(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料中の被分析核酸を定量する方法であって、
−各々が被分析核酸から区別し得るが被分析核酸と同時に増幅され得る互いに区別し得る核酸構築物をそれぞれ異なる量で試料に添加するステップ；
−被分析核酸及び核酸構築物の両方と反応し得る増幅試薬を使用し、試料に核酸増幅処理を実施するステップ；
−被分析核酸及び各核酸構築物から誘導された増幅物の相対量を検出するステップ；及び
−前記相対量から被分析核酸の量を計算するステップ
を含む方法。
【請求項２】
前記核酸構築物が、各核酸構築物に固有の区別可能な配列を除き、前記被分析核酸と同じ配列を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記固有の区別可能な配列が、約20ヌクレオチドを含むランダムな配列であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記核酸構築物を、相互に一定係数ずつ異なる一連の量で添加することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記核酸構築物を、相互に係数10ずつ異なる一連の量で添加することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
試験液を核酸単離処理する前に試験液に前記核酸構築物を添加することを特徴とする、既知量の試験液を核酸単離処理することにより試料を調製する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記試験液を核酸単離処理した後に、試料に既知量の単離対照配列を添加することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
試料を１つ以上の反応容量に分割し、それぞれに核酸構築物を異なる量範囲で添加することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
各反応容量に、同じ核酸構築物を添加することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記量範囲が重複しないことを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
各試料に請求項１に記載の方法を実施する、１つ以上の試料において被分析核酸を定量する方法であって、全ての試料に同じ核酸構築物を使用し、それぞれの特定の核酸構築物の量を変える前記方法。
【請求項１２】
各資料において１種の核酸構築物を量ゼロで使用することを特徴とする請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
一群の試験液において被分析核酸を定量する方法であって、
−ある量の前記試験液を既知の係数ずつ希釈し、所定範囲内にあると推定される量の被分析核酸を含む前記希釈試験液から試料を得るステップ；及び
−前記所定範囲内にある拡散構築物の添加されている前記試料を、請求項１に記載の方法で処理するステップ
を含む方法。
【請求項１４】
一群の試験液において被分析核酸を定量する方法であって、
−ある量の前記試験液を既知の係数ずつ希釈し、所定範囲内にあると推定される量の被分析核酸を含む前記希釈試験液から試料を得るステップ；
−前記所定範囲内にある拡散構築物の添加されている前記試料を、請求項１に記載の方法で処理するステップ；
−処理された試料の中に含まれる被分析核酸の量が、前記所定範囲より少ないかどうかを決定するステップ；
−処理された試料中の被分析核酸の量が予想より低かった場合には、前記試験液をより低い係数で希釈するステップ；及び
−希釈して得られた試料を請求項１に記載の方法で処理するステップ
を含む方法。
【請求項１５】
一群の試験液において被分析核酸を定量する方法であって、
−ある量の前記試験液を既知の係数ずつ希釈し、所定範囲内にあると推定される量の被分析核酸を含む前記希釈試験液から試料を得るステップ；
−前記所定範囲内にある拡散構築物の添加されている前記試料を、請求項１に記載の方法で処理するステップ；
−処理された試料の中に含まれる被分析核酸の量が、前記所定範囲より高いかどうかを決定するステップ；
−処理された試料中の被分析核酸の量が予想より高かった場合には、前記試験液をより高い係数で希釈するステップ；及び
−希釈して得られた試料を請求項１に記載の方法で処理するステップ
を含む方法。
【請求項１６】
試料中の被分析核酸を定量する方法であって、
−前記試料中に存在する被分析核酸の推定量と同じ範囲内にあると推定される量の核酸構築物を試料に添加するステップ；
−前記被分析核酸及び核酸構築物の両方と反応し得る増幅試薬を使用し、前記試料に核酸増幅処理を実施するステップ；
−被分析核酸及び核酸構築物から誘導された増幅物の相対量を検出するステップ；
−前記相対量から前記試料中に存在する被分析核酸の量を推算するステップ；及び
−添加する核酸構築物の量が第１試料中に存在した被分析核酸の前記推定量と同じ範囲内となる条件下で、前記試験液から得た第２試料を請求項１に記載の方法で処理するステップ
を含む方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法に従って試料中の核酸を定量するためのキットであって、互いに区別し得る核酸構築物、前記核酸構築物及び被分析核酸と反応し得る増幅試薬、増幅された被分析核酸用の検出プローブ、及び増幅された互いに区別し得る核酸構築物にそれぞれ特異的な異なる検出プローブを含むキット。
【発明の詳細な説明】
本発明は改良された核酸定量方法に係わる。核酸の定量は種々の研究及び診断分野において極めて重要である。また核酸の定量は遺伝子調節を理解する上で重要なツールであると共に、治療効果をモニターするのに使用することもできる。例えばヒト血液または他の体液のごとき試料中に存在する特定の核酸配列の量は、例えば所定のウイルスに感染した人の疾患状態や所定の医薬による治療効能に関する貴重な情報を与え得る。
核酸を量的増幅する種々の方法が記載されている。国際特許出願WO91/02817号明細書には、増幅技術としてポリメラーゼ連鎖反応（PCR）を使用して核酸を定量する方法が記載されている。この方法は、試料中に存在する未知量のターゲット核酸の増幅に使用される同じプライマーと反応し得る標準核酸セグメントを試料に添加することを含む。増幅後、２種のPCR産物の量をそれぞれ測定し、もとの試料中のターゲットセグメントの量を、標準曲線に対して外挿することにより定量する。標準曲線は、ポリメラーゼ連鎖反応において生成された標準セグメントの量を、増幅前に存在した核酸の可変既知量に対してプロットすることにより生成される。
被分析核酸と同時に増幅され得る他の配列を、被分析核酸を含む試料に加えることがBecker及びHahlbrock（Nucleic Acids Research,Vol.17,Number 22,1989）に記載されている。Becker及びHahlbrockによって記載されている方法は、被分析核酸と１ヌクレオチドだけ異なる核酸配列（点突然変異）を含む種々の既知量の内部標準を、未知量の被分析核酸を含む既知容量の試料フラクションに加え、被分析核酸と共にPCRによって同時増幅するという核酸の定量方法である。即ち、全RNAの同一部分が、段階的に減らされた既知量の内部標準RNAによって「スパイク（spike）」される。内部標準配列中に１塩基の変更を導入することによって特異的制限部位を生成し、適当な制限酵素を用いて突然変異配列を切断してから、増幅された核酸を含む試料を電気泳動ゲルにかける。突然変異列（の一部）及び被分析核酸を表わすゲル中のバンドを比較することにより、核酸を定量する。この方法の欠点の１つは、制限酵素による内部標準の消化が不完全であると、存在する核酸の量の判定が不正確となり得ることである。
Becker及びHahlbrockは彼らの定量方法において内部標準をマーカーとして使用し、そこで被分析物質及びマーカーの両方を非競合的に増幅している。
更に、ターゲット核酸に対応する既知分子数の核酸配列を、未知量のターゲット核酸配列を含む試料に添加する核酸の定量方法は、本出願人名義の同時係属欧州特許出願公開第525882号明細書にも記載されている。欧州特許出願公開第525882号明細書に記載の方法は、既知量の明確に定義された突然変異配列を添加した、未知濃度の野生型ターゲット核酸を含む試料由来の核酸を増幅することに基づいている。ターゲット配列及び突然変位配列にハイブリダイズし得る１組のプライマーを用いて増幅を実施する。欧州特許出願公開第525882号明細書に記載の競合的増幅は、固定量の試料と連続希釈系列の突然変異配列またはこの逆の組合せを用いて実施され得る。
上記方法は、明確に定義された標準配列を増幅混合物に添加することを含む。上記方法を用いて正確な信頼性のある測定値を得るためには、多数の増幅反応を実施せねばならない。試料を種々の既知量部分に分割し、それらに種々の既知量の標準核酸を添加する必要がある。また国際特許出願WO91/02817号明細書に記載の方法によれば希釈系列から標準曲線を生成する必要があるが、それはかなり労力を要すると共に、ターゲット核酸に係わる実際の増幅と標準曲線に係わる増幅とを別々に実施するが故に、存在する核酸の量の推定が不正確となり得る。
正確で信頼性のあるように核酸の量を決定し得るためには多数の増幅反応を実施せねばならないことから、上述の方法はかなりの労力及び時間を要する。従って、労力及び時間がそれほどかからない核酸定量方法が必要とされている。本発明はそのような方法を提供する。
本発明は、試料中の被分析核酸を定量する方法であって、
−被分析核酸から区別し得るが被分析核酸と同時に増幅され得る種々の拡散構築物をそれぞれ異なる量で試料に添加するステップ；
−被分析核酸及び核酸構築物の両方と反応し得る増幅試薬を使用し、試料に核酸増幅処理を実施するステップ；
−被分析核酸及び各核酸構築物から誘導された増幅物の相対量を検出するステップ；及び
−前記相対量から被分析核酸の量を計算するステップ
を含む方法を提供する。本発明の方法によれば、種々の核酸構築物を試料に添加する。
各核酸構築物は異なっており、核酸構築物は相互に及び被分析核酸から区別可能である。核酸構築物は、全てが同じ増幅試薬と反応し得る点で相互に及び被分析核酸と類似である。増幅試薬とは、特に、被分析核酸及び核酸構築物にハイブリダイズし得る１つ以上の増幅プライマーを意味する。他の増幅試薬としては、当分野において公知の種々の増幅技術に使用される必須酵素、核酸ポリメラーゼのごとき増幅処理に使用される慣用試薬が挙げられる。本発明の方法は、任意の種類の増幅処理、例えば米国特許第4,683,195号明細書及び第4,683,202号明細書に記載のごとき所謂ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）に使用し得る。別の核酸増幅方法としては欧州特許出願第0,329,822号明細書に記載のごとき「核酸配列基準増幅（NASBA）」がある。
本発明の方法に使用される核酸構築物は、同じ増幅試薬と反応し得る点で被分析核酸と類似である核酸配列である。従って各核酸構築物は少なくとも、被分析核酸中にも存在し、使用した核酸増幅プライマーがアニーリングし得る配列を含むべきである。本発明の方法に使用される核酸構築物は、被分析核酸から及び相互に区別し得る。これは、核酸構築物を、使用する他の核酸構築物及び被分析核酸のいずれにも存在しない固有の区別可能な配列を各構築物が含むように構築することにより実現し得る。固有の区別可能な配列が例えば約20ヌクレオチドを含むランダムな配列であり、構築物と被分析核酸の長さ及びヌクレオチド構成を同じに維持する核酸構築物を使用することが好ましい。検出においては、試料中に存在する被分析核酸及び核酸構築物を増幅した後、各々が核酸構築物中に存在する固有の配列の１つのみを認識し得る種々の検出プローブを使用することにより、種々の核酸構築物を別々に測定し得る。勿論、核酸構築物を固有となるよう構築する他の方法もある。しかしながら、好ましくは核酸構築物は、増幅が妨害されるよう突然変異すべきではない。本発明の方法では、被分析核酸と同じ効率で増幅され得る核酸構築物を使用することが好ましく、そうでないと、増幅後に試料中に存在する被分析核酸及び構築核酸の量に基づいて正確な計算を行うことが困難となる。
核酸構築物は、当分野において公知の種々の方法により作製し得るポリヌクレオチドである。核酸構築物は例えば種々の組換えDNA方法によって作製し得る。例えば、被分析配列を含むプラスミドを制限酵素で消化してもとの配列を除去し、核酸合成装置において作製したかまたは異なるプラスミドからサブクローニングした新規の配列を挿入することにより、新規の配列を被分析配列中に導入し得る。核酸合成装置を使用して核酸構築物を丸ごと作製することもできる。
核酸構築物は、試料に増幅処理を実施する前に、未知量の被分析核酸を含む試料に添加すべきである。既知量の種々の核酸構築物を添加する試料は、あとで試料中に存在する核酸の濃度を計算し得るよう、当然ながら所定の容量を有するべきである。試料は、核酸量を決定すべき材料を既知容量または既知量で取分けたものを含む必要がある。所定の試験液中の核酸の濃度を決定する場合には、試料は、既知量の問題の試験材料から単離した全核酸を含むべきである。
核酸構築物は、問題の試験液（例えばヒト血清）に核酸単離処理を実施する前または後に添加し得る。核酸の単離方法は記載されており、当業者には公知である。本発明の方法を実施する試料を調製するのに使用し得る核酸単離方法は例えばManiatisら,Molecular Cloning,a laboratory manual,Cold Spring Harbor Laboratoryに記載されている。核酸含有試料を処理する別の方法はBoomら,J.Clin.Microbiol.28:495−503,1990に記載されている。
本発明の好ましい実施態様においては、所定量の試験液から核酸を単離する前に核酸構築物を添加する。こうすると、単離処理の際に場合によっては生じ得る核酸の損失が、結果的に試料中に存在する被分析核酸及び構築核酸の両方の量に反映され得る。従って、問題のもとの試験液中に存在する被分析核酸の量は、得られた結果から直接計算し得る。
核酸構築物を既知量の試験液に、試験液を核酸単離処理する前に添加した場合、核酸単離処理を実施した後に試料に単離対照核酸構築物を添加するとよい。IC（単離対照）配列を添加すると、核酸単離処理の効率を決定することができる。即ち、各試料に対して、しきい値を単離効率に調整し得る。単離対照構築物は、例えば固有の配列を含むことから被分析核酸及び他の核酸構築物とは異なるが、好ましくは同じ効率で増幅される配列であり得る。ICは別の「核酸構築物」と見なし得るが、本発明の好ましい実施態様においては核酸構築物は試験液に核酸単離処理を実施する前に添加されるが、IC配列は核酸単離処理を実施した後に添加される点で異なる。試験液に核酸単離処理を実施する前に明確に定義された分子数の各核酸構築物を添加し、核酸単離処理を実施した後に明確に定義された分子数のICを添加することから、単離処理効率を計算し得る。例えば100分子の特定の核酸構築物を添加し、同じ量のIC分子を添加した場合、単離効率が100％ならば、核酸構築物とICとで（増幅後に）同じシグナルがもたらされる。得られたICシグナルが核酸構築物に対して得られたシグナルの２倍であるならば、核酸単離処理効率は50％でしかなかった（もともと存在した核酸分子の半分が単離処理の際に失われたことを意味する）。これに従ってしきい値を調整し、偽陰性試験結果を得る危険性を低下し得る。
１種以上の核酸構築物をそれぞれ異なる既知量で添加する。核酸構築物は、相互に一定係数（例えば係数10）ずつ異なる一連の量で添加するのが好ましい。例えば３種の核酸構築物QA、QB及びQCを使用する場合、QA 102分子、QB 103分子及びQC 104分子を試料に添加し得る。
試料を、各々が既知容量の１つ以上の反応アリコートに分割し、それらに核酸を種々の量範囲で添加することができる。その場合、各反応アリコートに同じ核酸構築物を添加することが好ましい。例えば２種の反応を使用する場合、「低域」反応と「高域」反応とを実施し得る。核酸構築物の範囲が重複する場合、低域反応アリコートにはQA、QB及びQCを前述のごとき量で添加し、広域反応アリコートにはQA、QB及びQCをそれぞれ104、105及び106分子添加し得る。核酸構築物の量範囲は重複してもよいし、低域と高域とでそれぞれ核酸構築物の量にギャップがあってもよい。１種以上の反応アリコートを使用することは、１種以上の増幅反応を実施する必要があることを意味するが、最少の反応で極めて広範囲の被分析物質濃度をカバーし得るので、従来の核酸定量方法と比較した作業及び時間の節約は尚も十分である。
重複しない量範囲の核酸構築物を使用することの利点は、使用する構築物の数を減らし得る一方で、尚も広い範囲の濃度をカバーし得ることである。被分析物質が核酸構築物量範囲間のギャップに当たる量で存在するならば、試料または反応アリコート中に存在する核酸構築物から発したシグナル範囲と直接比較することはできない。しかしながら、被分析核酸のシグナルが低域シグナルよりは強く高域シグナルよりは弱いことから被分析核酸の量が決定され、かかるデータを用いて濃度を計算し得る。
本発明の方法により種々の範囲の核酸構築物を１つ以上の反応アリコートに添加する場合、被分析核酸の濃度を決定すべき試料を種々の容量のアリコートに分け、かかるアリコートに核酸構築物を添加した後に各アリコートに核酸単離処理を適用することができる。単離処理においては各アリコートを別々に取扱うべきであるが、添加した核酸構築物が全く同じ処理を経て同じ変動を被ることで性能の変動が補正されるが故に、単離の際に起こり得る被分析核酸の損失を補正する必要はない。当然ながら、全量に核酸単離処理を実施し、それを種々の容量のアリコートに分け、そのあと所定範囲の構築物を添加してもよい。
増幅反応を実施する際に起こり得る問題は、例えば同じ実験室で以前に試験した他の試料に由来する核酸分子で試料が汚染され得ることである。この結果、試験結果が偽陽性となったり、定量化の場合には、試料中に存在する核酸分子数の計算に誤りが生じる。
本発明の方法で試験する試料が10〜100分子で汚染されていても、汚染が主に被分析物質分子からなり、試験している試料中の被分析核酸の量が100分子未満であるならば、内部校正直線は変化しないが、被分析核酸の分子数計算には影響がある。試料中の被分析分子数が1000分子未満の場合は、約100〜1000分子で汚染されると内部校正直線はわずかに影響され、試料中に存在する被分析核酸分子数の計算は妨害される。1000分子以上による汚染は校正直線及び計算結果を変化させる。
本発明の好ましい実施態様では、以前に試験した試料または他の試料に由来する核酸分子による試料の汚染を検出し得る。
本発明の方法を使用して１種以上の試料を試験する場合、同じ核酸構築物を全ての試料に使用するが、各々特定の核酸構築物の量を変えれば、汚染を検出し得る。例えば３種の核酸構築物を使用する場合（Qa、Qb及びQc）、試料「Ａ」にはこれらの構築物をQa高、Qb中及びQc低の量で添加し、試料「Ｂ」には同じ構築物をQa低、Qb高及びQc中の量で添加し、試料「Ｃ」にはQa中、Qb低及びQc高の量で添加するなどとし得る。勿論、同じ組合せの核酸構築物を１つ以上の試料、例えば続けて10の試料に使用してから、別の組合せに変えて使用してもよい。
３種の構築物を使用する場合は、同じ組合せの核酸構築物を再び使用せねばならなくなるまでに最高６種の変形態様が可能である。４種の構築物を使用する場合は最高24種の変形態様が可能となり得るなどとなる。種々の試料に種々の組合せの核酸構築物を使用すると、異なる組合せを使用した試料に由来する核酸材料による汚染が検出可能となる。汚染により、問題の試料における内部校正直線は変化する。校正直線の勾配は別のものとなり、正常データと比較して相関係数が小さくなり、従って汚染として区別可能である。
各試料において１種の構築物をゼロレベルで使用すると（ゼロレベルで使用する構築物は試料ごとに変える）、極めて少量の汚染分子が検出され得る。ゼロ量で添加した特定の構築物が検出可能量で存在することは、この特定の試料が、別の組合せを選択した試料に由来する材料で汚染されていたことを示すことは明らかである。
増幅後の核酸構築物及び被分析核酸の検出は種々の方法で実施し得る。シグナルが表わす増幅された核酸（構築物または被分析物質）の量に対応して異なる測定可能なシグナルを生成する限りは、当分野において公知の多くの検出方法を使用し得る。本発明の方法に使用し得る検出方法としては、酵素及び発光（蛍光、電気化学発光、リン光）現象、例えば金または染料ゲルのごとき固体ラベル使用の検出方法、及び凝集に基づく検出方法が挙げられる。
試料中に存在する被分析核酸の濃度は、検出処理の間に生成されたシグナルによって表わされる被分析核酸及び核酸構築物の相対量から計算し得る。
例えば構築物の配列を表わすシグナル（Ｑ）と被分析物質の配列を表わすシグナル（Ａ）の比の対数log（Q/A）は、試料に加えた構築物の量の対数log（Ｑ−input）の線形関数である。log（Q/A）をＱ（input）の関数としてプロットすると直線グラフが得られ、該直線とＸ軸との交点から被分析核酸の量が容易に得られる（但し、被分析核酸の量が、添加した核酸構築物の量範囲の近傍にある場合）。
本発明の別の実施態様は、一群の試験液において被分析核酸を定量する方法であって、所定量の前記試験液を既知の係数で希釈することを含む方法からなる。試料は、所定範囲内にあると推定される量の被分析核酸を含む前記希釈試験液からとることができる。一群の試験液のそれぞれの被分析核酸の量を決定する場合、全試験液を、所定範囲内にあると推定される濃度に前希釈するとよい。前希釈は、ほとんどの試料が前記範囲内になり、残りの試料は全てが前記範囲より低い濃度を有するかまたは全てが前記範囲より高い濃度を有するように行なうべきである。希釈ステップ後、全試験液に、試料に添加する核酸構築物の量が前記範囲内である前述のごとき本発明の方法を実施する。
一群の試験液から得た前記範囲以下（または以上）である残りの試験液は、別の調整希釈または未希釈試料を用いて再度試験し得る。この方法の利点は、増幅反応が前述した高／低域分離より少なくてよいことである。
本発明の試料中の被分析核酸を定量する方法の別の実施態様においては、試料中に存在する被分析核酸の推定量と同じ範囲内にあると推定される量の核酸構築物を試料に添加し、試料に、被分析核酸及び核酸構築物の両方と反応し得る増幅試薬を使用して核酸増幅処理を実施し、被分析核酸及び核酸構築物から誘導された増幅物の相対量を検出し、前記相対量から前記試料中に存在する被分析核酸の量を推算することからなる。この推算を行った後、同じ試験液から得た第２試料に、添加する核酸構築物の量が第１試料中に存在する被分析核酸の推算量と同じ範囲にある上述のごとき本発明の方法を実施する。
上記方法の利点は、使用する構築物の量範囲をかなり狭く選択することができ、それによって該方法の精度を高めると共に、実施する必要がある増幅反応の数をいっそう少なくすることである。
【図面の簡単な説明】
図1A:実施例１に記載の実験１における核酸構築物及び試料（被分析）核酸の投入量及び増幅量を示す。
図1B:実施例１に記載の実験１に使用した、投入構築物コピー量に対して対数尺でプロットした構築物シグナル及び試料シグナルの比を示す。被分析核酸の量はグラフ内の縦線によりＸ軸上に示される。
図2A:実施例１に記載の実験２における核酸構築物及び試料（被分析）核酸の投入量及び増幅量を示す。
図2B:実施例１に記載の実験２に使用した、投入構築物コピー量に対して対数尺でプロットした構築物シグナル及び試料シグナルの比を示す。被分析核酸の量はグラフ内の縦線によりＸ軸上に示される。
図3A:実施例１に記載の実験３における核酸構築物及び試料（被分析）核酸の投入量及び増幅量を示す。
図3B:実施例１に記載の実験３に使用した、投入構築物コピー量に対して対数尺でプロットした構築物シグナル及び試料シグナルの比を示す。被分析核酸の量はグラフ内の縦線によりＸ軸上に示される。
図4A:実施例１に記載の実験４における核酸構築物及び試料（被分析）核酸の投入量及び増幅量を示す。
図4B:実施例１に記載の実験４に使用した、投入構築物コピー量に対して対数尺でプロットした構築物シグナル及び試料シグナルの比を示す。被分析核酸の量はグラフ内の縦線によりＸ軸上に示される。
図5A:実施例１に記載の実験５における核酸構築物及び試料（被分析）核酸の投入量及び増幅量を示す。
図5B:実施例１に記載の実験５に使用した、投入構築物コピー量に対して対数尺でプロットした構築物シグナル及び試料シグナルの比を示す。被分析核酸の量はグラフ内の縦線によりＸ軸上に示される。
図6:1チューブＱ−NASBAの動的範囲。定量のために101.44、102.83、104.23及び104.83in vitro生成WT−RNA分子を投入した。全てのWT−RNA量の定量を８〜10回実施した。QA、QB及びQCRNAはそれぞれ104、103及び102RNA分子の量で使用した。
図7:核酸単離前に溶解緩衝液中にQA、QB及びQC内部標準RNAを添加する１チューブＱ−NASBAの概略流れ図。
以下、実施例によって本発明を更に説明する。
実施例：
実施例1:
本発明の方法に従って実施される定量アッセイ及びその後の検出の理論的実施例を以下に与える。これらの実験から、本発明のアッセイがどのように実施され得るか及び得られるであろう結果が明らかとなろう。
本発明の方法により実施し得る５つの実験を以下に略述する。これらの実験は、被分析核酸分子の投入量及び増幅する前に添加する核酸構築物の範囲が異なる。
被分析物質及び構築物の投入量を下記の表（表１）に示す。
0003594598.tif 000002
上記表から判るように、最初の３つの理論的実験においては３種の構築物を添加し（それぞれQA、QB及びQC）、「低域」構築物量及び「高域」構築物量の２種の増幅反応を実施した。かかる実験において低域と高域とは重複していた。これらの２つの範囲の重複点を使用して増幅を比較し得る（増幅が同様に実施されたならば、生成されるシグナルは２つの範囲内にある重複量の構築物に対して同じとなるべきである）。実験４及び５においては２つの範囲の構築物量を使用したが、低域と高域とは重複しなかった。その結果、１つの増幅反応に使用する構築物の量を減らしながら、同じ全量範囲をカバーし得る。
Ｑ−RNA（構築物）及び野生型RNAは、20のランダムなヌクレオチド配列が異なるだけで大きさは同じあり、同じプライマー及び酵素を増幅に使用したので、それらの増幅速度は同じである。従って、各構築物RNAの量と野生型RNAの量との初期の比は増幅の間に変化しない。増幅後の検出処理においては、各増幅物混合物を、野生型、QA、QBまたはQC RNA増幅物を検出するため４つのアッセイに分割する（実験４及び５の増幅物混合物は３つのアッセイに分割しさえすればよい）。
構築物シグナルと野生型シグナルの対数比を構築物RNAの投入量の対数に対して表わすと、直線が期待される。野生型RNAの量はこの直線から計算し得る。上記実験により得られる結果を図１〜５に示す。
各図面の最初のグラフ（ａ）には、増幅の前と後の種々の構築物の量が表わされており、更に被分析核酸の量も示されている。
各図面の２番目のグラフ（ｂ）は、推定された構築物のシグナルと被分析物質のシグナル（試料シグナル）との対数比を、構築物の投入量の対数の関数として表わしている。被分析核酸分子の投入量はこれらのグラから誘導し得、比が１である縦軸上の点に従属する（横軸上に示された）投入値の対数に従う。
実施例2:
まず、それぞれ200、2000及び20000コピーの３種の核酸構築物QA、QB及びQCを含む定量済の量の構築物HIV−1 gag1 RNA転写物の混合物を作製した。次いで、それぞれ200000、20000、2000、200、20コピーの５種の異なる定量済の量の野生型HIV−1 gag1転写物及びブランクを前記Ｑ構築物RNAの混合物と混合した。
各量のwt−RNAに対して１つずつ６つの増幅反応を標準方法（T.Kievitsら）に従って実施した。
各増幅物から５μｌをTBE緩衝液（90mM Tris−ホウ酸、1mM EDTA pH8.4）で100μｌに希釈した。各希釈液から５μｌを、6.67×SSC緩衝液（0.75M  NaCl、0.075Mクエン酸ナトリウムpH7〜８）中の、全ての増幅物を捕獲するためのビオチン−オリゴ3pmol、各々が野生型RNA増幅器または１種の構築物（QA、QBまたはQC）増幅物に特異的な配列を含む種々のトリス（2,2'−ビピリジン）ルテニウムIIキレート標識オリゴヌクレオチド3pmol、及びストレプトアビジン被覆磁性ジナルビーズM280 20μｇの混合物15μｌを含む試験管に添加した。
WT、QA,QBまたはQC検出のための４種のハイブリダイゼーションアッセイを１種の増幅について実施した。混合物を41℃で、10分ごとに混合しながら30分間ハイブリダイズした。IGENのORIGEN1.5検出系を使用する電気化学発光ECL検出のためのアッセイ緩衝液300μｌを添加及び混合した。ORIGEN1.5検出系における実際の検出を製造業者指示に従って実施した。
実施例3:
本実施例においては、３種のＱ−RNA内部標準を104、103及び102分子の量でWT−RNA試料中にスパイクするＱ−NASBAアッセイを記載する。３種の内部標準RNA分子は、各内部標準に特異的な20ヌクレオチドランダム配列（Van Gemenら,J.Virol.Methods.43,177−188,1993）に特異的なECL標識プローブを使用して区別し得る。NASBA増幅された内部標準及びWT−RNAの比を、ECL検出装置を使用して測定した。
ECLは、電極の表面に光を放射する化学発光標識に基づくものである（Blackburnら,Clin.Chem.37,1534−1539,1991）。シグナル検出は、特別に開発された検出装置を使用して５桁にわたる大きさの動的範囲で定量し得る。ECL法は、ハイブリダイゼーションアッセイにおいてECL標識オリゴヌクレオチドを使用して増幅された核酸を検出するよう適合されている（Kenten,J.H.ら,Clin.Chem.38,873−879,1992）。WT、QA、QB及びQCECLプローブの比活性は既知であるので、WT、QA、QB及びQCNASBA増幅されたRNAの比は、それぞれのプローブのシグナル比から決定し得る。
ECLビーズベースアッセイにおいてQA、QB及びQCシグナルに対するWTシグナルの比から、WT投入RNAの初期量を読取った。
Ｑ−構築物を調製しアッセイを実施した方法は本実施例の「材料及び方法」セクションに記載する。
種々の量のin vitro生成WT−RNAを定量するために、ECL検出を含む１チューブＱ−NASBA法を使用した。それぞれ投入量として101.44、102.83、104.23及び104.83の初期WT−RNA分子を使用し、３種の異なるアッセイを実施した。ECLビーズベースのアッセイを使用するＱ−NASBAは、１回のNASBA増幅において104QARNA分子、103QBRNA分子及び102QCRNA分子とWT−RNAを混合することにより定量した各WT−RNA量に対して８〜10回実施した。実施した定量の結果（平均±標準偏差）は、それぞれ101.44、102.83、104.23及び104.83のWT−RNA分子を初期投入すると、101.54±0.23、102.68±0.21、104.16±0.20及び104.81±0.23であった。
実施したアッセイの結果を図６に示す。この図から判るように、１チューブ定量法に使用された最低のＱ−RNA量の1/10まで信頼性をもってWT−RNA量を定量し得る。
材料及び方法
プラスミド及びRNA合成
遺伝子組換えDNA法は標準方法に従った（Sambrook,J.ら,Molecular cloning.A laboratory manual,Cold Spring Harbor,NY:Cold Spring Harbor Lab.,1989,第２版）。22ヌクレオチドランダム配列（位置1429−1451 HIV−1pv22配列（Muesing,M.A.ら,Nature 313,450−458,1985）を含むプラスミドpGEM3RNA（Van Gemenら,1993）を使用し、定量的NASBA増幅と関連のないことから、多重クローニング部位のAcc I部位とHIV−１クローン化配列（位置1691−2105 HIV−1 pv22）の一部とを欠失させた。このプラスミドにおいて、ランダムな配列を5'ATG.GAA.GGT.CGC.ATA.TGA.GTA.A3'または5'ATA.AGC.ACG.TGA.CTG.AGT.ATG.A3'で置き換え、それぞれpGEM3QBδgag3及びpGEMQCδgag3を生成した。プラスミドpGEM3RANの呼び名をpGEM3QAと変えた。
SP6 RNAポリメラーゼ（Sambrook,1989）を使用し、pGEM3p24（WT−RNA）、pGEM3QA（QA−RNA）、pGEM3QBδgag3（QB−RNA）及びpGEM3QCδgag3（QC−RNA）からin vitro RNAを生成した。pGEM3p24及びpGEM3QAのクローン化挿入物をベクターpGEM4中に再クローニングしてpGEM4p24及びpGEM4QAを生成した。これらのプラスミドを使用し、T7 RNAポリメラーゼ（Sambrook,1989）を用いてin vitro RNAを作製した。in vitro RNAの長さは、プラスミドpGEMp24（WT−RNA）及びpGEM3QA（QA−RNA）が1514ヌクレオチド、pGEM3QBδgag3（QB−RNA）及びpGEMQCδgag3（QC−RNA）が1090ヌクレオチドであった。RNAをDNaseで処理してプラスミドDNAを除去し、アニオン交換カラム（Qiagen）において精製した。in vitro RNAを分光光度法により定量し、水で所望の濃度に希釈した。全てのRNA溶液を−20℃で保存した。
核酸単離
Boomらの方法（Boom,R.ら,J.Clin.Microbiol.28,495−503,1990;Van Gemenら,1993）に従って血漿から核酸を単離した。最終的に、100μｌの血漿の核酸を100μｌの水中に再懸濁させ、−70℃で保存した。
NASBA
AMV逆転写酵素をSeikagakuから購入したことを除き、全ての酵素はPharmaciaから購入した。BSAはBoehringer Mannheimから購入した。23μｌのNASBA反応混合液（25μｌ反応混合液中の終濃度:40mM Tris,pH8.5,12mM MgCl2,42mM KCl,15％v/v DMSO,1mM 各dNTP,2mM 各NTP,0.2μｍプライマー1:5'AAT.TCT.AAT.ACG.ACT.CAC.TAT.AGG.GTG.CTA.TGT.CAC.TTC.CCC.TTG.GTT.CTC.TCA,0.2μｍプライマー2:5'AGT.GGG.GGG.ACA.TCA,AGC,AGC.CAT.GCA.AA、0.2〜２μｌ野生型RNA及び２μl in vitroQ−RNA（Kievits,Tら,J.Virol.Methods.35,273−286,1991;Van Gemenら,1993））を65℃で５分間インキュベートし、RNAの２次構造を不安定化し、次いで41℃に冷却してプライマーをアニーリングした。２μｌの酵素混合物（0.1μg/μl BSA,0.1単位RNase H,40単位T7 RNAポリメラーゼ及び８単位AMV逆転写酵素）を添加することにより増幅を開始した。41℃で90分間反応物をインキュベートした。全ての定量において２つの陰性対照を加えた。
酵素ビーズベースの検出
前述の定量方法（Van Gemenら,1993）においてNASBA増幅したWT及びQARNAを検出し、その比を決定するため、ビーズベース酵素アッセイを開発した。ストレプトアバジンで被覆した2.8μｍポリスチレン常磁性ビーズ（Dynal Inc.,Great Neck,N.Y.,USA）100μｌを200μｌ  １×PBS,0.1％BSAで２回洗浄し、100μl 1×PBS,0.1％BSA中に再懸濁させた。洗浄したビーズを、300pmolのHIV−１特異的ビオチニル化捕獲プローブ（5'TGT.TAA.AAG.AGA.CCA.TCA.ATG.AGG.A）と一緒に室温で１時間インキュベートし、まず200μl 5×SSPE,0.1％SDSで１回、次いで200μl 1×PBS,0.1％BSAで１回洗浄した。ビーズを100μl 1×PBS,0.1％BSA中に再懸濁させた。
５μｌビーズ、５μlNASBA反応混合液及び50μｌハイブリダイゼーション緩衝液（５×SSPE,0.1％SDS,0.1％ブロッキング試薬,10μg/mlサケ精子DNA）を45℃で30分間インキュベートした。ビーズを100μl 2×SSC,0.1％BSAで２回洗浄し、次いで、そのうちの10％をHRP標識したWTまたはＱ検出オリゴヌクレオチドプローブ５×10-7μmolと一緒に50μｌのハイブリダイゼーション緩衝液中45℃で30分間インキュベートした。
ビーズ捕獲オリゴヌクレオチド−NASBA増幅されたWTまたはQARNA検出プローブ複合体を、まず100μl 2×SSC,0.1％BSAで１回、次いで100μlTBSTで１回、更に100μlTBSで２回洗浄した。次に、100μｌの有色基質（TMB/ペルオキシド溶液）をビーズに加え、室温で３分間インキュベートした。50μｌの250mMオキサレートを添加することにより呈色反応を停止させた。マイクロプレートリーダー（Micro SLT 510,Organon Teknika,Boxtel,オランダ）において150μｌ呈色反応物の450nmでの吸収を読み取った。
吸収値をバックグラウンドシグナル（即ち陰性対照）に対して補正し、シグナルを、独立に増幅されたWTまたはQARNAによって得られたシグナルのパーセントとして計算した。
ECLビーズベースの検出
水で20倍に希釈したNASBA増幅RNA（WT、QA、QB及びQC）５μｌを、HIV−１特異的ビオチニル化捕獲プローブ（酵素ビーズベース検出参照）20μｌ（3.3pmol）、WT、QA、QBまたはQCNASBA増幅RNAのいずれかに特異的なECL（トリス［2,2−ビピリジン］ルテニウム［II］複合体）標識オリゴヌクレオチドプローブ3.3pmol、ストレプトアビジン被覆磁性ビーズ20μｇ（２μｌ）と一緒に５×SSC中41℃で30分間インキュベートした。インキュベーションの間、10分おきに撹拌して試験管を混合した。次いで300μｌのTPA溶液（100mMトリプロピルアミン,pH＝7.5）を添加し、ハイブリダイゼーション混合物をOrigen 1.5 ECL検出装置（Organon Teknika,Boxtel,オランダ）に仕込んだ。
実施例４
核酸単離効率はWT−RNA定量結果に影響し得る。単離時の核酸損失の影響を阻止するため、QA,QB及びQCRNAを第１ステップたる核酸単離（図７）の前または間に添加することができる。このことを、in vitro培養ウイルスストック液から単離したin vitro生成WT−RNA及びHIV−1 RNA 104分子を使用して試験した。in vitro生成WT−RNA及びHIV−１ウイルスストックRNAを、第１ステップたる核酸単離で（即ち溶解緩衝液中に）QA,QB及びQCRNAを添加した場合としない場合とで再単離した。使用した方法は実施例３の「材料及び方法」セクションに記載されている。
増幅時にQA,QB及びQCを添加することにより、もともと単離されているWT−RNA及びHIV−１ウイルスストックRNAを定量すると（即ち対照定量）、in vitro生成WT−RNA及びHIV−１ウイルスストックRNAについてそれぞれ3.3×104及び2.1×104の結果となった。再単離処理前にQA,QB及びQCRNAを添加して再単離したRNAを定量すると、in vitro生成WT−RNA及びHIV−１ウイルスストックRNAについてそれぞれ2.5×104及び1.5×104となった。しかしながら、再単離処理後にQA,QB及びQCRNAを添加して再単離されたRNAを定量した場合は、in vitro生成WT−RNA及びHIV−１ウイルスストックRNAについてそれぞれ4.7×103及び2.0×103となった。これは、RNAの再単離効率が約10％であることを示している。しかしながら、再単離前にQA,QB及びQCを添加すると、単離される核酸の絶対量に関係なく比WT:QA:QB:QCRNAが一定となるため、RNA定量は対照定量に等しい結果となる。
結果は表２に示す。
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実施例５
本発明の方法を既に記載されているＱ−NASBA法（Van Gemenら,1993;Jurriaansら，提出,1993）と比較した。Ｑ−NASBA法では１種のＱ−RNAしか使用せず、５対数の動的範囲を得ようとするならば、１臨床（野生型）試料当たり少なくとも６つの増幅反応、即ち内部標準を添加しない陽性WT対照反応１つと、内部標準RNA分子の量を段階的に増量した（102〜106）反応５つとを必要とする。
数種の区別可能な内部標準を１つの増幅にスパイクする本発明の方法によれば、増幅反応数を減少し得る。
これに対して、ただ１種のＱ−RNAを酵素標識プローブと組み合わせて使用する場合（QA）、別個の増幅において種々の濃度のＱ−RNAを使用し、WT−シグナル対Ｑ−シグナルの比から初期WT−RNA濃度を導出する必要がある。
これら２つの方法を、モデル系及びHIV−１感染個体の血漿試料を使用して比較した。
３人の無症候HIV−１感染個体の血漿試料0.1mlを分析することにより、QA、QB及びQCRNAを使用する１チューブＱ−NASBAを、１回の定量で６つの増幅を使用する既に記載されているＱ−NASBA法（Van Gemenら,1993）と比較した。同じ実験で、核酸単離の前と後とにQA、QB及びQCを添加したときの差も調査した（表３）。WT−RNAを１チューブＱ−NASBA法によって定量した場合、WT−RNA量は１チューブ定量法に使用された最低Ｑ−RNA量の1/10まで信頼性をもって定量し得る。
溶解緩衝液に添加する場合はQA、QB及びQCを（それぞれ６×105、６×104及び６×103で）0.1mlの血漿に添加すると、信頼定量下限は血漿0.1ml当たり６×102RNAコピーであった。１μｌ血漿等価物の核酸を増幅に使用する場合は、単離後の核酸にQA、QB及びQCを（それぞれ104、103及び102）で添加し、血漿0.1ml当たり103RNAコピーの信頼定量下限が得られた。両ケースで、１チューブ定量法に使用される最低Ｑ−RNA量の1/10まで信頼性をもってWT−RNAを定量し得る。１μｌ血漿等価物の核酸を増幅に使用する場合で、最低内部標準Ｑ−RNA定量を102として１回の定量で６つの増幅を行う方法によると、血漿0.1ml当たり104RNAコピーの信頼定量下限が得られた。この結果は、この特定の実施態様においては核酸単離効率が100％（患者１）と50％（患者２）の間で変動したことを示す。患者３は常に信頼定量限界を下回ったが、核酸単離前に溶解緩衝液にQA、QB及びQCを添加する１チューブＱ−NASBAアッセイにおいてこの限界は最も正確（即ち最低）であった（表３）。
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実施例6:
最後に、核酸単離前にQA、QB及びQCを溶解緩衝液に加える１チューブＱ−NASBAの再現性を、ウイルス粒子量を電子顕微鏡により定量したin vitro培養HIV−１ウイルスストック液（Layne,S.P.ら,Virology.189,695−714,1992）を使用して試験した。2.9×1010ウイルス粒子/mlを含むHIV−１ウイルスストックを水で10,000に希釈し、100μｌの希釈ウイルスストック液にQA、QB及びQCを（それぞれ６×105、６×104及び６×103で）添加し、4.35×1010RNA分子/mlの測定値を得た。結果を表４に示す。RNA定量の平均±標準偏差は1010.64±0.05であり、１チューブＱ−NASBAの精度は、このin vitro培養ウイルスストック液の定量の場合は0.1対数値内であったことが判る（実施した方法は実施例３の材料及び方法セクションに記載されている）。
表４から、本発明の方法によれば、in vitro培養ウイルスストック液中のHIV−1 RNAを定量する場合には0.1対数値以内のアッセイ精度が得られることが判る。この結果から、0.4対数値以上のHIV−1 RNA負荷の差の信頼性のある測定が可能である。
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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