DE10309526A1 - Verfahren zum Analysieren von Punktmutationen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen von Punktmutationen mit sog. DNA-Microarrays und TIRF-Fluoreszenzanregung. Dabei wird die Bildung von Nukleinsäuren an kurze DNA-Sonden auf einem Microarray bei verschiedenen Temperaturen gemessen. Aus den Messwerten werden Schmelzpunktkurven generiert und die Differenz der Schmelzpunktkurven zwischen der Sonde für die Wildtyp-DNA und der Sonde für die entsprechende mutierte DNA generiert. Die Lage dieser Kurven lässt nun eine eindeutige Entscheidung zu, ob es sich um eine Homozygote DNA oder eine Heterzygote DNA für die Punktmutation handelt und welche Art der Homozygotie vorliegt.

Description

  • Bei einer Vielzahl von Analysen des Genoms, z.B. des menschlichen Genoms, spielen sogenannte Einzelpunktmutationen (engl.: single nucleotide polymorphisms = SNPs) eine bedeutende Rolle. So sind viele genetisch bedingte Erkrankungen wie z.B. hereditäre Haemochromatose auf solche SNPs zurückzuführen. Im einfachsten Fall lassen sich solche SNPs mittels PCR oder Sequenzieren des entsprechenden Gens nachweisen. Liegen die Bereiche von Interesse aber weiter auf dem Gen auseinander als nur ein paar hundert Basenpaare so ist dies mittels Sequenzieren nicht mehr so einfach möglich oder zumindest wesentlich teurer. Bei komlexeren Mutationen kann es zudem dazu kommen dass Bereiche des Gens im DNA-Sequencer nicht mehr auswertbar sind. Liegen auf einem Gen mehrere mögliche SNPs vor so wird die Analyse mittels PCR sehr schwierig und auch wiederum sehr teuer. So gab es schon lange Bestrebungen die Analyse von SNPs zu parallelisieren. Ein solches Verfahren stellen z.B. die Oligonukleotid-Microarrays dar. Auf diesen Microarrays sind diverse kurze DNA-Fragmente (Oligonukleotide) gebunden, bei denen sich in der Mitte des Stranges die Base befindet, die für den gesuchten SNP komplementär ist. Aufgrund der daraus resultierenden Unterschiede in den Schmelzpunkten mit der DNA des Analyten kann man nun feststellen ob die 100 % komplementäre DNA gebunden hat oder nicht. Die übliche Erkennung liegt im Vergleich der Signalstärken zwischen den perfect matches (100% komplementär) und des SNP-mismatches (ca 5% Fehlbindung). Diese Analysen wurden zumeist durch Hybridisieren der DNA an die Chips bei einer festen Temperatur durchgeführt und anschließend wurde dann die Bindungsintensität gemessen und verglichen. Wird eine Vielzahl von SNPs auf einem Chip gleichzeitig analysiert, so ist es fast nicht möglich alle Sonden auf die gleiche Analysetemperatur anzupassen, vor allem auch die Methoden zur Berechnung des Schmelzpunktes für DNA-Hybride nicht den gemessenen Werten entsprechen. Aus diesem Grund braucht man bessere Methoden um große Mengen an SNPs sicher zu messen. Solche Methoden lassen sich vor allem durch Bestimmung des Schmelzpunktes der Hybride auf dem Chip generieren. Ideal sind dazu Geräte geeignet mit denen diese Analysen realtime durchgeführt werden können wie z.B. der ATR-Reader der von der Fraunhofer Gesellschaft {FHG-IPM) entwickelt worden ist {siehe 1). Allerdings zeigt sich die Methode der ATR-Readeranalyse als relativ aufwendig, da hierbei die Schmelzkurven der Nukleinsäuren analysiert werden um dabei die sogenannten Schmelzpunkte (Tm) der Nukleinsäurehybride zu ermitteln. Dazu müssen die Schmelzpunkte von DNA-Sonden berechnet werden und anschließend experimentell nachbestimmt werden. Insbesondere wird durch diese Technik das Design der Chips bei vielen Sonden pro Chip relativ schwierig.
  • Die Erfindung beschreibt den überraschenden Befund, dass zur Analyse von SNPs auf ATR-Chips kein Sondendesign im eigentlichen Sinne notwendig ist, sondern es ausreicht, diese Sonden in einer vorgewählten Länge, die sich vorzugsweise von Sonde zu Sonde nicht zu sehr unterscheidet und dann die Schmelzpunktkurve jeweils aufzunehmen. Anschließend werden die Kurven der Wildtypsonden und mit den Sonden der eventuell auftretenden Mutanten verglichen. Dieser Vergleich wird durch die Substraktion der Schmelzpunktkurve der Wildtyp-Sonde von der Schmelzpunktkurve einer oder mehrerer Mutationen erreicht. Das Ergebnis wird als Graph dargestellt (siehe 2). Die Lage dieser Kurve gibt nun an welcher Genotyp vorliegt. Eine sichere Zuordnung ist vor allem durch den Vergleich mit Referenzdaten zu erreichen. Dies führt insbesondere bei der Verwendung von Sequenzen, die zur Analyse auf einem normalen DNA-Microarray nicht geeignet sind, zu entscheidenden Vorteilen bei der Analyse. Die Nachweissicherheit für Punktmutationen wird signifikant erhöht und die Analyse ist sehr einfach zu automatisieren. Außerdem lassen sich somit Chips viel schneller entwickeln, da keine Anpassung an parallele Analysen, die bei einer festgelegten Hybridisierungstemperatur arbeiten, stattfindet. Somit reicht es aus, die Sonden mit einer fixen Länge zu berechnen und auf dem ATR-Chip zu immobilisieren (bzw. zu synthetisieren). Vorzugsweise befindet sich die zu untersuchende Base (Mutation) in der Mitte der DNA-Sondensequenz. Bei der Verwendung eines dermaßen hergestellten Chips genügt es nun die Proben-DNA, welche vorzugsweise mit einem Fluorophoren markiert sein muss, an den Chip zu hybridisieren. Anschließend wird der Chip in Stufen von 1°C von beispielsweise 30°C auf 80°C erwärmt. Nach jedem Temperaturschritt wird das Signal an jeder Sonde aufgezeichnet und abgespeichert. Nach Erreichen des oberen gewählten Temperaturbereiches ist folglich eine komplette Schmelzpunktkurve aufgenommen. Die Daten der zu untersuchenden Variationen (Mutationen} werden werden dann mit den Daten der sog. Wildtyp-Sequenz verglichen. Dazu werden die Daten der Variationen von den Daten der Wildtyp-Sequenz substrahiert. Ist die analysierte DNA homozygot für den Wildtyp so wird resultierende Kurve im Bereich des Schmelzpunktes der DNA positive Werte aufweisen, zumindest aber signifikant positivere Werke als im Falle einer heterozygoten Probe. Ist die Probe heterozygot, so wird die resultierende Kurve Idealerweise sich einer Geraden entlang des Nullpunktes annähern. Ist die Probe für die mutierte DNA homozygot, so ist der Schmelzpunkt an der Sonde der mutierten DNA (dort liegt eine 100%ige Bindung vor} höher als der Schmelzpunkt an der Sonde für den Wildtyp (dort liegt keine 100%ige Bindung vor). Folglicherweise ist die Kurve die durch Substraktion der Schmelzkurven errechnet wird durch einen Ausschlag in Richtung der negativen y-Achse gekennzeichnet. Die Lage dieser Kurven beschreibt explizit die Zusammensetzung der Proben-DNA bezüglich der zu untersuchenden Mutation. Diese Art der Untersuchung findet bevorzugt in einem Apparat statt, wie er z.B. in der EP0001248948 beschrieben wird. Die Sensoren sind bevorzugt Wellenleiterchips bei denen es sich um objektträgerförmige Chips handeln kann, in die über eine Kante das Anregungslicht für eine TIRF-Anregung eingekoppelt wird. Es kann sich dabei aber auch um Chips handeln, die in Form von Dünnfilmwellenleitern geschaffen sind. Solche Dünnfilmwellenleiterchips sind z.B. Tantalpentoxid beschichtete Glasobjektträger in die das Licht über optische Gitter eingekoppelt wird. DNA-Sondenmoleküle werden auf solchen Chips vorzugsweise über chemische Haftvermittler wie z.B. Silane oder Polymerbeschichtungen gebunden. Solche Verbindungen sind beispielsweise in der EP 1132739 B1 beschrieben. Verfahren zur Beschichtung von Trägern mit Polymerschichten sind beispielsweise in der EP 1176422 beschrieben. Zur Bindung an solche Oberflächen geeignten DNA-Sonden werden vorzugsweise mit einem Polythymidin-Spacer der aus mindestens 10 Thymidinmolekülen besteht, versehen. Die Sondenmoleküle werden bevorzugt kovalent gekoppelt. Dazu geeignete Methoden werden in der EP 1144677 beschrieben. Die Herstellung von geeigneten Proben und die Markierung ist beispielsweise in der WO 01/53822 und bei Lehr (Lehr 2002) beschrieben.
  • In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung wird die Oberfläche des Trägers mit einem UV-reaktiven Polymer beschichtet. Dieses Polymer wird dann durch Bestrahlung des beschichteten Trägers mit UV-Licht auf der Oberfläche kovalent gekoppelt. Auf Polymerträgern können solche Polymerdünnschichten durch "Dipcoating" in einer verdünnten Lösung (analog EP 1176422 ) aufgebracht werden. DNA-Moleküle können auf diesen Oberflächen mittels Polythymidinspacern und UV-Grosslinken aufgebracht werden. Besonders bevorzugt sind dabei Copolymere mit einer beschränkten Hydrophilie, negativ geladenen Gruppen und Benzophenongruppen zum Verbinden der Poymerschicht mit der Oberfläche. Beispielsweise ist ein Poylmer aus Metacrylsäure, Styrol und Benzophenonmethacrylat mit diesen Eigenschaften versehen. Selbstverständlich sind auch andere Copolymere und im besonderen Blockcopolymere geeignet. Sollen diese Polymerschichten auf Glas oder andere anorganische Substrate aufgebracht werden, so ist es sinnvoll diese Substrate vorher zu silanisieren um die Haftung der Polymerlagen zu verbessern. Eine solche Silanisierung ist z.B. in der EP 1132739 und in der EP 1176422 beschrieben.
  • Geeignete Träger zur Analyse können auch integrierte Systeme ( DE 10245435.3 wie z.B. CMOS-Chips mit zusätzlich aufgebrachten Wellenleiterstrukturen) sein. Diese Wellenleiter befinden sich bevorzugt mit über den Optosensoren mittel einer dünnen Schicht mit einem Substrat von geringerer optischer Dichte als der Wellenleiter, mit dem Optochip verbunden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Biomoleküle auf Polymer-Polymer Dünnfilmwellenleitern aufgebracht. Solche Wellenleiter bestehen aus einem Trägerpolymer mit einer geringen optischen Dichte und einem Wellenleiterpolymer mit einer hohen optischen Dichte. So z.B. einem Polymer wie es zur Herstellung von Kunststoffbrillengläsern benutzt wird. Geeignete Polymere von entsprechend geringer optischer Dichte sind dem Fachmann hinreichend bekannt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Chip nach einer Messung mit Puffer gespült und erhitzt, so dass die gebundenen Nukleinsäuren weitgehend entfernt werden. Danach kann der Chip erneut verwendet werden. Neben Erhitzen kann der Chip auch durch denaturierende Agenzien wie z.B. 0,1% NaOH regeneriert werden. Dieses Verfahren ermöglicht es auch den Chip Referenznukleinsäuren zu hybridisieren um so jeden Chip vor, während oder nach der Messung zu kalibrieren. Auf diese Weise ist es möglich die Messwerte von verschieden Experimenten miteinander zu vergleichen und individuelle Unterschiede, die z.B. in der Herstellung der Chips begründet liegen können herauszurechnen. Weiterhin ermöglicht dieses Verfahren die Qualitätskontrolle der Chips während des Einsatzes und erlaubt die Feststellung ob ein Chip noch für weitere Experiment geeignet ist oder nicht.
  • Sollten für solche Experimente Chips verwendet werden, bei denen die initiale Hybridisisierung nicht vollständig aufgelöst werden kann, so können solche Chips durch Blockieren mit einer unmarkierten Probe, die an alle Nukleinsäuresonden bindet, abgesättigt werden, so dass nach dem eigentlichen Experiment und der Ablösung der hybridisierten Proben kein Restfluoreszenzsignal zurückbleibt.
  • Beispiele
  • Detektion der Mutation H63D des Haemochromatosegens
  • Mutation H63D: Der Rasenaustausch eines Cytosin gegen ein Guanin (C→G; Transversion) an Position 187 im Exon 2 des HFE-Gens führt zu einem Aminosäureaustausch eines Histidin zu Asparaginsäure an Position 63 des HFE-Proteins. Diese Mutation wird in der Literatur als H63D bezeichnet {Feder et al 1996)
  • Bei der Mutation H63D handelt es sich mit dem Austausch eines Cytosins gegen ein Guanin um eine Transversion. Dabei wird eine Pyrimidin- gegen eine Purinbase ausgetauscht und es kommt zu einer sterischen Hinderung an der Stelle der Basenfehlpaarung. Da sich bei den bei Transversionen vorliegenden Basenfehlpaarungen auch keine Bindung ausbilden kann, sind diese leichter detektierbar.
  • Die Sonden zur Detektion der Mutation H63D tragen an zentraler Stelle der spezifischen Sequenz ein C (wt-Sonde) bzw. ein G (mut-Sonde). Die Proben-DNA trägt an der entsprechenden Stelle ein G (wt-Probe; H63D (+/+)), ein C (mut-Probe; H63D (–/–)) bzw. zu 50% ein G und 50% ein C (het-Probe; H63D (+/–))
  • Daraus ergeben sich bei der Detektion folgende Basenpaarungen bzw. Fehlpaarungen an zentraler Stelle der Sondenpaare:
    • Bei Hybridisierung mit einer wt-Probe: wtSonde-wtProbe: C≡G mutSonde-wtProbe: G G
    • Bei Hybridisierung mit einer mut-Probe: wtSonde-mutProbe: C C mutSonde-mutProbe: G≡C
    • Bei Hybridisierung mit einer het-Probe: (etwa gleiche Signalintensität an wt- und mut-Sonde) wtSonde-wtProbe (und wtSonde-mutProbe): C≡G (und C C) mutSonde-mutProbe (und mutSonde-wtProbe): G≡C (und G G)
  • 1) Herstellen der Sensorchips
  • Auf PMMA Träger der Dimension 76 × 25 × 1 mm mit einer seitlichen Kante von 70° zum Einkopplen des Anregungslichtes werden mit einem Top-Spot Drucker (oder einem anderen geeigneten Gerät (Lehr 2002) Oligonukleotide aufgedruckt. Als Druckpuffer wird eine 5%ige DMSO Lösung in Wasser verwendet. Die Oligonukleotide liegen dabei in einer Konzentration von 10 μM vor. Die Oligonukleotide bestehen aus einer Erkennungssequenz der Ziel-DNA von 17 Nukleotiden Länge und der gesuchten Mutation in der Mitte der Sequenz. An dem 5"-Ende des Oligonukleotides befindet sich ein Polythymidinstrang vonmindestens 10 Nukleotiden Länge. Zum Immobilisieren der Oligonukleotide werden die frisch bedruckten Chips für 10 Minuten in einem UV-Crosslink-Ofen (Stratalinker, Stratagene) für 10 Minuten mit UV-Licht einer Wellenlänge von 260 nm bestrahlt. Anschließend mit Wasser dem ein Detergenz zugesetzt ist (0,1% SDS) gründlicg gespült, mit detilliertem Wasser nachgespült und im Stickstoffstrom trockengeblasen.
  • 2) Schmelzkurven für die Mutation H63D
  • Zur Messung der Schmelzkurven zur Detektion der Mutation H63D wurden Chips mit einem 17mer Sondenpaar (63_17wt und 63_17mut) hergestellt. Die Chips wurden im TIRF-Meßgerät mit DNA-Proben der verschiedenen Ausprägungen (a) wt-Probe, b) mut-Probe, c) het-Probe) hybridisiert, gefärbt und das Dissoziationsverhalten von dem Sondenpaar gemessen. Die Fluoreszenzintensitäten an der wt- und mut-Sonde wurden dazu über ein Temperaturspektrum von 20°C–80°C in 2°C-Schritten beobachtet und in den folgenden Diagrammen dargestellt.
  • 3) DNA-Aufreinigung aus Blut
  • Die DNA-Aufreinigung wurde aus 10ml humanem Blut mittels des "nucleon extraction and purification kit" der Firma Amersham Biotech durchgeführt.
  • 4) Bestimmung der Nukleinsäurekonzentration
  • Zur genauen Bestimmung von Nukleinsäurekonzentrationen wurde die Absorption von UV-Strahlung der Wellenlänge 260 und 280nm durch eine Nukleinsäurelösung, gegen das jeweilige Lösungsmittel, in einem Spektralphotometer gemessen. Eine Aa260-Einheit entspricht dabei einer Doppelstrang-DNA-Konzentration von 50μg/ml, und einer Einzelstrang-DNA- Konzentration von 33μg/ml. Das Verhältnis der Absorptionen bei 260 und 280nm ist ein Indikator für die Reinheit der DNA. Er nimmt bei optimaler Reinheit einen Wert von 1,8 an.
  • 5) Amplifizieren und Markieren der DNA
  • Polymerasekettenreaktion Polymerase Chain Reaction PCR) (Multis et al.,1986) Mit Hilfe der PCR ist es möglich, aus einer geringen Menge an DNA einen gezielten Abschnitt zwischen zwei bekannten Sequenzen zu vervielfältigen. Hierzu sind zwei Oligonukleotidprimer nötig, die gegenläufig an die komplementären Stränge einer bekannten DNA-Sequenz binden. Des weiteren müssen neben der zu amplifizierenden Sequenz die Nukleotide dATP, dCTP, dGTP und dTTP zugegeben werden sowie die Taq-Polymerase, die in der Lage ist, den DNA-Strang von den Primern aus zu verlängern.
  • Grundlegende Schritte der PCR sind:
    • Denaturierungsphase: hier wird die doppelsträngige DNA bei 94–95°C zu Einzelsträngen aufgeschmolzen.
    • Annealingphase: Die Primer lagern sich bei einer Temperatur, die nahe der Schmelztemperatur Tm der Primer liegt an die einzelsträngige DNA an.
    • Extensionsphase: Bei 72°C erfolgt die Verlängerung der Primer und dadurch die Synthese eines DNA-Doppelstrangs mit Hilfe der Taq-Polymerase und den zugesetzten Nukleotiden. Durch Wiederholung dieser 3 Schritte bis zu 50 mal ist es möglich eine sehr hohe Kopienzahl des gewünschten Sequenzabschnittes zu erhalten.
  • 6) Markierung der PCR mittels Biotin
  • In die PCR können neben den natürlich vorkommenden Nukleotiden auch modifizierte Nukleotide eingebaut werden. Den Nukleotiden können z.B. Fluoreszenzfarbstoffe oder Biotin angehängt sein, wobei sich biotinylierte Nukleotide sehr viel einfacher und effizienter einbauen lassen als z.B. Cy5-markierte Nukleotide. Um das PCR-Produkt auf dem Chip mit Streptavidin-Cy5 nachweisen zu können, wurde Biotin-l6-dUTP in die DNA eingebaut. Dabei wurde das Biotin-dUTP anstelle von dTTP eingebaut.
  • 7) PCR-Ansatz für die biotinylierte Multiplex-PCR zur Detektion von Hämochromatose
  • Ansatzt in einem Volumen von 25μl. Zur Amplifikation wurde ein Standardprogramm für kurze DNA-Amplikons verwendet
    Template DNA 100nM
    Primer1Fw 0,5μM
    Primer1Rev 0,5μM
    Primer2Fw 0,5μM
    Primer2Rev 0,5μM
    dNTP's (ohne dTTP) 0,1mM
    dTTP 0,08mM
    BiotindUTP 0,06mM
    MgCh2 2,5mM
    10 × Puffer 1:10 Verd.
    HotStarTaq 0,25U
  • 7) Herstellen von DNA-Einzelsträngen
  • Zur Herstellung von DNA-Einzelsträgen wurden PCR-Produkte verwendet, die mit einem thioatmodifizierten Primen und einem nicht-modifizierten Primer hergestellt wurden. Diese PCR-Produkte wurden in einem Volumen von 25μl mit 1 μl T7 Gen 6 Exonuklease der Firma Amersham versetzt und 30min bei 37°C inkubiert. Zum Beenden der Reaktion wurde der Ansatz für 10min bei 85°C erhitzt.
  • 8) Hybridisierung
  • Die Hybridisierung erfolgte durch die Zugabe der amplifizierten Probe in Hybridisierungspuffer auf das Meßfeld des Sensorchips. Die Hybridisierungslösung wurde im TIRF-Meßgerät direkt in eine Hybridisierungsküvette gegeben. Anschließend wurden die Träger in der Hybridisierungsküvette des TIRF-Geräts für einige Sekunden mit handelsüblichen Waschpuffer gespült.
  • 9) Färbung
  • Das Anfärben der gebundenen biotinylierten PCR-Fragmente erfolgte durch Inkubation mit einem Streptavidin-Cy5-Konjugat. Die Stammlösung wurde nach Herstellerangaben in Färbepuffer aufgenommen. Diese wurde direkt in die Hybridisierungsküvette des TIRF-Meßgeräts gegeben.
  • 10) Fluoreszenzmessung
  • Der Träger wurden im Analysator mit Laserlicht bestrahlt. Der verwendete Fluoreszenzfarbstoff Cy5 (siehe Abb.) absorbiert laut Herstellerangaben (Amersham Biotech) bei %max = 649nm und emittiert bei λmax = 670nm. Das emittierte Licht wurde mit einer CCD-Kamera aufgenommen und das entstandene Bild mit den einzelnen Fluoreszenzpunkten ausgewertet. Die Umwandlung von graphischen Daten der Fluoreszenzintensitäten in Zahlenwerte wurde mit einem kommerziell verfügbaren Computerprogramm durchgeführt.
  • 11) Analyse von Schmelzkurven
  • Zur Analyse von Schmelzkurven wurden alle Schritte in der Hybridisierungsküvette im Analysegerät durchgeführt. Die Hybridisierung der amplifizierten, biotinylierten, einzelsträgigen DNA-Probe erfolgte bei 20°C für 15min–2h an die Sonden des Sensorchips. Unter diesen wenig stringenten Bedingungen wird die Probe mit hoher Hybridisierungseffizienz an den Chip gebunden. In der darauffolgenden Färbereaktion wurden die an die Sonden gebundenen biotinylierten Proben-DNA-Fragmente mit einer Streptavidin-Cy5-Lösung für 5min angefärbt. Darauf erfolgte unter gradueller Temperaturerhöhung durch die Aufnahme vieler Einzelbilder.
  • Beschreibung der Abbildungen
  • 1 beschreibt die TIRF-Messoptik. Laserlicht aus einer Halbleiterlaserdiode (1) wird durch eine Linse (2) fokussiert (3) und auf die Einkoppelkante eines TIRF-Messchips (4) gestrahlt. Auf der Oberfläche dieses Chips befinden sich Biomoleküle (5, 6), die mit einem Lumineszenzfarbstoff markiert sind. Innerhalb des evaneszenten Feldes werden die Lumineszenzfarbstoffe angeregt und geben Lumineszenzlicht ab (5, 7), das mittels geeigneter Detektoren aufgefangen werden kann. Lumineszenzfarbstoffe, die ausserhalb des evaneszenten Feldes sind, werden Lumineszenzfarbstoffe nicht angeregt (6) und geben dementsprechend kein Licht ab. Das Fluoreszenzlicht (7) kann mittels handelsüblicher CCD- oder CMOS- Kameras aufgezeichnet werden.
  • 2: Die Abbildung zeigt die erfindungsgemäße Analyse von drei Experimenten im Vergleich zueinander. Bei der oberen Kurve wurde als Analyt eine DNA verwendet, die nur Wildtyp-Allele enthält. Durch Vergleich der Schmelzpunktkurven die an den Sonden für die Wildtyp-DNA und die zu untersuchende mutierte DNA aufgenommen wurden erhält man eine Differenzenkurve. Um diese zu erhalten wird zuerst die aufgenommene Schmelzpunktkurve errechnet. Dazu wird der hybridiserte Chip von 20°C auf 80°C in Schritten von 2°C erhitzt. Bei Erreichen der Temperatur wird der Chip mit der Kamera aufgenommen und das Bild der Fluoreszenz abgespeichert. Anschließend wird das Signal der Fluoreszenzbilder verschiedener Temperaturstufen ausgewertet. Dazu wird die Signalintensität an den Punkten, an denen die Sonden immobilisiert sind, quantifiziert. Gleichzeitig werden Referenzpunkte auf dem Chip ausgewertet, an denen fluoreszenzmarkierte DNA immobiliert ist. Dieses Signal nimmt beim Erhitzen des Chips ab (da das Fluoreszenzsignal durch Wärme reduziert wird).
  • Diese Abnahme wird prozentual bestimmt und die aufgenommenen Signalkurven werden um diese Abnahme korrigiert. Nach erfolgter Korrektur wird nun das Signal der Sonde der gesuchten Mutation von der Sonde der Wildtyp-DNA subtrahiert. Das Ergebnis wird als Graph aufgetragen. Die mittlere Kurve stellt den Fall dar, wenn im Analyt sowohl Wildtyp-DNA als auch mutierte DNA vorhanden ist. Die Kurve bildet dann im Idealfall eine Gerade entlang des Nullpunktes. Die untere Kurve stellt nun den Fall dar, wenn im Analyt nur mutierte DNA vorhanden ist. Die Differenz der Bindungskurve von Wildtyp-DNA zur Bindungskurve der mutierten DNA ist negantiv, da die mutierte DNA mit wesentlich geringerer Bindungsenergie an die Wildtyp-Sonde bindet, als diese an die Sonde der mutierten DNA-Sequenz bindet.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Analysieren von Nukleinsäuren, umfassend (a) Messen der Schmelzkurve eines Nukleinsäurehybrides einer Probennukleinsäure mit einer ersten Nukleinsäuresonde (b) Messen der Schmelzkurve eines Nukleinsäurehybrides einer Probennukleinsäure mit einer zweiten Nukeinsäuresonde welche sich von der ersten Nukleinsäuresonde um 1 oder mehrere Nukleotide unterscheidet aber zur ersten Nukleinsäuresonde zu mindestens 80% homolog ist. (c) Mathematischer Vergleich der Schmelzkurve aus (b) von der Schmelzkurve aus (a) (d) Vergleich des Ergebnisses aus (c) mit Referenzwerten für die möglichen Zusammensetzungen der Nukleinsäureproben
  2. Verfahren zum Analysieren von Nukleinsäuren, umfassend (a) Messen der Schmelzkurve eines Nukleinsäurehybrides einer Probennukleinsäure mit einer ersten Nukleinsäuresonde (b) Messen der Schmelzkurve eines Nukleinsäurehybrides einer Probennukleinsäure mit einer zweiten Nukeinsäuresonde welche sich von der ersten Nukleinsäuresonde um 1 oder mehrere Nukleotide unterscheidet aber zur ersten Nukleinsäuresonde zu mindestens 80% homolog ist. (c) Mathematischer Vergleich der Schmelzkurve aus (b) von der Schmelzkurve aus (a) (d) Vergleich des Ergebnisses aus (c) mit Referenzwerten für die möglichen Zusammensetzungen der Nukleinsäureproben (e) Festlegen eines Befundes aufgrund der erhobenen Daten
  3. Verfahren zur Bestimmung der Identität einer Nukleinsäure, dadurch gekennzeichnet, dass (a) die Schmelzpunktkurve der Bindung einer Referenznukleinsäure identischer Sequenz an eine Nukleinsäuresonde aufgenommen wird (b) die Schmelzpunktkurve der zu untersuchenden Nukleinsäure an einer Nukleinsäuresonde identischer Sequenz aufgenommen wird (c) die beiden Schmelzpunktkurven mathematisch verglichen werden
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei der die Daten mittels eines beheizbaren TIRF-Gerätes gewonnen werden
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Nukleinsäuresonden kovalent auf Oberfläche eines Wellenleiters gebunden sind
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Nukleinsäuresonden auf einem Polymer oder einer Polymerschicht kovalent gebunden sind
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei denen auf dem Wellenleiterchip eine Vielzahl von Nukleinsäuresonden aufgebracht ist
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wellenleiterchip nach Durchführung eines Experimentes von der gebundenen Nukleinsäure befreit wird und zu weiteren Experimenten verwendet wird
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen bei denen der Wellenleiterchip mit einer Referenznukleinsäure hybridisiert wird um Vergleichswerte für die nachfolgenden Messungen haben
  10. Verfahren zur Reduktion unspezifischer Signale auf DNA-Chips, dadurch gekennzeichnet dass (a) ein DNA-Chip mit einer unmarkierten Probe, die an die Nukleinsäuresonden auf dem Chip bindet hybridisiert wird (b) die Hybridisierung wieder aufgelöst wird (c) dieser DNA-Chip anschließend zu weiteren Hybridisierungsexperimenten mit markierter DNA verwendet wird
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2009007008A1 (de) * 2007-07-06 2009-01-15 Holger Klapproth Verfahren und vorrichtung zum nachweisen und/oder bestimmen der konzentration von nukleinsäure-liganden in einer probe
WO2011031234A1 (en) * 2009-09-08 2011-03-17 Agency For Science, Technology And Research Method and system for thermal melt analysis

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009007008A1 (de) * 2007-07-06 2009-01-15 Holger Klapproth Verfahren und vorrichtung zum nachweisen und/oder bestimmen der konzentration von nukleinsäure-liganden in einer probe
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