JP2003532380A - 線状自己アニーリングセグメントからの一本鎖環状ｄｎａの産出 - Google Patents

線状自己アニーリングセグメントからの一本鎖環状ｄｎａの産出

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Abstract

(57)【要約】 本発明は複数の一本鎖ＤＮＡ環の急速で同時生産の方法を提供し、この一本鎖ＤＮＡ環はダンベル状モノマーを形成し熱変性に続いて一本鎖ＤＮＡ環を産出するために連結反応に指向する相補配列を含有する予め設計されたヘアピンオリゴヌクレオチドを持つ。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本出願は１９９９年１２月２日出願の合衆国暫定特許出願番号第６０／１６８
，５１１号の優先権を主張し、その開示はその全体を引用することによりここに
組み込まれている。
【０００２】 本出願は一本鎖ヘアピンセグメントの自発的環状化に指向する相補配列を含む
前記セグメントから続く連結反応で単一環を形成するように一本鎖環状ＤＮＡを
形成するためのプロセスに関する。
【０００３】
【背景技術】
過去数十年にわたり、分子生物学への研究はこの分野での研究者に利用できる
ようになった新しい極めて多数の方法論により高められてきた。このような方法
は基本的により新しいバイオテクノロジーの領域を創出するのに役立ち、商業的
な競技場でのその出現を促進した。とりわけ有利なのは特異的なＤＮＡ配列の短
いセグメントを複製しまた増幅するために展開された方法であり、より大きなサ
ンプル内で望ましいＤＮＡの配列を同定する目的でそのような配列の調製と同じ
く増幅の両方を促進することを容易にした。
【０００４】 この点に関しもっとも重要なものはその正確なヌクレオチド配列が知られるこ
とを必要としないより大きなセグメントに隣接する短いプライマーを使用して望
ましいＤＮＡのセグメントを幾何級数的に増幅する手段としてのポリメラーゼ連
鎖反応（ＰＣＲ）の発展である。このような技術で与えられた莫大な利点がある
にも拘らず、ある種の障害も存在する。それらは、一本鎖に転換するための変性
を必要とし、また環が望ましい場合には更なる処理を必要とするＤＮＡの線状二
重らせん配列をＰＣＲが産出するという事実を含む。加えて、加熱と冷却の各種
のステップ、およびプロセスに必要とされる各種の酵素はそれを費用がかかり、
時間を消費し、また面倒なものにしている。これらの問題に対応するために他の
方法も考案されてきたが、その多くは主としてベーシックＰＣＲプロセスを基本
的に修飾したものに過ぎなかった。
【０００５】 とはいっても、ＰＣＲは一本鎖環状ＤＮＡの急速かつ費用のかからない産出に
は不適切なままである。このようなＤＮＡは、一本鎖ＤＮＡのより大きなセグメ
ント内に存在する各種の所謂標的配列のためのプローブとしての用途を見出して
いる。しばしばこのような環は標的ＤＮＡの配列に相補性である分離したプロー
ブセグメントで合成されてきている。このような場合、環はまず所謂「開環」と
して合成され、次いで標的一本鎖ＤＮＡの相補配列にアニール化される。一度ハ
イブリッド形成されると、開環は連結反応して所謂パドロック（なんきん錠）を
形成し、これは次いで標的ＤＮＡを検出するための手段として使用される（ニル
ソン、他、パドロックプローブ；局在化ＤＮＡ検出のためのオリゴヌクレオチド
の環状化、サイエンス、２６５巻、２０８５−２０８８ページ（１９４４年）参
照）。
【０００６】 一本鎖環状ＤＮＡは実験的または商業的な特質の両方で数多くのバイオテクノ
ロジーの領域で有用であることが発見された。そのような用途で重要なものの一
つはローリングサークルＤＮＡ複製のための基質としての用途である。この手順
では、ＤＮＡの一本鎖環が一本鎖相補プライマーＤＮＡの短鎖と混合され、２個
の別個の鎖がアニール化される。クレノウフラグメントなどのＤＮＡポリメラー
ゼの追加の後、無傷環が酵素により鋳型として使用され、次いでプライマー鎖の
３′末端から複製される。酵素が環状鋳型の周りを動き続けた後、それはプライ
マーの５′末端と出会い、それは次いで鋳型鎖から置換されそのため酵素は環状
鋳型の周りを動き続け一方長い分断されていない一本鎖のＤＮＡが産出する。こ
のような一本鎖は一本鎖連鎖状ＤＮＡとして引用される（ルースおよびドライバ
ー，ＷＯ９２／０１８１３）。本発明の一本鎖環状産出物はこのようなプロセス
での基質として理想的に適している。本発明に基づく方法で作られる産出物はプ
ローブ、検出部位または更なる処理のための制限部位として行動することができ
る数多くの異なった配列セグメントを持つ一本鎖連鎖状ＤＮＡを究極的に産出す
ることかできる。
【０００７】 これまでの所、所謂「ローリングサークル増幅」すなわちＲＣＡという産出物
はその存在の検出が望まれた標的ＤＮＡに局在する特異的配列のための相補配列
を含むプローブのための結合配列として使用されてきた。本質的には、標的に含
まれる配列の検出を促進するために環状鋳型に含まれる配列を増幅する結果とな
った。
【０００８】 加えて、ＲＣＡは一本鎖環状基質に含まれてはいるが制限部位を含むものに相
補的な反復配列を含む連鎖状一本鎖ＤＮＡを産出するため使用されてきた（ルー
スおよびドライバー，ＷＯ９２／０１８１３を参照）。かくして連鎖状ＤＮＡが
制限酵素で処理される時、それは短い反復セグメントに切断され、それは望まし
ければ連結反応され、元の環に相補性である構造を形成することができる。プラ
イマーとＤＮＡポリメラーゼを追加によって、このようなプロセスは元の環の複
製を形成するために反復することができる。本発明は最初に望ましい環を複製す
ることにより、このような多段階のプロセスの必要性を排除し、かくして第２ラ
ウンドのＲＣＡに対する必要性も排除する。
【０００９】 ＲＣＡ技術のも一つの有用な見地は、異なったサイズの環を産出し、それらを
組合わせ、異なった標的配列を持つ標的ＤＮＡのプローブとしてそれらを使用す
ることであった。これは異なったサイズの環を産出し、それらを混合し、あるい
は産出物の相対量を決定する出発材料の相対量で同一反応混合物で多数のＲＣＡ
反応を同時に運転することのいずれかで行われている。しかし基質として使用す
るためには、まず異なったサイズの環を産出しなければならない。
【００１０】 本発明に基づく方法は何らかの望ましいサイズと配列の環を産出する簡単で効
果的な手段を提供することにより、このような厄介なプロセスの必要性を排除す
る。かくしてここに開示された方法を用いて、そのすべてが同じサイズを持つが
そのヌクレオチド配列が異なっている環を産出し、または異なったサイズと配列
、あるいは他の考え得るいずれかの組合わせを持つ環をすべて同時に産出するの
は簡単なことである。同じＤＮＡポリメラーゼはすべての配列を一緒に複製し、
その産出物の相対的豊富さは出発混合物でのその相対的豊富さの関数となるであ
ろう。
【００１１】 現在のＲＣＡ技術の問題の一つは（環内に含まれるヌクレオチド配列またはヌ
クレオチドの前もっての決定を促進するために）殆どの出発環が化学的に合成さ
れるということである。このような合成は約１００塩基以上より大きな環の産生
を行い、いずれも費用がかかり時間を消費する。勿論約２００個以上のヌクレオ
チドの環は現在の技術をもってしては効果的に作ることはできない。これとは逆
にプラスミド技術はこの分野であまり使われなかったが、それは必要とされる出
発環が一本鎖でなければならないのに、一方プラスミドが通常二重らせんＤＮＡ
であるためである。
【００１２】 一度一本鎖ＤＮＡの伸長部が合成されると、環はリガーゼ酵素の使用を通じ、
また短い案内ヌクレオチドを使用して酵素により形成される。残存する未反応線
状オリゴヌクレオチドおよび案内オリゴヌクレオチドすべては次いでエキソヌク
レアーゼで消化される。全プロセスはいくつかの段階を含み、そのすべては効率
を変えて作用する。このようなプロセスによる環の産出は一般に５０％以下であ
り、他の望ましくない形態が絶えず存在する。このような環を産出するためのよ
り簡単でより効率的なプロセスが従って望まれることになる。
【００１３】
【発明の概要】
本発明に基づく方法はこれまでに説明された従来の技術とは異なるアプローチ
を含む。本発明に従って、それぞれが同じオリゴヌクレオチド内で第２短配列に
相補性である第１短配列を所有する一本鎖ＤＮＡの個別セグメントは自己アニー
ル化を認められ、これにより前記一本鎖ＤＮＡの末端配列の部分よりなる張り出
し部（オーバーハング）を持つ擬似環状またはヘアピンオリゴヌクレオチドを形
成する。
【００１４】 本発明の更なる目的は、熱変性後に相互に容易に連結反応して出発セグメント
の配列から形成される予め定められたヌクレオチド配列を含む拡大された一本鎖
環状ＤＮＡを形成できる個別の擬似環状（即ちヘアピン）一本鎖ＤＮＡ構造を提
供することである。
【００１５】 本発明のも一つの目的は、出発原料として擬似環状ＤＮＡセグメントを使用し
、また合成と連結反応に多数のサイクルの必要なしで変化するサイズと配列での
一本鎖環状ＤＮＡ分子を合成する方法を提供することである。
【００１６】 更に本発明の一つの目的は、何らかの線状中間体の必要なしで容易に複製する
ことのできる予め定められた配列を持つ一本鎖環状ＤＮＡを産生することである
。
【００１７】 同じく本発明の一つの目的は、変化するサイズといずれか望ましい配列の一本
鎖ＤＮＡの多数の複製を産生し、続く混合で更なるローリングサークル複製のた
めの単一反応混合物を産出する手段を提供することである。
【００１８】 本発明のも一つの目的は、続くプロセス、例えばローリングサークル増幅など
ですぐに使用できる一本鎖ＤＮＡ環を合成する手段を提供することである。
【００１９】 更にまた本発明の一つの目的は、適切な連結反応と変性の後にそのＲＣＡ産物
をヘアピンオリゴヌクレオチドの再生のために同じ制限酵素で切断することがで
きる一本鎖環を提供するエンドヌクレアーゼの制限部位を含む相補末端（すなわ
ち相補張り出し領域）を持つヘアピンオリゴヌクレオチドを提供し、それにより
、とりわけ化学合成の必要なしで環の産出のためのオリゴヌクレオチドの酵素源
を提供することである。
【００２０】 更に本発明の一つの目的は、ＲＣＡでの増幅のための環を形成するために、い
ずれか望ましいサイズと配列のＤＮＡ制限断片への連結反応のために付着末端を
持つヘアピンオリゴヌクレオチドを提供することである。
【００２１】
【発明の説明】
本発明は変化するサイズと配列の一本鎖ＤＮＡ環を合成する簡単で速やかな方
法に指向する。本発明に従って開示される方法は、より大きな単一ＤＮＡ配列の
一部として存在するか、また異なったポリヌクレオチドに存在する時に、相互に
アニール化するのための相補性ＤＮＡ配列の性向を使用する。
【００２２】 現在の技術は化学合成オリヌクレオチドの連結反応によりローリングサークル
増幅（ＲＣＡ）のための前もって形成された環を用意する。連結反応のために、
５′−および３′−末端それぞれは短い案内オリゴヌクレオチドを用いて一緒に
される。未連結反応線状ＤＮＡと案内オリゴヌクレオチドは次いでエキソヌクレ
アーゼとの組合わせで消化される。全プロセスは効率を変えて運転するいくつか
の段階を含む。更に環状モノマー（即ち一本鎖ＤＮＡ環）の収率は対抗する反応
（例えば線状および環状コンカテマーの形成）により厳しく制限することができ
る。かくして最適化のある形態は一般にモノマー環の収率を改善するために必要
とされる。しばしば使用される解決法は、連結反応段階を低いオリゴヌクレオチ
ド濃度で実行することである。しかしこれは小規模調製にのみ有用であることが
証明され、商業生産などのような大規模のものでは実用的でなく経済的でもない
ことが判明した。より長い環を産出するための他のアプローチ（例えばＲＣＡそ
れ自身および非対称ＰＣＲ）も連結反応を必要とする。
【００２３】 本発明に従って開示される方法は新規ではあるけれどもより直接的なアプロー
チに依存する。本発明は結合ＤＮＡセグメントのよく知られた付着末端（または
「粘着末端」）法を使用する。要約すると、各オリゴヌクレオチドは短いヘアピ
ン、または線状二重らせんセグメント、続いて張り出し部を短いヘアピン、また
は線状二重らせんセグメント、続いて張り出し部を形成するように設計され、そ
のため１個のヘアピンオリゴヌクレオチドの張り出し部はも一つのヘアピンオリ
ゴヌクレオチドの張り出し部に相補性となり、これにより酵素または化学手段の
いずれかによる連結反応により閉鎖のすぐできる二重らせんヘアピンダイマーを
生じる。
【００２４】 本発明に従って、多分５乃至６個のヌクレオチドと少ない相補配列の短い伸長
部を含む予め定められたヘアピンオリゴヌクレオチド配列が提供され、そのため
これらの相補伸張部はヘアピンオリゴヌクレオチドを提供するためにアニール化
する。ここで使用されるように、「ヘアピンオリゴヌクレオチド」という用語は
、その５′−および３′−末端それぞれにあるいはその近くに相補配列を含む一
本鎖ポリヌクレオチドを言及し、そのため前記相補配列はアニール化し、相補配
列内部に結合される水素により環状形態で保持される環状構造の形成に帰着する
。ここで開示される方法により形成されるもののように、ヘアピンオリゴヌクレ
オチドと実際の一本鎖ＤＮＡ環との間の差は、一本鎖環が内部ハイブリッド形成
なしで、また遊離５′−および３′−末端なしで単一環を形成するために共有結
合で一緒に保持されているということである。加えて、ここで開示される出発オ
リゴヌクレオチドはお互いに関連して反転する内部相補配列を含み、そのため前
記配列が位置している３′−および５′−末端は、環状構造を形成するポリヌク
レオチドの非ハイブリッド形成部分のみで短い線状セグメントを産出するために
同じセグメントでハイブリッド形成するであろう。加えて、前記相補配列のただ
一つのものがポリヌクレオチドの５′−または３′−末端のいずれかに位置を占
め、他の相補配列はそれが一部分であるポリヌクレオチドのいずれかの部分に相
補性でないヌクレオチドの短いセグメントより前記ポリヌクレオチドの末端から
置換されている。
【００２５】 本発明の方法で有用なヘアピンオリゴヌクレオチドは、一端部でループを他端
部では短い張り出し部一本鎖を持つ２個の自己補強性セグメントで形成される短
い二本鎖部分を持つ一本鎖オリゴヌクレオチドより成り、そのため前記二本鎖部
分の末端は平滑ではない。かくして本発明の目的のために、ヘアピンは一本鎖Ｄ
ＮＡ、望ましくは同一一本鎖ＤＮＡ内で隣接し正反対の相補配列の間で塩基対化
されることで形成された二重らせん領域として定義される。
【００２６】 かくして本発明は、２個またはそれ以上のヘアピンオリゴヌクレオチドより成
る一本鎖環状ＤＮＡの多数の複製を作るプロセスに指向し、ここで各ヘアピンオ
リゴヌクレオチドは同一またはも一つ別の前記ヘアピンオリゴヌクレオチドのど
のセグメントともハイブリッド形成しない少なくとも１個のセグメントを含み、
またここで前記各ヘアピンオリゴヌクレオチドが相補末端配列を含み、その条件
下で前記相補末端配列のハイブリッド形成を認め、次いで生成するハイブリッド
形成されたヘアピンオリゴヌクレオチドを連結反応させて一本鎖ダンベル状ＤＮ
Ａモノマーを形成する（このような構造は基本的に各末端にループを持つ二本鎖
線状セグメントより成るモノマーである）。連結反応に続き、一本鎖ダンベル状
産出物は従来の技術で公知の手段により熱変性されて完全に開いた一本鎖ＤＮＡ
環を形成し、それは環内に相補配列が存在するにも拘らず、もはやアニール化せ
ず、かくして一本鎖環のまま留まるであろう。適切な変性条件は一般に７０℃乃
至高くて１００℃の範囲を必要とし、約９５℃、または少なくとも９５℃の温度
が大抵のＤＮＡ環にとっては十分なものとなる。
【００２７】 本発明の一つの実施例では、それぞれが５個の塩基ヘアピンと４個ヌクレオチ
ド張り出し部を持つ２個の１００−ｍｅｒ（即ち１００塩基）オリゴヌクレオチ
ドが２００ヌクレオチド一本鎖環を作るのに使用された。一般にオリゴヌクレオ
チドが長ければそれだけ連結反応できる安定したヘアピンループを作るのに必要
なヘアピンも長くなる。これとは逆に、現在の化学技術は長さで約１００塩基よ
り長い一本鎖環状オリゴヌクレオチドの調製を容易に促進することはない。かく
して長い一本鎖オリゴヌクレオチド、例えば長さで約７０ヌクレオチド以上のい
ずれかの環を化学的に合成する際の効率は非常に低い。
【００２８】 本発明の一つの実施例に従って、下記の一般構造配列を持つ第１ヘアピンオリ
ゴヌクレオチドが提供される。
【００２９】
【００３０】 ここでＡ，Ｂ，Ａ′，およびＣは大きなポリヌクレオチド内でのヌクレオチド
の個々のセグメントを表し、セグメントＡとＡ′は通常のセンス、すなわちワト
ソン・クリックセンスで相互に相補性であり、つまりチミン塩基に対してアデニ
ン塩基水素結合；またシトシン塩基に対してはグアニン水素結合を持つ。しかし
セグメントＡとＡ′は、セグメントＡが５′から３′方向で読み取られまたセグ
メントＡ′が３′から５′方向で読み取られる時だけ相補性である。セグメント
ＡとＡ′のハイブリッド形成の結果は、短い線状二重らせんから外側に環の残部
から離れて伸びる一本鎖セグメントＣを持つヘアピンオリゴヌクレオチドの一側
部で線状二重らせんＤＮＡの短い伸張部を持つ、ヘアピンオリゴヌクレオチドの
形成である。生成する構造は図１で示される。
【００３１】 本発明に基づいて開示されるヘアピンオリゴヌクレオチドの一つの特異的実施
例は従って下記の構造を持つ。
【００３２】
【００３３】 ここでセグメントＡは配列５′−ＣＡＴＧＡ−３′（配列識別番号５）を持ち
、セグメントＡ′は配列５′−ＴＣＡＴＧ−３′（配列識別番号６）を持つ。セ
グメントＣはセグメントＡまたはＡ′に相補性である配列からは異なるように、
あるいはセグメントＢからでさえ異なるように予め選択された配列を持つ尾部セ
グメントであり、それによりこれらの配列との何らかの相補性を予め予防しまた
そのため望ましくない内部アニーリングを予防する。セグメントＢは予め定めら
れたヌクレオチド配列を持つセグメントであり、その配列はここで開示された本
発明の運転により形成される一本鎖環状ＤＮＡに組み込まれるべきものとなる。
かくして、セグメントＢの配列は合成したいと望まれる一本鎖ＤＮＡ環に基づき
、本発明の使用者の欲求、意向および動機付けにより決定される。
【００３４】 更に本発明の実施例に従って、前に述べた第１一本鎖ＤＮＡヘアピンオリゴヌ
クレオチドと同じ一般構造を持つ第２一本鎖ＤＮＡヘアピンオリゴヌクレオチド
が提供される。一般に第２ヘアピンオリゴヌクレオチドの個別セグメントの配列
は、セグメントＣの例外を除き、第１ヘアピンオリゴヌクレオチドのセグメント
の配列とは異なり、またそれとは無関係なものとなろう。第１ヘアピンオリゴヌ
クレオチドのセグメントＣの配列と第２ヘアピンオリゴヌクレオチドのセグメン
トＣの配列は相互に相補性であるが対向方向で読み取られる時のみである。例え
ばもしヘアピンオリゴヌクレオチド１のセグメントＣの配列が配列５′−ＴＧＴ
ＡＣ−３′（配列識別番号３）を持つならば、ヘアピンオリゴヌクレオチド２の
セグメントＣの配列は配列５′−ＧＴＡＣＡ−３′（配列識別番号４）を持つこ
とになるであろう。
【００３５】 本発明の方法を実施するにあたり、ヘアピンオリゴヌクレオチドのそれぞれセ
グメントＣがヘアピンオリゴヌクレオチドの３′−末端に存在することは不必要
であり、しかし代わりに各セグメントＣがここで開示される方法の成功に何らか
の影響を与えることなくヘアピンオリゴヌクレオチドのそれぞれの５′−末端で
存在することもできた。唯一の必要条件は、これらのセグメントが対向方向で読
み取られた時に相補性であり、またそれらが両方ともヘアピンオリゴヌクレオチ
ドの３′末端かもしくはヘアピンオリゴヌクレオチドの５′−末端で存在し、し
かし本発明を作動させるために、それぞれのセグメントＣが第１ヘアピンオリゴ
ヌクレオチドでも、また第２ヘアピンオリゴヌクレオチドの３′−末端でも存在
しないし、あるいはその逆も同じである、ということである。
【００３６】 本発明に従って、各ヘアピンオリゴヌクレオチドのセグメントＢ、あるいはそ
のようなセグメントの部分は、一本鎖ＤＮＡ環に組み込まれるべき予め定められ
たヌクレオチド配列より成り、または一般にそれを含む。前記予め定められた配
列は、ここで開示される方法の使用者の必要性と欲求に指図されたヌクレオチド
配列を持つであろう。このような予め定められた配列は天然発生ポリヌクレオチ
ド、例えばプラスミドまたは生物のゲノムなどから誘導される配列であり、ある
いは一本鎖環に組み込まれるための明白にドノボ（新生）合成される新規な配列
を含む完全に新規な配列である。
【００３７】 本発明の一つの実施例に従って、第１および第２出発ヘアピンオリゴヌクレオ
チドそれぞれのセグメントＢは同じヌクレオチド配列、または類似の配列を持つ
こともあるが、これらセグメントの配列は一般に異なるであろう。かくして反応
混合物は、予め定められたヌクレオチド配列を持つセグメントＢを含む第１ヘア
ピンオリゴヌクレオチドの１個またはそれ以上の複製、一般には多くの複製、お
よび同一または一般には異なったヌクレオチド配列を持つセグメントＢを含む第
２ヘアピンオリゴヌクレオチドの１個またはそれ以上の複製、一般には多くの複
製を含む。
【００３８】 本発明の一つの実施例では、反応媒体は少なくとも２個の型より成るヘアピン
オリゴヌクレオチドの混合物を含む。ヘアピンオリゴヌクレオチドの第１の型、
または集団は、使用者の対象となる配列であり、またはそうでもないセグメント
Ｂに位置し予め定められた配列を持つ既に記載された一般構造を持つであろう。
ヘアピンオリゴヌクレオチドの第２の型、または集団はその一本鎖環への組み込
みが望ましい予め定められた配列を持つセグメントＢを含むであろう。更にヘア
ピンオリゴヌクレオチドの第１および第２集団がそのように構築されるため（こ
こでセグメントＣと指定された）張り出し配列は相補性であり、ヘアピンオリゴ
ヌクレオチドの２個の集団の混合に際してハイブリッド形成するであろう。かく
して集団１からのどのヘアピンオリゴヌクレオチドでのセグメントＣも同一であ
るが、集団２のヘアピンオリゴヌクレオチドのいずれかのセグメントＣの配列と
は異なり、また逆も真である。
【００３９】 本発明の更なる実施例において反応媒体はヘアピンオリゴヌクレオチドの３個
またはそれ以上の集団を含み、その一つは形成される一本鎖環状産出物の性質に
必要ではないが必須である予め定められたヌクレオチド配列を持つセグメントＢ
を含む。これとは逆にヘアピンオリゴヌクレオチドの他の集団はここで記載され
るようにセグメントＢの配列で単に異なる。そのような一実施例では、３個の集
団が存在し、ここでそれぞれは各セグメントＢの配列で異なる。この場合、集団
１のヘアピンオリゴヌクレオチドはすべてセグメントＣと同じ配列を持ち、一方
、集団２と３はすべてセグメントＣと同じ配列を持つが、この配列は集団１のセ
グメントＣのそれに相補性である。かくして３個の集団の混合に際して、集団１
のヘアピンオリゴヌクレオチドは集団２と３のヘアピンオリゴヌクレオチドの対
応する相補セグメントＣとセグメントＣを通じてハイブリッド形成して一本鎖Ｄ
ＮＡ環の２個の異なった集団を形成し、各産出物環は集団１と２からあるいは集
団１と３からのヘアピンオリゴヌクレオチドから形成される。セグメントＣの配
列の同定の故で、集団１のヘアピンオリゴヌクレオチドは集団１の他のヘアピン
オリゴヌクレオチドにハイブリッド形成できない。集団２と３のヘアピンオリゴ
ヌクレオチドはそれ自身のセグメントＣに対する同じ配列を持つために、集団２
と３からのヘアピンオリゴヌクレオチドはそれぞれ他の但し集団１のヘアピンオ
リゴヌクレオチドだけとハイブリッド形成することかできない。
【００４０】 本発明の方法に従って、も一つの実施例はヘアピンオリゴヌクレオチドの４個
の集団を持つことが出来る。この場合反応混合物は、例えはセグメントＢとＣに
対するユニークＤＮＡ配列を含む集団１のヘアピンオリゴヌクレオチドの多くの
複製を含む。これとは逆に、集団２，３および４はそれぞれそのそれぞれのセグ
メントＢに対するユニーク配列と共にヘアピンオリゴヌクレオチドを含むが、し
かしそれぞれはそのそれぞれのセグメントＣに対する同じ配列を持ち、その配列
は集団１のヘアピンオリゴヌクレオチドのセグメントＣの配列に相補性である。
【００４１】 このプロセスを継続することにより、本発明に基づき開示されるヘアピンオリ
ゴヌクレオチドのすべてのやり方での組合わせと順列がいずれかの望ましい数の
ユニーク一本鎖ＤＮＡ環を形成するために使用できる。
【００４２】 本発明に従って、ヘアピンオリゴヌクレオチドの出発集団は配列だけでなく、
サイズと相対濃度で異なる必要がある。かくして例えば、ヘアピンオリゴヌクレ
オチドの５個の集団の場合、集団１は研究者または他の使用者の必要、意向およ
び動機付けにより指図されるすべての配列とサイズのものであり、一方集団２，
３，４および５は研究者または他の使用者が望むサイズのすべてのサイズと配列
を同じように含む。更に集団２，３，４および５の個別の濃度は、一本鎖ＤＮＡ
環の合成を必要とする実験または手順の要求により指図されたものに類似する。
勿論ユニーク一本鎖ＤＮＡ環状産出物の相対濃度は、ユニーク出発ヘアピンオリ
ゴヌクレオチドの相対濃度に対応する。ここで開示された方法を実行する際には
、他の集団のヘアピンオリゴヌクレオチドの完全な反応を確保するために、集団
１のヘアピンオリゴヌクレオチドの十分な量を保証することが必須となる。かく
して集団１のヘアピンオリゴヌクレオチドは、その配列とサイズが生産を望まれ
る一本鎖ＤＮＡ環の性質により必須である他のヘアピンオリゴヌクレオチドを持
つ環を形成するためにのみ利用できる基本的には一種の「普遍」ヘアピンオリゴ
ヌクレオチドである。
【００４３】 かくして、ここで開示される方法に従って、ヘアピンオリゴヌクレオチドの集
団は主としてそのそれぞれのセグメントＢのヌクレオチド配列で異なっている。
かくして予め選択された各セグメントＢ、またはセグメントＢの一部を形成する
予め選択された配列は、同一または異なっている。もしすべてのそのような配列
が同一であるならば、本発明の方法を適用する結果は各ラウンドで同じ配列の多
くの複製を産出し、同一の一本鎖ＤＮＡ環の多数の複製を生み出すであろう。選
択肢として、もし異なった集団のヘアピンオリゴヌクレオチド内でセグメントＢ
またはセグメントＢの部分を形成する予め選択された配列が配列およびまたはサ
イズで異なるならば、本発明の方法を適用する結果は、各予め選択された配列を
含む一本鎖ＤＮＡ環の等モル量の多数の複製を生成し、予め選択された配列それ
ぞれに対応する環は同じサイズで異なった配列のものかもしくはサイズも配列 異なったものになるであろう。本発明の方法により生産された産出物の数と性質
は従って、使用者の欲求と動機付けによってのみ限定される。
【００４４】 本発明の方法で出発原料として使用されるヘアピンオリゴヌクレオチドはオー
トメーションまたは従来の化学のいずれかを使用し、例えば出発構造をビードに
付着しヌクレオチドをそこに加えることで合成して作ることができる。本発明で
使用されるヘアピンオリゴヌクレオチドはセグメントまたはそのフラグメントを
合成し、次いで前記セグメントまたはフラグメントをここで使用される適切なヌ
クレオチドを含むより大きな構造に結合することで作られる。このようなセグメ
ントまたはフラグメントは天然の微生物から誘導される天然源のものであり、あ
るいは選択された生体内でクローニングプロセスのために選択されたベクターを
利用する配列のクローニングの結果のものである。このようなセグメントまたは
フラグメントは更にプラスミド、ウイルス、または類似のものからも誘導される
。
【００４５】 本発明で使用されるヘアピンヌクレオチドは天然源のセグメントまたは配列並
びに完全に合成源のセグメントまたは配列を含むハイブリッドまたはキメラであ
る。勿論与えられたセグメントまたは配列が天然に見出されるという事実はここ
で使用される実験室で合成して作られることを妨げるものではない。かくして本
発明で使用されるヘアピンオリゴヌクレオチド、またはフラグメント、あるいは
セグメント、もしくはその部分に利用できる源は、研究者または本発明の他の使
用者の技術と想像力に委ねられる。
【００４６】 ここで使用されるように、「部分」、「セグメント」、および「フラグメント
」という用語は、ここで記載されるヘアピンオリゴヌクレオチドを含むいずれか
の種類のポリヌクレオチドまたはオリゴヌクレオチドと関連して使用された時は
、その配列がより大きな配列のサブセットを形成するヌクレオチド残基の連続配
列を引用する。例えばポリヌクレオチドが共通のエンドヌクレアーゼのいずれか
で処理を受けたとすると、このような処理から生じるオリゴヌクレオチドは出発
ポリヌクレオチドの部分、セグメントまたはフラグメントを表すに違いないであ
ろう。
【００４７】 図１で示されるもののような対を形成するヘアピンオリゴヌクレオチドの相補
または付着末端のハイブリッド形成に続き、それぞれのハイブリッド化ヘアピン
オリゴヌクレオチドの配列は、次いでいくつかの形態のＤＮＡ連結連結反応のい
ずれかを使用して閉じられる。このような連結反応はいくつか周知でしばしば使
用されるＤＮＡリガーゼ、例えばＴ４リガーゼまたは大腸菌リガーゼ、もしはア
ンプリガーゼなどを含む酵素による触媒反応を含むことができ、あるいは酵素を
含まず代わりにＤＮＡ合成手順、例えばホスホロチオエート誘導体または他の反
応基を伴う反応などのような単なる化学反応より成ることもある。後者の場合は
勿論単なる酵素反応以上に厄介なことが判明する。
【００４８】 酵素触媒反応を採用する連結反応では、一般の手順はヘアピンオリゴヌクレオ
チドの１個の用意された集団の５０ｐｍｏｌ（１ｐｍｏｌ＝１ピコモルすなわち
１０-12モル）を第２集団またはいずれの数かの１集団の５０ｐｍｏｌと組合わ
せＤＮＡの全量が約１００ｐｍｏｌになるような形を含むことができる。ヘアピ
ンオリゴヌクレオチドはこの時点でリガーゼの追加まで０℃でリガーゼ緩衝液（
トリス−Ｃｌ、５０ｍＭ，塩化マグネシウム１ｍＭ、ジチオスレイトール１ｍＭ
，ＡＴＰ，０．１ｍＭ，ｐＨ７．６）に懸濁される。ヘアピンオリゴヌクオレチ
ドのハイブリット形成は勿論、ハイブリッド形成が進行するにつれて酵素が付着
または粘着末端と連結反応するように連結反応の間に発生することが認められる
。望ましいＤＮＡリガーゼは（既に前記引用例されたリガーゼ緩衝液に含まれる
）その反応に必要なＡＴＰ（アデノシントリホスファターゼ）を必要とするＴ４
ファージのそれである。代わりにもし大腸菌リガーゼが使用される場合には、Ｎ
ＡＤ+（ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド）がＡＴＰの代わりに使用され
ねばならない。反応量が全体で１０μＬである場合には、リガーゼ反応はＴ４Ｄ
ＮＡリガーゼを３ワイス単位加えることで開始し、約３７℃で約３時間保温され
、この時間で付着末端と他のパラメータが変化し、最良の結果を得られるように
それが最適化される。いずれにせよ、保温温度は一般に４℃と約６５℃の間にあ
る。選択肢として、緩衝液はより高い濃度で作ることができ、次いで適当な量の
水で希釈される。
【００４９】 本発明の手順を実行するに際して、特定の緩衝液、培地、試薬、細胞、培養条
件その他に関する引用文献は限定することを意図したものではなく、議論が提示
される特定の状況で関連があり、または価値があると当業者が認識するすべての
関連ある材料を含むように読み取られるように理解されねばならない。例えば一
つの緩衝液システムまたは培養培地をも一つのものと置換し、それでも類似の全
く同一ではないにしても結果を達成することもしばしば可能である。当業者はこ
こで開示される方法と手順を使用して過度の実験をすることなくその目的に最適
に役立つようにこのような置換を行うことのできるそのようなシステムと方法に
いての十分な知識を持っているであろう。
【００５０】 酵素を使用する連結反応に加えて、化学的方法も本発明を用いて利用できる。
これらは例えば末端ヌクレオチド残基のホスホロチオエート誘導体の形成と続く
連結反応を含む。このような方法は文献で十分公知であり、一般にヌクレオチド
合成で使用されている（合成手順に関しては合衆国特許第５，８５９，２３２号
と合衆国特許第５，１５１，５１０号およびそこに含まれる引用文献を参照され
たい）。
【００５１】 その結果として、本発明に基づき開示された方法はユニークに知られた（即ち
予め定められたもしくは予め選択された）配列を持つ各種サイズの環のＤＮＡの
一段階産出を可能にする。このような産出物の合成は従ってマルチプレクシング
ＲＣＡ（ローリングサークル増幅）のたろに予め形成された環を産出するのに理
想的である。また出発ＤＮＡの配列は公知であるため、環のそれぞれに特異的な
プライマーとプローブを産出することは確実な事象である。更に環は最初に産出
され更に進行する前に未だ連結反応されねばならないＤＮＡの線状配列ではない
。本発明に従って、酵素による連結反応は最初のハイブリッド形成段階として同
時にまた同じ反応混合物内で進行させることができる。
【００５２】 本発明で作られる環はＲＣＡによるシグナル増幅にしばしば使用される。例え
ば標的ＤＮＡ／ＲＮＡ配列は二機能オリゴヌクレオチドにより認識され、それは
また本発明で作られる環を用いてＲＣＡの鋳型として役立つ。多くの異なった環
は同時に作られるために、単一サンプルで直ちに多くの標的を検出することがで
きる。発明の方法に基づき生産される一本鎖環の他の多くの異なった用途は前記
ルースとドライバーの引用文献（ＷＯ９２／０１８１３）に記載される。
【００５３】 本発明に従って、標的はローリングサークル増幅（即ちＲＣＡ）で検出される
。このような標的はＤＮＡ，ＲＮＡおよびタンパク質を含むＲＣＡ法を使用して
検出できるいずれかの分子であることができる。かくして例えば、タンパク質は
オリゴヌクレオチドに接合した抗体を使用して採用することができる。ＤＮＡ／
ＲＮＡ標的は二機能オリゴヌクレオチドを使用して採用することができる。二機
能オリゴヌクレオチドの一つの腕部は標的を認識し、アニール化し、一方他の腕
部はＲＣＡのプライマーとして作用する。かくして、オリゴヌクレオチドで標識
できるいずれかの分子は本発明に基づいて作られる環を使用するＲＣＡ方法で検
出できる。
【００５４】 本発明に基づいて作られる一本鎖ＤＮＡ環は他の各種の用途を見出す。とりわ
けそれは更にローリングサークル増幅のための基質となる。そのような一つの実
施例では、生物学的サンプルに存在する標的ＤＮＡまたはＲＮＡ配列は二機能オ
リゴヌクレオチドにより認識され、そのオリゴヌクレオチドは次いで鋳型として
本発明に基づき作られる一本鎖環を用いるローリングサークル増幅のプライマー
として役立つ。多くの異なった環を作ることができるために、本発明の方法は（
マルチプレクシングとして引用される）単一サンプルでの多数の標的の検出を促
進する。このように、生物学的サンプルにおける標的の相対濃度は検出できるが
、そのような分子が試験サンプルの標的レベルに比例して異なった一本鎖環を複
製するのに役立ち、後者のプロセスは従来のローリングサークル増幅で実行され
る。このような従来のローリングサークル増幅は、大腸菌ＤＮＡポリメラーゼＩ
、クレノウフラグメント、Ｔ４またはＴ７ ＤＮＡポリメラーゼ、Ｔａｑポリメ
ラーゼその他を含む一般に利用できる各種の酵素により実行できる。
【００５５】 更に本発明に従って、ヘアピンオリゴヌクレオチドの連結反応から形成される
二本鎖線状セグメントは少なくとも１個の制限エンドヌクレアーゼに対する少な
くとも１個の基質配列を含む。
【００５６】 更に本発明に従って、ヘアピンオリゴヌクレオチドの混合物は直接化学合成に
より、または１個またはそれ以上の制限ヌクレアーゼのより大きな環状または非
環状ＤＮＡ構造への作用により形成される非環状ＤＮＡ二重らせんセグメントを
更に含み、ここで前記非環状または線状二重らせんＤＮＡセグメントは少なくと
も１個のヘアピンオリゴヌクレオチド相補末端配列に対して相補性である少なく
とも１個の線状末端配列を含有し、またここで連結反応に続き前記のダンベル状
産出物の生成二本鎖線状セグメントは前記２個の環状部の間で前記非環状二重ら
せんＤＮＡを含有する。
【００５７】 望ましい実施例において、非環状ＤＮＡ二重らせんセグメントは各末端に線状
末端配列を持ち、ここで各前記末端配列はヘアピンオリゴヌクレオチド相補末端
配列に相補性である。
【００５８】 本発明に従って、ヘアピンオリゴヌクレオチドの非環状ＤＮＡ二重らせんの線
状末端配列とのハイブリッド形成は、制限ヌクレアーゼ基質配列を形成し、また
はその構造を完成する。かくして望ましい実施例において、前記非環状ＤＮＡ二
重らせんセグメントとヘアピンオリゴヌクレオチドの連結反応から生じる日本鎖
線状セグメントは１個の制限ヌクレアーゼ基質配列を含む。
【００５９】 も一つの望ましい実施例において、前記非環状ＤＮＡ二重らせんセグメントと
ヘアピンオリゴヌクレオチドの連結反応から生じる二本鎖線状セグメントは２個
の制限ヌクレアーゼ基質配列を含む。
【００６０】 一つの実施例では、ヘアピンオリゴヌクレオチドはいずれか望ましいサイズと
配列同一性のＤＮＡ制限断片の末端に連結反応し次いで環を作るのに使用するこ
とができる。望ましい実施例では、ＤＮＡのセグメントは既知の制限酵素と付着
末端で切断しヘアピンオリゴヌクレオチドとの連結反応に使用される（図４参照
）。自己連結反応を避けるために２個の異なった制限ヌクレアーゼを使用するこ
とができ、それぞれは異なったが既知の付着末端を産出する。本発明の熱変性段
階に続き、環が形成される。一つの非常に望ましい実施例では、この方法はＲＣ
Ａによる未知の配列を増幅するために使用されるが、それは連結ヘアピンオリゴ
ヌクレオチドがＲＣＡプライミングに利用できるからである。このような手順に
必要な唯一の配列情報は制限断片の張出し部の同定である（張出し部はいつも既
知であり、それを形成するために使用される制限ヌクレアーゼを選択する際に使
用者により定義されるためである）。このような方法は未知のゲノムＤＮＡ，ウ
イルスＤＮＡ、同じくｃＤＮＡライブラリーを増幅するために容易に使用できる
。ＲＣＡ増幅ＤＮＡは配列決定のために直接使用することができ、あるいはそれ
をクローン化することができる。実際に出発断片とオリゴヌクレオチドはＲＣＡ
産出物をもとの制限酵素で消化することにより増幅後も再生することができた。
【００６１】 このような手順の利点は、配列が基質混合物での配列の出現に比例して複製さ
れ、標的配列の検出は配列の構造とは独自のものであり、また更に対象となる多
数の分子の相対量の検出が促進されるという事実を含む。
【００６２】 勿論、ここで開示され請求される方法を使用するに際して、ＤＮＡの線状セグ
メントが制限ヌクレアーゼにより産出されることは必要でなく、何故ならその化
学合成はこのようなセグメントを産出するのに完全に適した選択肢であるためで
ある。例えば図４において、少なくとも部分的相補鎖ＣとＷより成る非環状二重
らせんＤＮＡまたはセグメントは前記非環状、または線状二重らせんＤＮＡを形
成するために、１個またはそれ以上の制限ヌクレアーゼをＤＮＡの環状または非
環状を問わずより大きなセグメントに適用することにより産出できる。加えて、
前記非環状二重らせんＤＮＡは前記二重らせんセグメントを形成するために直接
化学合成により形成することができる。更に本発明の方法を使用するに際して、
このような非環状二重らせんＤＮＡは必ずしもいずれかの制限ヌクレアーゼ部位
を組み込む必要はなく、またはそのようなセグメントの中央などで非環状二重ら
せんＤＮＡセグメントの末端以外で制限ヌクレアーゼ部位を任意に組み込み、こ
こでこのような構造はそのようなセグメントの末端またはその近くで、そのよう
な１個またはそれ以上の部位を含みまたは含まないことがある。
【００６３】 更に、例えば１例として図４で開示されるように、非環状二重らせんＤＮＡセ
グメントは一本鎖張り出しを一端部または両端部に持ち、また選択された配列を
持ち、そのため他のＤＮＡセグメントの張り出し部にハイブリッド形成される時
には、ここで開示される方法に従って、その連結反応に続き二重らせん制限ヌク
レアーゼ部位を形成するであろう。２個のヘアピンオリゴヌクレオチドと単一非
環状二重らせんＤＮＡセグメントの相互作用が図４で示されている一方、他の異
なった組合わせが疑いもなくそれを当業者に示唆し、しかも本発明で考慮される
範囲内に留まることは心に留められるべきである。
【００６４】 数多くの不利な点を一方では避けながら、本発明の方法は一本鎖環状ＤＮＡの
調製で数多くの利点をもたらす。まずそれは直接環を産出する方法を表すが、そ
れは現在すべての方法が線状オリゴヌクレオチドの（化学手段または酵素による
手段のいずれかでの）連結反応を伴うからである。かくしてこれまでの方法は非
常に効率が悪く一連の他の酵素または化学段階の使用を必要とする。これとは逆
にここで記載される方法を用いて、そのような環は即時に産出され更なる処理ま
たは酵素による処置を必要とせずに予め定められた反応物から直接産出される。
加えて本発明の方法は、形成される産出物へのサイズの限定なくマルチプレクシ
ングと他の用途のためにいずれか望ましい数の（サイズと配列の）異なった環を
同時に産出する唯一の手段をもたらす。例えばここで開示される方法を使用して
、５０塩基から５，０００塩基以上〔原文通り〕のいずれかで、またその間での
いずれかの組合わせのやり方で一本鎖ＤＮＡ環を作ることは単純なことである。
【００６５】 本発明の一つの実施例では、適切な連結反応と変性の後ヘアピンオリゴヌクレ
オチドを産出するためにそのＲＣＡ産出物を同じ制限酵素により切断を行い、そ
れによりとりわけ化学合成の必要なしで環の産出のためのオリゴヌクレオチドの
酵素源をＲＣＡ産出物が提供できる一本鎖環を供給するためのエンドヌクレアー
ゼの制限部位を含む相補末端（即ち相補張り出し領域）を持つヘアピンオリゴヌ
クレオチドが提供される（図２と図３参照）。制限部位を保護するホスホロチオ
エート誘導体を持つヘアピンオリゴヌクレオチドの状況とは反対に、本発明は同
時ＲＣＡ、切断および連結反応への酵素による工場を提供する。
【００６６】 ここで開示される方法を利用して、すべての環はヘアピン領域に相補である末
端配列とそれを形成する相補配列の残部を組合わせる一組の共通短配列を共有し
、それは相互により大きな配列から分離され（図１参照）、これは次いで配列の
一つに相補であるプライマー、または一本鎖環に存在する配列の一つまたは他に
対しそれぞれ相補である一対の相補プライマーを使用してプライミング（例えば
ＲＣＡ、またはローリングサークル増幅あるいは配列化）に使用することができ
る。
【００６７】 本発明は更に定められたヌクレオチド配列を持ち、予め定められたヘアピンオ
リゴヌクレオチドのハイブリッド形成と連結反応のための特定の末端配列を含み
、かつ一本鎖ＤＮＡ環を形成するのに有用な前記の中性または参照ヘアピンオリ
ゴヌクレオチドのサンプルを含有するキットに関する。予め定められた配列のヘ
アピンオリゴヌクレオチドは次いで中性または参照ヘアピンオリゴヌクレオチド
の特定のセグメントＣ配列に相補である配列のあるセグメントＣ領域を持つよう
に設計される。このようなキットは選択肢としてここで開示される方法の連結反
応部分を実行するのに使用されるＴ４リガーゼのサンプルを含有する。このよう
なキットに更に選択肢としてここで開示されるようにリガーゼ緩衝液のサンプル
を含み、前記緩衝液は多分濃縮状態で、また水で即時の還元を準備する粉体形態
で存在する。前記緩衝粉体が濃縮形態で存在する場合には、これは望ましくは十
分な緩衝塩成分を含む形態にあり、そのため水で還元した時に生成する緩衝液濃
度は最終反応混合物での前記緩衝液成分の濃度よりも高く、多分１０倍高くなる
であろう。前記緩衝液のこのような濃縮形態はこれにより前記緩衝液濃縮物のｐ
Ｈを調節するための貯蔵所として役立つことができ、この濃縮液は実際の反応混
合物を形成するために水での希釈を単に待つだけである。一つの実施例では、こ
こで開示される方法は、適当な量のヘアピンオリゴヌクレオチドを顕微遠心管ま
たは他の適当な容器に加え、必要数の単位のリガーゼを加え、氷冷緩衝濃縮液１
μＬに懸濁し、次いで適当量の蒸留水を望ましい反応温度もしくはその近傍で追
加することで反応を開始し、前記１０μＬ（もしくは研究者が必要とするＤＮＡ
とリガーゼの量に適切に比例したいずれかの量）の全体の量を達成することで実
行される。
【００６８】 本発明の更なる実施例では、中性または参照ヘアピンオリゴンヌクレオチドは
生成する一本鎖ＤＮＡ環に続いて組み込まれる特異的な参照、またはマーカーヌ
クレオチドの配列を含み、一本鎖ＤＮＡ環の続くローリングサークル増幅に有用
な普遍的なプライマー配列の結合部位を提供するなど各種の用途に利用できる前
記環のマーカー配列として役立ち得るように設計される。かくして生成一本鎖Ｄ
ＮＡ環のすべては同じプライマー配列（このようなプライマーのサンプルは選択
肢としてキットで供給される）を使用して複製（即ち増幅）に従うことになるで
あろう。これはセグメントＢの予め選択された配列を含む予め形成されたヘアピ
ンオリゴヌクレオチドそれぞれにおいてプライマー標的配列に組み込むための本
発明の使用者の必要を避けるであろう。このようなプライマー標的配列はセグメ
ントＢの予め選択された配列を含む「使用者決定」ヘアピンオリゴヌクレオチド
との反応に共通する普遍的ヘアピンオリゴヌクレオチドを経由して一本鎖ＤＮＡ
に組み込まれるであろう。
【００６９】 ある場合には生成一本鎖ＤＮＡ環を使用する結果として生じるマルチプレクシ
ングなどのように、「使用者決定」ヘアピンオリゴヌクオレチドの１種類以上の
ものを利用することが望ましい。このような場合、生成一本鎖ＤＮＡ環集団の相
対濃度は出発使用者決定ヘアピンオリゴヌクレオチド（およびそのそれぞれのＢ
セグメントで含まれる予め選択された対象となる配列）の相対濃度を反映するこ
とが重要である。中性または参照あるいは普遍ヘアピンオリゴヌクレオチドの過
剰故で、後者のあるものは未反応のまま残るであろう。この未反応ヘアピンオリ
ゴヌクレオチドの集団による干渉を避けるために、本発明はこれら未反応成分よ
りも大きい環状産出物を提供することにより、出発使用者決定ヘアピンオリゴヌ
クレオチドの相対濃度に直接比例する反応環のみを産出するように都合のいいサ
イズの分離を促進する。
【００７０】 本発明の方法の特異的な実施例は以下の限定されない例で説明される。例で開
示される手順に従う場合に、本発明に従って開示される方法の他の異なった実施
例は関連する当業者にそれを示唆するであろうことははっきり留意されねばなら
ない。
【００７１】
【発明を実施するための最良の形態】
【００７２】
【００７３】 オリゴヌクレオチド１と２はそれぞれ５μＭでトリス−ＨＣｌ（ｐＨ７．５）
５０ｍＭ、塩化マグネシウム１０ｍＭ、ジチオスレイトール（ＤＴＴ）１０ｍＭ
、アデノシン三リン酸（ＡＴＰ）１ｍＭ、およびウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）
２５μｇ／ｍｌを含む反応混合物１ｍｌに混合された。混合物は、６５℃で５分
加熱され、室温（２５℃）で３０分冷却された。連結反応はＴ４ＤＮＡリガーゼ
を加えて開始され、最終濃度はｍｌ当り２０００連結単位（約３０ワイス単位）
とされた。連結混合物は水浴で２時間３７℃で保温された。連結産出物はポリア
クリルアミドゲル電気泳動での変性により分析され計量された。
【００７４】 環を精製するために、エキソヌクレアーセIIIの２，０００単位が反応混合物
に加えられ、２時間３７℃で保温が続けられた。混合物は次いで９５℃で５分加
熱されＴ４ＤＮＡリガーゼとエキソヌクレアーゼIIIを不活性化し未連結線状オ
リゴヌクレオチドに存在するすべての残存ヘアピンオリゴヌクレオチドを融解し
た。線状オリゴヌクレオチドの消化を完成するために、反応混合物は１Ｍグリシ
ン苛性ソーダ緩衝液（ｐＨ９．５）６６μｌと１Ｍ ＤＴＴの８μｌとエキソヌ
クレアーゼＶ、５５単位を加えて調節された。反応はプロティナーゼＫ、５０μ
ｇ／ｍｌで１時間、３７℃の消化でタンパク質を除去され、次いでフェノール：
クロロホルム：イソアミルアルコール（２５：２４：１）１ｍｌで抽出された。
環ＤＮＡは次いで７．５Ｍ酢酸アンモニウム０．５ｍｌと１００％エタノール３
．７５ｍｌを加えて沈殿され一晩−２０℃で保温された。環ＤＮＡは最大速度で
２０分、４℃で顕微遠心分離機での遠心分離で収集された。ＤＮＡペレットは１
度７０％水冷エタノールで洗浄され真空乾燥された。環ＤＮＡは最後にトリス−
塩酸（ｐＨ７．５）、１０ｍＭ、ＥＤＴＡ、１ｍＭで再懸濁され１−５μＭの濃
度にされた。環ＤＮＡは熱変性され、１００℃で５分保温され次いで水／氷浴に
４℃まで急冷されて完全一本鎖形態にされた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一本鎖ＤＮＡ環の簡単で急速な生産のための本発明に基づく全プ
ロセスの略図。ここでそれぞれが内部相補配列で環状化される２個のヘアピンオ
リゴヌクレオチドは相補張り出し部、あるいは付着尾部配列を経由して相互にア
ニール化される（ここでそれぞれはペンタヌクレオチド相補５′−ＴＧＴＡＣ−
３′（配列識別番号３）と５′−ＧＴＡＣＡ−３′（配列識別番号４）配列、す
なわち所謂「粘着末端」を含む張り出し部を持つ）。アニーリングが完成される
と、ヘアピンオリゴヌクレオチドは「ダンベル」形状のより大きな一本鎖ＤＮＡ
環を提供するために化学手段または酵素による手段のどちらかで連結反応される
。勿論出発ヘアピンオリゴヌクレオチドのサイズは環の配列でできるように予め
定めることができる。連結反応に続いて、「ダンベル」状産物は熱変性されて一
本鎖環状産物を産出し、それは環状であるため再アニール化されることはない。
【図２】 生成する二重らせん配列がＢａｍＨＩ制限ヌクレアーゼ部位を形
成し、続いて一本鎖環の形成を伴うヘアピンオリゴヌクレオチドの連結反応例を
示す略図。
【図３】 連結反応に際して非パリンドローム構造制限ヌクレアーゼ部位、
ここではＢｂｓ Ｉを形成し、最終的にはここで開示される方法を使用して一本
鎖ＤＮＡ環を形成するヘアピンオリゴヌクレオチドの例を示す略図。
【図４】 ヘアピンオリゴヌクレオチドの制限酵素断片、または鎖ＷとＣを
持つ非環状二重らせんＤＮＡとの連結反応の例を示す略図。各末端に一本鎖張り
出し部を持つため、ヘアピンオリゴヌクレオチドとのハイブリッド形成および続
く連結反応の後、形成される線状二重らせん配列はそれにより制限部位を表し、
その部位はアニーリング、連結反応および熱変性に続く結果として起こる一本鎖
ＤＮＡ環の形成に続き単一のものとなるであろう。このような部位は次いで選択
された標的配列とのハイブリッド形成により後の段階で二重らせん化されること
ができ、対応する制限ヌクレアーゼによる選択攻撃に使用される。ローリングサ
ークル増幅（ＲＣＡ）による増幅の後、このような部位は自己アニーリングによ
り二重らせん化することができ、次いで対応する制限ヌクレアーゼで切断して最
初のまたは出発制限酵素断片に再生することができる。
【配列表】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一本鎖環状ＤＮＡの多数の複製を作る一つのプロセスであっ
    て、 ２個またはそれ以上のヘアピンオリゴヌクレオチドを接触させ、ここで各ヘア
    ピンオリゴヌクレオチドは同じまたはも一つの前記ヘアピンオリゴヌクレオチド
    のどのセグメントともハイブリッド形成せず、またここで前記各ヘアピンオリゴ
    ヌクレオチドは相補末端配列を含み、その条件下で１個のヘアピンオリゴヌクレ
    オチドの前記相補末端配列を第２ヘアピンオリゴヌクレオチドの相補末端配列で
    ハイブリッド形成させ、次いで各末端でループを持つ二本鎖線状セグメントより
    成るモノマーを形成するために生成ハイブリッド形成ヘアピンオリゴヌクレオチ
    ドを連結反応させ、次いで一本鎖環を形成するために前記モノマーを熱変性する
    ことよりなることを特徴とするプロセス。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のプロセスであって、ここでヘアピンオリゴヌ
    クレオチドが異なったサイズのものであることを特徴とするプロセス。
  3. 【請求項３】 請求項１記載のプロセスであって、ここで少なくとも１個の
    ヘアピンオリゴヌクレオチドが予め選択されたヌクレオチド配列を含むことを特
    徴とするプロセス。
  4. 【請求項４】 請求項１記載のプロセスであって、ここでヘアピンオリゴヌ
    クレオチド末端相補配列が制限酵素認識部位であることを特徴とするプロセス。
  5. 【請求項５】 請求項１記載のプロセスであって、ここで制限部位が、ホス
    ホロチオエート誘導体を含むことを特徴とするプロセス。
  6. 【請求項６】 請求項１記載のプロセスであって、ここでヘアピンオリゴヌ
    クレオチドが請求項１記載のプロセスで作られた環を含むホスホロチオエートの
    同時に行われるローリングサークル増幅と制限酵素消化で産出されることを特徴
    とするプロセス。
  7. 【請求項７】 請求項１記載のプロセスであって、ここで連結反応段階が酵
    素を使用することを特徴とするプロセス。
  8. 【請求項８】 請求項７記載のプロセスであって、ここで酵素がＴ４リガー
    ゼであることを特徴とするプロセス。
  9. 【請求項９】 請求項７記載のプロセスであって、ここで酵素がアンプリガ
    ーゼであることを特徴とするプロセス。
  10. 【請求項１０】 請求項７記載のプロセスであって、ここで酵素が大腸菌リ
    ガーゼであることを特徴とするプロセス。
  11. 【請求項１１】 請求項７記載のプロセスであって、更に４℃乃至６５℃の
    間の温度での連結反応を含むことを特徴とするプロセス。
  12. 【請求項１２】 請求項１記載のプロセスであって、ここで連結反応段階が
    酵素によらないものであることを特徴とするプロセス。
  13. 【請求項１３】 請求項１２記載のプロセスであって、ここで連結反応段階
    がヘアピンオリゴヌクレオチドのホスホロチオエート誘導体の形成を必要とする
    ことを特徴とするプロセス。
  14. 【請求項１４】 一本鎖ＤＮＡ環を産出するための一つのキットであって、
    対象となるヘアピンオリゴヌクレオチドをハイブリッド形成し連結反応するため
    に使用される特定の末端ヌクレオチド配列または付着末端を含むヘアピンオリゴ
    ヌクレオチドの測定された量を含むことを特徴とするキット。
  15. 【請求項１５】 請求項１４記載のキットであって、ここで前記キットが更
    にＴ４リガーゼのサンプルと水での還元のためのリガーゼ緩衝液の濃縮サンプル
    を含むことを特徴とするキット。
  16. 【請求項１６】 請求項１記載の方法であって、ここで変性段階が７０℃と
    １００℃の間の温度で実行されることを特徴とする方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１６記載の方法であって、ここで温度が少なくと９
    ５℃であることを特徴とする方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１記載の方法であって、ここで前記二本鎖線状セグ
    メントが少なくとも１個の制限エンドヌクレアーゼのための少なくとも１個の基
    質配列より成ることを特徴とする方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１記載のプロセスであって、更に前記ヘアピンオリ
    ゴヌクレオチドの混合物に少なくとも１個のヘアピンオリゴヌクレオチド相補末
    端配列に相補性である少なくもと１個の線状末端配列を持つ非環状ＤＮＡ二重ら
    せんセグメントを含むことを特徴とするプロセス。
  20. 【請求項２０】 請求項１９記載の方法であって、ここで前記非環状ＤＮＡ
    二重らせんセグメントが各末端で線状末端配列を持ち、ここで前記各末端配列が
    ヘアピンオリゴヌクレオチド相補末端配列に対して相補性であることを特徴とす
    る方法。
  21. 【請求項２１】 請求項１９記載のプロセスであって、ここで前記非環状Ｄ
    ＮＡ二重らせんセグメントとヘアピンオリゴヌクレオチドの連結反応から生じる
    二本鎖線状セグメントが１個の制限ヌクレアーゼ基質配列を含むことを特徴とす
    るプロセス。
  22. 【請求項２２】 請求項２０記載のプロセスであって、ここで前記非環状Ｄ
    ＮＡ二重らせんセグメントとヘアピンオリゴヌクレオチドの連結反応から生じる
    二本鎖線状セグメントが２個の制限ヌクレアーゼ基質配列を含むことを特徴とす
    るプロセス。
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