은 단일 반응에서, 통상적으로 2개의 종류보다 많은 수의 프라이머를 포함시키는 것에 의해, 단일 반응에서 2종 이상의 증폭 산물을 생성하는 PCR 반응을 의미한다. The "reverse transcriptase-PCR" of "RNA-PCR" is first used before the multiple cycles of DNA-dependent DNA polymerase primer extension using RNA templates and reverse transcriptase, or enzymes with reverse transcriptase activity. It is a PCR reaction that produces stranded DNA molecules. Multiplex PCR (Multiplex PCR) refers to a PCR reaction that produces two or more amplification products in a single reaction, typically by including more than two types of primers in a single reaction.
대표적인 역전사효소는 미국특허 제4,943,531호에 기재된 M-MLV(Moloney murine leukemia virus) RT, 미국특허 제5,405,776호에 기재된 바와 같은 RNase H 활성이 결여된 M-MLV-RT의 돌연변이 형태, BLV(bovine leukemia virus) RT, RSV(Rous sarcoma virus) RT, AMV(Avian Myeloblastosis Virus) RT 및 미국특허 제7,883,871호에 개시된 역전사효소를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.Representative reverse transcriptases are mutant forms of M-MLV-RT lacking RNase H activity as described in US Pat. No. 4,943,531, M-MLV (M-MLV) RT, US Pat. No. 5,405,776, bovine leukemia virus) RT, Roussarcoma virus (RSV) RT, Avian Myeloblastosis Virus (AMV) RT, and reverse transcriptases disclosed in US Pat. No. 7,883,871.
종말점(end-point) 분석 또는 실시간 분석으로 수행되는, 역전사효소-PCR 방법은 두 개의 별개의 분자 합성을 포함한다: (i) RNA 주형으로부터 cDNA의 합성; 및 (ii) PCR 증폭을 통해 새로 합성된 cDNA의 복제. 역전사효소-PCR과 연관된 기술적 문제들을 해소하기 위해, 상기 방법의 3개의 기본적 단계를 고려하여 다수의 프로토콜이 개발되었다: (a) RNA의 변성 및 역방향 프라이머의 혼성화; (b) cDNA의 합성; 및 (c) PCR 증폭. 소위 "분리된(uncoupled)" 역전사효소-PCR 방법(예를 들면, 2 단계 역전사효소-PCR)에서, 역전사는 역전사효소 활성을 위한 최적 버퍼 조건을 이용한 독립적 단계로 수행된다. cDNA 합성 후에, MgCl2 및 데옥시리보뉴클레오시드 트리포스페이트(dNTP) 농도를 Taq DNA 폴리머라아제 활성에 최적인 조건까지 감소시키기 위해 반응액을 희석하고, 표준 조건에 따라 PCR을 수행한다 (미국특허 제4,683,195호 및 제4,683,202호 참조). 대조적으로, "결합된(coupled)" RT PCR 방법은 역전사효소 및 DNA Taq 폴리머라아제 활성을 위해 하나의 공통된 버퍼 또는 절충된(compromised) 버퍼를 이용한다. 하나의 버전에서, 역방향 프라이머의 어닐링은 효소의 첨가에 선행된 별개의 단계이고, 그 후, 효소가 단일 반응 용기에 첨가된다. 또 다른 버전에서, 역전사효소 활성은 Tth DNA 폴리머라아제의 하나의 성분이다. 어닐링 및 cDNA 합성은 Mn2+ 존재 하에 수행되고, 그 후, 킬레이트제에 의해 Mn2+를 제거하고 Mg2+ 존재 하에 PCR이 수행된다. 최종적으로, "연속적(continuous)" 방법(예를 들면, 1 단계 역전사효소-PCR)은 3개의 역전사효소-PCR 단계들을 성분 또는 효소 첨가를 위해 반응 용기를 개봉하지 않는, 단일의 연속적 반응으로 통합한다. 연속적 역전사효소-PCR은 열안정성 Taq DNA 폴리머라아제 및 Tth 폴리머라아제의 역전사효소 활성을 이용한 단일 효소 시스템으로, 및 최초의 65℃ RNA 변성 단계가 생략될 수 있는, AMV RT 및 Taq DNA 폴리머라아제를 이용한 2 효소 시스템으로 기재되었다. The reverse transcriptase-PCR method, performed by end-point analysis or real time analysis, involves two separate molecular synthesis: (i) synthesis of cDNA from an RNA template; And (ii) replication of the newly synthesized cDNA via PCR amplification. In order to solve the technical problems associated with reverse transcriptase-PCR, a number of protocols have been developed taking into account the three basic steps of the method: (a) denaturation of RNA and hybridization of reverse primers; (b) synthesis of cDNA; And (c) PCR amplification. In the so-called "uncoupled" reverse transcriptase-PCR method (e.g., two stage reverse transcriptase-PCR), reverse transcription is performed in an independent step using optimal buffer conditions for reverse transcriptase activity. After cDNA synthesis, the reaction solution is diluted to reduce the MgCl 2 and deoxyribonucleoside triphosphate (dNTP) concentrations to conditions optimal for Taq DNA polymerase activity and PCR is performed according to standard conditions (US Patents 4,683,195 and 4,683,202). In contrast, the "coupled" RT PCR method utilizes one common or compromised buffer for reverse transcriptase and DNA Taq polymerase activity. In one version, the annealing of the reverse primer is a separate step followed by the addition of the enzyme, after which the enzyme is added to a single reaction vessel. In another version, reverse transcriptase activity is a component of Tth DNA polymerase. Annealing and cDNA synthesis are carried out in the presence of Mn 2+ , followed by removal of Mn 2+ by chelating agent and PCR in the presence of Mg 2+ . Finally, a “continuous” method (eg, one step reverse transcriptase-PCR) integrates three reverse transcriptase-PCR steps into a single continuous reaction, without opening the reaction vessel for component or enzyme addition. do. Continuous reverse transcriptase-PCR is a single enzyme system utilizing the reverse transcriptase activity of thermostable Taq DNA polymerase and Tth polymerase, and AMV RT and Taq DNA polymers, where the first 65 ° C. RNA denaturation step can be omitted. It has been described as a two enzymatic system using an aze.
1 단계 역전사효소-PCR은 분리된 역전사효소-PCR에 비해 여러 장점을 제공한다. 1 단계 역전사효소-PCR은 분리된 역전사효소-PCR에 비해 반응 혼합물 시약 및 핵산 산물의 처리(handling)를 덜 요구하고(예를 들면, 두 반응 단계들 사이에 성분 또는 효소의 첨가를 위한 반응 튜브의 개봉), 따라서, 덜 노동 집약적이고 요구되는 인 시간(persons hour)을 감소시킨다. 1 단계 역전사효소-PCR은 보다 적은 시료를 요구하고, 오염의 위험을 저하시킨다. 1 단계 역전사효소-PCR의 민감도 및 특이성은 주어진 시료 중 1개 내지 여러 유전자의 발현수준의 연구 또는 병원성 DNA의 검출에 적합한 것으로 입증되었다. 통상적으로, 이 방법은 cDNA 합성을 개시하기 위한 유전자-특이적 프라이머의 이용에 한정되어 왔다. Stage 1 reverse transcriptase-PCR offers several advantages over isolated reverse transcriptase-PCR. One-stage reverse transcriptase-PCR requires less handling of reaction mixture reagents and nucleic acid products than isolated reverse transcriptase-PCR (e.g., reaction tubes for the addition of components or enzymes between two reaction steps) Opening, thus reducing labor-intensive and required person hours. One-stage reverse transcriptase-PCR requires fewer samples and lowers the risk of contamination. The sensitivity and specificity of one-step reverse transcriptase-PCR has proven to be suitable for the study of expression levels of one to several genes in a given sample or for detection of pathogenic DNA. Typically, this method has been limited to the use of gene-specific primers to initiate cDNA synthesis.
*이와 같은 역전사효소-PCR 기법과 조합된 온-라인 검출에 의해 PCR 반응의 동역학을 측정하는 능력은 높은 민감도로 RNA 서열의 정확하고 정밀한 측정을 가능하게 했다. 이는 형광 이중-표지 혼성화 프로브(fluorescent dual-labeled hybridization probe), 예를 들면, 하기에 검토되는, 5' 형광발광성(fluorogenic) 뉴클레아제 분석("TaqMan™") 기술 또는 엔도뉴클레아제 분석("CATACLEAVE™")에 의한™ 증폭 과정 동안 형광 모니터링 및 PCR 산물의 측정을 통해 역전사효소-PCR 산물을 검출하는 것에 의해 가능해졌다. * The ability to measure the kinetics of PCR reactions by on-line detection in combination with this reverse transcriptase-PCR technique enabled accurate and precise measurement of RNA sequences with high sensitivity. This can be accomplished using fluorescent dual-labeled hybridization probes, such as the 5 'fluorogenic nuclease assay ("TaqMan ™") technique or endonuclease assay (see below). It was made possible by detecting reverse transcriptase-PCR products through fluorescence monitoring and measurement of PCR products during the amplification process by "CATACLEAVE ™".
CATACLEAVE™ 프로브를 이용한 실시간 PCR Real-Time PCR with CATACLEAVE ™ Probes
증폭 후 암플리콘 검출은 힘들고 시간이 많이 소요되는 것일 수 있다. PCR 과정 동안 증폭을 모니터링하기 위해 실시간 방법들이 개발되었다. 이 방법들은 통상적으로 새로 합성된 DNA에 어닐링하는 형광 표지 프로브 또는 이중 가닥 DNA에 인터칼레이션(intercalate)된 경우 형광 발광이 증가되는 염료를 이용한다. Amplicon detection after amplification may be difficult and time consuming. Real-time methods have been developed to monitor amplification during the PCR process. These methods typically use fluorescently labeled probes that anneal to newly synthesized DNA or dyes that increase fluorescence when intercalated to double stranded DNA.
프로브는 일반적으로 공여체 발광(donor emission)이 두 개의 발색소 간의 FRET(fluorescence resonance energy transfer)에 의해 표적의 부재시 퀀칭되도록 설계된다. 공여체 발색소와 수용체 발색소의 쌍이 인접하여 위치한 경우, 여기 상태에 있는, 공여체 발색소 (donor chromophore)는 수용체 발색소에 에너지를 전달할 수 있다. 이 전달은 항상 비방사적(non-radiative)이며 쌍극자-쌍극자 커플링 (dipole-dipole coupling)을 통하여 일어날 수 있다. 상기 발색소 사이의 거리를 충분하게 증가시키는 경우, FRET 효율이 저하되고, 공여체 발색소 발광이 방사적으로 검출될 수 있다. 공여체 발색소의 예는 FAM(6-carboxyfluorescein), TAMRA, VIC, JOE, Cy3, Cy5 및 Texas Red를 포함한다. 수용체 발색소의 여기 스펙트럼은 공여체 발색소의 발광 스펙트럼과 겹치도록 선택된다. 그러한 쌍의 예는 FAM-TAMRA이다.또한, 넓은 범위의 공여체를 퀀칭(quenching)하는 비형광 수용체(non fluorescent acceptor)가 존재한다. 공여체-수용체 FRET 쌍의 다른 예는 당업계에 알려져 있다. Probes are generally designed such that donor emission is quenched in the absence of a target by fluorescence resonance energy transfer (FRET) between two chromophores. When a pair of donor chromosome and receptor chromosome are located adjacent, a donor chromophore, in an excited state, can transfer energy to the receptor chromophore. This transfer is always non-radiative and can occur through dipole-dipole coupling. If the distance between the chromophores is sufficiently increased, the FRET efficiency is lowered and donor chromophore emission can be detected radially. Examples of donor chromosomes include 6-carboxyfluorescein (FAM), TAMRA, VIC, JOE, Cy3, Cy5 and Texas Red. The excitation spectrum of the receptor chromosome is chosen to overlap the emission spectrum of the donor chromosome. An example of such a pair is FAM-TAMRA. There is also a non fluorescent acceptor that quenches a wide range of donors. Other examples of donor-receptor FRET pairs are known in the art.
PCR의 실시간 검출을 위해 이용될 수 있는 FRET 프로브의 일반적인 예는 분자 비콘(molecular beacon)(예를 들면, 미국특허 제5,925,517호), TaqMan™ 프로브 (예를 들면, 미국특허 제5,210,015호 및 제5,487,972호), 및 CATACLEAVE™ 프로브probes (예를 들면, 미국특허 제5,763,181호)를 포함한다. 상기 분자 비콘은 미결합 상태에서 프로브가 공여체 발색소와 수용체 발색소가 인접하게 존재하고 공여체 발광이 감소되는 것인 이차 구조를 형성하도록 설계된 단일 가닥 올리고뉴클레오티드이다. 적합한 반응 온도에서, 상기 비콘은 언폴딩되고(unfold) 암플리콘에 특이적으로 결합한다. 일단 언폴딩되면, 공여체 발색소와 수용체 발색소 간의 거리가 증가하여 FRET가 역전되고 특화된 장치를 이용하여 공여체 발광이 모니터링될 수 있다. TaqMan™ 및 CATACLEAVE™ 기술은 이용되는 FRET 프로브가 절단되어 공여체 발색소와 수용체 발색소가 FRET를 역전시킬 수 있도록 충분히 분리된다는 점에서 분자 비콘과 다르다. General examples of FRET probes that can be used for real-time detection of PCR include molecular beacons (eg US Pat. No. 5,925,517), TaqMan ™ probes (eg US Pat. Nos. 5,210,015 and 5,487,972). ), And CATACLEAVE ™ probe probes (eg, US Pat. No. 5,763,181). The molecular beacon is a single stranded oligonucleotide designed to form a secondary structure in which the probe in the unbound state is adjacent to the donor chromosome and the acceptor chromosome and the donor luminescence is reduced. At a suitable reaction temperature, the beacons are unfolded and bind specifically to the amplicons. Once unfolded, the distance between the donor chromophore and the acceptor chromophore increases so that the FRET is reversed and donor luminescence can be monitored using specialized devices. TaqMan ™ and CATACLEAVE ™ technology differs from molecular beacons in that the FRET probes used are cleaved so that the donor chromosome and the receptor chromosome are sufficiently separated to reverse the FRET.
TaqMan™ 기술은 5' 말단에서 공여체 발색소 및 3' 말단에서 수용체 발색소로 표지된 단일 가닥 올리코뉴클레오티드 프로브를 이용한다. 증폭을 위해 이용되는 DNA 폴리머라아제는 5'→3' 엑소뉴클레아제 활성을 포함해야 한다. TaqMan™ 프로브는 프라이머가 결합하는 것과 동시에 암플리콘의 하나의 가닥에 결합한다. DNA 폴리머라아제가 프라이머를 연장하면서, 상기 폴리머라아제는 궁극적으로 결합된 TaqMan™ 프로브와 만날 것이다. 이때, 상기 폴리머라아제의 엑소뉴클레아제 활성은 5' 말단에서 시작하여 순차적으로 TaqMan™ 프로브를 분해할 것이다. 상기 프로브가 소화되면서, 상기 프로브를 포함하는 모노뉴클레오티드가 반응 버퍼 내로 방출된다. 공여체는 수용체로부터 멀리 확산되고 FRET가 역전된다. 프로브 절단을 확인하기 위해 공여체로부터의 발광이 모니터링된다. TaqMan™이 작용하는 방식 때문에, PCR의 매 사이클마다 1회만 특정 암플리콘이 검출될 수 있다. TaqMan™ 표적 부위를 통한 프라이머의 연장은 다음 PCR 사이클에서 암플리콘이 변성될 때까지 TaqMan™ 프로브의 추가적인 결합을 막는 이중 가닥 산물을 생성한다. TaqMan ™ technology utilizes single stranded oligonucleotide probes labeled with a donor chromosome at the 5 'end and a receptor chromosome at the 3' end. DNA polymerase used for amplification should include 5 '→ 3' exonuclease activity. TaqMan ™ probes bind to one strand of the amplicon at the same time the primers bind. As the DNA polymerase extends the primer, the polymerase will ultimately meet the bound TaqMan ™ probe. At this time, the exonuclease activity of the polymerase will degrade the TaqMan ™ probe sequentially starting at the 5 'end. As the probe is digested, the mononucleotide containing the probe is released into the reaction buffer. The donor diffuses away from the receptor and the FRET is reversed. Luminescence from the donor is monitored to confirm probe cleavage. Because of the way TaqMan ™ works, certain amplicons can only be detected once every cycle of PCR. Extension of the primer through the TaqMan ™ target site produces a double stranded product that prevents further binding of the TaqMan ™ probe until the Amplicon denatures in the next PCR cycle.
그 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함된 미국특허 제5,763,181호는 또 다른 실시간 검출 방법("CATACLEAVE™"으로 지칭됨)을 기술한다. CATACLEAVE™ 기술은 프로브의 절단이 폴리머라아제 활성을 갖지 않는 제2 효소에 의해 이루어진다는 점에서 TaqMan™과 다르다. CATACLEAVE™ 프로브는 엔도뉴클레아제, 예를 들면, 제한 효소 또는 RNase의 표적인 분자 내의 서열을 갖는다. 일 예에서, CATACLEAVE™ 프로브는 상기 프로브의 5' 및 3' 말단이 DNA로 이루어지고 절단 부위는 RNA를 포함하는 것인 키메라 구조를 갖는다. US Pat. No. 5,763,181, the contents of which are incorporated herein by reference, describes another real-time detection method (referred to as "CATACLEAVE ™"). CATACLEAVE ™ technology differs from TaqMan ™ in that the cleavage of the probe is by a second enzyme that does not have polymerase activity. CATACLEAVE ™ probes have a sequence in the molecule that is the target of an endonuclease, eg, a restriction enzyme or an RNase. In one example, the CATACLEAVE ™ probe has a chimeric structure wherein the 5 'and 3' ends of the probe consist of DNA and the cleavage site comprises RNA.
예를 들면, 상기 프로브는 하기 식 I에 의해 표시되는 구조를 가질 수 있다:For example, the probe may have a structure represented by Formula I:
R1-X-R2 (식 I)R1-X-R2 (Formula I)
식 중에서, R1 및 R2는 각각 핵산 및 핵산 아날로그로 이루어진 군으로부터 선택되고, X는 제1 RNA일 수 있다. 예를 들면, R1 및 R2는 모두 DNA일 수 있거나, R1은 DNA이고 R2는 RNA일 수 있거나, R1은 RNA이고 R2는 DNA일 수 있거나, 또는 R1 및 R2는 모두 RNA일 수 있다. R1 및 R2의 핵산 또는 핵산 아날로그는 보호된 핵산일 수 있다. 예를 들면, 상기 핵산 및 핵산 아날로그는 메틸화될 수 있고, 따라서, RNA 특이적 분해 효소 (예를 들면, RNase H)에 의한 분해에 대해 저항적일 수 있다. 상기 프로브의 길이는 표적 핵산 및 PCR 조건에 따라 달라질 수 있다. 상기 프로브의 어닐링 온도(Tm)는 약 60℃ 이상, 약 70℃ 이상 또는 약 80℃ 이상일 수 있다.Wherein R 1 and R 2 are each selected from the group consisting of nucleic acids and nucleic acid analogs, and X may be the first RNA. For example, R1 and R2 may both be DNA, R1 may be DNA and R2 may be RNA, R1 may be RNA and R2 may be DNA, or R1 and R2 may both be RNA. The nucleic acid or nucleic acid analog of R1 and R2 may be a protected nucleic acid. For example, the nucleic acid and nucleic acid analog can be methylated and thus can be resistant to degradation by RNA specific degradation enzymes (eg, RNase H). The length of the probe may vary depending on the target nucleic acid and PCR conditions. The annealing temperature (Tm) of the probe may be about 60 ° C or more, about 70 ° C or more, or about 80 ° C or more.
상기 프로브는 변형될 수 있다. 예를 들면, 프로브에서 염기가 부분적으로 또는 전체적으로 메틸화될 수 있다. 이러한 염기의 변형에 의하여 효소, 화학적 인자, 또는 기타 인자에 의한 분해로부터 프로브를 보호할 수 있다. 또한, 프로브에서, 5' 말단 또는 3' 말단 -OH기는 차단(block)되어 있는 것일 수 있다. 상기 프로브 핵산의 3' 말단의 OH 기는 차단되어 있어 상기 프로브는 주형 의존적 핵산 폴리머라아제에 의한 프라이머 연장의 기질이 될 수 없도록 된 것일 수 있다. The probe can be modified. For example, bases in the probe may be partially or wholly methylated. Modification of these bases can protect the probe from degradation by enzymes, chemical factors, or other factors. Also, in the probe, the 5 'end or 3' end -OH group may be blocked. The OH group at the 3 ′ end of the probe nucleic acid may be blocked such that the probe cannot be a substrate for primer extension by template dependent nucleic acid polymerase.
상기 프로브의 DNA 서열 부분은 말단에서 또는 내부에 FRET 쌍에 의해 표지될 수 있다. PCR 반응은 RNA-DNA 듀플렉스의 RNA 서열 부분을 특이적으로 절단할 RNase H 효소를 포함한다. 절단 후, 상기 프로브의 두 개의 절반 단편(half)은 반응 온도에서 표적 암플리콘으로부터 해리되고 반응 버퍼 내로 확산된다. 공여체 및 수용체가 분리되면서, TaqMan™ 프로브에서와 동일한 방식으로 FRET가 역전되고 공여체 발광이 모니터링될 수 있다. 절단과 해리는 추가적인 CATACLEAVE™ 결합을 위한 부위를 재생한다. 이에 의해, 단일 암플리콘이 프라이머가 CATACLEAVE™ 프로브 결합 부위를 지나 연장될 때까지 복수 회의 프로브 절단의 표적으로 작용할 수 있다. The DNA sequence portion of the probe may be labeled by FRET pair either at the end or inside. The PCR reaction includes an RNase H enzyme that will specifically cleave the RNA sequence portion of the RNA-DNA duplex. After cleavage, the two half fragments of the probe dissociate from the target amplicon at the reaction temperature and diffuse into the reaction buffer. As the donor and acceptor are separated, FRET can be reversed and donor luminescence can be monitored in the same manner as in the TaqMan ™ probe. Cleavage and dissociation regenerate sites for further CATACLEAVE ™ binding. This allows a single amplicon to serve as a target of multiple probe cleavage until the primer extends past the CATACLEAVE ™ probe binding site.
CATACLEAVE 프로브의 표지화Labeling of CATACLEAVE Probes
용어 "프로브" ("올리노뉴클레오티드 프로브" 또는 "CATACLEAVE™ 프로브"로도 지칭됨)는 특정 핵산 서열, 예를 들면, 표적 핵산 서열의 상보적 영역과 서열-특이적 방식으로 혼성화하도록 설계된 특정 부분을 포함한다. 프로브의 길이는 예를 들면, 약 10 내지 약 200 nt(nucleotide), 약 15 내지 약 200 nt, 또는 약 15 내지 약 60 nt 범위이며, 보다 바람직하게는 약 18 내지 약 30 nt일 수 있다. 본 발명의 올리고뉴클레오티드의 정확한 서열 및 길이는 부분적으로 상기 프로브가 결합하는 표적 폴리뉴클레오티드의 속성에 의존적이다. 결합 위치 및 길이는 특정한 구체예를 위한 적합한 어닐링 및 융해 특성을 달성하기 위해 변할 수 있다. 그와 같은 설계 선택을 위한 안내(guidance)는 참조에 의해 그 내용이 본 명세서에 포함된 미국특허 제5,763,181호, 제6,787,304호, 및 제7,112,422호에 기술된, TaqMan™ 분석법 또는 CATACLEAVE™을 기술하는 다수의 참조 문헌에서 찾을 수 있다. The term “probe” (also referred to as “olinonucleotide probe” or “CATACLEAVE ™ probe”) refers to a specific portion designed to hybridize in a sequence-specific manner with a specific nucleic acid sequence, eg, a complementary region of a target nucleic acid sequence. Include. The length of the probe may be, for example, in the range of about 10 to about 200 nt, about 15 to about 200 nt, or about 15 to about 60 nt, more preferably about 18 to about 30 nt. The exact sequence and length of the oligonucleotides of the invention depend in part on the nature of the target polynucleotide to which the probe binds. Bonding locations and lengths may be varied to achieve suitable annealing and melting properties for certain embodiments. Guidance for such design choices is described by TaqMan ™ assay or CATACLEAVE ™, as described in US Pat. Nos. 5,763,181, 6,787,304, and 7,112,422, the contents of which are incorporated herein by reference. It can be found in a number of references.
특정 구체예에서, 상기 프로브는 표적 핵산 서열에 "실질적으로 상보적(substantially complementary)"이다. In certain embodiments, the probe is "substantially complementary" to the target nucleic acid sequence.
본 명세서에서 사용된 용어 "실질적으로 상보적인"은 어닐링하고 안정한 듀플렉스(duplex)를 형성하기에 충분한 서열의 상보성을 갖는 두 개의 핵산 가닥을 의미한다. 상보성(complementarity)은 완벽할 필요는 없다; 예를 들면, 두 개의 핵산 간에 염기쌍 불일치가 있을 수 있다. 그러나, 불일치의 갯수가 너무 커서 가장 덜 엄격한(least stringent) 혼성화 조건 하에서도 혼성화가 일어날 수 없다면, 서열은 실질적으로 상보적인 서열이 아니다. 본 명세서에서 두 개의 서열이 "실질적으로 상보적"인 것으로 지칭되는 경우, 상기 서열들은 선택된 반응 조건 하에서 상호 간에 혼성화하기에 충분한 상보성을 갖는다는 것을 의미한다. 핵산 상보성과 특이성을 달성하기에 충분한 혼성화의 엄격성 간의 관계는 당해 분야에서 잘 알려져 있다. 두 개의 실질적으로 상보적인 가닥들은 예를 들면, 완벽하게 상보적일 수 있거나, 또는 혼성화 조건이 쌍을 형성하는 서열(pairing sequence)와 쌍을 형성하지 않는 서열(non-pairing sequence)을 구별하기에 충분한 한, 1개 내지 다수의 불일치를 포함할 수 있다. 따라서, "실질적으로 상보적"인 서열은 이중-가닥 영역에서 100, 95, 90, 80, 75, 70, 60, 50 퍼센트 이하, 또는 그 사이의 비율의 염기쌍 상보성을 갖는 서열을 의미할 수 있다. As used herein, the term "substantially complementary" refers to two nucleic acid strands having sufficient complementarity of the sequence to anneal and form a stable duplex. Complementarity need not be perfect; For example, there may be a base pair mismatch between two nucleic acids. However, if the number of mismatches is so great that hybridization cannot occur even under the least stringent hybridization conditions, the sequence is not a substantially complementary sequence. When two sequences are referred to herein as being "substantially complementary" it is meant that the sequences have sufficient complementarity to hybridize to each other under the selected reaction conditions. The relationship between nucleic acid complementarity and stringency of hybridization sufficient to achieve specificity is well known in the art. The two substantially complementary strands may be perfectly complementary, for example, or the hybridization conditions may be sufficient to distinguish a pairing sequence from a non-pairing sequence. One to many mismatches can be included. Thus, a "substantially complementary" sequence can mean a sequence having a base pair complementarity of up to 100, 95, 90, 80, 75, 70, 60, 50 percent, or between, in the double-stranded region. .
본 명세서에서 사용된 CATACLEAVE 프로브의 "표지" 또는 "검출가능한 표지"는 분광학적, 광화학적, 생화학적, 면역화학적, 또는 화학적 방법을 이용하여 검출가능한 모이어티를 의미한다. 상기 검출가능한 표지는 효소, 효소 기질, 방사능 물질, 형광 염료, 발색소(chromophore), 화학발광 표지, 전기화학발광표지, 특정 결합 파트너를 갖는 리간드, 및 서로 상호작용하여 신호를 증가, 변화 또는 감소시키는 기타 표지들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 상기 검출가능한 표지는 PCR의 열순환 과정에서 생존할 수 있다. As used herein, "label" or "detectable label" of a CATACLEAVE probe means a moiety detectable using spectroscopic, photochemical, biochemical, immunochemical, or chemical methods. The detectable label may be an enzyme, an enzyme substrate, a radioactive substance, a fluorescent dye, a chromophore, a chemiluminescent label, an electrochemiluminescent label, a ligand having a specific binding partner, and a ligand that interacts with each other to increase, change or decrease the signal. It may be selected from the group consisting of other markers. The detectable label can survive the thermocycling process of PCR.
상기 검출가능한 표지는 FRET(fluorescence resonance energy transfer) 쌍일 수 있다. 상기 검출가능한 표지는 FRET 쌍이고, 형광 공여체(donor)와 형광 수용체는 적절한 간격으로 이격되어 있어, 형광 공여체의 발광이 억제되어 있고, 절단에 의해 유발된 해리에 의하여 상기 형광 공여체의 발광이 활성화되는 것일 수 있다. 즉, 프로브에서, 상기 프로브가 절단되지 않은 경우, 형광 공여체의 발광은 두개의 발색소(chromophore) 사이의 형광 공명 에너지 전달(fluorescence resonance energy transfer: FRET)에 의하여 형광 수용체의 발광(fluorescence acceptor emission)에 의하여 퀀칭(quenched)된다. 공여체 발색소 (donor chromophore)가 수용체 발색소(acceptor chromophore)에 인접하여 위치하는 경우, 여기 상태에 있는, 공여체 발색소 (donor chromophore)는 수용체 발색소에 에너지를 전달할 수 있다. 이 전달은 항상 비방사적(non-radiative)이며 쌍극자-쌍극자 커플링 (dipole-dipole coupling)을 통하여 일어날 수 있다. 상기 발색소 사이의 거리를 충분하게 증가시키는 경우, FRET 효율이 저하되고, 공여체 발색소 발광이 방사적으로 검출될 수 있다.The detectable label can be a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair. The detectable label is a FRET pair, the fluorescence donor and the fluorescence receptor are spaced at appropriate intervals so that luminescence of the fluorescence donor is suppressed and luminescence of the fluorescence donor is activated by dissociation caused by cleavage. It may be. That is, in the probe, when the probe is not cleaved, the emission of the fluorescent donor is the emission acceptor emission of the fluorescent receptor by fluorescence resonance energy transfer (FRET) between two chromophores. Quenched by When a donor chromophore is located adjacent to an acceptor chromophore, the donor chromophore, which is in an excited state, can transfer energy to the acceptor chromophore. This transfer is always non-radiative and can occur through dipole-dipole coupling. If the distance between the chromophores is sufficiently increased, the FRET efficiency is lowered and donor chromophore emission can be detected radially.
일 구체에에서, 상기 검출가능한 표지는 공유결합 또는 비-공유결합에 의해 프로브에 결합된 형광색소 화합물일 수 있다.In one embodiment, the detectable label can be a fluorescent dye compound bound to the probe by covalent or non-covalent bonds.
본 명세서에서 사용된, "형광색소(fluorochrome)"는 방출되는 광보다 더 짧은 파장의 광에 의해 여기되면 광을 방출하는 형광 화합물을 의미한다. 용어 "형광 공여체(fluorescent donor 또는 fluorescence donor)"는 본 발명에서 기술된 분석법에서 측정되는 광을 방출하는 형광색소를 의미한다. 보다 구체적으로, 형광 공여체는 형광 수용체에 의해 흡수되는 에너지를 제공한다. 용어 "형광 수용체(fluorescent acceptor 또는 fluorescence acceptor)"는 형광 공여체로부터 방출되는 광을 흡수하는 제2 형광색소 또는 퀀칭 분자(quenching molecule)를 의미한다. 상기 제2 형광색소는 상기 형광 공여체로부터 방출된 광을 흡수하고 상기 형광 공여체에 의해 방출된 광보다 더 긴 파장의 광을 방출한다. 상기 퀀칭 분자는 상기 형광 공여체에 의해 방출된 광을 흡수한다. As used herein, “fluorochrome” refers to a fluorescent compound that emits light when excited by light of a shorter wavelength than emitted light. The term "fluorescent donor or fluorescence donor" means a fluorescent dye that emits light as measured in the assay described in the present invention. More specifically, the fluorescent donor provides the energy absorbed by the fluorescent receptor. The term “fluorescent acceptor or fluorescence acceptor” refers to a second fluorescent dye or quenching molecule that absorbs light emitted from a fluorescent donor. The second fluorescent dye absorbs light emitted from the fluorescent donor and emits light of a longer wavelength than light emitted by the fluorescent donor. The quenching molecule absorbs light emitted by the fluorescent donor.
임의의 발광 물질, 바람직하게는, 형광색소 및/또는 형광 퀀처(fluorescent quencher), 예를 들면, Alexa Fluor™ 350, Alexa Fluor™ 430, Alexa Fluor™ 488, Alexa Fluor™ 532, Alexa Fluor™ 546, Alexa Fluor™ 568, Alexa Fluor™ 594, Alexa Fluor™ 633, Alexa Fluor™ 647, Alexa Fluor™ 660, Alexa Fluor™ 680, 7-디에틸아미노쿠마린-3-카르복시산, 플루오레세인(Fluorescein), 오레곤 그린(Oregon Green) 488, 오레곤 그린 514, 테트라메틸로다민, 로다민(Rhodamine) X, 텍사스 레드(Texas Red) 염료, QSY 7, QSY33, Dabcyl, BODIPY FL, BODIPY 630/650, BODIPY 6501665, BODIPY TMR-X, BODIPY TR-X, 디알킬아미노쿠마린, Cy5.5, Cy5, Cy3.5, Cy3, DTPA(Eu3+)-AMCA 및 TTHA(Eu3+)AMCA가 본 발명의 실시에서 이용될 수 있다.Any luminescent material, preferably fluorescent and / or fluorescent quenchers such as Alexa Fluor ™ 350, Alexa Fluor ™ 430, Alexa Fluor ™ 488, Alexa Fluor ™ 532, Alexa Fluor ™ 546, Alexa Fluor ™ 568, Alexa Fluor ™ 594, Alexa Fluor ™ 633, Alexa Fluor ™ 647, Alexa Fluor ™ 660, Alexa Fluor ™ 680, 7-diethylaminocoumarin-3-carboxylic acid, Fluorescein, Oregon Green (Oregon Green) 488, Oregon Green 514, Tetramethylhodamine, Rhodamine X, Texas Red Dye, QSY 7, QSY33, Dabcyl, BODIPY FL, BODIPY 630/650, BODIPY 6501665, BODIPY TMR -X, BODIPY TR-X, Dialkylaminocoumarin, Cy5.5, Cy5, Cy3.5, Cy3, DTPA (Eu 3+ ) -AMCA and TTHA (Eu 3+ ) AMCA can be used in the practice of the present invention have.
일 구체예에서, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 3' 말단 뉴클레오티드는 차단되거나 핵산 폴리머라아제에 의한 연장이 불가능하게 되어 있다. 그와 같은 차단(blocking)은 편리하게 상기 프로브의 3' 위치로의 리포터 또는 퀀처 분자의 결합에 의해 수행된다. In one embodiment, the 3 'terminal nucleotide of the oligonucleotide probe is blocked or impossible to extend by nucleic acid polymerase. Such blocking is conveniently performed by the binding of the reporter or quencher molecule to the 3 'position of the probe.
일 구체예에서, 리포터 분자는 링킹 모이어티를 통해 상기 프로브의 3' 말단 또는 5' 말단으로의 결합을 위해 유도체화된(derivatized) 형광 유기 염료이다. 바람직하게는, 퀀처 분자도 본 발명의 구체예에 따라, 형광이거나 또는 형광이 아닐 수 있는 유기 염료이다. 예를 들면, 본 발명의 바람직한 구체예에서, 상기 퀀처 분자는 형광성이다. 일반적으로 퀀처 분자가 형광성인지 또는 비-방사적 소멸(non-radiative decay)에 의해 리포터로부터의 전달된 에너지를 방출하는지 여부에 관계 없이, 상기 퀀처의 흡수 밴드는 상기 리포터 분자의 형광 발광 밴드와 실질적으로 중첩되이야 한다. 여기된 리포터 분자로부터 에너지를 흡수하나, 그 에너지를 방사적으로 방출하지 않는 비-형광성 퀀처 분자는 본 출원에서 발색성(chromogenic) 분자로 지칭된다.In one embodiment, the reporter molecule is a derivatized fluorescent organic dye for binding to the 3 'end or 5' end of the probe via a linking moiety. Preferably, the quencher molecule is also an organic dye, which may or may not be fluorescent, in accordance with embodiments of the present invention. For example, in a preferred embodiment of the invention, the quencher molecule is fluorescent. In general, regardless of whether a quencher molecule is fluorescent or emits energy delivered from a reporter by non-radiative decay, the absorption band of the quencher is substantially equivalent to the fluorescence emission band of the reporter molecule. Should be nested into. Non-fluorescent quencher molecules that absorb energy from excited reporter molecules, but do not radiate energy, are referred to herein as chromogenic molecules.
대표적인 리포터-퀀처 쌍은 플루오레세인(fluorescein) 및 로다민 염료를 포함한 크산텐(xanthene) 염료로부터 선택될 수 있다. 결합 부위 또는 올리고뉴클레오티드로의 부착을 위한 결합 관능기(bonding functionality)로 이용될 수 있는 치환기 또는 그들의 페닐 모이어티를 갖는 이 화합물들의 다수의 적합한 형태가 널리 상업적으로 구입가능한다. 또 다른 그룹의 형광 화합물은 알파 또는 베타 위치에 아미노기를 갖는, 나프틸아민이다. 그와 같은 나프틸아미노 화합물은 1-디메틸아미노나프틸-5-술포네이트, 1-아닐리노-8-나프탈렌 술포네이트 및 2-p-토우이디닐6-나프탈렌 술포네이트를 포함한다. 다른 염료는 3-페닐-7-이소시아나토쿠마린, 9-이소티오시아나토아크리딘 및 아크리딘 오렌지와 같은 아크리딘, N-(p-(2-벤족사졸릴)페닐)말레이미드, 벤족사디아졸, 스틸벤, 피렌 등을 포함한다.Representative reporter-quencher pairs can be selected from xanthene dyes, including fluorescein and rhodamine dyes. Many suitable forms of these compounds having substituents or their phenyl moieties that can be used as bonding functionality for attachment to a binding site or oligonucleotide are widely commercially available. Another group of fluorescent compounds is naphthylamine, having amino groups in the alpha or beta position. Such naphthylamino compounds include 1-dimethylaminonaphthyl-5-sulfonate, 1-anilino-8-naphthalene sulfonate and 2-p-toudinyl6-naphthalene sulfonate. Other dyes include acridine, such as 3-phenyl-7-isocyanatocoumarin, 9-isothiocyanatoacridine and acridine orange, N- (p- (2-benzoxazolyl) phenyl) maleimide Benzoxadiazoles, stilbenes, pyrenes and the like.
일 구체예에서, 리포터 및 퀀처 분자는 플루오레세인 및 로다민 염료로부터 선택된다.In one embodiment, the reporter and quencher molecules are selected from fluorescein and rhodamine dyes.
하기의 참조 문헌에서 예시된 바와 같이, 올리고뉴클레오티드의 5' 또는 3' 말단에 리포터 또는 퀀처 분자를 결합시키기 위한 다수의 링킹 모이어티 및 방법이 존재한다: Eckstein, editor, Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approach (IRL Press, Oxford, 1991); Zuckerman et al., Nucleic Acids Research, 15: 5305-5321 (1987) (올리고뉴클레오티드 상의 3' 티올기); Sharma et al., Nucleic Acids Research, 19: 3019 (1991) (3' 설푸히드릴); Giusti et al., PCR Methods and Applications, 2: 223-227 (1993) and Fung et al., U.S. Pat. No. 4,757,141 (아미노링크를 통한 5' 포스포아미노기) TM. II available from Applied Biosystems, Foster City, Calif.) Stabinsky, U.S. Pat. No. 4,739,044 (3' 아미노알킬포스포릴기); Agrawal et al., Tetrahedron Letters, 31: 1543-1546 (1990) (포스포르아미데이트 결합을 통한 부착); Sproat et al., Nucleic Acids Research, 15: 4837 (1987) (5' 머캅토기); Nelson et al., Nucleic Acids Research, 17: 7187-7194 (1989) (3' 아미노기); 등.As illustrated in the following references, there are a number of linking moieties and methods for binding reporter or quencher molecules to the 5 'or 3' end of an oligonucleotide: Eckstein, editor, Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approach (IRL Press, Oxford, 1991); Zuckerman et al., Nucleic Acids Research, 15: 5305-5321 (1987) (3 'thiol groups on oligonucleotides); Sharma et al., Nucleic Acids Research, 19: 3019 (1991) (3 'sulfhydryl); Giusti et al., PCR Methods and Applications, 2: 223-227 (1993) and Fung et al., U.S. Pat. No. 4,757,141 (5 'phosphoamino group via aminolink) TM. II available from Applied Biosystems, Foster City, Calif.) Stabinsky, U.S. Pat. No. 4,739,044 (3 'aminoalkylphosphoryl group); Agrawal et al., Tetrahedron Letters, 31: 1543-1546 (1990) (attachment via phosphoramidate binding); Sproat et al., Nucleic Acids Research, 15: 4837 (1987) (5 'mercapto group); Nelson et al., Nucleic Acids Research, 17: 7187-7194 (1989) (3 ′ amino group); Etc.
로다민 및 플루오레세인 염료는 또한 편리하게, 포스포르아미디트(phosphoramidite) 모이어티에 의해 유도체화된 염료에 의해 고체상 합성의 종료시 올리고뉴클레오티드의 5' 히드록시에 결합될 수 있다. 예를 들면, Woo et al., U.S. Pat. No. 5,231,191; 및 Hobbs, Jr., U.S. Pat. No. 4,997,928을 참조한다. Rhodamine and fluorescein dyes may also be conveniently bound to the 5 'hydroxy of the oligonucleotide at the end of solid phase synthesis by a dye derivatized with a phosphoramidite moiety. For example, Woo et al., U.S. Pat. No. 5,231,191; And Hobbs, Jr., U.S. Pat. No. See 4,997,928.
CATACLEAVE프로브의 고체 지지체로의 결합 Binding of CATACLEAVEProbes to Solid Supports
일 구체예에서, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브는 용액 중에 유리 형태로 존재하거나 또는 고체 지지체에 결합될 수 있다. 상이한 프로브가 고체 지지체에 결합될 수 있고 시료 중의 상이한 표적 서열을 동시에 검출하기 위해 이용될 수 있다. 상이한 형광 파장을 갖는 리포터 분자가 상이한 프로브에 사용되어, 상이한 프로브로의 혼성화가 개별적으로 검출될 수 있게 할 수 있다. In one embodiment, the oligonucleotide probe may be in free form in solution or bound to a solid support. Different probes can be bound to the solid support and used to simultaneously detect different target sequences in the sample. Reporter molecules with different fluorescence wavelengths can be used for different probes to allow hybridization to different probes to be detected individually.
올리고뉴클레오티드 프로브의 고정화를 위한 고체 지지체의 바람직한 종류의 예는 CPG(controlled pore glass), 유리판(glass plate), 폴리스티렌, 아비딘 코팅된 폴리스티렌 비드, 셀룰로오스, 나일론, 아크릴아미드 겔 및 활성화 덱스트란, CPG, 유리판 및 고 가교도 폴리스티렌(high cross-linked polystyrene)을 포함한다. 이 고체 지지체는 그들의 화학적 안정성, 관능화(functionalization)의 용이성, 명확한 표면적(well defined surface area) 때문에 혼성화 및 진단 연구를 위해 바람직하다. CPG (500 Å, 1000 Å) 및 비-팽창성(non-swelling) 고 가교도 폴리스티렌(1000 Å)과 같은 고체 지지체가 올리고뉴클레오티드 합성과의 적합성(compatibility)을 고려할 때 특히 바람직하다. Examples of preferred types of solid supports for immobilization of oligonucleotide probes include controlled pore glass, glass plate, polystyrene, avidin coated polystyrene beads, cellulose, nylon, acrylamide gels and activated dextran, CPG, Glass plates and high cross-linked polystyrene. These solid supports are preferred for hybridization and diagnostic studies because of their chemical stability, ease of functionalization, and well defined surface area. Solid supports such as CPG (500 GPa, 1000 GPa) and non-swelling high crosslinking polystyrene (1000 GPa) are particularly preferred when considering compatibility with oligonucleotide synthesis.
상기 올리고뉴클레오티드 프로브는 다양한 방식으로 고체 지지체에 결합될 수 있다. 예를 들면, 상기 프로브는 상기 프로브의 3' 또는 5' 말단 뉴클레오티드의 상기 고체 지지체로의 결합에 의해 상기 고체 지지체에 결합될 수 있다. 그러나, 상기 프로브는 상기 프로브를 상기 고체 지지체로부터 이격시키는 작용을 하는 링커에 의해 상기 고체 지지체에 결합될 수 있다. 상기 링커는 가장 바람직하게는 30개의 원자로 구성된 길이이고, 보다 바람직하게는 50개의 원자로 구성된 길이이다. The oligonucleotide probe can be bound to the solid support in a variety of ways. For example, the probe can be bound to the solid support by binding the probe's 3 'or 5' terminal nucleotides to the solid support. However, the probe may be bound to the solid support by a linker that serves to separate the probe from the solid support. The linker is most preferably a length of 30 atoms, more preferably a length of 50 atoms.
고체 지지체에 고정화된 프로브의 혼성화는 일반적으로 상기 프로브가 상기 고체 지지체로부터 30개 이상의 원자, 보다 바람직하게는 50개 이상의 원자만큼 분리될 것을 필요로 한다. 이 분리를 이루기 위해, 상기 링커는 일반적으로 상기 링커와 3'뉴클레오시드 사이에 위치한 스페이서(spacer)를 포함한다. 올리고뉴클레오티드 합성을 위해, 링커 암(linker arm)은 통상적으로 상기 올리고뉴클레오티드를 상기 고체 지지체로부터 유리시키기 위해 염기성 시약에 의해 절단될 수 있는 에스테르 결합에 의해 3' 뉴클레오시드의 3'-OH에 결합된다. Hybridization of probes immobilized on a solid support generally requires that the probe be separated from the solid support by at least 30 atoms, more preferably at least 50 atoms. To achieve this separation, the linker generally comprises a spacer located between the linker and the 3 ′ nucleoside. For oligonucleotide synthesis, a linker arm typically binds to the 3'-OH of the 3 'nucleoside by an ester bond that can be cleaved by a basic reagent to release the oligonucleotide from the solid support. do.
상기 올리고뉴클레오티드를 상기 고체 지지체에 결합시키기 위해 이용될 수 있는 광범위하게 다양한 링커가 당해 분야에서 알려져 있다. 상기 링커는 상기 지지체에 결합된 상기 프로브로의 표적 서열의 혼성화를 유의성있게 간섭하지 않는 화합물로 형성될 수 있다. 상기 링커는 자동화된 합성에 의해 상기 링커에 용이하게 부가될 수 있는 동종 중합체 올리고뉴클레오티드로 형성될 수 있다. 대안적으로, 관능화된 폴리에틸렌 글리콜과 같은 중합체가 링커로서 이용될 수 있다. 그와 같은 중합체는 표적 올리고뉴클레오티드로의 프로브의 혼성화를 유의성 있게 간섭하지 않기 때문에 동종중합체 올리고뉴클레오티드보다 바람직하다. 폴리에틸렌 글리콜은 상업적으로 구매가능하고, 유기 및 수성 매질에서 가용성이며, 관능화가 용이하며, 올리고뉴클레오티드 합성 및 후-합성(post-synthesis) 조건 하에서 완전히 안정하기 때문에 특히 바람직하다. A wide variety of linkers are known in the art that can be used to bind the oligonucleotides to the solid support. The linker may be formed of a compound that does not significantly interfere with the hybridization of the target sequence to the probe bound to the support. The linker may be formed of homopolymer oligonucleotides that can be easily added to the linker by automated synthesis. Alternatively, polymers such as functionalized polyethylene glycols can be used as linkers. Such polymers are preferred over homopolymer oligonucleotides because they do not significantly interfere with hybridization of the probe to the target oligonucleotide. Polyethylene glycol is particularly preferred because it is commercially available, soluble in organic and aqueous media, easy to functionalize, and completely stable under oligonucleotide synthesis and post-synthesis conditions.
고체 지지체, 링커 및 프로브 간의 결합은 바람직하게는 고온에서 염기성 조건 하에서 염기 보호기의 제거 동안 절단되지 않는다.The bond between the solid support, the linker and the probe is preferably not cleaved during the removal of the base protecting group under basic conditions at high temperature.
바람직한 결합은 카르바메이트 및 아미드 결합을 포함한다. 프로브의 고정화가 당해 분야에서 잘 알려져 있으며 당업자는 고정화 조건을 결정할 수 있다. Preferred bonds include carbamate and amide bonds. Immobilization of probes is well known in the art and one skilled in the art can determine immobilization conditions.
상기 방법의 일 구체예에 따르면, CataCleave™ 프로브가 고체 지지체에 결합된다. 상기 CataCleave™ 프로브는 검출가능한 표지 및 DNA 및 RNA 핵산 서열을 포함하고, 상기 프로브의 RNA 핵산 서열은 표적 DNA 서열의 선택된 영역에 상보적이고 상기 프로브의 DNA 핵산 서열은 상기 표적 DNA 서열의 선택된 영역에 인접한 DNA 서열에 실질적으로 상보적이다. 상기 프로브는 RNase H의 존재 하에 및 상기 프로브 내의 RNA 서열이 PCR 단편 내의 상보적 DNA 서열과 RNA:DNA 헤테로듀플렉스를 형성할 수 있는 조건 하에서 핵산의 시료와 접촉된다. 상기 RNA:DNA 헤테로듀플렉스 내의 RNA 서열의 RNase H 절단은 프로브 상의 표지로부터의 신호 방출의 실시간 증가를 초래하고, 상기 신호의 증가는 표적 DNA 중의 다형성의 존재를 나타낸다. According to one embodiment of the method, the CataCleave ™ probe is bound to a solid support. The CataCleave ™ probe comprises a detectable label and a DNA and RNA nucleic acid sequence, the RNA nucleic acid sequence of the probe is complementary to a selected region of the target DNA sequence and the DNA nucleic acid sequence of the probe is adjacent to the selected region of the target DNA sequence Substantially complementary to the DNA sequence. The probe is contacted with a sample of nucleic acid in the presence of RNase H and under conditions such that the RNA sequence in the probe can form an RNA: DNA heteroduplex with a complementary DNA sequence in a PCR fragment. RNase H cleavage of the RNA sequence in the RNA: DNA heteroduplex results in a real-time increase in signal release from the label on the probe, and the increase in signal indicates the presence of polymorphism in the target DNA.
Catacleave 프로브의 RNase H에 의한 절단 Cleavage by RNase H of CatacleaveProbe
RNase H는 RNA-DNA 하이브리드에서 RNA를 가수분해한다. 송아지 흉선에서 최초로 확인된 후, RNase H는 뒤이어 다양한 개체에서 발견되었다. RNase H 활성은 진핵생물 및 박테리아에 편재하는 것으로 보인다. RNase H는 다양한 분자량 및 핵산분해 활성(nucleolytic activity)의 단백질의 패밀리를 형성하나, 다양한 이소형에 대해 기질 요건은 유사한 것으로 보인다. 예를 들면, 현재까지 연구된 대부분의 RNase H는 엔도뉴클레아제로 기능하고 5' 포스페이트 및 3'-히드록시 말단을 갖는 절단 산물을 생성하기 위해 2가 양이온(예를 들면, Mg2+, Mn2+)을 요구한다. RNase H hydrolyzes RNA in RNA-DNA hybrids. After first being identified in the calf thymus, RNase H was subsequently found in various individuals. RNase H activity appears to be ubiquitous in eukaryotes and bacteria. RNase H forms a family of proteins of varying molecular weight and nucleolytic activity, but the substrate requirements appear to be similar for the various isotypes. For example, most of the RNase Hs studied to date function as endonucleases and produce divalent cations (eg, Mg 2+ , Mn to produce cleavage products having 5 'phosphate and 3'-hydroxy termini). 2+ ).
원핵생물에서, RNase H가 클로닝되고 광범위하게 규명되었다(Crooke, et al., (1995) Biochem J, 312 (Pt 2), 599-608; Lima, et al., (1997) J Biol Chem, 272, 27513-27516; Lima, et al., (1997) Biochemistry, 36, 390-398; Lima, et al., (1997) J Biol Chem, 272, 18191-18199; Lima, et al., (2007) Mol Pharmacol, 71, 83-91; Lima, et al., (2007) Mol Pharmacol, 71, 73-82; Lima, et al., (2003) J Biol Chem, 278, 14906-14912; Lima, et al., (2003) J Biol Chem, 278, 49860-49867; Itaya, M., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1990, 87, 8587-8591 참조). 예를 들면, 대장균 RNase HII는 213개의 아미노산으로 구성된 길이이며, RNase HI은 155개의 아미노산으로 구성된 길이이다. 대장균 RNase HII는 대장균 RNase HI과 단 17%의 상동성(homology)를 보인다. 살모넬라 티피뮤리움(S. typhimurium)으로부터 클로닝된 RNase H는 대장균 RNase HI과 단 11개의 위치에서만 상이했고 155개의 아미노산으로 구성된 길이였다(Itaya, M. and Kondo K., Nucleic Acids Res., 1991, 19, 4443-4449). RNase H 활성을 보이는 단백질은 또한 다수의 바이러스, 다른 박테리아 및 효모로부터 클로닝되고 정제되었다 (Wintersberger, U. Pharmac. Ther., 1990, 48, 259-280). 많은 경우에, RNase H 활성을 갖는 단백질은 RNase H가 또 다른 효소, 종종 DNA 또는 RNA 폴리머라아제의 아미노 말단 또는 카르복시 말단에 융합된 것인 융합 단백질인 것으로 사료된다. RNase H 도메인은 대장균 RNase HI과 높은 상동성을 갖는 것으로 일관되게 확인되었으나, 나머지 도메인은 상당히 다양하므로, 상기 융합 단백질의 분자량 및 기타 특성이 광범위하게 다야하다. 고등 진핵생물에서, RNase H는 분자량, 2가 양이온의 효과, 설프히드릴(sulfhydryl) 작용제에 대한 민감성 및 면역학적 교차-반응성의 차이에 근거하여 두 종류의 RNase H가 정의되었다 (Busen et al., Eur. J. Biochem., 1977, 74, 203-208). RNase HI 효소는 68-90 kDa 범위의 분자량을 가지며 Mn2+ 또는 Mg2+에 의해 활성화되며, 설프히드릴 작용제에 둔감한 것으로 보고되었다. 대조적으로, RNase H II 효소는 31-45 kDa 범위의 분자량을 가지며 Mg2+를 요구하며, 설프히드릴 작용제에 매우 민감하고, Mn2+에 의해 억제되는 것으로 보고되었다(Busen, W., and Hausen, P., Eur. J. Biochem., 1975, 52, 179-190; Kane, C. M., Biochemistry, 1988, 27, 3187-3196; Busen, W., J. Biol. Chem., 1982, 257, 7106-7108).In prokaryotes, RNase H has been cloned and extensively identified (Crooke, et al., (1995) Biochem J, 312 (Pt 2), 599-608; Lima, et al., (1997) J Biol Chem, 272 , 27513-27516; Lima, et al., (1997) Biochemistry, 36, 390-398; Lima, et al., (1997) J Biol Chem, 272, 18191-18199; Lima, et al., (2007) Mol Pharmacol, 71, 83-91; Lima, et al., (2007) Mol Pharmacol, 71, 73-82; Lima, et al., (2003) J Biol Chem, 278, 14906-14912; Lima, et al , (2003) J Biol Chem, 278, 49860-49867; Itaya, M., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1990, 87, 8587-8591). For example, E. coli RNase HII is 213 amino acids long and RNase HI is 155 amino acids long. E. coli RNase HII shows only 17% homology with E. coli RNase HI. Salmonella typhimurium The RNase H cloned from (S. typhimurium) is E. coli RNase HI and differ only in length was only 11 locations were composed of 155 amino acids (Itaya, M. and Kondo K., Nucleic Acids Res., 1991, 19, 4443-4449). Proteins showing RNase H activity have also been cloned and purified from a number of viruses, other bacteria and yeasts (Wintersberger, U. Pharmac. Ther., 1990, 48, 259-280). In many cases, a protein with RNase H activity is thought to be a fusion protein in which RNase H is fused to the amino terminus or carboxy terminus of another enzyme, often a DNA or RNA polymerase. The RNase H domain has been consistently identified as having high homology with Escherichia coli RNase HI, but the remaining domains are quite diverse, so the molecular weight and other properties of the fusion protein must be extensive. In higher eukaryotes, two types of RNase H have been defined based on differences in molecular weight, effects of divalent cations, sensitivity to sulfhydryl agonists and immunological cross-reactivity (Busen et al. , Eur. J. Biochem., 1977, 74, 203-208). RNase HI enzymes have a molecular weight ranging from 68-90 kDa and are activated by Mn 2+ or Mg 2+ and have been reported to be insensitive to sulfhydryl agonists. In contrast, RNase H II enzymes have a molecular weight ranging from 31-45 kDa and require Mg 2+ , are very sensitive to sulfhydryl agonists, and have been reported to be inhibited by Mn 2+ (Busen, W., and Hausen, P., Eur. J. Biochem., 1975, 52, 179-190; Kane, CM, Biochemistry, 1988, 27, 3187-3196; Busen, W., J. Biol. Chem., 1982, 257, 7106-7108).
RNase HII 특성을 갖는 효소는 또한 인간 태반으로부터 거의 동질성 수준까지 정제되었다 (Frank et al., Nucleic Acids Res., 1994, 22, 5247-5254). 이 단백질은 약 33 kDa의 분자량을 가지며, 6.5-10의 pH 범위에서 활성을 가지며, 최적 pH는 8.5-9이다. 상기 효소는 Mg2+를 요구하고 Mn2+ 및 n-에틸 말레이미드에 의해 억제된다. 절단 반응의 산물은 3' 히드록시 말단 및 5' 포스페이트 말단을 갖는다. Enzymes with RNase HII properties have also been purified from human placenta to near homogeneity levels (Frank et al., Nucleic Acids Res., 1994, 22, 5247-5254). This protein has a molecular weight of about 33 kDa and is active in a pH range of 6.5-10 with an optimal pH of 8.5-9. The enzyme requires Mg 2+ and is inhibited by Mn 2+ and n-ethyl maleimide. The product of the cleavage reaction has a 3 'hydroxy end and a 5' phosphate end.
상이한 종으로부터의 RNase의 상세한 비교가 Ohtani N, Haruki M, Morikawa M, Kanaya S. J Biosci Bioeng. 1999;88(1):12-9에 보고된다.Detailed comparisons of RNases from different species are described in Ohtani N, Haruki M, Morikawa M, Kanaya S. J Biosci Bioeng. 1999; 88 (1): 12-9.
구체예에서 이용될 수 있는 RNase H 효소의 예는 파이로콕코스 푸리오수스(Pyrococcus furiosus) RNase HII, 파이로콕코스 호리코시(Pyrococcus horikoshi) RNase HII, 써모콕코스 리토랄리스 (Thermococcus litoralis) RNase HI, 써무스 써모필루스 (Thermus thermophilus) RNase HI와 같은 호열성 개체로부터 분리된 열안정성 RNase H 효소를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.Examples of RNase H enzymes that can be used in embodiments are pyrococcus furiosus (Pyrococcus furiosusRNase HII, pyrococcus horikoshi (Pyrococcus horikoshi) RNase HII, Thermococcus litoralis (Thermococcus litoralis) RNase HI, Thermos Thermophilus (Thermus thermophilus) And thermostable RNase H enzymes isolated from thermophilic individuals such as RNase HI.
구체예에서 이용될 수 있는 다른 RNase H 효소는 예를 들면, 참조에 의해 그 내용이 본 명세서에 포함된, Uemori에 의한 미국특허 제7,422,888호 또는 Walder에 의한 미국출원공개 2009/0325169에 기재된다. Other RNase H enzymes that can be used in embodiments are described, for example, in U.S. Patent No. 7,422,888 to Uemori or U.S. Patent Application Publication No. 2009/0325169 to Walder, the contents of which are incorporated herein by reference.
일 구체예에서, RNase H 효소는 하기에 표시된 Pfu RNase HII (서열번호 1) 효소의 아미노산 서열과 40%, 50%,60%, 70%, 80%, 90%, 95% 또는 99% 상동성을 갖는 열안정성 RNase H이다.In one embodiment, the RNase H enzyme is 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% or 99% homologous to the amino acid sequence of the Pfu RNase HII (SEQ ID NO: 1) enzyme shown below It is a thermostable RNase H having.
MKIGGIDEAG RGPAIGPLVV ATVVVDEKNI EKLRNIGVKD SKQLTPHERK NLFSQITSIA 60MKIGGIDEAG RGPAIGPLVV ATVVVDEKNI EKLRNIGVKD SKQLTPHERK NLFSQITSIA 60
DDYKIVIVSP EEIDNRSGTM NELEVEKFAL ALNSLQIKPA LIYADAADVD ANRFASLIER 120DDYKIVIVSP EEIDNRSGTM NELEVEKFAL ALNSLQIKPA LIYADAADVD ANRFASLIER 120
RLNYKAKIIA EHKADAKYPV VSAASILAKV VRDEEIEKLK KQYGDFGSGY PSDPKTKKWL 180RLNYKAKIIA EHKADAKYPV VSAASILAKV VRDEEIEKLK KQYGDFGSGY PSDPKTKKWL 180
EEYYKKHNSF PPIVRRTWET VRKIEESIKA KKSQLTLDKF FKKP (서열번호 1)EEYYKKHNSF PPIVRRTWET VRKIEESIKA KKSQLTLDKF FKKP (SEQ ID NO: 1)
상동성(homology)은 예를 들면, 컴퓨터 프로그램 DNASIS-Mac (Takara Shuzo), 컴퓨터 알고리듬 FASTA (버전 3.0; Pearson, W. R. et al., Pro. Natl. Acad. Sci., 85:2444-2448, 1988) 또는 컴퓨터 알고리듬 BLAST (버전 2.0, Altschul et al.,Nucleic Acids Res. 25:3389-3402, 1997)을 이용하여 결정될 수 있다.Homology is described, for example, in the computer program DNASIS-Mac (Takara Shuzo), computer algorithm FASTA (version 3.0; Pearson, WR et al., Pro. Natl. Acad. Sci., 85: 2444-2448, 1988 ) Or computer algorithm BLAST (version 2.0, Altschul et al., Nucleic Acids Res. 25: 3389-3402, 1997).
또 다른 구체예에서, RNase H 효소는 서열번호 1의 위치 5-20, 33-44, 132-150, 및 158-173에 해당하는 상동성 영역 1 내지 4 중 하나 이상을 갖는 열안정성 RNase H 이다.In another embodiment, the RNase H enzyme is a thermostable RNase H having one or more of the homology regions 1-4 corresponding to positions 5-20, 33-44, 132-150, and 158-173 of SEQ ID NO: 1 .
상동성 영역 1: GIDEAG RGPAIGPLVV (서열번호 19; 서열번호 1의 5 내지 20번 위치에 해당함)Homologous region 1: GIDEAG RGPAIGPLVV (SEQ ID NO: 19; corresponding to positions 5-20 of SEQ ID NO: 1)
상동성 영역 2: LRNIGVKD SKQL (서열번호 20; 서열번호 1의 33 내지 44번 위치에 해당함)Homologous region 2: LRNIGVKD SKQL (SEQ ID NO: 20; corresponds to positions 33-44 of SEQ ID NO: 1)
상동성 영역 3: HKADAKYPV VSAASILAKV (서열번호 21; 서열번호 1의 132 내지 150번 위치에 해당함)Homologous region 3: HKADAKYPV VSAASILAKV (SEQ ID NO: 21; corresponds to positions 132-150 of SEQ ID NO: 1)
상동성 영역 4: KLK KQYGDFGSGY PSD (서열번호 22; 서열번호 1의 158 내지 173번 위치에 해당함)Homologous Region 4: KLK KQYGDFGSGY PSD (SEQ ID NO: 22; corresponds to positions 158-173 of SEQ ID NO: 1)
또 다른 구체예에서, RNase H 효소는 서열번호 19, 20, 21 및 22의 폴리펩티드 서열과 50%, 60%. 70%, 80%, 90%, 95% 서열 동일성(sequence identity)을 갖는 상동성 영역 중 하나 이상을 갖는 열안정성 RNase H이다. In another embodiment, the RNase H enzyme is 50%, 60% with the polypeptide sequences of SEQ ID NOs: 19, 20, 21, and 22. Thermostable RNase H with one or more of the homology regions having 70%, 80%, 90%, 95% sequence identity.
본 명세서에서 사용된 용어 "서열 동일성(sequence identity)"은 서열이 비교 범위(window of comparison) 전체에서 아미노산 대 아미노산 기준으로 동일하거나 기능적으로 또는 구조적으로 유사한 정도를 의미한다. 따라서, "서열 동일성의 백분율(percentage of sequence identity)"은 예를 들면, 비교 범위 전체에서 두 개의 최적으로 정렬된 서열을 비교하는 단계, 두 서열 모두에서 동일한 아미노산이 나타나는 위치의 갯수를 결정하여 일치된(matched) 위치의 갯수를 수득하는 단계, 상기 일치된 위치의 갯수를 비교 범위 내의 위치의 총 갯수(즉, 범위 크기)로 나누는 단계, 및 상기 결과에 100을 곱하여 서열 동일성의 백분율을 수득하는 단계에 의해 계산될 수 있다. As used herein, the term "sequence identity" refers to the extent to which sequences are identical, functionally or structurally similar on an amino acid to amino acid basis throughout the window of comparison. Thus, a "percentage of sequence identity" refers to, for example, comparing two optimally aligned sequences throughout a comparison range, determining the number of positions where identical amino acids appear in both sequences, and matching Obtaining the number of matched positions, dividing the number of matched positions by the total number of positions in the comparison range (ie, range size), and multiplying the result by 100 to obtain a percentage of sequence identity Can be calculated by step.
특정 구체예에서, 상기 RNase H는 핫 스타트(hot start) "유도성(inducible)" RNase H를 생성하기 위해 변형될 수 있다.In certain embodiments, the RNase H can be modified to produce a hot start "inducible" RNase H.
본 명세서에서 사용된 용어 "변형된 RNase H(modified RNase H)"는 RNase H의 엔도뉴클레아제 활성의 상실을 유발하는 저해 인자에 가역적으로 커플링되거나 또는 가역적으로 결합된 RNase H일 수 있다.As used herein, the term “modified RNase H” may be RNase H that is reversibly coupled or reversibly coupled to an inhibitor that causes a loss of endonuclease activity of RNase H.
상기 저해 인자의 RNase H로부터의 방출 또는 분리(decoupling)는 적어도 부분적인 또는 완전한 RNase H의 엔도뉴클레아제 활성을 회복한다. 완전한(intact) RNase H의 활성의 약 30 내지 100%는 충분할 수 있다. 상기 저해 인자는 리간드 또는 화학적 변형일 수 있다. 상기 리간드는 항체, 앱타머(aptamer), 수용체, 보조인자, 또는 킬레이트제일 수 있다. 상기 리간드는 RNase H 효소의 활성 부위에 결합할 수 있고, 이에 의해 효소 활성을 저해하거나, 또는 상기 RNase의 활성 부위로부터 떨어진 부위에 결합할 수 있다. 일부 구체예에서, 상기 리간드는 구조적 변화(conformational change)를 유도할 수 있다. 상기 화학적 변형은 가교화(예를 들면, 포름알데히드에 의한 가교화) 또는 아실화일 수 있다. RNase HII로부터 상기 저해 인자의 방출 또는 분리는 커플링된 RNase HII (불활성)를 포함하는 시료 또는 혼합물을 약 65℃ 내지 약 95℃ 이상의 온도까지 가열하고, 및/또는 상기 혼합물 또는 시료의 pH를 약 7.0 이하로 낮추는 것에 의해 이루어질 수 있다. Release or decoupling of the inhibitory factor from RNase H restores the endonuclease activity of at least partial or complete RNase H. About 30-100% of the activity of intact RNase H may be sufficient. The inhibitory factor may be a ligand or a chemical modification. The ligand may be an antibody, aptamer, receptor, cofactor, or chelating agent. The ligand can bind to the active site of the RNase H enzyme, thereby inhibiting the enzyme activity or binding to a site away from the active site of the RNase. In some embodiments, the ligand can induce a conformational change. The chemical modification may be crosslinking (eg crosslinking with formaldehyde) or acylation. The release or separation of the inhibitory factor from RNase HII involves heating a sample or mixture comprising coupled RNase HII (inert) to a temperature of at least about 65 ° C. to about 95 ° C., and / or reducing the pH of the mixture or sample to about By lowering to below 7.0.
본 명세서에서 사용된, 핫 스타트 "유도성" RNase H 활성은 리간드의 결합에 의해 조절될 수 있는 엔도뉴클레아제 촉매 활성을 갖는 본 명세서에 기재된 변형된 RNase H를 의미한다. 허용적(permissive) 조건 하에서, RNase H 엔도뉴클레아제 촉매 활성이 활성화되나, 비-허용적 조건에서, 이 촉매 활성은 억제된다. 일부 구체예에서, 변형된 RNase H의 촉매 활성은 역전사에 적합한 온도, 즉 42℃에서 억제되고 PCR 반응에서 발견되는 보다 상승된 온도, 즉, 약 65℃ 내지 95℃에서 활성화된다. 이 특성을 갖는 변형된 RNase H는 "열 유도성(heat inducible)"인 것으로 지칭된다. As used herein, hot start "inducible" RNase H activity refers to the modified RNase H described herein having endonuclease catalytic activity that can be regulated by the binding of a ligand. Under permissive conditions, RNase H endonuclease catalytic activity is activated, but under non-permissive conditions, this catalytic activity is inhibited. In some embodiments, the catalytic activity of the modified RNase H is activated at a temperature suitable for reverse transcription, ie 42 ° C. and at a higher temperature found in the PCR reaction, ie, about 65 ° C. to 95 ° C. Modified RNase H with this property is referred to as "heat inducible".
다른 구체예에서, 변형된 RNase H의 촉매 활성은 상기 효소를 포함하는 용액의 pH를 변화시키는 것에 의해 조절될 수 있다. In another embodiment, the catalytic activity of the modified RNase H can be adjusted by changing the pH of the solution containing the enzyme.
본 명세서에서 사용된 "핫 스타트(hot start)" 효소 조성물은 비-허용적 온도, 즉, 약 25℃ 내지 약 45℃에서 억제되고, PCR 반응에 적합한 온도, 예를 들면, 약 55℃ 내지 약 95℃에서 활성화되는 효소 활성을 갖는 조성물을 의미한다. 특정 구체예에서, "핫 스타트" 효소 조성물은 당해 분야에서 알려진, '핫 스타트' RNase H 및/또는 '핫 스타트' 열안정성 DNA 폴리머라아제를 가질 수 있다. As used herein, a “hot start” enzyme composition is inhibited at a non-acceptable temperature, ie, from about 25 ° C. to about 45 ° C., and suitable for a PCR reaction, eg, from about 55 ° C. to about It means a composition having an enzymatic activity that is activated at 95 ℃. In certain embodiments, a "hot start" enzyme composition may have a 'hot start' RNase H and / or 'hot start' thermostable DNA polymerase, known in the art.
RNase H 효소의 가교화는 예를 들면, 포름알데히드를 이용하여 수행될 수 있다. 일 구체예에서, 열안정성 RNase HII는 포름알데히드를 이용한 제어되고 한정된 가교화를 거친다. 활성 상태의 변형된 RNase HII를 포함하는 증폭 반응 조성물을 약 95℃ 이상의 온도까지 연장된 시간 동안, 예를 들면, 약 15분 동안 가열하는 것에 의해, 가교화는 역전되고 상기 RNase HII 활성이 회복된다.Crosslinking of the RNase H enzyme can be carried out using, for example, formaldehyde. In one embodiment, the thermostable RNase HII is subjected to controlled and limited crosslinking with formaldehyde. By heating the amplification reaction composition comprising the modified RNase HII in an active state for a prolonged time, for example, for about 15 minutes, to a temperature of about 95 ° C. or more, the crosslinking is reversed and the RNase HII activity is restored. .
일반적으로, 가교화의 정도가 더 낮을수록, 가교화의 역전 후에, 효소의 엔도뉴클레아제 활성이 더 높다. 가교화의 정도는 포름알데히드의 농도 및 가교화 반응의 지속기간을 변화시키는 것에 의해 조절될 수 있다. 예를 들면, 약 0.2% (w/v), 약 0,4% (w/v), 약 0.6% (w/v), 또는 약 0.8% (w/v)의 포름알데히드가 RNase H 효소를 가교시키기 위해 이용될 수 있다. 0.6% 포름알데히드를 이용한 약 10분의 가교화 반응이 파이로콕코스 푸리오수스로부터의 RNase HII를 불활성화시키기에 충분할 수 있다. In general, the lower the degree of crosslinking, the higher the endonuclease activity of the enzyme after reversal of crosslinking. The degree of crosslinking can be controlled by varying the concentration of formaldehyde and the duration of the crosslinking reaction. For example, about 0.2% (w / v), about 0,4% (w / v), about 0.6% (w / v), or about 0.8% (w / v) formaldehyde may be used to form the RNase H enzyme. It can be used to crosslink. A crosslinking reaction of about 10 minutes with 0.6% formaldehyde may be sufficient to inactivate RNase HII from Pyrococcus furiosus.
가교된 RNase HII는 약 37℃에서 측정가능한 엔도뉴클레아제 활성을 보이지 않는다. 일부 경우에, 가교된 RNase HII의 측정가능한 부분적 재활성화가 PCR 변성 온도보다 더 낮은, 약 50℃의 온도에서 일어날 수 있다. 그와 같은 의도하지 않은 효소의 재활성화를 피하기 위해, 변형된 RNase HII를 재활성화시킬 때까지, 50℃ 미만의 온도에서 저장 또는 유지하는 것이 필요할 수 있다. Crosslinked RNase HII shows no measurable endonuclease activity at about 37 ° C. In some cases, measurable partial reactivation of crosslinked RNase HII may occur at a temperature of about 50 ° C., lower than the PCR denaturation temperature. In order to avoid reactivation of such unintended enzymes, it may be necessary to store or maintain at temperatures below 50 ° C. until the modified RNase HII is reactivated.
일반적으로, PCR은 이중 가닥 표적 서열을 변성시키기 위해 각 사이클에서 증폭 조성물을 약 95℃까지 가열하는 것을 필요로 하고, 이는 또한 RNase H로부터 불활성화 인자들을 방출시키므로, 부분적으로 또는 완전히 상기 효소의 활성을 회복시킨다. In general, PCR requires heating the amplification composition to about 95 ° C. in each cycle to denature the double stranded target sequence, which also releases inactivation factors from RNase H, thus partially or completely activating the enzyme. To recover.
RNase H는 또한 아실화제, 예를 들면, 디카르복시산을 이용하여 라이신 잔기의 아실화를 상기 효소에 적용하는 것에 의해 변형될 수 있다. RNase H의 아실화는 아실화 버퍼 중의 RNase H의 용액에 시스-아코니틴산 무수물(cis-aconitic anhydride)을 첨가하고 약 1-20℃에서 5-30시간 동안 인큐베이션하는 것에 의해 수행될 수 있다. 일 구체예에서, 상기 아실화는 약 3 내지 8℃에서 18 내지 24시간 동안 수행될 수 있다. 아실화 버퍼의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 일 구체예에서, 상기 아실화 버퍼는 약 7.5 내지 약 9.0의 pH를 갖는다. RNase H can also be modified by applying acylation of lysine residues to the enzyme using an acylating agent such as dicarboxylic acid. Acylation of RNase H may be performed by adding cis-aconitic anhydride to a solution of RNase H in acylation buffer and incubating at about 1-20 ° C. for 5-30 hours. In one embodiment, the acylation may be performed at about 3 to 8 ° C. for 18 to 24 hours. The kind of acylation buffer is not specifically limited. In one embodiment, the acylation buffer has a pH of about 7.5 to about 9.0.
아실화된 RNase H의 활성은 증폭 조성물의 pH를 약 7.0 이하로 낮추는 것에 의해 회복될 수 있다. 예를 들면, Tris 버퍼가 완충제로 이용되는 경우, 상기 조성물은 약 95℃까지 가열되어, 약 8.7 (25℃)에서 약 6.5 (95℃)로의 pH 저하를 초래할 수 있다.The activity of acylated RNase H can be restored by lowering the pH of the amplifying composition to about 7.0 or less. For example, when Tris buffer is used as a buffer, the composition may be heated to about 95 ° C., resulting in a pH drop from about 8.7 (25 ° C.) to about 6.5 (95 ° C.).
증폭 반응 조성물에서 가열 단계의 지속시간은 변형된 RNase H, PCR에서 사용된 버퍼, 등에 따라 변할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 증폭 조성물을 약 30초 내지 4분 동안 95℃로 가열하면 RNase H 활성을 회복시키기에 충분하다. 일 구체예에서, Invitrogen AgPathTM 버퍼와 같은 상업적으로 구입가능한 버퍼를 이용하여, 파이로콕소스 푸리오수스 RNase HII의 완전한 활성이 약 2분의 가열 후에 회복된다. The duration of the heating step in the amplification reaction composition can vary depending on the modified RNase H, the buffer used in the PCR, and the like. In general, however, heating the amplification composition to 95 ° C. for about 30 seconds to 4 minutes is sufficient to restore RNase H activity. In one embodiment, using a commercially available buffer, such as Invitrogen AgPath ™ buffer, complete activity of Pyrocoxose Puriosus RNase HII is restored after about 2 minutes of heating.
RNase H 활성은 당해 분야에서 잘 알려진 방법을 이용하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 제1 방법에 따르면, 단위 활성(unit activity)은 정해진 분석 조건 하에서 동일 몰량의 폴리티미딜산(polythymidylic acid)의 존재 하에 특정 몰수의 방사능표지된 폴리아데닐산의 산-가용화(acid-solubilization)로 정의된다(Epicentre Hybridase thermostable RNase HI 참조). 제2 방법에서, 단위 활성은 정해진 분석 조건 하에서 동일 몰량의 프로브와 상보적 주형 DNA를 포함하는 반응의 상대적 형광 강도의 특이적 증가(specific increase)로 정의된다.RNase H activity can be determined using methods well known in the art. For example, according to the first method, unit activity is determined by acid-solubilization of certain moles of radiolabeled polyadenylic acid in the presence of the same molar amount of polythymidylic acid under defined assay conditions. solubilization (see Epicentre Hybridase thermostable RNase HI). In a second method, unit activity is defined as the specific increase in the relative fluorescence intensity of a reaction comprising the same molar amount of probe and complementary template DNA under defined assay conditions.
프로브 보호 올리고뉴클레오티드(probe protector oligonucleotide)Probe protector oligonucleotide
본 명세서에 개시된 CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브는 그 말단이 형광 공여체 및 퀀처를 포함하는 FRET 쌍으로 표지될 수 있는, RNA 및 DNA 서열을 포함하는 단일 가닥 올리고뉴클레오티드일 수 있다. 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 엔도뉴클레아제에 의한 절단(endonucleolytic cleavage)은 퀀처로부터 형광 공여체의 분리 및 형광 방출의 증가를 가져온다. The CATACLEAVE ™ oligonucleotide probes disclosed herein may be single stranded oligonucleotides comprising RNA and DNA sequences, the ends of which may be labeled with FRET pairs comprising fluorescent donors and quencher. Endonucleolytic cleavage of the oligonucleotide probes results in increased isolation of fluorescent donors and fluorescence emission from the quencher.
따라서, 표적 핵산 서열 검출 전 CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브의 왜곡(spurious) 절단은 분석의 전체 민감도를 약화시키는 백그라운드 비-특이적 형광의 수준 증가를 초래할 수 있다. CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브의 그와 같은 너무 이른 절단은 여러 원인을 가질 수 있다. 예를 들면, 시료가 단일-가닥 RNA 또는 DNA를 절단할 수 있는 잔류량의 오염(contaminating) 뉴클레아제를 가질 수 있는 세포 용해물일 수 있다. 단일 가닥 서열은 pH 변화 또는 자유 라디칼의 존재에 취약할 수 있다. PCR 사이클 동안, CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브의 RNA 모이어티는 증폭 버퍼 중 RNase H에 의해 절단될 수 있는 비-특이적 RNA:DNA 헤테로듀플렉스를 형성할 수 있다. 근본 원인에 관계없이, CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브는 실시간 PCR 반응 또는 장기간 저장 동안 엔도뉴클레아제에 의한 분해에 매우 취약하다. Thus, spurious cleavage of the CATACLEAVE ™ oligonucleotide probe prior to detection of the target nucleic acid sequence may result in increased levels of background non-specific fluorescence that weakens the overall sensitivity of the assay. Such premature cleavage of CATACLEAVE ™ oligonucleotide probes can have several causes. For example, the sample may be a cell lysate that may have a residual amount of contaminating nuclease capable of cleaving single-stranded RNA or DNA. Single stranded sequences may be vulnerable to pH changes or the presence of free radicals. During the PCR cycle, the RNA moiety of the CATACLEAVE ™ oligonucleotide probe can form a non-specific RNA: DNA heteroduplex that can be cleaved by RNase H in the amplification buffer. Regardless of the root cause, CATACLEAVE ™ oligonucleotide probes are very susceptible to degradation by endonucleases during real time PCR reactions or long term storage.
이러한 잠재적 문제들을 상쇄시키기 위해, 본 개시는 프로브 보호 올리고뉴클레오티드(본 명세서 전체에서, "상보적 가닥(complementary strand)" 또는 "보호제(protector)" 또는 "프로브 보호제(probe protector)"로도 지칭됨)를 제공하고, 상기 올리고뉴클레오티드는 "올리고뉴클레오티드 프로브"(본 명세서 전체에서 "프로브" 또는 "CATACLEAVE™ 프로브"로도 지칭됨)에 적어도 부분적으로 상보적이다. 또한 메틸화에 의해 변형될 수 있는 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드는 따라서, 실시간 PCR 사이클링 동안 CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브와 염기쌍을 형성하고 상기 프로브를 분해 또는 DNA 서열과의 비-특이적 혼성화로부터 "보호"하도록 설계된다. To counteract these potential problems, the present disclosure is referred to as probe protection oligonucleotides (also referred to throughout this specification as "complementary strand" or "protector" or "probe protector"). Wherein the oligonucleotide is at least partially complementary to an "oligonucleotide probe" (also referred to as a "probe" or "CATACLEAVE ™ probe" throughout this specification). The probe protection oligonucleotides, which can also be modified by methylation, are therefore designed to form base pairs with CATACLEAVE ™ oligonucleotide probes during real time PCR cycling and to “protect” the probes from degradation or non-specific hybridization with DNA sequences. do.
따라서, 완벽하게 계획된 증폭 프로토콜에서, 상기 단일 가닥 CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브는 증폭된 PCR 단편에서 선택된 표적 DNA 서열과의 어닐링 직전에 노출되어, RNA:DNA 헤테로듀플렉스를 생성하고, 상기 헤테로듀플렉스는 증폭 혼합물 중의 RNase H에 의해 절단되어, 형광 방출의 수반된 증가를 가져올 수 있다. Thus, in a perfectly planned amplification protocol, the single stranded CATACLEAVE ™ oligonucleotide probe is exposed just prior to annealing with the selected target DNA sequence in the amplified PCR fragment to generate an RNA: DNA heteroduplex, the heteroduplex amplifying mixture Can be cleaved by RNase H, resulting in a concomitant increase in fluorescence emission.
상기 올리고뉴클레오티드 프로브 및 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드는 각각 식 I 및 식 II에 의해 표시된다: The oligonucleotide probe and the probe protection oligonucleotide are represented by Formula I and Formula II, respectively:
R1-X-R2 (식 I)R1-X-R2 (Formula I)
R3-X'-R4 (식 II)R3-X'-R4 (Formula II)
식 중에서, 각각의 R1 및 R2는 핵산 또는 핵산 아날로그로부터 선택되고, X는 RNA이다. 상기 프로브의 X 서열은 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 X' 서열에 상보적이고, 따라서, 제1 프로브 및 제2 프로브는 상호 간에 염기쌍을 형성할 수 있다. Wherein each R 1 and R 2 is selected from a nucleic acid or a nucleic acid analog, and X is RNA. The X sequence of the probe is complementary to the X ′ sequence of the probe protective oligonucleotide, so that the first probe and the second probe may form base pairs with each other.
식 I 및 식 II에서, R1, R2, R3 및 R4 중 하나 이상은 핵산 또는 핵산 아날로그일 수 있다. In Formulas I and II, one or more of R1, R2, R3, and R4 may be nucleic acids or nucleic acid analogs.
예를 들면, R1 및 R2는 모두 DNA이거나, R1은 DNA이고 R2는 RNA이거나, R1은 RNA이고 R2는 DNA이거나, 또는 R1 및 R2는 모두 RNA일 수 있다.For example, both R1 and R2 can be DNA, R1 is DNA and R2 is RNA, R1 is RNA and R2 is DNA, or both R1 and R2 can be RNA.
예를 들면, R3 및 R4는 모두 DNA이거나, R3은 DNA이고 R4는 RNA이거나, R3은 RNA이고 R4는 DNA이거나, 또는 R3 및 R4는 모두 RNA일 수 있다.For example, both R3 and R4 can be DNA, R3 is DNA and R4 is RNA, R3 is RNA and R4 is DNA, or both R3 and R4 can be RNA.
일 구체예에서, X는 X'에 적어도 부분적으로 상보적일 수 있다. 또 다른 구체예에서, X는 X'에 완전히 상보적일 수 있다.In one embodiment, X can be at least partially complementary to X '. In another embodiment, X can be completely complementary to X '.
R1, R2, R3 및 R4의 핵산 또는 핵산 아날로그는 보호된 핵산일 수 있다. 상기 핵산 및 핵산 아날로그는 변형될 수 있고, 예를 들면, 메틸화될 수 있으며, 따라서, 효소에 의한 분해에 저항성을 가질 수 있다.The nucleic acid or nucleic acid analog of R 1, R 2, R 3 and R 4 may be a protected nucleic acid. The nucleic acid and nucleic acid analog can be modified, for example methylated, and thus can be resistant to degradation by enzymes.
상기 핵산 프로브의 길이는 선택된 표적 서열 및 PCR 조건에 따라 달라질 수 있다.The length of the nucleic acid probe can vary depending on the target sequence selected and the PCR conditions.
상기 표적 핵산 서열에 대한 올리고뉴클레오티드 프로브의 융해 온도 (Tm)는 약 50℃ 이상, 약 60℃ 이상, 약 70℃ 이상 또는 약 80℃ 이상일 수 있다.The melting temperature (Tm) of the oligonucleotide probe to the target nucleic acid sequence may be at least about 50 ° C, at least about 60 ° C, at least about 70 ° C or at least about 80 ° C.
상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 길이는 예를 들면, 약 10 내지 약 200 nt(nucleotide), 약 15 내지 약 200 nt, 약 10 내지 약 60 nt, 또는 약 15 내지 약 60 nt일 수 있다.The oligonucleotide probe may be, for example, about 10 to about 200 nt, about 15 to about 200 nt, about 10 to about 60 nt, or about 15 to about 60 nt.
상기 올리고뉴클레오티드 프로브와 혼성화하는 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 융해 온도 (Tm)는 상기 PCR 반응의 융해 온도(Tm')보다 예를 들면, 약 5℃ 또는 약 10℃ 또는 약 15℃ 또는 약 20℃ 또는 약 25℃ 더 낮을 수 있다.The melting temperature (Tm) of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe is, for example, about 5 ° C or about 10 ° C or about 15 ° C or about 20 ° C or higher than the melting temperature (Tm ') of the PCR reaction. It may be about 25 ° C. lower.
예를 들면, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브와 혼성화하는 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 융해 온도 (Tm)는 약 50℃ 이하, 약 40℃ 이하, 또는 약 30℃ 이하일 수 있다.For example, the melting temperature (Tm) of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe may be about 50 ° C. or less, about 40 ° C. or less, or about 30 ° C. or less.
상기 올리고뉴클레오티드 프로브와 혼성화하는 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 융해 온도 (Tm)는 상기 표적 핵산 서열과 혼성화하는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 융해 온도 (Tm')보다 약 5℃ 또는 10℃ 또는 약 15℃ 또는 약 20℃ 또는 약 25℃ 더 낮을 수 있다.The melting temperature (Tm) of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe is about 5 ° C or 10 ° C or about 15 ° C or about less than the melting temperature (Tm ') of the oligonucleotide probe hybridizing with the target nucleic acid sequence. 20 ° C. or about 25 ° C. lower.
상기 올리고뉴클레오티드 프로브 또는 프로브 보호 올리고뉴클레오티드는 또한 변형될 수 있다. 예를 들면, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브 또는 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 하나 이상의 염기가 부분적으로 또는 완전히 메틸화될 수 있다. 이 변형 때문에, 효소에 의한 분해 또는 다른 인자에 의한 분해를 피할 수 있다. The oligonucleotide probe or probe protecting oligonucleotide may also be modified. For example, one or more bases of the oligonucleotide probe or probe protecting oligonucleotide may be partially or fully methylated. Because of this modification, degradation by enzymes or degradation by other factors can be avoided.
다른 구체예에서, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브 또는 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 5' 말단 및 3' 말단의 -OH가 차단될 수 있다. 예를 들면, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브 또는 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 3' 말단의 -OH는 차단되고, 그에 의해 주형-의존적 핵산 폴리머라아제에 의한 3' 말단으로부터의 프라이머 연장이 불가능하게 된다.In other embodiments, -OH at the 5 'end and 3' end of the oligonucleotide probe or probe protecting oligonucleotide may be blocked. For example, the -OH at the 3 'end of the oligonucleotide probe or probe protecting oligonucleotide is blocked, thereby making it impossible to extend the primer from the 3' end by template-dependent nucleic acid polymerase.
특정 구체예에서, 프로브 보호제는 공유결합에 의해 결합될 수 있거나 또는 그렇지 않을 수 있는 두 개 이상의 올리고뉴클레오티드로 구성될 수 있다. 프로브 보호제는 R1 및 R2는 DNA 서열이고, X는 RNA 서열인 것인 일반 구조 R1-X-R2를 가질 수 있다. In certain embodiments, the probe protecting agent may consist of two or more oligonucleotides which may or may not be bound by covalent bonds. Probe protecting agents may have the general structure R1-X-R2, wherein R1 and R2 are DNA sequences and X is an RNA sequence.
일 구체예에서, 상기 프로브 보호제는 두 개 이상의 올리고뉴클레오티드를 포함할 수 있고, 예를 들면, R1-X 서열을 포함하는 올리고뉴클레오티드 및 R2 서열을 포함하는 올리고뉴클레오티드를 포함할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 상기 프로브 보호제는 R1 서열을 포함하는 올리고뉴클레오티드 및 X-R2 서열을 포함하는 올리고뉴클레오티드를 포함할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 프로브 보호제는 서열 R1, R2 및 X를 갖는 3개의 올리고뉴클레오티드를 포함할 수 있다. 다른 구체예에서, R1, X 또는 R2 서열은 포스포디에스테르 결합에 의해 공유결합에 의해 연결될 수 있다. 다른 구체예에서, R1, X 또는 R2 서열은 비-공유결합에 의해 연결될 수 있다. In one embodiment, the probe protectant may comprise two or more oligonucleotides, for example, an oligonucleotide comprising an R1-X sequence and an oligonucleotide comprising an R2 sequence. In another embodiment, the probe protectant may comprise an oligonucleotide comprising an R1 sequence and an oligonucleotide comprising an X-R2 sequence. In yet another embodiment, the probe protecting agent may comprise three oligonucleotides having the sequences R1, R2 and X. In other embodiments, the R1, X or R2 sequences can be covalently linked by phosphodiester bonds. In other embodiments, the R1, X or R2 sequences can be linked by non-covalent bonds.
보호된 CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브를 이용한 표적 핵산 서열의 실시간 검출Real-Time Detection of Target Nucleic Acid Sequences Using Protected CATACLEAVE ™ Oligonucleotide Probes
CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브는 먼저 선택된 표적 핵산 서열에 상보적인 DNA 및 RNA 서열로 합성된다. 상기 프로브는 예를 들면, FRET 쌍으로으로 표지될 수 있고, 예를 들면, 상기 프로브의 일 말단에 플루오레세인 분자로 표지되고, 상기 프로브의 나머지 말단은 로다민 퀀처(rhodamine quencher) 분자로 표지될 수 있다. 상기 프로브는 표적 핵산 서열에 실질적으로 상보적이도록 합성될 수 있다. CATACLEAVE ™ oligonucleotide probes are first synthesized with DNA and RNA sequences complementary to the selected target nucleic acid sequence. The probe may be labeled with, for example, a FRET pair, for example, labeled at one end of the probe with a fluorescein molecule, and the remaining end of the probe is labeled with a rhodamine quencher molecule. Can be. The probe can be synthesized to be substantially complementary to the target nucleic acid sequence.
CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브에 실질적으로 상보적인 프로브 보호제 분자가 합성된다. 따라서, 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드를 표지된 CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브의 용액에 첨가하면 두 분자 간에 염기쌍이 형성되어 실질적인 이중 가닥 하이브리드 분자를 형성한다.Probe protecting agent molecules substantially complementary to the CATACLEAVE ™ oligonucleotide probe are synthesized. Thus, addition of the probe protection oligonucleotide to a solution of a labeled CATACLEAVE ™ oligonucleotide probe results in the formation of base pairs between the two molecules to form a substantially double stranded hybrid molecule.
상기 CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브 및 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드는 각각 식 I 및 식 II에 의해 표시된다: The CATACLEAVE ™ oligonucleotide probe and the probe protection oligonucleotide are represented by Formula I and Formula II, respectively:
R1-X-R2 (식 I)R1-X-R2 (Formula I)
R3-X'-R4 (식 II)R3-X'-R4 (Formula II)
식 중에서, 각각의 R1, R2, R3, 및 R4는 핵산 또는 핵산 아날로그로부터 선택되고, X는 식 II에서 X'에 적어도 부분적으로 혼성화된다. Wherein each R 1, R 2, R 3, and R 4 is selected from a nucleic acid or a nucleic acid analog, and X is at least partially hybridized to X ′ in formula II.
상기 올리고뉴클레오티드 프로브에 대한 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 융해 온도 (Tm)는 상기 핵산 프로브에 완전히 상보적인 표적 서열에 대한 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 융해 온도(Tm')보다 더 낮도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브에 대한 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 융해 온도(Tm')는 표적 핵산 서열에 대한 올리고뉴클레오티드 프로브의 융해 온도(Tm)에 비해 약 10℃ 더 낮을 수 있다.The melting temperature (Tm) of the probe protective oligonucleotide to the oligonucleotide probe may be designed to be lower than the melting temperature (Tm ') of the oligonucleotide probe to the target sequence completely complementary to the nucleic acid probe. For example, the melting temperature (Tm ') of the probe protection oligonucleotide to the oligonucleotide probe may be about 10 ° C lower than the melting temperature (Tm) of the oligonucleotide probe to the target nucleic acid sequence.
실온에서, 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드는 상기 CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브에 혼성화된다. At room temperature, the probe protecting oligonucleotides hybridize to the CATACLEAVE ™ oligonucleotide probe.
그 후, 실시간 PCR 시약을 표적 핵산 서열, 상기 표적 핵산 서열에 어닐링할 수 있는 정방향 및 역방향 증폭 프라이머, 보호된 FRET 표지된 CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브, 뉴클레오티드를 포함하는 증폭 버퍼, 열안정성 DNA 폴리머라아제, 역전사효소(적합한 경우) 및 핫 스타트 열안정성 RNase H를 포함하는 적합한 용기에 첨가한다. The real-time PCR reagent is then subjected to a target nucleic acid sequence, forward and reverse amplification primers that can anneal the target nucleic acid sequence, protected FRET labeled CATACLEAVE ™ oligonucleotide probes, amplification buffers containing nucleotides, thermostable DNA polymerases. , Reverse transcriptase (if appropriate) and hot start thermostable RNase H are added to a suitable container.
그 후, 열안정성 핵산 폴리머라아제, 열안정성의 변형된 RNase H 활성, 상기 표적 폴리뉴클레오티드에 혼성화될 수 있는 PCR 증폭용 프라이머 1쌍, 및 표지된 CataCleave 올리고뉴클레오티드 프로브의 존재 하에, 상기 표적 폴리뉴클레오티드에 대한 실시간 핵산 증폭을 수행한다. 표적 RNA 서열의 검출을 위해, 반응 혼합물(reaction mix)은 본 명세서에 기재된 바와 같이 최초의 cDNA 합성 단계를 위한 역전사효소 활성을 포함할 수 있다. 실시간 PCR 동안, 상기 혼합물을 Tm보다 높으나, Tm'보다 낮은 온도에 적용하는 것에 의해, FRET 표지된 CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브가 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드로부터 해리되고 PCR 암플리콘 내부의 표적 핵산 서열에 어닐링하여 RNase H 활성에 의해 절단될 수 있는 RNA:DNA 헤테로듀플렉스를 형성할 수 있다. RNase H에 의한 상기 프로브의 절단은 형광 공여체의 형광 퀀처로부터의 분리를 가져오고, 시료 중 표적 DNA 서열의 실시간 검출에 상응하는 프로브의 형광의 실시간 증가를 초래한다. The target polynucleotide is then in the presence of a thermostable nucleic acid polymerase, a thermostable modified RNase H activity, a pair of primers for PCR amplification that can hybridize to the target polynucleotide, and a labeled CataCleave oligonucleotide probe. Perform real time nucleic acid amplification on. For detection of the target RNA sequence, the reaction mix may comprise reverse transcriptase activity for the first cDNA synthesis step as described herein. During real time PCR, by applying the mixture at a temperature above Tm but below Tm ', FRET labeled CATACLEAVE ™ oligonucleotide probes are dissociated from the probe protective oligonucleotides and annealed to the target nucleic acid sequence inside the PCR amplicon To form an RNA: DNA heteroduplex that can be cleaved by RNase H activity. Cleavage of the probe by RNase H results in separation of the fluorescent donor from the fluorescence quencher and results in a real time increase in fluorescence of the probe corresponding to real time detection of the target DNA sequence in the sample.
특정 구체예에서, 실시간 핵산 증폭은 약 40회 미만의 PCR 증폭 사이클로 단일 표적 DNA 분자의 실시간 검출을 가능하게 한다. In certain embodiments, real time nucleic acid amplification enables real time detection of a single target DNA molecule in less than about 40 PCR amplification cycles.
보호된 CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브의 저장 Storage of Protected CATACLEAVE ™ Oligonucleotide Probes
안정화 방법은 보호된 CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브의 저장을 포함할 수 있다. 상기 하이브리드 분자의 저장은 실온 이하에서 수행될 수 있다. 저장 온도는 예를 들면, 약 40℃ 이하, 약 30 ℃이하, 약 20℃ 이하 또는 약 4℃ 이하일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 상기 저장 온도는 또한 약 0℃ 이하, 예를 들면, -4℃ 또는 -20℃일 수 있다. 상기 저장은 주어진 기간 동안 유지될 수 있다. 저장 기간은 1일보다 긴 시간, 예를 들면, 2일, 17일, 30일, 또는 1년일 수 있다. 저장은 알칼리 조건, 예를 들면 약 7.0 내지 약 8.0의 pH에서 수행될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 저장 pH는 또한 산성일 수 있고, 예를 들면, 약 5.0 내지 7.0의 pH일 수 있다.Stabilization methods can include storage of protected CATACLEAVE ™ oligonucleotide probes. Storage of the hybrid molecule can be performed at room temperature or below. The storage temperature may be, for example, about 40 ° C. or less, about 30 ° C. or less, about 20 ° C. or less, or about 4 ° C. or less. In another embodiment, the storage temperature may also be about 0 ° C. or less, such as −4 ° C. or −20 ° C. The storage can be maintained for a given period of time. The storage period may be a time longer than 1 day, for example 2 days, 17 days, 30 days, or 1 year. Storage can be performed at alkaline conditions, for example at a pH of about 7.0 to about 8.0. In another embodiment, the storage pH can also be acidic, for example, a pH of about 5.0 to 7.0.
키트Kit
본 명세서의 개시는 또한, 보호된 FRET 표지된 CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브를 이용한 시료 중 표적 핵산 서열의 실시간 검출을 위한 하나 이상의 시약을 갖는 패키지 유닛을 포함하는 키트 포맷을 제공한다. 상기 키트는 또한 하기 항목 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 버퍼, 설명서, 및 양성 또는 음성 대조군. 키트는 본 명세서에 기재된 방법을 수행하기 위한 적합한 비율로 혼합된 시약의 용기를 포함할 수 있다. 시약 용기는 본 발명의 방법 수행시, 측정 단계를 제거하는 단위 량(unit quantity)으로 시약을 포함할 수 있다.The present disclosure also provides a kit format comprising a package unit having one or more reagents for real-time detection of target nucleic acid sequences in a sample using a protected FRET labeled CATACLEAVE ™ oligonucleotide probe. The kit may also include one or more of the following items: buffers, instructions, and positive or negative controls. The kit may comprise a container of mixed reagents in a suitable proportion for carrying out the methods described herein. The reagent vessel may contain reagents in unit quantities that eliminate the measuring step when performing the method of the present invention.
키트는 또한 열안정성 폴리머라아제, RNase H, 정방향 및 역방향 증폭 프라이머, 본 명세서에 기재된 방법에 따라 실시간 PCR 산물에 어닐링할 수 있고 표적 핵산 서열의 검출을 가능하게 하는 FRET 표지된 CATACLEAVE™ 올리고뉴클레오티드 프로브를 포함하나, 이에 한정되지 않는, 실시간 PCR을 위한 시약을 포함할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 상기 키트 시약은 시료로부터, 총 게놈 DNA, 총 RNA, 또는 polyA+ RNA를 추출하기 위한 시약을 더 포함한다. 키트 시약은 또한 적용가능한 경우, 역전사효소-PCR 분석을 위한 시약을 포함할 수 있다. The kit can also anneal to thermostable polymerases, RNase H, forward and reverse amplification primers, real-time PCR products according to the methods described herein, and FRET labeled CATACLEAVE ™ oligonucleotide probes allowing detection of target nucleic acid sequences. Including but not limited to, it may include a reagent for real-time PCR. In another embodiment, the kit reagent further comprises a reagent for extracting total genomic DNA, total RNA, or polyA + RNA from the sample. Kit reagents may also include reagents for reverse transcriptase-PCR analysis, where applicable.
본 명세서에 표시된 특허, 특허 출원, 문헌, 또는 기타 개시 물질은 이에 의해 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다. 참조에 의해 본 명세서에 포함되는 것으로 기재되나, 본 명세서에 기재된 기존 정의, 진술, 또는 기타 개시와 모순되는 자료, 또는 그의 부분은 포함된 자료와 본 출원의 개시 간에 모순이 일어나지 않는 정도로만 포함된다.Patents, patent applications, documents, or other disclosed materials indicated herein are hereby incorporated by reference in their entirety. Although incorporated herein by reference, materials inconsistent with the existing definitions, statements, or other disclosures described herein, or portions thereof, are included only to the extent that no inconsistencies occur between the included materials and the disclosure of the present application.
당업자는 하기에 기술된 도면이 예시 목적만을 위한 것이라는 것을 이해할 것이다. 도면은 어떤 방식으로도 교시의 범위를 한정하는 것으로 의도되지 않는다.Those skilled in the art will understand that the drawings described below are for illustrative purposes only. The drawings are not intended to limit the scope of the teachings in any way.
도 1은 CATACLEAVE™ 프로브 기술의 개략도이다. 1 is a schematic of CATACLEAVE ™ probe technology.
도 2는 PCR 증폭 산물의 실시간 CATACLEAVE™ 프로브 검출의 개략도이다.2 is a schematic of real-time CATACLEAVE ™ probe detection of PCR amplification products.
도 3은 보호된 프로브 및 미보호(unprotected probe)를 모두 포함하는 반응 혼합물로 수행된 실시간 PCR의 결과를 보여주는 그래프이다. 3 is a graph showing the results of real-time PCR performed with a reaction mixture containing both protected and unprotected probes.
도 4A 내지 4C는 미보호 프로브(도 4A) 및 RNA-comp1으로 보호된 프로브(도 4B) 또는 RNA-comp2로 보호된 프로브(도 4C)를 24시간 동안 상이한 온도에서 저장한 후의 실시간 PCR 결과를 보여주는 그래프이다. 4A-4C show real-time PCR results after storage of unprotected probes (FIG. 4A) and RNA-comp1 protected probes (FIG. 4B) or RNA-comp2 protected probes (FIG. 4C) at different temperatures for 24 hours. It is a graph showing.
도 5A 내지 5C는 미보호 프로브(도 5A) 및 RNA-comp1으로 보호된 프로브(도 5B) 또는 RNA-comp2로 보호된 프로브(도 5C)를 48시간 동안 상이한 온도에서 저장한 후의 실시간 PCR 결과를 보여주는 그래프이다.5A-5C show real-time PCR results after storage of unprotected probes (FIG. 5A) and RNA-comp1 protected probes (FIG. 5B) or RNA-comp2 protected probes (FIG. 5C) at different temperatures for 48 hours. It is a graph showing.
도 6A 내지 6C는 미보호 프로브 및 RNA-comp1 또는 RNA-comp2로 보호된 프로브를 17일 동안 -20℃(도 6A), 4℃(도 6B), 및 30℃(도 6C)에서 저장한 후의 실시간 PCR 결과를 보여주는 그래프이다.6A-6C show unprotected probes and probes protected with RNA-comp1 or RNA-comp2 after storage at −20 ° C. (FIG. 6A), 4 ° C. (FIG. 6B), and 30 ° C. (FIG. 6C) for 17 days. A graph showing real time PCR results.
도 7A 내지 7C는 미보호 프로브 및 RNA-comp1 또는 RNA-comp2로 보호된 프로브를 30일 동안 각각 -20℃(도 7A), 4℃(도 7B), 및 30℃(도 7C)에서 저장한 후의 실시간 PCR 결과를 보여주는 그래프이다.7A-7C show unprotected probes and probes protected with RNA-comp1 or RNA-comp2 stored at −20 ° C. (FIG. 7A), 4 ° C. (FIG. 7B), and 30 ° C. (FIG. 7C) for 30 days, respectively. This is a graph showing the real-time PCR results.
도 8은 보호된 프로브를 상이한 조건 하에서 저장한 후 실시간 PCR 결과의 형광 신호의 상대적 강도 변화를 보여준다. 8 shows the relative intensity change of the fluorescence signal in real time PCR results after the protected probes were stored under different conditions.
도 9A 및 9B는 40일 동안 -20℃, 4℃, 및 30℃에서 저장된, 보호된 프로브(도 9A) 및 미보호 프로브(도 9B)를 이용한 대장균 0157:H7 서열을 표적으로 하는 실시간 PCR의 결과를 보여준다. 9A and 9B show real-time PCR of E. coli 0157: H7 sequences using protected probes (FIG. 9A) and unprotected probes (FIG. 9B) stored at −20 ° C., 4 ° C., and 30 ° C. for 40 days. Show results.
도 10A 및 10B는 40일 동안 -20℃, 4℃, 및 30℃에서 저장된, 보호된 프로브(도 10A) 및 미보호 프로브(도 10B)를 이용한 살모넬라 서열을 표적으로 하는 실시간 PCR의 결과를 보여준다. 10A and 10B show the results of real-time PCR targeting Salmonella sequences using protected probes (FIG. 10A) and unprotected probes (FIG. 10B), stored at −20 ° C., 4 ° C., and 30 ° C. for 40 days. .
도 11A 및 11B는 40일 동안 -20℃, 4℃, 및 30℃에서 저장된, 보호된 프로브(도 11A) 및 미보호 프로브(도 11B)를 이용한 리스테리아(Listeria) 서열을 표적으로 하는 실시간 PCR의 결과를 보여준다. 11A and 11B show real-time PCR of a Listeria sequence using a protected probe (FIG. 11A) and an unprotected probe (FIG. 11B) stored at −20 ° C., 4 ° C., and 30 ° C. for 40 days. Show results.
도 12A 및 12B는 60일 동안 -20℃, 4℃, 및 30℃에서 저장된, 보호된 프로브(도 12A) 및 미보호 프로브(도 12B)를 이용한 대장균 0157:H7 서열을 표적으로 하는 실시간 PCR의 결과를 보여준다. 12A and 12B show real-time PCR of E. coli 0157: H7 sequences using protected probes (FIG. 12A) and unprotected probes (FIG. 12B) stored at −20 ° C., 4 ° C., and 30 ° C. for 60 days. Show results.
도 13A 및 13B는 60일 동안 -20℃, 4℃, 및 30℃에서 저장된, 보호된 프로브(도 13A) 및 미보호 프로브(도 13B)를 이용한 살모넬라 서열을 표적으로 하는 실시간 PCR의 결과를 보여준다. 13A and 13B show the results of real-time PCR targeting Salmonella sequences using protected probes (FIG. 13A) and unprotected probes (FIG. 13B), stored at −20 ° C., 4 ° C., and 30 ° C. for 60 days. .
도 14A 및 14B는 60일 동안 -20℃, 4℃, 및 30℃에서 저장된, 보호된 프로브(도 14A) 및 미보호 프로브(도 14B)를 이용한 대장균 리스테리아 서열을 표적으로 하는 실시간 PCR의 결과를 보여준다. 14A and 14B show the results of real-time PCR targeting E. coli Listeria sequences using protected probes (FIG. 14A) and unprotected probes (FIG. 14B), stored at −20 ° C., 4 ° C., and 30 ° C. for 60 days. Shows.
도 15는 보호된 프로브 및 미보호 프로브 및 표적 핵산 서열로서 10 내지 106 카피의 대장균 0157:H7을 포함하는 반응 혼합물을 이용하여 수행된 실시간 PCR의 결과를 보여주는 그래프이다.FIG. 15 is a graph showing the results of real time PCR performed using a reaction mixture comprising protected and unprotected probes and 10 to 10 6 copies of E. coli 0157: H7 as target nucleic acid sequences.
하기의 실시예는 본 발명에 따른 변형된 RNase H 효소 조성물을 이용하는 방법을 기술한다. 이 실시예에 기재된 방법의 단계들은 한정하는 것으로 의도되지 않은 것으로 이해된다. 전술된 것 이외의 본 발명의 추가적인 목적 및 장점은 본 발명의 범위를 한정하도록 의도되지 않은 실시예로부터 자명해질 것이다.The following examples describe methods of using modified RNase H enzyme compositions according to the present invention. It is understood that the steps of the method described in this example are not intended to be limiting. Additional objects and advantages of the present invention other than those described above will be apparent from embodiments not intended to limit the scope of the present invention.
실시예 및 도면에서, 용어 "보호된 프로브(protected probe)" 또는 "보호된(protected)"은 프로브(식 I의 "핵산 프로브(nucleic acid probe)" 또는 "올리고뉴클레오티드 프로브(oligonucleotide probe)"로도 지칭됨)가 식 II의 프로브 보호 올리고뉴클레오티드(보호제(protector) 또는 상보적 가닥(complementary strand)으로도 지칭됨)로 가수분해된다는 것을 의미한다. In the examples and figures, the term "protected probe" or "protected" is also referred to as a probe ("nucleic acid probe" or "oligonucleotide probe" of formula I). Means hydrolyzed to a probe protective oligonucleotide of formula II (also referred to as a protector or complementary strand).
실시예 1: 상보적 RNA에 의한 핵산 프로브의 안정화Example 1 Stabilization of Nucleic Acid Probes by Complementary RNA
본 실시예에서는 DNA-RNA-DNA의 구조를 갖는 핵산 프로브를 상기 RNA 부분에 상보적인 서열을 포함하는 상보적인 가닥과 혼성화시키고, 수득된 혼성화 산물을 다양한 조건에서 저장하였다. 이에 의해, 핵산 프로브가 안정화된다는 것을 확이하였다. 본 실시예에서 사용된 핵산 프로브 및 상보적 가닥은 표 1에 표시된다.In this example, nucleic acid probes having the structure of DNA-RNA-DNA were hybridized with complementary strands comprising sequences complementary to the RNA portion, and the resulting hybridization products were stored under various conditions. This confirmed that the nucleic acid probe was stabilized. The nucleic acid probes and complementary strands used in this example are shown in Table 1.
표 1
명칭 Tm(℃) 서열 (5'->3' 방향) 서열번호
Lmon-probe 65.3 CGAATGTAA( C)r AGACACGGTCTCA 2
RNA-comp1 46.7* (ACCGUGUCU G UUACAUU)r 3
RNA-comp2 26.3* (CGUGUCU G UU)r 4
Table 1
designation Tm (℃) Sequence (5 '->3' direction) SEQ ID NO:
Lmon-probe 65.3 CGAATGTAA ( C) r AGACACGGTCTCA 2
RNA-comp1 46.7 * (ACCGUGUCU G UUACAUU) r 3
RNA-comp2 26.3 * (CGUGUCU G UU) r 4
표 1에서 Lmon-probe는 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria monocytogenes)의 inlA 유전자에 특이적인 핵산 프로브를 나타내고, RNA-comp1과 RNA-comp2는 상기 핵산 프로브의 RNA 부분(식 I의 X)에 상보적인 부분(X')을 포함하는 RNA이고, RNA-comp1과 RNA-comp2는 상이한 길이를 갖는다. 또한, 표 1에서 *는 상응하는 RNA가 DNA 주형에 결합하는 경우의 어닐링 온도(Tm)을 나타내고, r은 리보핵산(ribonucleic acid)을 나타낸다. 상기 RNA-comp1과 RNA-comp2는 Tm <50℃가 되도록 짧은 길이를 갖도록 설계되었고, 실온 이하의 온도에서 상기 프로브에 혼성화될 수 있으나, 일반적으로 어닐링 및 연장 반응의 온도가 약 60℃인 PCR 조건에서는 상기 RNA-comp1과 RNA-comp2는 상기 핵산 프로브로부터 분리될 수 있다. In Table 1, Lmon-probe represents a nucleic acid probe specific for the inlA gene of Listeria monocytogenes, and RNA-comp1 and RNA-comp2 are complementary to the RNA portion (X of formula I) of the nucleic acid probe. RNA comprising portion (X ′), and RNA-comp1 and RNA-comp2 have different lengths. In addition, in Table 1, * represents annealing temperature (Tm) when the corresponding RNA binds to a DNA template, and r represents ribonucleic acid. The RNA-comp1 and RNA-comp2 were designed to have a short length such that Tm <50 ° C, and may be hybridized to the probe at a temperature below room temperature, but generally PCR conditions in which annealing and extension reactions have a temperature of about 60 ° C. In the RNA-comp1 and RNA-comp2 can be separated from the nucleic acid probe.
상기 핵산 프로브(10mM)와 상기 RNA-comp1(10mM) 또는 RNA-comp2(10mM)를 동일한 부피로 혼합하고 65℃에서 5분 동안 인큐베이션하고, 2분 이상 얼음 상에서 냉각시켜, 상기 RNA-comp1 또는 RNA-comp2를 상기 프로브에 혼성화시켰다. 그 후, 이 보호된 핵산 프로브 즉, 상기 RNA-comp1 또는 RNA-comp2가 혼성화된 것인 이중가닥의 핵산 프로브를 PCR 반응의 프로브로서 사용하였다. 상기 프로브를 5' 말단에서 FAM으로 표지하고 3'말단에서는 IOWA Black FQ 퀀처(quencher)로 표지하였다. The nucleic acid probe (10 mM) and the RNA-comp1 (10 mM) or RNA-comp2 (10 mM) are mixed in the same volume, incubated at 65 ° C. for 5 minutes, cooled on ice for at least 2 minutes, and the RNA-comp1 or RNA -comp2 was hybridized to the probe. Thereafter, this protected nucleic acid probe, ie, a double stranded nucleic acid probe in which the RNA-comp1 or RNA-comp2 was hybridized, was used as a probe for the PCR reaction. The probes were labeled with FAM at the 5 'end and labeled with the IOWA Black FQ quencher at the 3' end.
PCR 혼합물의 조성 및 PCR 조건은 하기 표 2 및 3에 표시된다.The composition and PCR conditions of the PCR mixture are shown in Tables 2 and 3 below.
표 2: 각 웰당 PCR 혼합물의 조성 (㎕)Table 2: Composition (μl) of PCR mixture for each well
표 2
성분 부피
10xICAN 2.5
정방향(forward) 프라이머(20μM) 1
역방향(reverse) 프라이머(20μM) 1
보호 또는 비보호 프로브(5μM) 1
dNTP/dUTP 믹스(2/4mM)(Fermentas) 1
Taq 폴리머라아제 (5 u/㎕) 0.5
UNG (10 u/㎕) 0.1
pfu RNase HII ((5 u/㎕) 0.2
주형 DNA ((105 카피/㎕) 2
15.70
TABLE 2
ingredient volume
10xICAN 2.5
Forward primer (20 μM) One
Reverse primer (20 μM) One
Protected or unprotected probe (5 μM) One
dNTP / dUTP Mix (2 / 4mM) (Fermentas) One
Taq polymerase (5 u / μl) 0.5
UNG (10 u / μl) 0.1
pfu RNase HII ((5 u / μl) 0.2
Template DNA ((10 5 copies / μl) 2
water 15.70
표 2에서, 상기 주형 DNA는 리스테리아 사이토모노게네스 23s RNA를 포함하는 플라스미드 DNA(농도 1x105/㎕)였다. In Table 2, the template DNA was plasmid DNA (concentration 1 × 10 5 / μl) comprising Listeria cytomonogenes 23s RNA.
정방향 프라이머: Lmon_C3_F:ACGAGTAACGGGACAAATGC (서열번호 5),Forward primer: Lmon_C3_F: ACGAGTAACGGGACAAATGC (SEQ ID NO: 5),
역방향 프라이머: Lmon_C3_R:TCCCTAATCTATCCGCCTGA (서열번호 6).Reverse primer: Lmon_C3_R: TCCCTAATCTATCCGCCTGA (SEQ ID NO: 6).
표 3: PCR 조건Table 3: PCR conditions
표 3
단계 온도(℃) 시간(분) 주기
UNG 인큐베이션 37 10 1
변성 95 10 1
반복 95 0.25 50
60 0.33
TABLE 3
step Temperature (℃) Minutes Cycle
UNG Incubation
37 10 One
denaturalization 95 10 One
repeat 95 0.25 50
60 0.33
도 3은 보호된 프로브 및 미보호(unprotected probe)를 모두 포함하는 반응 혼합물로 수행된 실시간 PCR의 결과를 보여주는 그래프이다. 도 3에 따르면, 보호된 프로브는 PCR에 의해 표적 서열을 증폭하는 것이나 또는 RNase H에 의해 핵산 프로브를 절단하는 것에 의해 표적 서열을 검출하는 것을 간섭하지 않았다는 것을 알 수 있다. 이와 같은 결과는 핵산 프로브, 상보적 가닥, 및 두개의 프라이머가 증폭 동안 서로를 간섭하지 않는다는 것을 보여준다. 3 is a graph showing the results of real-time PCR performed with a reaction mixture containing both protected and unprotected probes. According to FIG. 3, it can be seen that the protected probe did not interfere with detecting the target sequence by amplifying the target sequence by PCR or by cleaving the nucleic acid probe by RNase H. These results show that nucleic acid probes, complementary strands, and two primers do not interfere with each other during amplification.
그 후, 동일한 반응 조건을 실시간 PCR에 의해 대장균 0157:H7 표적 DNA 서열을 검출하기 위해 이용하였다. 대장균 플라스미드 DNA의 농도는 10 카피/반응 내지 106 카피/반응의 범위였다. 프라이머, 프로브 및 프로브 보호제(probe protector)는 하기 실시예 2에 기재된다. 결과는 도 15에 표시된다. 도 15는 프로브 보호제의 내포(incorporation)가 프로브가 적어도 선택된 표적 핵산 서열 및 테스트된 프로브에 대해 보호되지 않는 것인 최초 분석법의 민감도에 영향을 미치지 않는다는 것을 시사한다. The same reaction conditions were then used to detect E. coli 0157: H7 target DNA sequences by real time PCR. The concentration of E. coli plasmid DNA ranged from 10 copies / reaction to 10 6 copies / reaction. Primers, probes and probe protectors are described in Example 2 below. The results are shown in FIG. 15 suggests that the incorporation of the probe protectant does not affect the sensitivity of the original assay where the probe is not protected for at least the selected target nucleic acid sequence and the tested probe.
도 4A 내지 4C는 미보호 프로브(도 4A) 및 RNA-comp1으로 보호된 프로브(도 4B) 또는 RNA-comp2로 보호된 프로브(도 4C)를 24시간 동안 상이한 온도에서 저장한 후의 실시간 PCR 결과를 보여준다. 주형 DNA를 제외한 실시간 PCR 혼합물의 모든 성분들을 마스터 믹스(master mix) 형태로 저장했다. 일반적으로, 보다 높은 출발 백그라운드 형광(예를 들면, 도 4C에서 -20℃ 대비 실온에서 1 내지 22회의 사이클에 대한 평균 기준선 형광 강도)은 일부 CATACLEAVE™ 프로브가 RNA 가수분해 때문에 분해되었다는 것을 나타낸다. 도 4A 내지 4C에 따르면, 보호된 프로브의 안정성은 24시간 유지되었고 보호된 프로브는 PCR을 간섭하지 않았다. 4A-4C show real-time PCR results after storage of unprotected probes (FIG. 4A) and RNA-comp1 protected probes (FIG. 4B) or RNA-comp2 protected probes (FIG. 4C) at different temperatures for 24 hours. Shows. All components of the real-time PCR mixture except template DNA were stored in the form of a master mix. In general, higher starting background fluorescence (eg, mean baseline fluorescence intensity for 1 to 22 cycles at room temperature versus −20 ° C. in FIG. 4C) indicates that some CATACLEAVE ™ probes degraded due to RNA hydrolysis. According to FIGS. 4A-4C, the stability of the protected probe was maintained for 24 hours and the protected probe did not interfere with PCR.
도 5A 내지 5C는 미보호 프로브(도 5A) 및 RNA-comp1으로 보호된 프로브(도 5B) 또는 RNA-comp2로 보호된 프로브(도 5C)를 48시간 동안 상이한 온도에서 저장한 후의 실시간 PCR 결과를 보여준다. 주형 DNA를 제외한 실시간 PCR 혼합물의 모든 성분들을 마스터 믹스 형태로 저장했다. 도 5A 내지 5C에 따르면, 보호된 프로브의 안정성은 48시간 유지되었고 보호된 프로브는 PCR을 간섭하지 않았다. 5A-5C show real-time PCR results after storage of unprotected probes (FIG. 5A) and RNA-comp1 protected probes (FIG. 5B) or RNA-comp2 protected probes (FIG. 5C) at different temperatures for 48 hours. Shows. All components of the real-time PCR mixture except template DNA were stored in the form of a master mix. According to FIGS. 5A-5C, the stability of the protected probe was maintained for 48 hours and the protected probe did not interfere with PCR.
도 6A 내지 6C는 미보호 리스테리아 모노사이토게네스 프로브 및 RNA-comp1 또는 RNA-comp2로 보호된 리스테리아 모노사이토게네스 프로브를 17일 동안 -20℃(도 6A), 4℃(도 6B), 및 30℃(도 6C)에서 저장한 후의 실시간 PCR 결과를 보여준다. 주형 DNA를 제외한 실시간 PCR 혼합물의 모든 성분들을 마스터 믹스 형태로 저장했다. 도 6A 내지 6C에 따르면, 보호된 프로브는 -20℃(도 6A) 및 4℃(도 6B)에서 비교적 안정했다. 그러나, 실온에서(도 6C), 미보호 프로브 및 RNA-comp2로 보호된 프로브는 불활성화되었다. RNA-comp1으로 보호된 프로브는 일부 절단 활성을 유지했으나, 기준선 형광(1 내지 20회의 사이클)은 -20℃에서의 미보호 프로브에서 관찰된 것에 비해 훨씬 더 높았다. 6A-6C show unprotected Listeria monocytogenes probes and Listeria monocytogenes probes protected with RNA-comp1 or RNA-comp2 for 17 days at −20 ° C. (FIG. 6A), 4 ° C. (FIG. 6B), and Real time PCR results after storage at 30 ° C. (FIG. 6C) are shown. All components of the real-time PCR mixture except template DNA were stored in the form of a master mix. According to FIGS. 6A-6C, the protected probes were relatively stable at −20 ° C. (FIG. 6A) and 4 ° C. (FIG. 6B). However, at room temperature (FIG. 6C), unprotected probes and probes protected with RNA-comp2 were inactivated. The probes protected with RNA-comp1 retained some cleavage activity, but baseline fluorescence (1-20 cycles) was much higher than that observed with unprotected probes at -20 ° C.
도 7A 내지 7C는 미보호 프로브 및 RNA-comp1 또는 RNA-comp2로 보호된 프로브를 30일 동안 각각 -20℃(도 7A), 4℃(도 7B), 및 30℃(도 7C)에서 저장한 후의 실시간 PCR 결과를 보여준다. 주형 DNA를 제외한 실시간 PCR 혼합물의 모든 성분들을 마스터 믹스 형태로 저장했다. 도 7A 내지 7C에 따르면, 보호된 프로브는 -20℃(도 7A) 및 4℃(도 7B)에서 비교적 안정했다. 실온에서 30일 후에, 세 개의 프로브는 모두 불활성화되었다(도 7C). 7A-7C show unprotected probes and probes protected with RNA-comp1 or RNA-comp2 stored at −20 ° C. (FIG. 7A), 4 ° C. (FIG. 7B), and 30 ° C. (FIG. 7C) for 30 days, respectively. The following real-time PCR results are shown. All components of the real-time PCR mixture except template DNA were stored in the form of a master mix. According to FIGS. 7A-7C, the protected probes were relatively stable at −20 ° C. (FIG. 7A) and 4 ° C. (FIG. 7B). After 30 days at room temperature, all three probes were inactivated (FIG. 7C).
도 8은 미보호 프로브를 상이한 조건 하에서 저장한 후 실시간 PCR 결과의 형광 신호의 상대적 강도 변화를 보여준다. 주형 DNA를 제외한 실시간 PCR 혼합물의 모든 성분들을 마스터 믹스 형태로 저장했다. 도 8에 따르면, -20℃에서 저장했던 시료를 대상으로 본 실시예에서 사용하기 전에 동결 및 해동의 사이클을 6회 수행하였다. 도 8에서, △R은 정규화된 형광 강도(normalized fluorescence intensity)를 나타낸다. 도 8에 따르면, -20℃에서 저장했던 미보호 프로브는 동결 및 해동의 사이클을 6회 수행한 후에도 안정했다. 그러나, 상승된 온도에서, 미보호 프로브는 가수분해 때문에 점진적으로 안정성이 저하되었다. 8 shows the relative intensity change of fluorescence signal in real time PCR results after unprotected probes were stored under different conditions. All components of the real-time PCR mixture except template DNA were stored in the form of a master mix. According to FIG. 8, six cycles of freezing and thawing were performed on samples stored at −20 ° C. before use in this example. In FIG. 8, ΔR represents normalized fluorescence intensity. According to FIG. 8, the unprotected probes stored at −20 ° C. were stable even after six cycles of freezing and thawing. However, at elevated temperatures, unprotected probes gradually degraded due to hydrolysis.
실시예 2: 프로브 서열에 따른 보호 효과의 확인Example 2: Confirmation of Protective Effect According to Probe Sequence
본 실시예에서는 대장균, 살모넬라, 및 리스테리아 종에 대하여 특이적인 핵산 프로브를 상응하는 상보적 가닥으로 보호하고, 저장한 후, 저장 효과(storage effect)를 확인하였다. 사용된 프라이머, 프로브 및 상보적 가닥은 하기와 같다:In this example, nucleic acid probes specific for Escherichia coli, Salmonella, and Listeria spp. Were protected with corresponding complementary strands and stored, and then the storage effect was confirmed. Primers, probes and complementary strands used are as follows:
대장균 O157:H7 정방향 프라이머: AACGAGCTGTATGTCGTGAGAATC (서열번호 7)Escherichia coli O157: H7 forward primer: AACGAGCTGTATGTCGTGAGAATC (SEQ ID NO: 7)
대장균 O157:H7 역방향 프라이머: ATGGATCATCAAGCTCTAAGAAAGAAC(서열번호 8)Escherichia coli O157: H7 reverse primer: ATGGATCATCAAGCTCTAAGAAAGAAC (SEQ ID NO: 8)
대장균 O157:H7 프로브: ATAGGCTTrGrArArGCAGTGCAT (서열번호 9)E. coli O157: H7 probe: ATAGGCTTrGrArArGCAGTGCAT (SEQ ID NO: 9)
대장균 O157:H7 상보적 가닥: rCrU rGrCrU rUrCrA rArGrC (서열번호 10)Escherichia coli O157: H7 complementary strand: rCrU rGrCrU rUrCrA rArGrC (SEQ ID NO: 10)
살모넬라 정방향 프라이머: TCG TCA TTC CAT TAC CTA CC (서열번호 11)Salmonella Forward Primer: TCG TCA TTC CAT TAC CTA CC (SEQ ID NO: 11)
살모넬라 역방향 프라이머: TAC TGA TCG ATA ATG CCA GAC GAA (서열번호 12)Salmonella reverse primer: TAC TGA TCG ATA ATG CCA GAC GAA (SEQ ID NO: 12)
살모넬라 프로브: CGA TCA GrGrA rArAT CAA CCA G (서열번호 13)Salmonella Probe: CGA TCA GrGrA rArAT CAA CCA G (SEQ ID NO: 13)
살모넬라 상보적 가닥: rGrGrU rUrGrA rUrUrU rCrCrU rGrArU (서열번호 14)Salmonella complementary strand: rGrGrU rUrGrA rUrUrU rCrCrU rGrArU (SEQ ID NO: 14)
리스테리아 정방향 프라이머: TCCAAGCAGTGAGTGTGAGAA (서열번호 15)Listeria forward primer: TCCAAGCAGTGAGTGTGAGAA (SEQ ID NO: 15)
리스테리아 역방향 프라이머: TGACAGCGTGAAATCAGGA (서열번호 16)Listeria reverse primer: TGACAGCGTGAAATCAGGA (SEQ ID NO: 16)
리스테리아 프로브: CCATCACAGCTCArUGCTTCGC (서열번호 17)Listeria probe: CCATCACAGCTCArUGCTTCGC (SEQ ID NO: 17)
리스테리아 상보적 가닥 : rGrArA rGrCrA rUrGrA rGrC (서열번호 18)Listeria complementary strand: rGrArA rGrCrA rUrGrA rGrC (SEQ ID NO: 18)
사용된 프라이머, 프로브 및 상보적 가닥이 상이한 서열을 가지며, 사용된 주형 DNA가 다른 것을 제외하고는 PCR에 사용된 혼합물의 조성 및 조건은 실시예 1과 동일하였다. 주형 DNA는 대장균 표적 서열을 포함하는 플라스미드 DNA, 살모넬라 표적 서열을 포함하는 플라스미드 DNA, 및 리스테리아 표적 서열을 포함하는 플라스미드 DNA를 사용하였다.The composition and conditions of the mixture used for PCR were the same as in Example 1 except that the primers, probes and complementary strands used had different sequences and the template DNA used was different. As the template DNA, plasmid DNA containing the E. coli target sequence, plasmid DNA containing the Salmonella target sequence, and plasmid DNA containing the Listeria target sequence were used.
도 9A 내지 11B는 40일 동안 -20℃, 4℃, 및 30℃에서 저장된, 대장균-특이적, 살모넬라-특이적, 및 리스테리아-특이적 미보호 프로브 및 상보적 가닥으로 보호된 프로브를 이용한 실시간 PCR 결과를 보여준다. 주형 DNA를 제외한 실시간 PCR 혼합물의 모든 성분들을 마스터 믹스 형태로 저장했다. 도 10 및 11에 따르면, 보호된 프로브는 -20℃, 4℃, 및 실온에서 비교적 안정했다. 모든 경우에, 보호된 프로브는 미보호 프로브에 비해 훨씬 더 느린 분해 반응속도를 보였다. 이와 같은 결과는 프로브 서열이 변화되는 경우에도, 프로브의 안정성은 넓은 온도 범위에 걸쳐, 비교적 긴 시간 동안 유지된다는 것을 보여준다. 9A-11B are real time with E. coli-specific, Salmonella-specific, and Listeria-specific unprotected probes and complementary strand protected probes stored at −20 ° C., 4 ° C., and 30 ° C. for 40 days. Show PCR results. All components of the real-time PCR mixture except template DNA were stored in the form of a master mix. According to FIGS. 10 and 11, the protected probes were relatively stable at −20 ° C., 4 ° C., and room temperature. In all cases, protected probes showed much slower degradation kinetics than unprotected probes. These results show that even when the probe sequence changes, the stability of the probe is maintained for a relatively long time over a wide temperature range.
도 12A 내지 14B는 60일 동안 -20℃, 4℃, 및 30℃에서 저장된, 대장균-특이적, 살모넬라-특이적, 및 리스테리아-특이적 미보호 프로브 및 상보적 가닥으로 보호된 프로브를 이용한 실시간 PCR 결과를 보여준다. 주형 DNA를 제외한 실시간 PCR 혼합물의 모든 성분들을 마스터 믹스 형태로 저장했다. 도 12 내지 14에 따르면, 보호된 프로브는 -20℃, 4℃, 및 실온에서 비교적 안정했다. 모든 경우에, 보호된 프로브는 미보호 프로브에 비해 훨씬 더 느린 분해 반응속도를 보였다. 이와 같은 결과는 프로브 서열이 변화되는 경우에도, 프로브의 안정성은 넓은 온도 범위에 걸쳐, 비교적 긴 시간 동안 유지된다는 것을 보여준다.12A-14B are real time with E. coli-specific, Salmonella-specific, and Listeria-specific unprotected probes and complementary strand protected probes stored at −20 ° C., 4 ° C., and 30 ° C. for 60 days Show PCR results. All components of the real-time PCR mixture except template DNA were stored in the form of a master mix. According to FIGS. 12-14, the protected probes were relatively stable at −20 ° C., 4 ° C., and room temperature. In all cases, protected probes showed much slower degradation kinetics than unprotected probes. These results show that even when the probe sequence changes, the stability of the probe is maintained for a relatively long time over a wide temperature range.
본 명세서에 첨부된 서열목록은 참조에 의하여 본 명세서에 그 전체로서 포함된다.The Sequence Listing attached herein is incorporated herein by reference in its entirety.

Claims (20)

  1. R1-X-R2 (식 I)의 구조를 갖는 올리고뉴클레오티드 프로브에 실질적으로 상보적인 R3-X'-R4(식 II)의 구조를 갖는 프로브 보호 올리고뉴클레오티드(probe protector oligonucleotide)로서, 각각의 R1, R2, R3, 및 R4는 핵산 또는 핵산 아날로그로부터 선택되고 각각의 X 및 X'은 천연 RNA 또는 변형된 RNA이고, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브 핵산 서열은 표적 핵산 서열에 실질적으로 상보적인 것인 프로브 보호 올리고뉴클레오티드. A probe protector oligonucleotide having a structure of R3-X'-R4 (Formula II) substantially complementary to an oligonucleotide probe having a structure of R1-X-R2 (Formula I), wherein each R1, R2, R3, and R4 are selected from nucleic acids or nucleic acid analogs and each X and X 'are native RNA or modified RNA, and said oligonucleotide probe nucleic acid sequence is substantially complementary to the target nucleic acid sequence. .
  2. 제1항에 있어서, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브와 혼성화하는 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 융해 온도(melting temperature), Tm은 상기 표적 핵산 서열과 혼성화하는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 융해 온도, Tm'보다 더 낮은 것인 프로브 보호 올리고뉴클레오티드. The melting temperature of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe, Tm, is lower than the melting temperature of the oligonucleotide probe hybridizing with the target nucleic acid sequence, Tm '. Probe protection oligonucleotides.
  3. 제2항에 있어서, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브와 혼성화하는 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 융해 온도, Tm은 상기 표적 핵산 서열과 혼성화하는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 융해 온도, Tm'에 비해 약 10℃ 더 낮은 것인 프로브 보호 올리고뉴클레오티드.The method of claim 2, wherein the melting temperature of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe, Tm, is about 10 ° C. lower than the melting temperature of the oligonucleotide probe hybridizing with the target nucleic acid sequence, Tm ′. Probe protection oligonucleotides.
  4. 제1항의 프로브 보호 올리고뉴클레오티드와 염기 쌍을 형성한 제1항의 올리고뉴클레오티드 프로브를 포함하는 보호된 프로브. A protected probe comprising the oligonucleotide probe of claim 1 in base pairs with the probe protecting oligonucleotide of claim 1.
  5. 제1항의 프로브 보호 올리고뉴클레오티드를 제1항의 올리고뉴클레오티드 프로브와 혼성화시키는 단계를 포함하는, 올리고뉴클레오티드 프로브를 안정화시키는 방법으로서, 상기 혼성화는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브를 안정화시키는 것인 방법. A method of stabilizing an oligonucleotide probe, comprising hybridizing the probe protecting oligonucleotide of claim 1 with the oligonucleotide probe of claim 1, wherein the hybridization stabilizes the oligonucleotide probe.
  6. 시료 중의 표적 DNA 서열을 실시간으로 검출하는 방법으로서, A method of detecting a target DNA sequence in a sample in real time,
    표적 DNA 서열을 포함하는 시료를 제공하는 단계,Providing a sample comprising a target DNA sequence,
    상기 표적 DNA 서열에 어닐링할 수 있는 정방향 및 역방향 증폭 프라이머의 쌍을 제공하는 단계,Providing a pair of forward and reverse amplification primers that can anneal to said target DNA sequence,
    보호된 프로브 올리고뉴클레오티드와 염기쌍을 형성한 표지된 올리고뉴클레오티드 프로브를 포함하는 보호된 프로브를 제공하는 단계로서, 상기 올리고뉴크레오티드 프로브는 상기 표적 DNA 서열에 실질적으로 상보적인 RNA 및 DNA 핵산 서열을 포함하는 것인 단계, Providing a protected probe comprising a labeled oligonucleotide probe paired with a protected probe oligonucleotide, wherein the oligonucleotide probe comprises an RNA and DNA nucleic acid sequence substantially complementary to the target DNA sequence. To do,
    증폭 폴리머라아제 활성, 증폭 버퍼, 및 RNaseH 활성 및 보호된 프로브의 존재 하에, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브가 상기 보호된 프로브 올리고뉴클레오티드로부터 해리될 수 있고, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 RNA 서열이 PCR 단편에 존재하는 표적 DNA 서열과 RNA:DNA 헤테로듀플렉스(heteroduplex)를 형성할 수 있는 조건 하에서, 상기 정방향 및 역방향 증폭 프라이머 사이의 PCR 단편을 증폭시키는 단계, 및In the presence of amplification polymerase activity, amplification buffer, and RNaseH activity and protected probes, the oligonucleotide probe can be dissociated from the protected probe oligonucleotide and the RNA sequence of the oligonucleotide probe is present in a PCR fragment. Amplifying the PCR fragment between the forward and reverse amplification primers under conditions capable of forming a target DNA sequence and an RNA: DNA heteroduplex, and
    상기 올리고뉴클레오티드 프로브 상의 표지로부터 신호의 방출(emission)의 실시간 증가를 검출하는 단계를 포함하고, Detecting a real-time increase in the emission of the signal from the label on the oligonucleotide probe,
    상기 신호의 증가는 상기 시료 중 상기 표적 DNA 서열의 존재를 나타내는 것인 방법. The increase in signal is indicative of the presence of the target DNA sequence in the sample.
  7. 제6항에 있어서, 상기 보호된 프로브는 식 R3-X'-R4(식 II)의 구조를 갖는 프로브 보호 올리고뉴클레오티드와 염기쌍을 형성한 R1-X-R2 (식 I)의 구조를 갖는 표지된 올리고뉴클레오티드 프로브로서, 각각의 R1, R2, R3, 및 R4는 핵산 또는 핵산 아날로그로부터 선택되고 각각의 X 및 X'은 천연 RNA 또는 변형된 RNA이고, 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드는 상기 올리고뉴클레오티드에 실질적으로 상보적인 것인 표지된 올리고뉴클레오티드 프로브를 포함하는 것인 방법. 7. The labeled probe of claim 6 wherein the protected probe has a structure of R1-X-R2 (Formula I) base-paired with a probe protection oligonucleotide having a structure of Formula R3-X'-R4 (Formula II). As an oligonucleotide probe, each of R 1, R 2, R 3, and R 4 is selected from a nucleic acid or a nucleic acid analog and each X and X ′ are native RNA or modified RNA, and the probe protecting oligonucleotide is substantially linked to the oligonucleotide. And complementary labeled oligonucleotide probes.
  8. 제7항에 있어서, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브와 혼성화하는 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 융해 온도, Tm은 상기 표적 핵산 서열과 혼성화하는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 융해 온도, Tm'보다 더 낮은 것인 방법. 8. The method of claim 7, wherein the melting temperature of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe, Tm, is lower than the melting temperature of the oligonucleotide probe hybridizing with the target nucleic acid sequence, Tm '.
  9. 제8항에 있어서, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브와 혼성화하는 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 융해 온도, Tm은 상기 표적 핵산 서열과 혼성화하는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 융해 온도, Tm'에 비해 약 10℃ 더 낮은 것인 방법.The method of claim 8, wherein the melting temperature of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe, Tm, is about 10 ° C. lower than the melting temperature of the oligonucleotide probe hybridizing with the target nucleic acid sequence, Tm ′. Way.
  10. 제6항에 있어서, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브 상의 표지로부터의 신호 방출의 실시간 증가는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브와 상기 PCR 단편의 가닥 중 하나 간에 형성된 헤테로듀플렉스의 RNase H에 의한 절단으로부터 유래된 것인 방법. The method of claim 6, wherein the real-time increase in signal release from the label on the oligonucleotide probe is derived from cleavage by RNase H of a heteroduplex formed between the oligonucleotide probe and one of the strands of the PCR fragment.
  11. 제10항에 있어서, 상기 증폭하는 단계는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브가 상기 보호된 프로브 올리고뉴클레오티드로부터 해리될 수 있고, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 RNA 서열이 상기 PCR 단편에 존재하는 표적 DNA 서열과 RNA:DNA 헤테로듀플렉스를 형성할 수 있는 조건 하에서 일어나는 것인 방법.The target DNA sequence and RNA: DNA hetero of claim 10, wherein the amplifying step allows the oligonucleotide probe to be dissociated from the protected probe oligonucleotide and wherein the RNA sequence of the oligonucleotide probe is present in the PCR fragment. The process occurs under conditions capable of forming a duplex.
  12. 제6항에 있어서, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브는 형광 공여체(fluorescence donor) 및 형광 수용체(fluorescence acceptor)를 포함하는 FRET(fluorescence resonance energy transfer) 쌍으로 표지된 것인 방법. The method of claim 6, wherein the oligonucleotide probe is labeled with a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair comprising a fluorescence donor and a fluorescence acceptor.
  13. R3-X'-R4(식 II)의 구조를 갖는 프로브 보호 올리고뉴클레오티드 및 R1-X-R2 (식 I)의 구조를 갖는 올리고뉴클레오티드 프로브를 포함하는, 시료 중의 표적 핵산 서열을 실시간-검출하기 위한 키트로서,For real-time detection of a target nucleic acid sequence in a sample comprising a probe protective oligonucleotide having a structure of R3-X'-R4 (Formula II) and an oligonucleotide probe having a structure of R1-X-R2 (Formula I) As a kit,
    상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드는 올리고뉴클레오티드 프로브에 실질적으로 상보적이고, 각각의 R1, R2, R3, 및 R4는 핵산 또는 핵산 아날로그로부터 선택되고, 각각의 X 및 X'은 천연 RNA 또는 변형된 RNA이고, 및Said probe protective oligonucleotide is substantially complementary to an oligonucleotide probe, each of R 1, R 2, R 3, and R 4 is selected from a nucleic acid or a nucleic acid analog, each X and X ′ are native RNA or modified RNA, and
    상기 올리고뉴클레오티드 프로브 핵산 서열은 표적 핵산 서열에 실질적으로 상보적인 것인 키트. Wherein said oligonucleotide probe nucleic acid sequence is substantially complementary to a target nucleic acid sequence.
  14. 제13항에 있어서, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브와 혼성화하는 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 융해 온도, Tm은 상기 표적 핵산 서열과 혼성화하는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 융해 온도, Tm'보다 더 낮은 것인 키트. The kit of claim 13, wherein the melting temperature, Tm, of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe is lower than the melting temperature, Tm ′, of the oligonucleotide probe hybridizing with the target nucleic acid sequence.
  15. 제14항에 있어서, 상기 올리고뉴클레오티드 프로브와 혼성화하는 상기 프로브 보호 올리고뉴클레오티드의 융해 온도, Tm은 상기 표적 핵산 서열과 혼성화하는 상기 올리고뉴클레오티드 프로브의 융해 온도, Tm'에 비해 약 10℃ 더 낮은 것인 키트.The method of claim 14, wherein the melting temperature of the probe protective oligonucleotide hybridizing with the oligonucleotide probe, Tm, is about 10 ° C. lower than the melting temperature of the oligonucleotide probe hybridizing with the target nucleic acid sequence, Tm '. Kit.
  16. 제13항에 있어서, 양성 내부 대조군 및 음성 대조군을 더 포함하는 것인 키트. The kit of claim 13, further comprising a positive internal control and a negative control.
  17. 제13항에 있어서, 상기 프로브는 FRET 쌍으로 표지된 것인 키트. The kit of claim 13, wherein the probe is labeled with a FRET pair.
  18. 제13항에 있어서, 상기 키트는 증폭 폴리머라아제 활성을 더 포함하는 것인 키트. The kit of claim 13, wherein the kit further comprises an amplifying polymerase activity.
  19. 제13항에 있어서, 상기 키트는 표적 cDNA 서열을 생성하기 위해 표적 RNA 서열의 역전사를 위한 역전사 활성을 더 포함하는 것인 키트.The kit of claim 13, wherein the kit further comprises reverse transcriptional activity for reverse transcription of the target RNA sequence to generate the target cDNA sequence.
  20. 제13항에 있어서, 상기 키트는 RNase H 활성을 더 포함하는 것인 키트.The kit of claim 13, wherein the kit further comprises RNase H activity.
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