(57)【要約】      （修正有）【課題】ポリヌクレオチドの変異を特徴付ける方法の提供。【解決手段】参照ポリヌクレオチドのフラグメントおよび標的ポリヌクレオチドのフラグメントを完全もしくは実質的に完全なｎ量体セットを構成する一本鎖のオーバーハングを有する同一または実質的に同一なポリヌクレオチドプローブのアレイに、別々にライゲーションし、そしてそれらのハイブリダイゼーションパターンを比較する工程を包含する。この方法はまた、多型性の存在を検出するために使用され得る。また、未知の配列の２つ以上のポリヌクレオチドが同一であるかどうかを決定することができる。さらに、末端配列に基づいてポリヌクレオチドのフラグメントを列挙し、そして区別することもできる。これらの方法は、医学、薬理遺伝学、生化学、および法医科学に有用である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的ポリヌクレオチドの変異の存在を決定する方法であって、以下の工程：
（ａ）少なくとも２つの同一または実質的に同一なポリヌクレオチドプローブアレイを提供する工程であって、ここで各アレイのオーバーハングが完全または実質的に完全なｎ量体のセットを構成するように、各プローブが、二本鎖領域および一本鎖ｎ量体オーバーハング領域を含む、工程；
（ｂ）該標的ポリヌクレオチドを、１つのアレイのプローブポリヌクレオチドの該オーバーハングにハイブリダイズさせ、標的ハイブリダイゼーションパターンを生成する工程；
（ｃ）参照ポリヌクレオチドを、第２のアレイのプローブポリヌクレオチドの該オーバーハングにハイブリダイズさせ、参照ハイブリダイゼーションパターンを生成する工程；および
（ｄ）該参照ハイブリダイゼーションパターンと該標的ハイブリダイゼーションパターンとを比較することによって、該標的ポリヌクレオチド中の変異の存在を決定する工程、
を包含する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、１９９８年９月１５日に出願された米国仮特許出願第６０／１００，３９３号からの優先権を主張し、その内容は本明細書中に参考として援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、ポリヌクレオチド配列の分析に関する。それゆえ、本発明は、分子生物学、生化学、化学、医学、および医学診断学などの多様な分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
ゲノム配列決定プロジェクトの目的は、参照ゲノムの完全配列を得ることである。次の、そしておそらくより困難な段階は、配列のバリエーションを分析すること、およびこの情報を重要な表現型に関連付けることである。一本鎖ポリヌクレオチドプローブの高密度アレイ（非特許文献１）は、大規模ポリヌクレオチド配列決定分析に高度に匹敵し、そして大規模に実現可能な（ｓｃａｌａｂｌｅ）アプローチを提供する（非特許文献３）。遺伝学的分析についてのＤＮＡアレイの有用性は、変異の検出、遺伝子型決定、物理的マッピングおよび遺伝子発現モニタリングを含む、多数の適用において以前に確証されている（非特許文献４〜８）。
【０００４】
いくつかのアッセイ形式において、固体支持体に固定された一本鎖ポリヌクレオチドプローブアレイが、標的ポリヌクレオチド中の特定のポリヌクレオチド配列を検出するために使用されてきた。例えば、特許文献１および特許文献２を参照のこと。ＶＬＳＩＰＳTM技術の開発は、非常に小さい領域における一本鎖のポリヌクレオチドプローブの非常に大きいアレイの作製の方法を提供した。特許文献３および特許文献４および特許文献５（これらの各々は本明細書中で援用される）を参照のこと。特許文献６は、「ＤＮＡチップ」と呼ばれる一本鎖ポリヌクレオチドプローブの多数のアレイの微小製作の方法を記載し、そこではプローブはアレイのあらかじめ規定された位置に特定の配列を有し、特定の標的ポリヌクレオチドの同定を容易にするか、またはサンプル中の標的ポリヌクレオチドの１つ以上の特定の配列が、先に特徴付けた配列から変化しているかどうかを検出する。
【０００５】
今日まで首尾よく使用されてきた一本鎖ポリヌクレオチドプローブのアレイの大部分は、あらかじめ規定された参照配列に基づいて特別に調製されたカスタマイズされたプローブのセットを使用してきた。より一般的には、アレイに基づく配列決定および遺伝的分析（すなわち、変異および多型性分析）へのより効率よく、より迅速なアプローチは、所定の長さの一本鎖ポリヌクレオチドプローブの完全セット（「ｎ量体セット」）を使用することであり得、その結果、この技術に存在する問題が打破され得る場合は、原理的にはいかなる標的配列も分析され得る。
【０００６】
一本鎖ポリヌクレオチドの完全ｎ量体プローブセットの開発において主要な問題が存在する。第１に、ｎ量体（４n）の完全セットのプローブの総数が、「ｎ」が増加するにつれて非常に大きくなり得る。技術的進歩がなされ、多数の核酸プローブアレイの合成が容易になったのはようやく最近のことであった。
【０００７】
さらに、ｎ量体プローブの完全セットへのハイブリダイゼーションに基づくＤＮＡ配列再構築を記載するいくつかの理論的な提案が提出されたが（非特許文献９〜１１）、これらの方法は成功しなかった。配列再構成は、複合ポリヌクレオチドにおける配列反復の存在、およびｎ量体の独自性の欠如から生ずる不明確さによって妨害されてきた。さらなる問題には、必然的に不完全であるハイブリダイゼーションデータを取り扱うためのコンピューター化された方法、および分析的方法の不足が含まれる。
【０００８】
特許文献７は、配列決定および分析のための定常的な二本鎖領域および可変的な一本鎖領域を有するポリヌクレオチドのアレイを記載する。特許文献７の方法はプローブアレイへの標的ポリヌクレオチドのハイブリダイゼーションを使用した。ハイブリダイゼーションに続いてライゲーションを行った。しかし、多くの工程を含む’９８０特許の方法論は煩わしく、そしてプローブの単一のアレイ上で多くの異なったサンプルを試験することを可能にするための標準化はされていない。
【０００９】
例えば、特許文献７特許の方法は、プローブアレイをカスタマイズするために参照ポリヌクレオチドを使用すること、次いで標的ポリヌクレオチド中の変異を検出するためにそのカスタマイズされたプローブアレイを使用することを必要とした。結果として、特許文献７の方法論は、そのために設計された標的ポリヌクレオチドのみにおける変異を検出するために有用であるプローブアレイを産生する。さらに、この方法論は、単一の置換変異のみ（挿入または欠失ではなく）を検出し得、そしてそれが検出する変異を特徴付けし得ないし、またヌクレオチド配列中の変異の位置を同定し得ない。
【００１０】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ８９／１０９７７パンフレット
【特許文献２】国際公開第ＷＯ８９／１１５４８パンフレット
【特許文献３】米国特許第５，１４３，８５４号明細書
【特許文献４】国際公開第ＷＯ  ９０／１５０７０パンフレット
【特許文献５】国際公開第ＷＯ  ９２／１００９２パンフレット
【特許文献６】米国特許第５，８３７，８３２号明細書
【特許文献７】米国特許第５，５０３，９８０号明細書
【非特許文献１】Ｆｏｄｏｒら著、「Ｎａｔｕｒｅ」、（英国）、１９９３年、３６４：５５５−６
【非特許文献２】Ｐｅａｓｅら著、「Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ」、（米国）、１９９４年、９１：５０２２−６
【非特許文献３】Ｌｉｐｓｈｕｔｚ著、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ＆  ｄｙｎａｍｉｃｓ．」、（米国）、１９９３年、１１：６３７−５３
【非特許文献４】Ｃｈｅｅら著、「Ｓｃｉｅｎｃｅ」、（米国）、１９９６年、２７４：  ６１０−１４
【非特許文献５】Ｌｏｃｋｈａｒｔら著、「Ｎａｔｕｒｅ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、（英国）、１９９６年、１４：  １６７５−８０
【非特許文献６】Ｃｒｏｎｉｎら著、「Ｈｕｍａｎ  ｍｕｔａｔｉｏｎ」、（米国）、１９９６年、７：  ２４４−５５
【非特許文献７】Ｋｏｚａｌら著、「Ｎａｔｕｒｅ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ」、（英国）、１９９６年、２：  ７５３−５９
【非特許文献８】Ｗｏｄｉｃｋａら著、「Ｎａｔｕｒｅ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、（英国）、１９９７年、１５：  １３５９−７２
【非特許文献９】ＢａｉｎｓおよびＳｍｉｔｈ著、「Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  ｂｉｏｌｏｇｙ」、（オランダ国）、１９８８年、１３５：  ３０３−７，
【非特許文献１０】Ｌｙｓｏｖ  Ｉｕら著、「Ｄｏｋｌａｄｙ  Ａｋａｄｅｍｉｉ  ｎａｕｋ  ＳＳＳＲ．」、（ロシア）、１９８８年、３０３：  １５０８−１１
【非特許文献１１】Ｄｒｍａｎａｃら著、「Ｇｅｎｏｍｉｃｓ」、（米国）、１９８９年、４：１１４−２８，
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ハイブリダイゼーションによる配列決定に固有の困難さを避ける一方、完全なｎ量体アレイの利点を保持るような配列分析の方法（例えば、変異の特徴付け、多型性配列の検出など）が所望される。特に、所定の長さのポリヌクレオチドの標準化されたアレイの完全セットは、各々の標的に対する特異的なアレイを構築する必要性なしで、高度に所望される。このような標準化されたアレイ方法論は、さまざまな供給源由来の標的ポリヌクレオチド中における変異の特徴付けおよび多型性配列のバリエーションの検出を含む、直接的、正確、そして効率的な配列分析を可能にする。本発明はこれらの必要性を満たす。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、以下を提供する：
１．標的ポリヌクレオチドの変異の存在を決定する方法であって、以下の工程：
（ａ）少なくとも２つの同一または実質的に同一なポリヌクレオチドプローブアレイを提供する工程であって、ここで各アレイのオーバーハングが完全または実質的に完全なｎ量体のセットを構成するように、各プローブが、二本鎖領域および一本鎖ｎ量体オーバーハング領域を含む、工程；
（ｂ）該標的ポリヌクレオチドを、１つのアレイのプローブポリヌクレオチドの該オーバーハングにハイブリダイズさせ、標的ハイブリダイゼーションパターンを生成する工程；
（ｃ）参照ポリヌクレオチドを、第２のアレイのプローブポリヌクレオチドの該オーバーハングにハイブリダイズさせ、参照ハイブリダイゼーションパターンを生成する工程；および
（ｄ）該参照ハイブリダイゼーションパターンと該標的ハイブリダイゼーションパターンとを比較することによって、該標的ポリヌクレオチド中の変異の存在を決定する工程、
を包含する方法。
【００１３】
２．前記工程ｂ）において、前記ハイブリダイズした標的ポリヌクレオチドが前記プローブにライゲートされる、項１に記載の方法。
【００１４】
３．前記工程ｃ）において、前記ハイブリダイズした参照ポリヌクレオチドが前記プローブにライゲートされる、項１に記載の方法。
【００１５】
４．前記オーバーハングが遊離の５’末端を有する、項１に記載の方法。
【００１６】
５．前記オーバーハングが遊離の３’末端を有する、項１に記載の方法。
【００１７】
６．前記ｎ量体が約４〜約５０ヌクレオチドを含む、項１に記載の方法。
【００１８】
７．前記変異が置換変異である、項１に記載の方法。
【００１９】
８．前記変異が欠失変異である、項１に記載の方法。
【００２０】
９．前記変異が挿入変異である、項１に記載の方法。
【００２１】
１０．前記標的ポリヌクレオチドが、嚢胞性線維症膜貫通伝導性調節遺伝子、ｐ５３遺伝子、ミトコンドリアＤＮＡ、またはＨＩＶ遺伝子からなる群から選択される、項１に記載の方法。
【００２２】
１１．前記アレイが平行に配置されている、項１に記載の方法。
【００２３】
１２．２つ以上の標的ポリヌクレオチドが同一かどうかを決定する方法であって、以下の工程：
（ａ）少なくとも２つの同一または実質的に同一なポリヌクレオチドプローブアレイを提供する工程であって、ここで各アレイのオーバーハングが完全または実質的に完全なｎ量体のセットを構成するように、各プローブが、二本鎖領域および一本鎖ｎ量体オーバーハング領域を含む、工程；
（ｂ）第１の標的ポリヌクレオチドを、１つのアレイのプローブポリヌクレオチドの該オーバーハングにハイブリダイズさせ、第１のハイブリダイゼーションパターンを生成する工程；
（ｃ）第２の標的ポリヌクレオチドを、第２のアレイのプローブポリヌクレオチドの該オーバーハングにハイブリダイズさせ、第２のハイブリダイゼーションパターンを生成する工程；および
（ｄ）第１のハイブリダイゼーションパターンと第２のハイブリダイゼーションパターンとを比較する工程、
を包含する方法。
【００２４】
１３．前記工程ｂ）において、前記ハイブリダイズした標的ポリヌクレオチドが前記プローブにライゲートされる、項１２に記載の方法。
【００２５】
１４．前記工程ｃ）において、前記ハイブリダイズした参照ポリヌクレオチドが前記プローブにライゲートされる、項１２に記載の方法。
【００２６】
１５．前記オーバーハングが遊離の５’末端を有する、項１２に記載の方法。
【００２７】
１６．前記オーバーハングが遊離の３’末端を有する、項１２に記載の方法。
【００２８】
１７．前記ｎ量体が約４〜約５０ヌクレオチドを含む、項１２に記載の方法。
【００２９】
１８．前記アレイが平行に配置される、項１２に記載の方法。
【００３０】
１９．ポリヌクレオチドの混合物中の個々のポリヌクレオチドを区別する方法であって、以下の工程：
（ａ）少なくとも２つの同一または実質的に同一なポリヌクレオチドプローブアレイを提供する工程であって、ここで各アレイのオーバーハングが完全なまたは実質的に完全なｎ量体のセットを構成するように、各プローブが、二本鎖領域および一本鎖ｎ量体オーバーハング領域を含む、工程；
（ｂ）該混合物中のポリヌクレオチドを、該アレイのプローブポリヌクレオチドの該オーバーハングにハイブリダイズさせる工程；および
（ｃ）ハイブリダイゼーションパターンを決定する工程、
を包含する工程。
【００３１】
２０．前記区別された個々のポリヌクレオチドを数え挙げる工程をさらに含む、項１９に記載の方法。
【００３２】
２１．前記工程ｂ）において、前記ハイブリダイズした標的ポリヌクレオチドが前記プローブにライゲートされる、項１９に記載の方法。
【００３３】
２２．前記オーバーハングが遊離の５’末端を有する、項１９に記載の方法。
【００３４】
２３．前記オーバーハングが遊離の３’末端を有する、項１９に記載の方法。
【００３５】
２４．前記ｎ量体が約４〜約５０ヌクレオチドを含む、項１９に記載の方法。
【００３６】
２５．前記アレイが平行に配置される、項１９に記載の方法。  標的ポリヌクレオチドにおける変異の存在を決定する方法が提供される。この方法は以下の工程を含む：
（ａ）少なくとも２つの同一または実質的に同一なポリヌクレオチドプローブアレイを提供する工程であって、ここで各アレイのオーバーハングが完全または実質的に完全なｎ量体のセットを構成するように、各プローブが、二本鎖領域および一本鎖ｎ量体オーバーハング領域を含む、工程；
（ｂ）標的ポリヌクレオチドを、１つのアレイ中のプローブポリヌクレオチドの前記オーバーハングにハイブリダイズさせ、標的ハイブリダイゼーションパターンを生成する工程；
（ｃ）参照ポリヌクレオチドを、第２のアレイ中のプローブポリヌクレオチドの前記オーバーハングにハイブリダイズさせ、参照ハイブリダイゼーションパターンを生成する工程；および
（ｄ）参照ハイブリダイゼーションパターンおよび標的ハイブリダイゼーションパターンを比較することによって、標的ポリヌクレオチド中の変異の存在を決定する工程。
【００３７】
以下の工程を包含する方法がまた、２つ以上の標的ポリヌクレオチドが同一であるかどうかを決定するために提供される：
（ａ）少なくとも２つの同一または実質的に同一なポリヌクレオチドプローブアレイを提供する工程であって、ここで各アレイのオーバーハングが完全または実質的に完全なｎ量体のセットを構成するように、各プローブが二本鎖領域、および一本鎖ｎ量体オーバーハング領域を含む、工程；
（ｂ）第１の標的ポリヌクレオチドを、１つのアレイのプローブポリヌクレオチドの前記オーバーハングにハイブリダイズさせ、第１のハイブリダイゼーションパターンを生成する工程；
（ｃ）第２の標的ポリヌクレオチドを、第２のアレイのプローブポリヌクレオチドの前記オーバーハングにハイブリダイズさせ、第２のハイブリダイゼーションパターンを生成する工程；および
（ｄ）第１および第２のハイブリダイゼーションパターンを比較する工程。
【００３８】
さらに、以下の工程を包含する、ポリヌクレオチドの混合物中の個々のポリヌクレオチドを区別および列挙する方法が提供される：
（ａ）少なくとも２つの同一または実質的に同一なポリヌクレオチドプローブアレイを提供する工程であって、ここで各アレイのオーバーハングが完全または実質的に完全なｎ量体のセットを構成するように、各プローブが二本鎖領域および一本鎖ｎ量体オーバーハング領域を含む、工程；
（ｂ）混合物中のポリヌクレオチドを、アレイのプローブポリヌクレオチドの前記オーバーハングにハイブリダイズさせる工程；および
（ｃ）ハイブリダイゼーションパターンを決定する工程。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本開示を通して、種々の刊行物、特許、および公開特許明細書は、確認された引用によって援用される。これらの刊行物、特許、および公開特許明細書の開示は、本明細書中にその全体が本開示に対する参考として援用される。
【００４０】
（Ａ．一般的技術）
本発明の実施は、他に断らない限り、有機化学、分子生物学（組換え技術を含む）、細胞生物学、生化学、および免疫学の従来技術を利用し得、これらは当該分野の範囲内である。このような従来技術は、ポリマーアレイ合成、ハイブリダイゼーション、ライゲーション、標識を用いてのハイブリダイゼーションの検出を含む。適切な技術の特定の例示は、以下の実施例に参考として含まれ得る。しかし、他の等価な従来手順もまた、当然ながら使用され得る。このような従来技術は、例えば、Ｇｅｎｏｍｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ：Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ  Ｓｅｒｉｅｓ（Ｉ〜ＩＶ巻）、Ｕｓｉｎｇ  Ａｎｔｉｂｏｄｉｅｓ：Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ、Ｃｅｌｌｓ：  Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ、ＰＣＲ  Ｐｒｉｍｅｒ：  Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ、およびＭｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ：Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ（すべてＣｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓより）のような標準的な実験室マニュアルに見出され得る。
【００４１】
（Ｂ．定義）
本明細書で使用されるように、特定の用語は以下に定義する意味を有し得る。
【００４２】
明細書および請求項で使用するように、単数形「ａ」「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別に指示しない限りは、複数の引用を含み得る。例えば、用語「ａｎ  ａｒｒａｙ」は、文脈が明確に別に指示しない限りは、複数のアレイを含み得る。
【００４３】
「アレイ」は、意図的に作製した分子の収集物を表し、これは合成的または生合成的に調製され得る。特に、本明細書中で用語「アレイ」は、支持体上に意図的に作製したポリヌクレオチドの収集物を意味し、そこでは所定のあらかじめ定義した領域において各々のポリヌクレオチドの同一性が知られる。従って、用語「アレイ」および「生物学的チップ」は、相互に交換可能に用いられる。
【００４４】
分子アレイは、種々の異なった形式（例えば、可溶性分子のライブラリー；および樹脂ビーズ、シリカチップ、または他の固体支持体につないだ化合物のライブラリー）において生物学的活性についてスクリーニングされ得る。固体基板上におけるポリヌクレオチドアレイの作製、および異なったアッセイにおけるアレイの使用の方法は、以下：米国特許第５，６７７，１９５号、同第５，６２４，７１１号、同第５，５９９，６９５号、同第５，４４５，９３４号、同第５，４５１，６８３号、同第５，４２４，１８６号、同第５，４１２，０８７号、同第５，４０５，７８３号、同第５，３８４，２６１号、同第５，２５２，７４３号、同第５，７４４，１０１号、同第５，１４３，８５４号、およびＰＣＴ  ＷＯ  ９２／１００９２に記載され、これらの各々の開示は本明細書中に援用される。
【００４５】
「固体支持体」「支持体」および「基板」は、強固な、または半強固な１つまたは複数の表面を有する物質または物質群をいう。多くの実施態様において、少なくとも１つの固体支持体の表面は実質的に平坦であり、しかしいくつかの実施態様においては、異なった化合物のための合成領域を、例えば、ウェル、上昇させた領域、ピン、刻印した溝などで物理的に分離することが所望され得る。他の実施態様に従って、固体支持体は、ビーズ、樹脂、ゲル、微粒子または他の幾何学的な構成をとる。
【００４６】
「あらかじめ規定された領域」は、固体支持体上の局在化した領域をいい、それは選択された分子の形成に使用されるか、使用されたか、または使用されるように意図され、そしてさもなくば、本明細書中で代替的に「選択された」領域といわれる。あらかじめ規定された領域は、例えば円形、長方形、楕円形、くさび型などの任意の便利な形状を有し得る。本明細書では、簡略化のために、「あらかじめ規定された領域」は、時々単に「領域」といわれる。いくつかの実施態様において、あらかじめ規定された領域、およびそれゆえに、各々の別個の化合物が合成される領域は、約１ｃｍ2より小さいか、または１ｍｍ2未満でさえある。さらなる実施態様において、あらかじめ規定された領域は、領域（すなわち、ビーズ、樹脂、ゲルなど）をウェル、トレイなどへと物理的に分離することによって達成され得る。
【００４７】
本明細書で使用されるように、「ポリヌクレオチド」は、２つ以上のヌクレオチドの配列である。本発明のポリヌクレオチドは、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）またはリボ核酸（ＲＮＡ）の配列を含み、これらは天然の供給源から単離され得るか、組換え的に産生されるか、または人工的に合成され得る。本発明のポリヌクレオチドのさらなる例は、ポリアミドポリヌクレオチドであり得る。本発明はまた、特定のｔＲＮＡ分子中で同定されそして三重らせん中に存在することが仮定されている、Ｈｏｏｇｓｔｅｅｎ塩基対のような非従来的な塩基対が存在する状況を包含する。
【００４８】
用語「ヌクレオチド」は、デオキシヌクレオチドおよびそのアナログを含む。これらのアナログは、ポリヌクレオチド配列に組み込まれた場合、それらが溶液中で相補的なポリヌクレオチドとのハイブリダイゼーションを可能にするような、天然に生じるヌクレオチドと共通したいくつかの構造的な特徴を有する分子である。代表的には、これらのアナログは１つまたは複数の修飾した塩基、ならびにリボースおよびホスホジエステル部分の修飾形態を有し得る。変化は、ハイブリッド形成の安定化もしくは不安定化のために、または所望するように相補的ポリヌクレオチド配列とのハイブリダイゼーションの特異性を増強するために、またはポリヌクレオチドの安定性を増強するために、あつらえ仕立てに作製され得る。
【００４９】
アナログはまた、ポリヌクレオチド合成において便利に使用されるように、保護および／または修飾されたモノマーを含む。当業者がよく気付いているように、ポリヌクレオチド合成は種々の塩基保護したヌクレオシド誘導体を使用し、そこではプリンおよびピリミジン部分の１つ以上の窒素が、ジメトキシトリチル、ベンジル、ｔｅｒｔ−ブチル、イソブチル、などといった基によって保護される。
【００５０】
例えば、構造的な基が、必要に応じてポリヌクレオチドへの組み込みのためにヌクレオシドのリボースまたは塩基に添加される（例えば、リボースの２’−Ｏ位でのメチル基、プロピル基、またはアリル基、または２’−Ｏ基を置換するフルオロ基、またはリボヌクレオシド塩基のブロモ基）。２’−Ｏ−メチルオリゴリボヌクレオチド（２’−Ｏ−ＭｅＯＲＮ）は、相補的ポリヌクレオチド（特にＲＮＡ）に対して、それらの修飾していない対応物よりも高いアフィニティーを有する。２’−Ｏ−ＭｅＯＲＮＡホスホラミダイトモノマーは市販されている（例えば、Ｃｈｅｍ  Ｇｅｎｅｓ  Ｃｏｒｐ．  またはＧｌｅｎ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，  Ｉｎｃ．  より）。あるいは、プリンまたはピリミジン複素環の１つ以上のＮ原子がＣ原子によって置換されているデアザプリンおよびデアザピリミジンがまた、使用され得る。
【００５１】
ポリヌクレオチドのホスホジエステル結合、または「糖−リン酸骨格」はまた、例えば、メチルホスホン酸、Ｏ−メチルリン酸またはホスホロチオネートで置換または修飾され得る。本開示の目的のためのこのような修飾した結合を含むポリヌクレオチドの別の例は、「ペプチドポリヌクレオチド」を含有し、ここではポリアミド骨格がポリヌクレオチド塩基または修飾したポリヌクレオチド塩基に接続されている。天然に生じるヌクレオチドに見出されるポリアミド骨格および塩基を含むペプチドポリヌクレオチドは、例えばＢｉｏｓｅａｒｃｈ，  Ｉｎｃ．（Ｂｅｄｆｏｒｄ，  ＭＡ）から市販されている。米国特許第５，７７３，５７１号および同第５，７８６，４６１号もまた参照のこと。
【００５２】
修飾した塩基を有するヌクレオチドはまた、本発明で使用され得る。塩基修飾のいくつかの例は、２−アミノアデニン、５−メチルシトシン、５−（プロピン−１−イル）シトシン、５−（プロピン−１−イル）ウラシル、５−ブロモウラシル、５−ブロモシトシン、ヒドロキシメチルシトシン、メチルウラシル、ヒドロキシメチルウラシル、およびジヒドロキシペンチルウラシルを含み、これらは相補的なポリヌクレオチドの結合アフィニティーを修飾するためにポリヌクレオチドに組み込まれ得る。
【００５３】
官能基はまた、ヌクレオシド糖の環またはプリン環もしくはピリミジン環の種々の位置にライゲートされ得、これは負に荷電したリン酸骨格との静電的な相互作用によって、または主溝および副溝における相互作用を通して二重鎖を安定化し得る。例えば、アデノシンおよびグアノシンヌクレオチドは、イミダゾールイルプロピル基を有するＮ2位で置換され得、二重鎖の安定性を増加する。３−ニトロピロールおよび５−ニトロインドールのような汎用の塩基アナログもまた、含まれ得る。本発明における使用に適する種々の修飾したポリヌクレオチドは、例えば、「Ａｎｔｉｓｅｎｓｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ」、Ｓ．Ｔ．ＣｒｏｏｋｅおよびＢ．ＬｅＢｌｅｕ（編）（ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，  １９９３）および「Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ  Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ａｎｔｉｓｅｎｓｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ」ＡＣＳ  Ｓｙｍｐ．  Ｓｅｒ．  ＃５８０，  Ｙ．Ｓ．ＳａｎｇｈｖｉおよびＰ．Ｄ．Ｃｏｏｋ（編）ＡＣＳ、Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，  Ｄ．Ｃ．  １９９４に記載される。
【００５４】
「標的」ポリヌクレオチドは、例えば、その変異によって特徴付けられるポリヌクレオチドである。一般的に、標的ヌクレオチドの配列は未知である。しかし、いくつかの局面において、例えば、複数の標的ポリヌクレオチドが同一であるかどうかを決定する場合、１つのポリヌクレオチドの配列が知られ得る。標的は、任意の生物学的供給源に由来し得、さらに部分的または全体的に合成され得る。
【００５５】
「参照」ポリヌクレオチドは、そのプローブアレイに対するハイブリダイゼーションパターンが、別の同一なまたは実質的に同一なプローブアレイに対する標的ポリヌクレオチドのハイブリダイゼーションパターンと比較されるポリヌクレオチドである。参照ポリヌクレオチドの配列は既知であり得るが、配列が既知であることは必須ではない。
【００５６】
ポリヌクレオチドの「フラグメント」は、任意の長さであり得るポリヌクレオチドの部分である。このようなフラグメントは、一本鎖または二本鎖ポリヌクレオチドであり得、あるいは一本鎖および二本鎖部分の両方を含有し得る。
【００５７】
「ポリヌクレオチドプローブ」は、本明細書中に記載されるハイブリダイゼーション工程およびライゲーション工程に使用され得る一本鎖および二本鎖ポリヌクレオチドの任意の配列である。最も一般的には、ポリヌクレオチドプローブは一本鎖ポリヌクレオチド領域に共有結合した二本鎖ポリヌクレオチド領域からなる。各プローブの二本鎖領域についてのポリヌクレオチド配列は、同一であり得るか、または異なり得る。作製の簡便さのため、二本鎖領域は各プローブにおいて同一であり得、そしてこのような同一領域はまた、「定常」領域として公知であり得る。
【００５８】
一本鎖領域におけるヌクレオチドは好ましくは可変性である。この一本鎖可変領域は「オーバーハング（ｏｖｅｒｈａｎｇ）」として公知であり、そしてこのオーバーハングは５’配向性または３’配向性であり得る（すなわち、それぞれフリーの５’末端またはフリーの３’末端を所有し得る）。さらに、オーバーハングはいくつかのヌクレオチド（「ｎ量体」）のものであり得、例えば、約４〜約５０ヌクレオチドの範囲であり得る。好ましくは、オーバーハングは約５〜約２０ヌクレオチドであり、より好ましくは約６〜約１２ヌクレオチドであり、そして最も好ましくは８〜９ヌクレオチドである。
【００５９】
用語「ハイブリダイゼーション」は、２つの一本鎖ポリヌクレオチドが非共有的に結合して安定な二本鎖ポリヌクレオチドを形成する工程をいい；三本鎖ハイブリダイゼーションもまた、理論的に可能である。得られる（通常の）二本鎖ポリヌクレオチドは「ハイブリッド」である。安定なハイブリッドを形成するポリヌクレオチドの集団の割合を、本明細書中では「ハイブリダイゼーションの程度」という。
【００６０】
ポリヌクレオチドハイブリダイゼーションアッセイを行う方法は、当該分野において十分開発されている。ハイブリダイゼーションアッセイ手順および条件は、適用に依存して変化し、そして以下に記載される方法を含む、公知の一般的結合方法に従って選択される：Ｍａｎｉａｔｉｓら、「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ：Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ」第２版、Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ，Ｎ．Ｙ．，１９８９；ＢｅｒｇｅｒおよびＫｉｍｍｅｌ、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｅｎｙｍｏｌｏｇｙ」１５２巻、「Ｇｕｉｄｅ  ｔｏ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．，Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ．，１９８７；ＹｏｕｎｇおよびＤａｖｉｓ、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．，Ｕ．Ｓ．Ａ．，８０：１９９４（１９８３）、これらはそれぞれ本明細書中に、参考として援用される。
【００６１】
２つの一本鎖ポリヌクレオチドのハイブリダイズする能力は、その相補性の程度およびハイブリダイゼーション反応条件のストリンジェンシーのような因子に依存することが理解される。
【００６２】
本明細書中で使用される場合、「ストリンジェンシー」とは、ポリヌクレオチドがハイブリダイズする程度に影響を与えるハイブリダイゼーション反応の条件をいう。ストリンジェントな条件は、ポリヌクレオチド二重鎖がそのミスマッチの程度に基づいて区別されることを可能にする条件が選択され得る。高いストリンジェンシーは、ミスマッチした塩基を含有する二重鎖の形成についての低い可能性と、相関関係にある。従って、ストリンジェンシーが高くなるほど、ミスマッチした二重鎖を形成し得る２つの一本鎖ポリヌクレオチドが一本鎖のまま残る可能性が高くなる。逆に、より低いストリンジェンシーにおいては、ミスマッチした二重鎖を形成する可能性は増加する。
【００６３】
１つ以上のミスマッチを含有する二重鎖と比較して、完全にマッチした二重鎖の選択を可能にする適切なストリンジェンシー（または、高い程度のミスマッチを含有する二重鎖と比較して、特定のミスマッチした二重鎖の選択を可能にする適切なストリンジェンシー）は、一般に経験的に決定される。ハイブリダイゼーション反応のストリンジェンシーを調整する方法は、当業者に周知である。例えば、Ｓａｍｂｒｏｏｋら、「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ：Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ」第２版、Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ，１９８９；Ａｕｓｕｂｅｌら、「Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ  Ｉｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ」Ｊｏｈｎ  ＷｉｌｅｙおよびＳｏｎｓ、１９８７、１９８８、１９８９、１９９０、１９９１、１９９２、１９９３、１９９４、１９９５、１９９６および定期的な最新刊まで；ならびにＨａｍｅｓら、「Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ  Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ：Ａ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ａｐｐｒｏａｃｈ」ＩＲＬ  Ｐｒｅｓｓ，Ｌｔｄ．，１９８５を参照のこと。
【００６４】
一般に、ストリンジェンシーを増加させる（すなわち、より密接にマッチした二重鎖の形成を選択する）条件は、より高い温度、より低いイオン強度、および溶媒の存在または非存在を含み；より低いストリンジェンシーは、より低い温度、より高いイオン強度およびより低い濃度またはより高い濃度の溶媒（例えば、より低い濃度のホルムアミドまたはジメチルスルホキシド）により好都合とされる。ハイブリダイゼーション反応の時間および反応物（すなわち、一本鎖ポリヌクレオチド）の濃度もまたストリンジェンシーに影響し、短い反応時間および低い反応物濃度はより高いストリンジェンシーを好む。
【００６５】
用語「ライゲーション」とは、２つの別々のポリヌクレオチド鎖上の２つの末端ヌクレオチドを共有結合させ、それによって２つの鎖が１つの一本鎖に連結されるプロセスをいう。本発明の方法論において、いくつかの局面において、ハイブリダイゼーションおよびライゲーションは、１つの工程において達成される。
【００６６】
「ｎ量体」とは、「ｎ」数のヌクレオチドの一本鎖ポリヌクレオチドである。ｎ量体の「完全なセット」とは、「ｎ」数のヌクレオチドの一本鎖ポリヌクレオチドのセットをいい、ここでセットとは「ｎ」個のヌクレオチドの全ての可能な組合せを示す。例えば、「ｎ」が８を示す場合、完全なｎ量体のセットとは、４8の一本鎖ポリヌクレオチドを示す。ｎ量体の「実質的に完全なセット」とは、「ｎ」個のヌクレオチドの全ての可能な組合せを有さなくてもよいが、標的ポリヌクレオチド中の変異が特徴付けられるようにプローブとして使用されるような一本鎖の十分な数を提供するセットを表す。従って、いくつかの局面において、このような実質的に完全なセットは一本鎖ポリヌクレオチドプローブのサブセットを含み得る。
【００６７】
アレイの記載の状況において使用される場合、用語「実質的に同一」とは、各プローブの構成に関して同一でなくてもよいアレイをいう。しかし、このようなアレイは、標的ポリヌクレオチドにおける変異が特徴付けられ得るような本発明のハイブリダイゼーションおよびライゲーション工程に参加することに関しては、機能的である。例えば、１つのアレイが特定の位置の特定の塩基を有するプローブを提供し、そして他方のアレイが対応する位置の塩基のアナログを提供する場合、２つのアレイは実質的に同一であり得る。
【００６８】
用語「塩基呼び出し（ｂａｓｅ  ｃａｌｌ）」とは、標的ポリヌクレオチド中の未知の塩基の同定の決定をいう。塩基呼び出し方法は、標的ポリヌクレオチドとプローブポリヌクレオチドとの間のハイブリダイゼーションの程度を、参照ポリヌクレオチドとプローブポリヌクレオチドとの間のハイブリダイゼーションの程度と比較することによりなされ得る。所定の場合、塩基呼び出しはハイブリダイゼーションの限界の程度を選択することによりなされ得るかまたは抑制され得る。
【００６９】
「塩基呼び出しセット」は、特定のヌクレオチド、または標的ポリヌクレオチド中のヌクレオチドの配列のための塩基呼び出しを生じるポリヌクレオチドの集団のセットである。従って、各塩基呼び出しセットは単一の置換位置（図３において文字Ｎによって示す）で異なる４つのプローブからなり、特定の標的塩基を問いただすように配置される。
【００７０】
「変異」は、正常な（「野生型」）集団のポリヌクレオチドからのポリヌクレオチドのヌクレオチド配列中の変化である。「置換」変異とは、あるヌクレオチドが別のヌクレオチドにより置換されたものである。「欠失」変異とは、１つ以上のヌクレオチドが正常な配列から欠失され、そして「挿入」変異とは、１つ以上のヌクレオチドが正常な配列中に挿入されたものである。「ホモ接合性」変異とは、２倍体生物中の両方の染色体に現れる変異である。「ヘテロ接合体」変異とは、２倍体生物中の１つの染色体のみに現れる変異であり、他方の染色体は正常である。変異は、例えば、４３５位でのＡ→Ｇ置換として特徴付けられ得る。
【００７１】
「多型性」とは、同じ集団における、複数の別々の対立遺伝子状態の発生であって、その状態の少なくとも１つが高い頻度（通常は＞１％以上）を有する状態である、発生である。当業者にとって、用語「多型性」が変異に関することは公知である。
【００７２】
本開示にわたって、本発明の種々の局面はある範囲の形式で存在する。ある範囲の形式における記載は単に簡便さおよび簡潔さのためのものであり、ならびに本発明の範囲における確固たる制限として構成されるべきではないことが理解されるべきである。従って、ある範囲の記載は、可能な部分集合ならびにその範囲内の個々の数値を全て詳細に開示したと見なされるべきである。例えば、４〜５０のような範囲の記載は４〜１０、４〜２０、４〜３０、４〜４０、４〜５０、５〜１０、５〜２０など、ならびに例えば、６、８、１５、２０、３２、３９、４３、４８などの範囲内の個々の数のような全ての部分集合を詳細に開示したと見なされるべきである。この適応は範囲の広さとは見なされない。
【００７３】
（Ｃ．方法）
１．概要
本発明は、標的ポリヌクレオチドにおける変異の存在を、「ｎ量体オーバーハング」として公知の可変一本鎖領域を有する二本鎖ポリヌクレオチド領域を有する完全なまたは実質的に完全なｎ量体アレイのポリヌクレオチドプローブを用いて、決定する方法を提供する。１つの方法は標的ポリヌクレオチドのフラグメントを、アレイのポリヌクレオチドプローブとハイブリダイズさせる工程を包含する。別の同一なまたは実質的に同一なアレイのポリヌクレオチドプローブは、参照ポリヌクレオチドのフラグメントと同様にハイブリダイズする。アレイ上の標的ポリヌクレオチドと参照ポリヌクレオチドのハイブリダイゼーションパターンは直接比較され、変異の存在の決定を可能にし得る。
【００７４】
方法論の感度および精度は、ハイブリダイゼーションパターンから「仮想タイリング（ｖｉｒｔｕａｌ  ｔｉｌｉｎｇ）」（以下を参照のこと）を作製し、そして仮想タイリングを直接比較することによって増加され得る。このような直接的な比較によって、全体的および再生産可能な交差ハイブリダイゼーションならびに複数のプローブ標的相互作用から得られる、潜在的に混乱させるシグナルを減算する。この方法は、２．５ｋｂｐの標的において９０％より多くの変異検出感度を与え（８量体のアレイ上で）、非常に正確性が高い（すなわち、低い数の偽陽性、１塩基当たり＜０．０２％）。仮想タイリング工程は、適切な照会プローブを電子的に組み立てることによって標的内の、予測できない変異（挿入、欠失、複数の点変異）の検出の焦点、を絞った検索を可能にする。
【００７５】
本明細書中に開示される場合、本発明の方法は変異の存在の決定のみではなく、変異の位置および型の同定（すなわち、変異が単一または複数の塩基の置換、欠失、もしくは挿入であるかどうか）にも関する。本方法はまた、ホモ接合型、およびヘテロ接合型変異の両方ならびに多型性の検出にも使用され得る。さらに、本方法は２つ以上の未知のポリヌクレオチド配列を比較してこれらが同一であるかどうかを決定するためにも使用され得、これはポリヌクレオチドの１つの配列を参照として作用させるために知る必要がない。これらの方法はこのような分析を可能にする。なぜならば、配列を比較する伝統的な技術と異なり、これらの方法はハイブリダイゼーションパターンを比較するからである。
【００７６】
従って、複数のポリヌクレオチドを迅速におよび正確に比較し、これらが配列において同一であるかどうかを決定し得る。これらの迅速なおよび正確な方法は、配列決定を行う必要性または任意のポリヌクレオチドの配列が公知である必要性を伴わずに種々の供給源からのポリヌクレオチドを比較する、法医学的な目的に特に有用である。これらの方法は、それらの正確さ、感度、それゆえに法廷における広範な採用を得ることが期待され得るという点で、従来の方法を越える利点を提供し得る。さらに、本方法は、曝露の前後のハイブリダイゼーションパターンを比較することによって、薬剤、化学物質、放射能、ストレス、または環境因子の遺伝子に対する変異性の影響を迅速にスクリーニングするために使用され得る。本方法の汎用性は、さらに、以下に記載される技術および米国特許第５，５４５，５３１号に記載される技術を並行して処理することによって、利用され得、そしてそれによって複数のポリヌクレオチド配列が同時に分析され得る。
【００７７】
標準化された、完全なまたは実質的に完全なアレイの使用は、分析されるべき各ポリヌクレオチドに対してカスタマイズされたアレイを構築する必要性を排除し、そしてこのことは「１つのサイズが全てに適合する（ｏｎｅ−ｓｉｚｅ−ｆｉｔｓ−ａｌｌ）」方法論（これは実質的にいずれのポリヌクレオチド分析にも使用され得る）を提供する。従って、本方法は従来のゲルに基づいた複雑なポリヌクレオチドサンプルの分析に代わる、技術の開発に対する一般的な枠組み、および全体的に配列決定に基づく方法を提供する。
【００７８】
本発明を実施する１つの方法は、参照ポリヌクレオチドおよび標的ポリヌクレオチドとハイブリダイズする同一なプローブアレイまたは実質的に同一なプローブアレイの使用に関する。本発明はまた、参照ポリヌクレオチドおよび標的ポリヌクレオチドが首尾良くハイブリダイズする単一のアレイを用いて、各々分析され、そして保存されたハイブリダイゼーションパターンを用いて、実施され得る。あるいは、２つのセットのプローブが１つの基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）上に提供され、ここで２つのプローブセットは明確に着色されるかまたは標識化され、その結果として、標的および参照物の両方について同時に本発明が行われ得る。
【００７９】
本明細書中に記載される方法は、２つ以上のアレイの使用がそれぞれ意図され、ここで各アレイは完全なｎ量体のセットのプローブのポリヌクレオチドを構築する。これは完全に当業者の範囲内であり、本方法（ハイブリダイゼーション、ライゲーションおよび特徴付け）は並行して行われ、ここで複数のアレイは、複数の試験ウェルを有し、そして各試験ウェルは生物学的チップまたはアレイを包含する１つのプレート（生物学的チッププレート）上に提供され得る。このような分析の並行法は、米国特許５，５４５，５３１号に記載され、これは本明細書中においてその全体が参照として援用される。
【００８０】
簡便には、標的ポリヌクレオチドおよび参照ポリヌクレオチドは試験ウェル中に導入され得る。体液操作デバイスは、例えば、体液をウェルに添加すること、またはウェルから除去することによって、ウェル中の液体を所定の温度に維持することによって、ならびに必要な場合ウェルを撹拌し、それによって種々のハイブリダイゼーション、ライゲーションおよび洗浄工程を行うことにより、試験ウェルを選択されたセットの反応条件に曝露し得る。次いでアレイの読み取りは試験ウェル中のプローブアレイを審問し得、それによりハイブリダイゼーションデータを得る。適切なプログラムを備えたコンピューターは、さらに本明細書中に記載されるようなハイブリダイゼーションパターンを分析し得る。このような並行処理は効率を非常に改善させる。
【００８１】
本発明の方法は任意のポリヌクレオチドに関する変異を特徴付けるために使用され得る。例えば、嚢胞性線維症に関する変異（ＣＦＴＲ遺伝子、腫瘍抑制因子ｐ５３遺伝子およびＨＩＶ−１ｐｏｌ遺伝子に関する変異を含む）が特徴付けられ得る。本方法はまた、ＤＮＡフィンガープリンティング、配列特異的５’末端サンプリング、および異なる遺伝子発現アッセイに有用な技術、酵素的および化学的なミスマッチの切断ならびにポリヌクレオチドスキャニングのような、法医学的な同定目的のための、ミトコンドリアＤＮＡの特異的な配列を検出する技術を提供する。
【００８２】
２．完全なまたは実質的に完全なｎ量体アレイ
ａ）アレイの特徴
本発明のポリヌクレオチドプローブのアレイは予め規定された領域で基板に付着されたポリヌクレオチドプローブを包含する。ポリヌクレオチドプローブの１つの例が図１に示されている。
【００８３】
各プローブは二本鎖領域および一本鎖領域を含む。一つの局面において、プローブの二本鎖部分は固体基板上に共有結合されている。必要に応じて二本鎖部分はソラレンのような架橋剤を用いて共有結合される。プローブの二本鎖部分は約４〜約２００以上のヌクレオチド長であり得る。１つの局面において、ポリヌクレオチドプローブの二本鎖部分は、定常である（すなわち、所定のアレイにおいて、あるプローブから別のものに変化しない）ヌクレオチド配列からなる。しかし、プローブからプローブへと異なる二本鎖部分を用いて本発明を実施することは可能であり、いくつかの場合において所望され得る。二本鎖領域の存在は、本方法におけるハイブリダイゼーション工程の後に行われるべきライゲーション工程を可能にする。
【００８４】
ポリヌクレオチドプローブの一本鎖領域は「オーバーハング」として公知であり、そしてこれらのオーバーハングは５’または３’配向性であり得る（すなわち、それぞれフリーの５’末端またはフリーの３’末端を有し得る）。図１は５’配向性であるオーバーハングを示す。オーバーハングは任意の長さ（「ｎ」）の異なるヌクレオチドであり得、「ｎ量体」として公知である。本明細書中に記載される場合、完全な「ｎ量体アレイ」とは、プローブの一本鎖部分の「ｎ」長の配列の全ての可能な組合せを包含する。４つの塩基のいずれもオーバーハングの任意の部分に存在し得るので、完全なアレイのプローブの一本鎖部分に対する可能なヌクレオチド配列の総数は、４nである。例えば、ｎ＝８の場合、プローブ配列の総数は４8＝６５，５３６である。オーバーハングの長さは、例えば、約４〜約５０以上のヌクレオチドであるが、より短いおよびより長い鎖もまた、使用され得る。好ましくは、オーバーハングは約６〜約１２ヌクレオチドそしてより好ましくは約８〜約９ヌクレオチドである。
【００８５】
完全なアレイが好ましいが、本発明の実施のためにアレイが完全である必要はない。アレイは実質的に完全であり得、そして本発明はなお実施され得る。ｎ量体の「実質的に完全なセット」は、「ｎ」ヌクレオチドの全ての可能な配列を有さないセットを示し得るが、標的ポリヌクレオチド中の変異を特徴付けるためのプローブとして使用され得る十分な数の異なる配列が提供される。
【００８６】
ｂ）アレイ合成
ポリヌクレオチドプローブの完全なまたは実質的に完全なアレイは当該分野において公知の方法に従って合成され得る。ＤＭＴ−ヘキサエチレングリコール−（２−シアノエチル−Ｎ，Ｎ−ジイソプロピル）ホスホルアミダイトのようなリンカーは、ガラスまたはシリカ基板のような誘導体化された固体支持体に付着され得る。二本鎖アンカー領域の一本鎖のヌクレオチドのすべて（しかし最後のもの）は、従来の化学合成法を用いて、例えば、ＤＭＴ  ＰＡＣホスホルアミダイトを用いて合成される。このような技術は当該分野において周知である。例えば、米国特許第４，４５８，０６６号、同第４，５００，７０７号、同第４，７２５，６７７号、ならびにＪｏｎｅｓ、第２章、およびＡｔｋｉｎｓｏｎら、第３章、Ｇａｉｔ編、Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ：Ａ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ａｐｐｒｏａｃｈ（ＩＲＬ  Ｐｒｅｓｓ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．，１９８４）；Ｆｒｏｅｈｌｅｒら、Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，２７：４６９−４７２（１９８６）を参照のこと。
【００８７】
二本鎖領域の一本鎖の最後のヌクレオチドは、一本鎖に相補的な鎖（一本鎖ｎ量体のオーバーハングになる「ｎ」個のヌクレオチドに従う）は、例えば、「光指向性」の写真平板技術によって、合成され得る。プローブ上において、一方の鎖は他方よりも長く、その結果として２つの鎖は短い方の鎖の全長にわたり相補的であり（従って、プローブの二本鎖部分を形成する）、そしてオーバーハングはハイブリダイゼーション部分を超えて伸長するより長い鎖の部分であることが理解される。図１を参照のこと。
【００８８】
光指向性核酸合成技術は当該分野において周知である。例えば、米国特許第５，１４３，８５４号、同第５，４２４，１８６号、同第５，４４５，９３４号、同第５，５２７，６８１号、同第５，６７７，１９５号および同第５，７７０，７２２号を参照のこと、これらの開示は本明細書中において援用される。
【００８９】
簡潔には、光指向性技術において、選択された領域の基板が光に曝露されてこれらの領域を活性化し、そして光除去可能な基によりヌクレオチドモノマーは活性化された領域に付着される。モノマーは感光性保護基により５’ヒドロキシルで保護されたホスホルアミダイト活性化ヌクレオシドであり得る。活性化および付着の工程は、所望の長さおよび配列のポリヌクレオチドが合成されるまで繰り返される。次いで、感光性の基は必要に応じて除去され、その後、配列は必要に応じてキャップ化される。側鎖保護基もまた、存在する場合は除去される。
【００９０】
これらの写真平板技術および製造技術によって、各プローブ配列が支持体上の非常に小さな領域を占有することを可能にする。例えば、０．２５ｍｍ2のプローブアレイは１０００〜１０4または１０００〜１０5または１０００〜１０6の特徴を有し得る。さらに所望のプローブ密度の達成における詳細は、米国特許第５，５１０，２７０号に見出され得、これらの開示は参考として援用される。
【００９１】
コンピューターツールは、写真平板技術を使用するアレイの形成に使用され得る。例えば、コンピューターシステムは基板上のポリヌクレオチドまたは他のポリマープローブを選択するため、ならびにアレイのレイアウトを設計するために使用され得る。米国特許第５，５７１，６３９号を参照のこと、これらの開示は本明細書中に援用される。あるいは、アレイは本明細書中に参照として援用される米国特許第５，３８４，２６１号に開示される機械的技術を使用して合成され得る。
【００９２】
基板は好ましくは平面であるが、種々の代替的な表面配置を取り得る。基板およびその表面はまた、適切な光吸収特徴を提供するように選択され得る。例えば、基板は機能化されたガラス、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＳｉＯ2、ＳｉＮ4、改変型シリコン、または任意の広範な種々のゲルもしくは（ポリ）テトラフルオロエチレン、（ポリ）ビニリデンジフルオライド、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、またはそれらの組み合せのようなポリマーであり得る。本開示を考慮すると、他の基板物質が容易に当業者に明らかになり得る。好ましい実施態様において、基板は平面ガラスかまたは平面シリカである。
【００９３】
これらの使用のための種々の光開裂可能な保護基および方法は、当該分野において公知である。例えば、米国特許第５，４８９，６７８号、同第５，７４４，１０１号、および同第５，７５３，７８８号を参照のこと。保護基は代表的には光分解性、すなわち、約３４０ｎｍ、好ましくは約３６５ｎｍより大きい波長での照射により除去される。光分解は、通常、水、アルコールもしくは混合型水−アルコールまたは混合型水−有機溶媒混合物のような水酸化性溶媒あるいはプロトン性溶媒の存在下で行われる。頻繁に使用されるアルコール性溶媒には、メタノールおよびエタノールが挙げられる。光分解は頻繁に中性ｐＨまたは塩基性ｐＨで行われる。あるいは、酸性または塩基性触媒化開裂条件の使用が有利であり得る。このような化学的開裂方法は、例えば、米国特許第５，５９９，６９５号に記載される。
【００９４】
いくつかの局面において、二本鎖領域およびｎ量体オーバーハング領域の合成に続いて、２塩基のイノシンが、例えば、５’末端に、従来のＤＭＴホスホルアミダイト化学を使用して付加され得る。２つのイノシンの付加は識別に大きく影響を与えることなく全体的なアレイシグナル強度を改善する。
【００９５】
アンカー二本鎖ポリヌクレオチドは適切な塩基の組合せおよび／または適切な共有結合架橋（例えば、５’末端でのＡＴジヌクレオチド対とソラレンＣ６部分）を可能にする化学的構成成分を含み得る。一般に、ＡおよびＧ（プリン、好ましくはＧ）の３’塩基を有するプローブのアンカー二本鎖ポリヌクレオチド部分は、ＣおよびＴ（ピリミジン）３’塩基を有するポリヌクレオチドよりも高いシグナル強度を生成する。次いで、一本鎖ｎ量体をアレイと接触し、そして相補的なアンカー配列とハイブリダイズさせて一本鎖オーバーハングを有する二本鎖部分を形成する。オーバーハングの配向は、所望のように３’または５’へと変化され得る。これは、オーバーハングがフリーの３’または５’末端を有し得ることを意味する。３’ヒドロキシル末端は酵素的ライゲーションに好ましいが、一方、３’ホスホリルバージョンは化学的ライゲーションに好ましい。
【００９６】
３．フラグメント化、ハイブリダイゼーション、およびライゲーション
標的およびまたは参照ポリヌクレオチドはフラグメント化され、そして必要な場合には一本鎖フラグメントに変性される。フラグメントはランダムまたは偽ランダムに種々の長さのものであり得、好ましくはｎ量体オーバーハングよりも短くはない。いくつかの局面において、フラグメントは約１００塩基対までかまたはそれより長く、一方、約２０〜約６０塩基対のフラグメントが好ましくあり得る。当業者は、フラグメントサイズが容易に所望のように最適化され得ることを理解する。フラグメント化は、化学的に、酵素的に、または当該分野で公知の他の手段によって達成され得る。１つの局面において、ヌクレアーゼ、例えば、標的ポリヌクレオチドがＤＮＡの場合はＤＮａｓｅＩが使用され得る。
【００９７】
フラグメント化に続いて、ポリヌクレオチドが二本鎖の場合、例えば、９５℃で１５分間加熱することによって変性される。この手順によって、ポリヌクレオチドはその配列全体を示すホスホリル末端一本鎖のサブ配列のランダムなまたは偽ランダムな集団へと減少される。ホスホリル末端一本鎖のサブ配列は３’または５’配向型であり得るが、５’配向型であることが好ましい。相補鎖は両方とも示される。必要に応じて、フラグメントは、末端ジデオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼおよびｄｄＡＴＰ−Ｎ６−ビオチンまたはポリヌクレオチドキナーゼおよび亜リン酸標識化ＡＴＰのような、当該分野において公知の末端標識化薬剤で（その３’末端またはその５’末端のいずれかで）末端標識され得る。
【００９８】
フラグメント化参照および標的ポリヌクレオチドのプローブオーバーハングに対するハイブリダイゼーションは当該分野において周知の条件下において行われ得る。最適なストリンジェンシーの条件下でのハイブリダイゼーションはミスマッチを減少させることが当該分野において周知である。ハイブリダイゼーション反応のストリンジェンシーを調節する手段は当業者に周知である。例えば、Ｓａｍｂｒｏｏｋら、「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ：Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ」第二版、Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ，１９８９；Ａｕｓｕｂｅｌら、「Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ  Ｉｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ」Ｊｏｈｎ  ＷｉｌｅｙおよびＳｏｎｓ，１９９６および最新刊までの定期刊行物；ならびにＨａｍｅｓら、「Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ  Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ：Ａ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ａｐｐｒｏａｃｈ」ＩＲＬ  Ｐｒｅｓｓ，Ｌｔｄ．，１９８５を参照のこと。
【００９９】
１つの局面において、ハイブリダイゼーションは６×ＳＳＰＥ緩衝液のような緩衝液中で約７．０〜約８．０、好ましくは約７．４のｐＨで、約２５℃〜４５℃の温度で、好ましくは約４０℃で、そして約１〜２時間の間、行われ得る。別の局面において、本発明のハイブリダイゼーションは、シグナルエンハンサーとしてベタインを使用して行われ得る。ハイブリダイゼーションシグナルを改善するベタインの使用は、１９９６年５月１６日に出願された同時継続出願の米国出願番号０８／６４８，７０９号に記載される（現在許可されている）。ハイブリダイゼーションに続いて、ライゲーションの調製において、例えば、ＧｅｎｅＣｈｉｐTMＦｌｕｉｄｉｃｓ  Ｓｔａｔｉｏｎ（Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ，Ｉｎｃ．から）上で６×ＳＳＰＥを用いて２２℃でアレイを洗浄する。
【０１００】
全てのフラグメントの適切な末端での「ｎ」のヌクレオチドにより、アレイが完全または実質的に完全である場合にハイブリダイズするプローブの一本鎖部分上に正確に相補的なｎ量体が見出される。フラグメントは「ｎ」のヌクレオチドより長くあり得るが、ハイブリダイゼーションから得られるべき情報は、プローブ上のその正確に相補的な配列とハイブリダイズするフラグメントの「ｎ」のヌクレオチドから生じる。それゆえ、「ｎ」の長さの標的ポリヌクレオチドにおける全ての末端ヌクレオチド配列はアレイ中でハイブリダイズしたプローブによって表される。
【０１０１】
本方法はまた、プローブのライゲーションのさらなる工程を包含し得、一方いくつかの局面において、ハイブリダイゼーションおよびライゲーションの両方を、単一の工程で達成し得る。用語「プローブとのライゲーション」はハイブリダイズした標的または参照ポリヌクレオチドフラグメントがプローブのより短い鎖に連結されるプロセスをいうことが理解される。図１を参照のこと。鎖の末端ヌクレオチドのみが連結可能である。さらに、標的および参照フラグメントは、異なるが、同一または実質的に同一であるアレイに、別々にハイブリダイズされることが理解される。本方法を使用して２つ以上の未知のポリヌクレオチドを分析する場合、各々の未知のポリヌクレオチドのフラグメントは、異なるが同一または実質的に同一であるアレイに別々にハイブリダイズする。
【０１０２】
ライゲーションは、アレイの洗浄により、ハイブリダイズしていないポリヌクレオチドフラグメントを除去し得る。従って、１つの局面において、フラグメント化した、または変性したポリヌクレオチドは氷上で冷却されてライゲーションミックスに添加され、マイクロチューブ（ｍｉｃｒｏｆｕｇｅ）中で遠心されて任意の沈殿物の存在にペレット化され、そしてポリヌクレオチドプローブアレイに適用される。
【０１０３】
酵素的および化学的ライゲーション手順の両方が満足のいく結果を生成する。酵素的ライゲーションは、Ｔ４  ＤＮＡリガーゼ、Ｅ．ｃｏｌｉ（ＮＡＤ依存型）ＤＮＡリガーゼ、またはＴａｑ  ＤＮＡリガーゼのようなＤＮＡリガーゼを使用し得る。これらの酵素の各々に適切な標準ライゲーション緩衝液および温度は、当該分野において周知である。ライゲーション混合物は代表的には一晩（１４〜１６時間）インキュベートされるが、２時間の短さのインキュベーションでも十分であり得る。
【０１０４】
化学的ライゲーション反応は、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミドヒドロクロリドのようなカルボジイミドを使用してフラグメントのホスホリル部分とアンカーポリヌクレオチドプローブ上のホスホリル部分との間にピロホスフェート結合を生成し得る。例えば、フラグメントのホスホリル部分は５’配向型であり得、一方、アンカープローブのホスホリル部分は３’配向型である。代表的には、化学的ライゲーションは、３０℃で１４時間の間進行される。１つの局面において、３〜４Ｍまでのテトラメチルアンモニウムクロライド（ＴＭＡＣｌ）が、Ａ／Ｔ−リッチおよびＧ／Ｃ−リッチなハイブリッドの安定性の標準化を助けるためにライゲーション緩衝液中で使用され得る。
【０１０５】
ライゲーションに続いて、アレイは、例えば、ＧｅｎｅＣｈｉｐTMｆｌｕｉｄｉｃｓ  ｓｔａｔｉｏｎ上で上述のように洗浄される。必要に応じて、アレイは当該分野で公知の染料で染色され、次いで洗浄され得る。このような染色の１つの例は、ストレプトアビジン−フィコエリトリン結合体である。
【０１０６】
４．変異の存在の決定
ａ）ハイブリダイゼーションパターン
ハイブリダイゼーションパターンが評価され得ることによって任意の方法が使用され得る。いくつかのこのような方法が当該分野において公知である。例えば、米国特許第５，５９９，６９５号を参照のこと。１つの好ましい方法において、標的および参照ポリヌクレオチドのフラグメントが標識化される。より好ましい局面において、標識は蛍光標識であり、これはビオチン標識化に続くストレプトアビジン−フィコエリトリン結合体形成によって得られる。アレイからの蛍光シグナルは特別に設計された共焦点スキャナーを用いて検出され得、これは、例えば、８量体のアレイを６．８〜７．５μｍの解像度で画像化し、そして９量体のアレイを３．５μｍの解像度で画像化する。画像は、例えば、ＧｅｎｅＣｈｉｐTM  ｓｏｆｔｗａｒｅ（Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ，Ｉｎｃ．，Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣＡ）で処理され、そして得られた強度のデータはプローブ配列のアルファベット順のリストおよび対応する強度を含むテキストファイルに変換され得る。次いで、これらのデータは、例えば、Ｖｉｓｕａｌ  ＢａｓｉｃTM（ｖ．４．０，Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ）に書き込まれたカスタムソフトウェアにより分析される。
【０１０７】
蛍光強度はバックグラウンドが減算されて、次いで各プローブ（総数４nプローブ）の強度を、全ての関連する単一塩基ミスマッチ（ＭＭ）プローブの強度の合計（８量体のアレイ上の各プローブについては２４ＭＭプローブ）およびプローブ自身の強度で除することによって標準化する。式は：Ｉ標準化＝Ｉ／（ΣＩMM＋Ｉ）である。この標準化アルゴリズムは、プローブの配列依存的強度変動を和らげることにより、塩基呼び出し法の精度を改善する（塩基呼び出し法の記載については以下を参照のこと）。標準化はまた、塩基呼び出しセットのレベルで行われ、その結果として塩基呼び出しセット中の４つのプローブの強度の合計は常に一貫している。このことは、任意の１つの塩基呼び出しセットが合成（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）平均を優性に占めることを防ぐ。
【０１０８】
ｂ）塩基呼び出し
「塩基呼び出し」とは、ヌクレオチド配列における特定の位置でのヌクレオチド中の塩基を同定するプロセスである。上記のように、各標的または参照ポリペプチドフラグメントの末端での「ｎ」ヌクレオチドは、正確に相補的なｎ量体オーバーハングとハイブリダイズする。さらに、フラグメントの末端のｎヌクレオチドにおける所定の塩基について、その１つの塩基の同一性においてのみ正確に相補的であるプローブとは異なるアレー上に３つのプローブもまた存在する。例えば、塩基がアデニンである場合、その相補塩基はチミンであり、そして相補的ではない３つの他のプローブは、その位置にアデニン、グアニン、またはシトシンを含む。それゆえ、「ｎ」長サブ配列における所定の塩基について、１つの完全に相補的なプローブおよび３つの相補的でなく、その１つの塩基でのみ異なるプローブが存在する。プローブのこのセットは、「塩基呼び出し」セットと呼ばれる。米国特許第５，８３７，８３２号を参照のこと。これは、本明細書において参考として援用される。
【０１０９】
ポリヌクレオチドサンプルにおける各ヌクレオチドは、塩基呼び出しセットの「ｐ」数を生じる。ここで「ｐ」は、ポリヌクレオチドにおけるヌクレオチドの数を表す。塩基呼び出しセットの例については図３ａを参照のこと。両方の相補鎖が分析される場合、各ヌクレオチドについての塩基呼び出しセットの数は、２ｐへと増加する。従って、各塩基は、縮重的に検索され、これは、サンプルの比較の正確さを増加させる。所定の４つのヌクレオチド塩基呼び出しセットにおいて、ハイブリダイゼーションの程度は、ポリヌクレオチドサンプルにおけるヌクレオチド配列に正確に相補的であるプローブについて最大である。図３ｂの例示を参照のこと。所定のヌクレオチドについての塩基呼び出しセットの縮重性のため、ヌクレオチドについてのすべての塩基呼び出しセットを横切るハイブリダイゼーションの程度を合計すると、ヌクレオチドを同定する非常に正確な方法が与えられる。こでを、図３ｃに示す。この論法は、通常のＡ、Ｔ、Ｇ、およびＣ以外のヌクレオチド（例えば、ヌクレオチドアナログ）にも拡張され得る。
【０１１０】
このようにして得られた情報は、「トレース」において連続的なヌクレオチド位置について表示され得る。トレースは、配列決定における各位置について最も確からしい塩基呼び出しを示す。図４を参照のこと。配列決定トレースは、配列位置の関数として塩基呼び出しセットの各メンバーについて強度の値をプロットすることによって構築される。図４において、６６位〜６８位を、５４０塩基対の嚢胞性線維症遺伝子フラグメントについてプロットする。強度を、各塩基対呼び出しセット内の４つのプローブの強度が合計１となるように基準化する。
【０１１１】
ほとんどの場合、塩基呼び出しは、塩基呼び出しセットの異なるメンバーに対するハイブリダイゼーションの程度の比較から明らかであるが、いくつかの場合、ハイブリダイゼーションの程度の差異が呼び出しを行うのに充分に大きくない。呼び出しまたは非呼び出しについてのカットオフ点は、信頼度の使用を通じて見い出され得る。塩基呼び出しの信頼度（質）は、以下のように規定される：塩基呼び出しセット内のプローブについてＩmost-intense／Ｉnext-most-intense。この値が閾値１．１５未満である場合、塩基は、呼び出しなしとして分類される。この手段を用いて、ほとんどの正確ではない呼び出しは低い信頼度によって特徴付けられる。図５ｂを参照のこと。
【０１１２】
（ｃ）仮想タイリング
所定の変異に対して正確に相補的であるプローブは、その変異を含む標的ポリヌクレオチド由来のフラグメントに対して、参照配列に対するよりも高い程度でハイブリダイズする。これらのプローブは、さらなる分析について選択され得る。所定のポリヌクレオチドにおける変異を検査するための適切なプローブを選択するためのこの戦略は、「仮想タイリング」と呼ばれ、これは、アレイ中のプローブに実際に存在する物理的なタイリングに類似する概念である。タイリングの基本は、Ｃｈｅｅら、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２７４：６１０−１４（１９９６）においてさらに説明される。これは、本明細書において参考として援用する。
【０１１３】
物理的タイリングにおいて、プローブのアレイは、特定の遺伝子における変異に対してのみ対応するプローブのセットを含むように構築される。すなわち、尋問（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ）プローブは、分析される特定のヌクレオチド配列に基づくアレイ上での合成の前に、選択される。対照的に、仮想タイリングは、完全なｎ量体プローブのセットに由来する適切な尋問プローブを「電気的に」組立てることを含む。この設計は、各標的塩基について複数の尋問プローブを生成し、これは、単純な基準化合計（平均化）プロセスを通して統合され得る縮重塩基呼び出しセットを生成する。従って、ポリヌクレオチド配列における各塩基は、完全なまたは実質的に完全なポリヌクレオチドプローブアレイから抽出した「ｎ」塩基呼び出しセットによって縮重的にプロービングされ得る。
【０１１４】
さらに、仮想タイリングの方法は、プローブセットが参照ポリヌクレオチドと比較した標的ポリヌクレオチドにおける欠失または挿入について、そして高度の正確さをもって試験するように構築することを可能にする。このような直接の比較は、系統的かつ再現性のよい交叉ハイブリダイゼーションならびに複数のプローブ標的相互作用から生じる潜在的に混乱性のシグナルを減少させる。従って、完全なまたは実質的に完全なｎ量体アレイおよび仮想タイリングの方法を用いて、任意の仮想ポリヌクレオチドについての変異を、そのポリヌクレオチドについてカスタム化されたアレイを構築することなく特徴付け得る。さらに、抽出された情報はまた、ポリヌクレオチド（例えば、ゲノムＤＮＡフラグメント）についてハイブリダイゼーションによる一次配列決定のために、または他の手段によって達成される配列番号の正確さを評価するために使用され得る。
【０１１５】
（ｄ）変異の存在を決定すること
本発明は、配列決定の目的のために使用され得るが、その最も強力な形態において、本発明は、標的ポリヌクレオチドの配列の決定を必要とせず、また参照ポリヌクレオチドの配列が公知であることも必要としない。むしろ、参照ポリヌクレオチドおよび標的ポリヌクレオチドのハイブリダイゼーションパターンが直接比較される。この比較から、標的ポリヌクレオチドを配列決定することなく、高度の正確さをもって標的ポリヌクレオチドにおける変異を決定し得る。
【０１１６】
（ｉ）置換変異の特徴付け
置換変異について参照ポリヌクレオチドと標的ポリヌクレオチドとを比較するために、参照サンプルの公知の配列についての塩基呼び出しセットの完全なグループを表すプローブのグループを、プローブの各アレイから（好ましくは電気的に）抽出する。各塩基呼び出しセットの各メンバーについて、標識の強度によって表される場合、標的ポリヌクレオチドフラグメントのハイブリダイゼーションの程度は、算術的な差異をとることによって、参照フラグメントのハイブリダイゼーションの程度を比較する。配列における所定の位置での塩基は、標的および参照の両方において同一である場合、塩基呼び出しセットにおける４つすべての塩基についてのハイブリダイゼーションの程度の差異がほぼゼロである。
【０１１７】
しかし、標的ポリヌクレオチドが塩基において置換変異を含む場合、ハイブリダイゼーションの程度の差異は、塩基呼び出しセットの４つのメンバーの２つについて見られる。これは、もとの塩基を含むフラグメントに相補的なプローブおよび変異に存在する塩基を含むフラグメントに相補的なプローブを表す。図６（これは、ＨＩＶ遺伝子の４３５位でのＡ→Ｇ置換の特徴付けを示す）を参照のこと。塩基呼び出しセットの２つのメンバーの差異は、変異を含むサブ配列にハイブリダイズするすべての「ｐ」塩基呼び出しセット（正方向および逆方向の両方の鎖が分析される場合は２ｎである）において見られる。標的における変異の存在は、変異部位を含む、広い（１０〜１４塩基）フットプリントとして容易に視覚化される。図７ｃに示す配列トレースにおける変異スキャンの差異を参照のこと。このフットプリントは、変異部位の上流および下流の重複するプローブに影響を与える単一の塩基変化から生じる（両方の鎖が使用される場合）。方法論はさらに、以下の実施例２で議論する。
【０１１８】
さらなる視覚単純化は、差異のトレースの陽性および陰性エンベロープを単にプロットすることならびに関連する最大陽性値および最大陰性値を作成する対応する塩基を記録することによって実現され得る。この型のプロットは、「置換」変異スキャンと言われる。これを、図８に示す。図は、この方法によって正確に同定された１１個の一塩基置換を明らかに示す。同定された置換は：Ｇ１４Ａ、Ａ１２８Ｇ、Ｃ２０６Ｔ、Ａ４３５Ｇ、Ｔ６１４Ｃ、Ａ６７９Ｇ、Ｇ６９３Ａ、Ａ８３２Ｔ、Ａ８６５Ｇ、Ａ９２７Ｇ、Ｔ９５５Ｃ。
【０１１９】
（ｉｉ）挿入および欠失変異の特徴付け
上記の原理を用いて、挿入または欠失変異についての試験をするための塩基呼び出しセットを、置換変異について同時に試験するように構築し得る。検索される変異のセットは、挿入および欠失のタイリングプローブの塩基呼び出しセットを形成することによって拡張され得る。差異分析は、挿入および欠失について、置換の分析と同様に行い得る。図９（これは、ｐ５３遺伝子における挿入の検出を示す）を参照のこと。変異スキャンを、置換、欠失および挿入プローブセットについて同時に行い得る。これらのスキャンは、ある標的において１つの置換、および別の標的においては挿入を容易に同定し得る。図９を参照のこと。
【０１２０】
（ｉｉｉ）ホモ接合およびヘテロ接合変異の特徴付け
多くの変異がホモ接合形態またはヘテロ接合形態のいずれかで存在し得る。本発明の方法は、ホモ接合変異およびヘテロ接合変異の両方を検出し得る。通常、変異染色体からのポリヌクレオチドは常に、それがハイブリダイズし得る完全なまたは実質的に完全なアレイにおいてプローブに遭遇する。従って、これは、常に参照ポリヌクレオチドの全体パターンとは異なる全体パターンを生成する。しかし、ヘテロ接合変異において、標的の非変異染色体からのポリヌクレオチドは、参照ポリヌクレオチドにマッチし得る。これらの差異は「完全マッチ（ｐｅｒｆｅｃｔ  ｍａｔｃｈ）」（ＰＭ）プロットを用いて検出し得る。ＰＭプロットにおいて、参照ポリヌクレオチドについて完全にマッチする塩基呼び出しセットにおいて、標的ポリヌクレオチドおよび参照ポリヌクレオチドの両方のハイブリダイゼーションの程度が比較される。
【０１２１】
図１０は、ＣＦＴＲ遺伝子の１０７９ｂｐ領域におけるホモ接合シナリオおよびヘテロ接合シナリオを比較するＰＭプロットである。図１０ａは、野生型ＣＦＴＲポリヌクレオチド配列を、３ｂｐ  ＤＦ５０８（ＴＴＴ）ホモ接合欠失を含む標的と比較する、１７０ｂｐ領域の変異スキャンを示す。完全マッチ（ＰＭ）差異プロットは、２つのアレイからの参照についての完全マッチの間の差異を基準化した強度を表示する。変異スキャンはまた、置換（陽性エンベロープのみ）、挿入、および欠失プローブについて示される。興味深いことに、３ｂｐ欠失（分析ソフトウェアで「ＴＴＴ」と同定される）は、挿入スキャンによって容易に検出された。
【０１２２】
ホモ接合変異と対照的に、差異は、ヘテロ接合変異を含むＰＭプロットにおいては明らかではない。これは、上記で議論したように、ヘテロ接合変異において、参照染色体となお同一な染色体が１つ存在し、これがＰＭ塩基呼び出しセットとハイブリダイズするポリヌクレオチドフラグメントを提供するからである；従って、参照と標的との間には明らかな差異が存在しない。これを、図１０ｂに示す。フットプリントは、ＰＭ差異スキャンにおいて検出可能ではなかった。なぜなら、野生型参照配列を有するＤＮＡが両方のサンプルに存在するからである。しかし、興味深いことに、欠失スキャンは、ヘテロ接合サンプルにおいて３ｂｐ「ＴＴＴ」欠失を正確に同定した。
【０１２３】
同様に、図１１は、２．５ｋｂｐミトコンドリアアンプリコンのホモ接合およびヘテロ接合変異スキャンを示す。図１１ａは、ホモ接合サンプルの３００ｂｐ変異スキャンを示す。このスキャンは、３つの１塩基置換を示した。８つの異なるサンプルの中で、合計１７６個の配列差異が検査された。ホモ接合ポリヌクレオチドの変異スキャンは、これらの配列差異の９０％より多く正確に同定された。さらに、偽陽性率は、非常に低かった（スクリーニングした３９００ｂｐのうち＜１）。図１１ｂは、図１１ａと同じ３００ｂｐスキャンを示すがサンプルはヘテロ接合である。このスキャンは、３つの１塩基置換を示すが、シグナル対ノイズ比は減少した。一般に、２．５ｋｂｐアンプリコンにおけるヘテロ接合変異は、減少した感度（７０％〜８０％）で検出された。
【０１２４】
まとめると、本発明の方法は、例えば、ホモ接合またはヘテロ接合のような変異の決定、ならびに変異の位置および型の同定を可能にする。
【０１２５】
（ｅ）未知の配列の２つ以上のポリヌクレオチドが同一であるか否かの決定
上記の方法は、未知の配列の２つ以上のポリヌクレオチドが同一であるか否かを決定するように容易に適合され得る。例えば、未知の配列の２つのポリヌクレオチドは、２つの異なる同一のまたは実質的に同一の、完全なまたは実質的に完全なｎ量体プロープポリヌクレオチドのアレイに別個にハイブリダイズされ得る。それらのハイブリダイゼーションパターンを、上記の方法を用いて比較し得る。２つの配列が同一である場合、ＰＭプロットにおける完全なマッチが予測される。上記のように、この方法論は、見かけ上種々の供給源由来であるポリヌクレオチドが実は単一の供給源由来であるか否かを、いずれのポリヌクレオチドの配列を知ることなくして、迅速にかつより正確に決定するのに使用し得る。
【０１２６】
（ｆ）配列特異的末端サンプリング
ポリヌクレオチドの混合物における個々のポリヌクレオチドを識別する方法もまた提供される。ポリヌクレオチドのこのような混合物は、例えば、部位特異的ＤＮＡヌクレアーゼを用いるＤＮＡ標的のフラグメント化から生じ得る。このようなフラグメント化は、すべての可能な５’末端サブ配列または３’末端サブ配列の小下位集団を代表するのみであるフラグメントの集団を生成し得る。ｎ量体アレイは、すでに上記に記載した方法論を用いてこのような複合体サンプルにおける所望の末端を同定するのに使用され得る。完全なまたは実質的に完全なｎ量体アレイに対して、ポリヌクレオチドまたはそのフラグメントの複合体サンプルをハイブリダイズさせることによって観察されるハイブリダイゼーションパターンは、それ自身を、目的のポリヌクレオチドまたはそのフラグメントの数および型を決定するのに役立たせる。複合体集団における特定のポリヌクレオチドを識別するこの方法は、ゲルベースまたは電荷ベースの方法のような伝統的な方法と比較してより迅速かつより正確である。潜在的な適用には、ＤＮＡフィンガープリントまたは差示的ディスプレイのようなランダムまたは指向性ゲノムサンプリング戦略によって生成されるＤＮＡフラグメントの分析が挙げられる。
【実施例】
【０１２７】
以下の実施例は、アレイの合成、標的ポリヌクレオチドおよび参照ポリヌクレオチドのフラグメント化、ハイブリダイゼーションおよび連結、アレイの洗浄および染色、ならびにデータ分析を詳細に記載する。これらの実施例は、本明細書に記載される方法をさらに明らかにするが、それらは、本発明の範囲を限定するものとみなされるものではない。
【０１２８】
（一般的技術）
完全ｎ量体デオキシポリヌクレオチドを、Ｐｅａｓｅら（１９９４）、Ｐｒｏｃ  Ｎａｔｌ  Ａｃａｄ  Ｓｃｉ  ＵＳＡ  ９１、５０２２−６（その全体を本明細書において参考として援用する。）によって以前に記載されるように、光指向性光化学を用いて、誘導体化したガラス基板上で合成した。８量体アレイを、５０×５０μｍプローブフィーチャーサイズを用いて、および９量体を２５×２５μｍプローブフィーチャーサイズを用いて合成する。光化学合成の前に、ＤＭＴヘキサエチレングリコール−（２−シアノエチル−Ｎ，Ｎ−ジイソプロピル）ホスホルアミダイトリンカー（例えば、ＣｈｅｍＧｅｎｅｓからのもの、アセトニトリル中に２５ｍＭ）および１９塩基の定常アンカーポリヌクレオチド（３’ＡＴＡＣＧＴＡＧＡＣＡＣＴＧＣＴＧＧＡＣ５’）を従来のＤＮＡ  ＰＡＣホスホルアミダイト（アセトニトリル中２５ｍＭ）；Ｔ  βシアノエチル、ＩＢＵ  ｄＣ  βシアノエチル、ＰＡＣ  ｄＡβ−シアノエチル、およびｉＰｒ−ＰＡＣ  ｄＧ  β−ｇａｌシアノエチル  ホスホルアミダイト（例えば、Ｐｈａｒｍａｃｉａ  Ｂｉｏｔｅｃｈから入手可能なもの）を用いてアレイ上で合成した。
【０１２９】
アンカーポリヌクレオチドの最後の塩基および続きのｎ（本実施態様においてｎ＝８または９）の組合せ塩基を、光指向性光化学（Ｐｅａｓｅら、１９９４）を用いて合成した。これらのｎ塩基の合成後、２塩基のイノシン（例えば、Ｇｌｅｎ  Ｒｅｓｅａｒｃｈからの２’−デオキシイノシン）を従来のＤＭＴホスホルアミダイト化学を用いて５’末端に付加した。２つのイノシンの付加は、識別に多大な影響を与えることなくアレイ全体のシグナル強度を改善する。合成後、アレイ上のＤＮＡ分子を５０％エチレンジアミン（ＥＤＡ）／５０％エタノール浴中で約１０時間脱保護化した。
【０１３０】
プローブの定常アンカー配列に対して相補的な２０量体アンカーポリヌクレオチド（５’ソラレン−ＴＡＴＧＣＡＴＣＴＧＴＧＡＣＧＡＣＣＴＧ−３’）を、標準的なポリヌクレオチド合成機を用いて合成した。２つのバージョンのポリヌクレオチドを異なる様式の連結（酵素連結のための３’ヒドロキシルバージョンおよび化学連結のための３’ホスホリルバージョン）のために合成した。アンカーポリヌクレオチドはまた、必要に応じて、交叉連結プロトコルにおける使用のために、５’末端にＡＴジヌクレオチド対およびソラレンＣ６（例えば、Ｇｌｅｎ  Ｒｅｓｅａｒｃｈから）部分を含んだ。ポリヌクレオチドを疎水性５’ソラレン部分を介してカートリッジ精製した。末端Ｇ３’塩基を有するアンカーポリヌクレオチドを使用した。実際のアンカーベースの二重鎖プローブを、相補的２０量体アンカーポリヌクレオチド（５００ｎＭ）を、アレイ結合プローブの定常部分に対してハイブリダイズさせることによって作製した。
【０１３１】
ハイブリダイゼーション条件は以下のとおりである：６×ＳＳＰＥ緩衝液（ｐＨ７．４）、４０℃で１〜２時間、続いてＧｅｎｅＣｈｉｐ液性ステーション（例えば、Ａｆｆｉｍｅｔｒｉｘ、Ｉｎｃ．からの型のもの）上での６×ＳＳＰＥで２２℃での洗浄。この実施態様において使用した連結条件下（３０℃〜４０℃）では、ソラレン交叉連結は、二重鎖安定性の維持のためには不必要であった。
【０１３２】
二本鎖ＤＮＡ標的（約５０〜１００ｆｍｏｌ、約８０〜１６０ｎｇの２．５ｋｂ標的）を、緩衝液（１０ｍＭ  Ｔｒｉｓ酢酸、ｐＨ７．５、１０ｍＭ  酢酸マグネシウム、５０ｍＭ  酢酸カリウム）中のＤＮａｓｅＩ（０．５Ｕ／２０μｌ）で１５分間、３７℃で、ランダムに断片化した。ＤＮａｓｅＩを熱不活化し、そしてサンプルを、９５℃で１５分間でのインキュベーションにより変性させた。サンプルを氷上で冷却し、そしてターミナルジデオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ（５Ｕ／２０μｌ）（ＴｄＴ）（ＧｉｂｃｏＢＲＬ、Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ  ＭＤ）およびｄｄＡＴＰ−Ｎ６−ビオチン（２５μＭ）（ＮＥＮ  Ｌｉｆｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ、Ｂｏｓｔｏｎ，ＵＳＡ）を、３７℃で６０分間用いて３’末端標識した。ＴｄＴを熱不活化し、そしてＤＮＡを、９５℃で１０分間インキュベートすることによって変性させた。変性させたＤＮＡを氷上で冷却し、連結混合物（総量２００μｌ、ＤＮＡ標的の最終濃度約５００ｐＭ、以下を参照のこと）に添加し、微量遠心分離機中で３分間、１４０００ｇでスピンして、存在する任意の沈澱物をペレット化しＤＮＡアレイに適用した。。連結溶液を、所望の温度に設定したインキュベーターに配置した回転器（ｒｏｔｉｓｓｅｒｉｅ）での回転（４０〜５０ｒ．ｐ．ｍ．）によってアレイの表面を横切って連続的に混合した。
【０１３３】
酵素連結または化学連結のいずれかを使用した。各々が、特定のプロトコルに従って使用した場合に、満足のいく結果を生成した。酵素連結条件を、以下の酵素について与える：Ｔ４  ＤＮＡリガーゼ、Ｅ．ｃｏｌｉ（ＮＡＤ依存性）ＤＮＡリガーゼ、およびＴａｑＤＮＡリガーゼ。標準的なＴ４連結緩衝液は、以下からなった：５０ｍＭ  Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ７．８）、１０ｍＭ  ＭｇＣｌ2、１０ｍＭ  ＤＴＴ、１ｍＭ  ＡＴＰ、５０μｇ／ｍｌ  ＢＳＡ、１００ｍＭ  ＮａＣｌ、０．１％ＴＸ−１００、および２．０Ｕ／μｌ  Ｔ４  ＤＮＡ（ｐＨ８．０）、１０ｍＭ  ＤＴＴ、１ｍＭ  ＡＴＰ、５０μｇ／ｍｌ  ＢＤＡ、１００ｍＭ  ＮａＣｌ、０．１％  ＴＸ−１００、および２．０Ｕ／μｌ  Ｔ４  ＤＮＡリガーゼ（Ｎｅｗ  Ｅｎｇｌａｎｄ  Ｂｉｏｌａｂｓ、Ｉｎｃ．）Ｅ．ｃｏｌｉ  ＤＮＡリガーゼ緩衝液は、以下からなった：４０ｍＭ  Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ８．０）、１０ｍＭ  ＭｇＣｌ2、５ｍＭ  ＤＴＴ、０．５ｍＭ  ＮＡＤＨ、０．５μｇ／ｍｌ  ＢＳＡ、０．１％  ＴＸ−１００、および０．０２５Ｕ／μｌ  Ｅ．ｃｏｌｉ  ＤＮＡリガーゼ（Ａｍｅｒｓｈａｍ）。
【０１３４】
ＴａｑＤＮＡ連結緩衝液は以下からなる：２０ｍＭ  Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ７．６）、２５ｍＭ  酢酸カリウム、１０ｍＭ  酢酸マグネシウム、１０ｍＭ  ＤＴＴ、１ｍＭ  ＮＡＤＨ、５０μｇ／ｍｌ  ＢＳＡ、０．１％Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００、１０％  ＰＥＧ、１００ｍＭ  ＮａＣｌ、および１．０Ｕ／μｌ  Ｔａｑ  ＤＮＡリガーゼ（Ｎｅｗ  Ｅｎｇｌａｎｄ  Ｂｉｏｌａｂｓ）。８量体および９量体の両方について、Ｔ４  ＤＮＡリガーゼ反応、およびＥ．ｃｏｌｉ  ＤＮＡリガーゼ反応を３０℃で行い、そしてＴａｑ  ＤＮＡリガーゼ反応を３７〜４０℃（３０℃でのＴａｑの低活性に起因する）で行った。連結反応物を、代表的に、一晩（１４〜１６時間）インキュベートしたが、２時間だけのインキュベーションもまた、満足のいく結果を与えた。
【０１３５】
化学連結の間、３〜４Ｍ  塩化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＣｌ）を、Ａ／ＴリッチハイブリッドおよびＧ／Ｃリッチハイブリッドの安定性を標準化するのを補佐するために、連結緩衝液中で使用した。Ｗｏｏｄら、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｕ．Ｓ．Ａ．８２、１５８５−１５８８（１９８５）を参照のこと。その全体を本明細書において参考として援用する。新たに溶解した１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミドジヒドロクロリド（ＥＤＣ，Ｐｉｅｒｃｅ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ）（１０倍ストックとしてＨ2Ｏ中に２Ｍ）を使用して、標的の５’ホスホリル部分と、相補的なアンカーオリゴヌクレオチド（合成中に添加した）上の３’ホスホリル部分との間のピロリン酸結合を生成した。例えば、Ｈｅｒｍａｎｓｏｎ，Ｂｉｏｃｏｎｊｕｇａｔｅ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ：Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ（１９９６）；Ｓｈａｂａｒｏｖａ，Ｂｉｏｃｈｉｍｉｅ  ７０：１３２３−１３３４（１９８８）；Ｋｕｚｎｅｔｓｏｖａら、Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．（Ｍｏｓｋ．）２８：２９０−２９９（１９９４）を参照のこと。これらはすべて、その全体を本明細書において参考として援用する。化学連結条件は：５０ｍＭ  ２−［Ｎ−モルホリノ］エタンスルホン酸（ＭＥＳ）（ＫＯＨを用いてｐＨ６．０）、１０ｍＭ  ＭｇＣｌ2、０．００１％  ＳＤＳ、２００ｍＭ  ＥＤＣ、５０ｍＭ  イミダゾール（ＨＣｌを用いてｐＨ６．０）、および３．０〜４．０Ｍ  塩化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＣｌ）（Ｓｉｇｍａ）、３０℃で１４時間であった。
【０１３６】
連結後、アレイを５〜１０回、１×ＳＳＰＥ（ｐＨ７．４、２２℃）で、ＧｅｎｅＣｈｉｐ（登録商標）液性ステーション上で洗浄し、回転する回転器で２２℃で５分間ストレプトアビジン−フィコエリトリン結合体（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｒｏｂｅ、１×ＳＳＰＥ、５０μｇ／ｍｌ  ＢＳＡ中に２ｎｇ／μｌ）を用いて染色し、そしてさらに５〜１０回、１×ＳＳＰＥで洗浄した。
【０１３７】
アレイからの蛍光シグナルを、特別に設計した共焦点スキャナー（Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ、Ｉｎｃ．，Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣＡ）を用いて検出した。Ｃｈｅｅら、Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２７４、６１０−６１４（１９９６）を参照のこと。これは、本明細書において参考として援用する。スキャナーは、８量体アレイを６．８〜７．５μｍの解像度で画像化し、そして９量体アレイを３．５μｍの解像度で画像化した。イメージを、ＧｅｎｅＣｈｉｐ（登録商標）ソフトウェア（Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ、Ｉｎｃ．，Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣＡ）を用いて処理し、そして得られた強度データを、プローブ配列および対応する強度のアルファベット化したリストを含むテキストファイルに変換した。次いで、これらのデータを、Ｖｉｓｕａｌ  Ｂａｓｉｃ（登録商標）（ｖ．４．０、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ）で書かれた特注のソフトウェアにより分析した。
【０１３８】
（実施例１：塩基呼び出しの正確さと、プローブ長および標的長との間の関係）
閾値に関して、標的長またはプローブ長のいずれかに対する塩基呼び出しの正確さの依存度を決定するべきである。この方法を使用して、種々の長さのポリヌクレオチドを配列決定し、次いで呼び出された配列を、実際の公知の配列と比較した。異なる長さのＤＮＡ配列を、８量体プローブアレイおよび９量体プローブアレイの両方にハイブリダイズさせ、そして酵素連結および化学連結を用いて連結させた。ヒトＣＦＴＲ遺伝子からの５３５ｂｐ  ＰＣＲ産物；ＨＩＶ−１  ｐｏｌ遺伝子からの１．２ｋｂｐ  ＰＣＲ産物；ミトコンドリアのシトクロームｂ遺伝子および制御領域を跨ぐ２．５ｋｂｐ  ＰＣＲフラグメント；ならびにバクテリオファージ  φＸ１７４の５．４ｋｂｐゲノムを含む種々の配列を分析した。
【０１３９】
結果は、標的長およびプローブ長が、塩基呼び出しの正確度に有意に影響することを示す。表１を参照のこと。標的長が増大するにつれて、塩基呼び出し性格度は、５３５ｂｐにおける１００％から（９量体に関して）５．４ｋｂｐにおける８９％にまで減少した。信頼性閾値を使用することにより、不正確な塩基呼び出しの数を、最小限に抑えた。８９％の正確度で呼び出された５．４ｋｂｐ標的の場合において、残りの１１％の塩基呼び出しは、１０．６％の呼び出しなし、およびほんの０．４％の不正確な呼び出し（偽陽性）からなった。さらに、８９．４％（８９．０％＋０．４％）の実際に呼び出された塩基について、正確な呼び出し率は、９９．４％（１００％×８９．０／８９．４）である。従って、塩基呼び出しの呼び出し／非呼び出しカテゴリーへの分類は、この塩基呼び出し情報の有用性を大いに増大させた。
【０１４０】
一般に、標的長の増大に伴う塩基呼び出し正確度における減少は、プローブの独特性の欠如から生じる呼び出しなしに主に起因している。プローブ長の増大は、呼び出しなしの数を劇的に減少させ、そしてはるかにより高い塩基呼び出し正確度をもたらす。以下の表１に示すように、５．４ｋｂｐ標的についての８量体対９量体のプローブでの塩基呼び出し正確度における対比に特に注意されたい。他方、連結の様式は、ほんのわずかの効果を有していた。酵素連結は、ほとんどの場合、化学連結よりもわずかにより高い塩基呼び出し正確度を有していた。
【０１４１】
【表１】
2006204302.tif 000002
（実施例２：ＨＩＶ−１  ｐｏｌ遺伝子における置換変異の特徴付け）
ＨＩＶ−１  ｐｏｌ遺伝子を、置換変異に供される遺伝子の例として使用した。例示の目的で、２つの１．２ｋｂｐの遺伝子のアンプリコンを分析した。
【０１４２】
第一に、単一置換変異を分析した。トレースを、上記に記載のように、２つの異なる１．２ｋｂｐ  ＨＩＶサンプル（参照サンプルおよび標的サンプル）におけるＡ→Ｇ塩基置換について、作製し、別個の８量体アレイに連結し、構築した。図６を参照のこと。サンプルを断片化し、そして上記に記載の技術を用いて別個の８量体アレイに連結し、そして参照配列内の４３５位で問い合わせを行う８塩基呼び出しセットを分析した。（参照と比較して標的は、）Ｇ尋問プローブの強度が増加し、そしてＡ尋問プローブ（の強度）が減少した。このことは、Ａ→Ｇ塩基置換を示す。
【０１４３】
この実施例において、最初の２つの塩基呼び出しセットは、差を示さなかった；これは、おそらく、これらのプローブに対するサンプル中の他のサブ配列の結合に起因する。しかし、各塩基についての高度の縮重度のために、４３５位についての他の塩基呼び出しセットは、最初の２つの塩基呼び出しセットによって生成される系統席な塩基呼び出し「誤差」を除去する。置換変異は、変異部位の周りの１２から１４塩基を検査することによって容易に特徴付けられる。なぜなら、変異は、変異部位（Ａ４３５Ｇ）の周りに中心を置いた特徴的な「フットプリント」を残すからである。これを、図７ｃに示す。
【０１４４】
さらなる実験において、２つの１．２ｋｂｐ  ＨＩＶポリヌクレオチド（参照および標的）を断片化し、そして標準的なプローブアレイに連結した。図８に示すように、１１／１１の変異を、偽陽性を伴うことなく変異スキャンによって正確に同定した。潜在的な偽陽性変異は、７７０位（図８でアステリスクによって示す）での狭いフットプリントとして観察された。しかし、このフットプリントは、予め選択した閾値内に収まっており、そしてより重要なことに、このフットプリントは、実際の変異の広範なプロフィール特徴を示さなかった。
【０１４５】
ＨＩＶ遺伝子を用いる第三の例は、本発明がまた、より多様なセットの標的の間の配列差異を検出するのに適していることを実証する。２７の一塩基置換を含む第二の１．２ｋｂｐ  ＨＩＶ改変体サンプルの変異スキャンを行った。８量体アレイにおいて、９６．３％（２６／２７、１偽陽性）の変異を検出し、そして９量体アレイにおいて、１００％（２７／２７、１偽陽性）の変異を検出した。問い合わされた標的配列が参照配列から分岐しているので、偽陽性の確率が塩基変化によって影響される多数のプローブの数に起因して増加することに注意するべきである。これらの結果は、４０塩基中多くて１塩基違うキロベースサイズの標的が、このアプローチを用いて正確に特徴付けされ得ることを示す。
【０１４６】
（実施例３：より長いポリヌクレオチド配列（ミトコンドリアＤＮＡ）における置換変異の特徴付け）
１７６の公知の配列差異について８つの異なる２．５ｋｂｐのヒトミトコンドリアシトクロームｂアンプリコンをスクリーニングした。８量体アレイを用いて、９０％を超える（１６０／１７６）配列差異を、３９００塩基あたり１塩基未満の低い偽陽性率（＜０．０２％未満）をともなって正確に同定した。比較アプローチ（すなわち、別個に決定した配列と比較すること）をしなければ、偽陽性率は、かなりより高かった（約１％〜２％）。偽陰性（検出されない変異は、通常、低いプローブシグナル強度を生成する標的領域（例えば、ＡＴリッチ領域）か、または反復配列を含む領域に生じた。このアプローチを用いて有効にスクリーニングされ得る最大の標的長は、寛容される偽陽性（不正確に変異として同定される）数と偽陰性（検出されない変異）の数との間のトレードオフ（訳注、すなわち、両者のどちらをとるか）に依存する。従って、変異の見出しの目的のために、８量体アレイを使用して、高感度（代表的には、９０％を超える）および最少数の偽陽性（３９００塩基あたり１未満）を伴って、標的２．５ｋｂｐ長をスキャンし得る。
【０１４７】
さらにより長い片のＤＮＡをスクリーニングを、１６．６ｋｂｐヒトミトコンドリアゲノムの全体を用いて行った。２つの異なる個体からの３つの重複するＰＣＲアンプリコンからなる２つの１６．６ｋｂｐ標的を使用した。配列の解像度を改良するために、調製した標的を９量体アレイに連結した。変異スクリーニングは、１６，６００塩基あたり４塩基（０．０２４％）の低い偽陽性率を伴って、６６％を超える（１６／２４）の公知の配列差異を同定した。これらの結果は、完全なｎ量体ＤＮＡアレイにおける比較再配列決定を使用して、変異について非常に複雑なＤＮＡサンプルを迅速にスクリーニングし得ることを示す。
【０１４８】
（実施例４：ｐ５３遺伝子における挿入変異および欠失変異の特徴付け）
本明細書において記載される塩基呼び出し法および仮想タイリング法は、置換変異についてのみならず、挿入変異および欠失変異についてもまた遺伝子を検査することを可能にする。この局面を示すために、尋問変異のセットを、挿入タイリングプローブおよび欠失タイリングプローブの塩基呼び出しセットを形成することによって、拡張した。差異分析を、置換の分析と同様に、挿入および欠失について行った。未知の相同ｐ５３（１１エキソン）標的（１つのアレイに適用される）を、野生型ｐ５３参照（第二のアレイに適用される）と比較した。変異スキャンを、置換プローブセット、欠失プローブセット、および挿入プローブセットについて行った。図９は、変異スキャンを示す。これらのスキャンは、エキソン４におけるＧ→Ｃ置換およびエキソン５におけるＣ挿入を容易に同定した。図９ａを参照のこと。
【０１４９】
他方、エキソン５における変異スキャンは、置換スキャンおよび挿入スキャンの両方におけるフットプリントを示した。図９ｂを参照のこと。エキソン５の置換スキャンおよび挿入スキャンの両方におけるフットプリントの存在は、どの型の変異が存在していたかを決定する際に困難をもたらす。しかし、一塩基置換を含むＨＩＶサンプルの以前の分析は、真正の置換変異が、代表的には、挿入スキャンまたは欠失スキャンにおけるフットプリントを表示しないことを示唆する。従って、エキソン５スキャンにおける挿入フットプリントの観察は、従来の配列決定によって検証された挿入呼び出しを強く支持する。
【０１５０】
（実施例５：ＣＦＴＲ遺伝子におけるホモ接合型変異およびヘテロ接合型変異の特徴付け）
８量体アレイの、公知のΔＦ５０８欠失（３ｂｐ）を含む嚢胞性線維症膜貫通伝達レギュレーター（ＣＦＴＲ）アンプリコン（約１．１ｋｂｐ）におけるホモ接合型変異およびヘテロ接合型変異を検出する能力を調べた。野生型（正常）ＣＦＴＲサンプルを参照として用いた。変異スキャンを図１０に示す。ΔＦ５０８欠失を、ＰＭ参照プローブスキャン（完全一致参照プローブにおける差異のスキャン）、置換スキャン、および欠失スキャンにおけるフットプリントの存在によってホモ接合型サンプルにおいて容易に検出した。図１０ａを参照のこと。図１０ｂは、ヘテロ接合型サンプルについての変異スキャンを示す。ヘテロ接合型欠失の場合において、フットプリントはＰＭ参照プローブスキャンにおいて見られなかった。なぜなら、参照配列を有するＤＮＡが、比較しているサンプル両方に存在するからである。しかし、欠失スキャンは、良好に解明されたフットプリントをなお示す。なぜなら、欠失された配列を含む標的がヘテロ接合型サンプルに存在するが、参照サンプルからは完全に欠如しているからである。従って、変異は、ヘテロ接合型欠失として特徴付けられ得る。
【０１５１】
方法を、２．５ｋｂｐミトコンドリアアンプリコンのより長い「ヘテロ接合型」サンプルへと拡張した。図１１は、２．５ｋｂｐミトコンドリアアンプリコン（ホモ接合型対ヘテロ接合型）の変異スキャンを示す。ホモ接合型サンプル（野生型とホモ接合型ＤＮＡとの５０：５０混合物）の３００ｂｐ変異スキャンによって、３つの一塩基置換が明らかになった。図１１ａを参照のこと。８つの異なるサンプルのうち合計１７６の配列差異を検査した。ホモ接合型サンプルの変異スキャンは、これらの配列差異の９０％を超える正確さで同定した。さらに、偽陽性率は、非常に低かった（スクリーニングした３９００ｂｐあたり１未満）。
【０１５２】
同じ３００ｂｐスキャンを、「ヘテロ接合型」サンプル（野生型およびヘテロ接合型ＤＮＡの５０：５０混合物）を用いたことを除いて、反復した。変異スキャンを図１１ｂに示す。このスキャンによって、３つの一塩基置換が明らかになったが、解像度は減少していた。一般に、２．５ｋｂｐアンプリコンにおける接合ヘテロ型変異は、感度を減少して検出された。
【０１５３】
（実施例６：バクテリオファージφＸ１７４の部位特異的末端サンプリング）
部位特異的末端サンプリングについての本発明の使用の例として、バクテリオファージφＸ１７４（約５．４ｋｂｐ）を、制限エンドヌクレアーゼＰａｌＩ（ＧＧ↓ＣＣ）およびＮｌａＩＩＩ（ＣＡＴＧ↓）を用いて消化し、そして得られたフラグメント集団を、８量体アレイに対して連結した。結果は、３３の制限部位のうち３２を検出したことを示し、このことは、ｎ量体アレイを、複合サンプルにおける５’末端サブ配列を同定するのに使用し得ることを示す。
【０１５４】
上記の記載は、例示的であり、そして制限的ではない。本発明の多くの改変は、本開示を参照すれば、当業者には明らかとなる。例のためのみに、種々の基質、ポリマー、連結基、合成開始部位、および他の材料が本発明の範囲を逸脱することなく使用され得る。従って、本発明の範囲は、上記の記載を参照して決定されるべきではなく、代わりに、添付の請求の範囲を、それらの等価物の全範囲とともに参照して決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】ｎ量体アレイの設計の基礎を示す模式図である。図解のために、５’一本鎖オーバーハングを有する二本鎖定常アンカー領域が示される。この図はまた、必要に応じた共有結合的架橋工程（ここではソラレンを用いて例示した）を示す。
【図２】１．２ｋｂ  ＨＩＶアンプリコンの８量体アレイへのライゲーションの効果を示す図である。図２ａはリガーゼの非存在下でのハイブリダイゼーションを示す。図２ｂは、Ｔ４ＤＮＡリガーゼの存在下でのハイブリダイゼーションおよびライゲーションを示す。図２ｃは、個々のプローブの特徴を例示する図２ｂの拡大図を示す。
【図３】参照配列を使用した、塩基呼び出しセットの構築を示す図である。図３ａは、５４０ｂｐのＤＮＡ標的の参照配列（順方向鎖）の部分がそこにライゲートしている、８量体アレイを示す。配列内の７７位を尋問する８塩基呼び出しセットのプローブ配列が示される。各々の塩基呼び出しセットは、単一置換位置（文字Ｎで示す）が異なる４つのプローブから成り、特定の標的塩基を尋問するように位置する。図３ｂは、アレイデータから抽出され、そしてプロットされた、各々の塩基呼び出しセット内のプローブの強度を示す。プローブは、Ａ−プローブは実際に相補的な「Ｔ」塩基置換（順方向鎖照会）または「Ａ」塩基置換（逆方向鎖照会）を含むように、列挙される。図３ｃは、すべての８塩基呼び出しセットを横断する尋問プローブ（Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｔ）の合計を示す。この合計は、順方向鎖および逆方向鎖の両方について合計した塩基呼び出しセットを生じる。これらの合計のセットに由来する複合性の塩基呼び出しセットは、最終的な高度に正確な塩基呼び出しが作製されることを可能にする。
【図４】「配列決定トレース」における塩基呼び出し情報の表示を示す図である。
【図５】呼び出しのないカットオフ点を提供するための、塩基呼び出し品質の使用法を示す図である。図５ａは、ＨＩＶ標的配列内のＡＴリッチな領域の配列トレースによって実証された、低品質塩基呼び出し（強度値間の不十分な分離）を示す標的領域の例である。図５ｂは、カットオフの閾値がいくつかの不正確な塩基呼び出しを排除したことを図示する。
【図６】別個のアレイ上のＤＮＡ標的の塩基呼び出しセットを比較することによる変異の発見を示す図である。図は、ＨＩＶ遺伝子の４３５位におけるＡ→Ｇ置換を図示する。図６ａは、参照（左パネル）および標的（右パネル）に対するアレイ像の小さい部分を示す。各々のアレイ上の円で囲んだプローブ（尋問位置４３５）は、第３の位置にある単一塩基置換によって異なる。  図６ｂは、参照および標的の両方についての４３５位を尋問する８残基コールセットの標準化された強度を示す。これらの塩基呼び出しセット間の強度の違い（参照に対する標的）がまた示される。図６ｃは、参照および標的あるいはそれらの複合の差（Ｉ未知−Ｉ参照）に対する複合の塩基呼び出しセット（組み合わせた両方の鎖）を示す。
【図７】変異の容易な同定を可能にする配列トレースの直接比較を示す図である。図７ａおよび７ｂは、２つの１．２ｋｂ  ＨＩＶ遺伝子ポリヌクレオチド（参照および標的）から生じる配列トレースを示す。図７ｃは、配列トレースにおける差異（変異スキャン）が、どのように変異部位（Ａ４３５Ｇ）において１２〜１４塩基の幅のフットプリントを示すかを図示する。
【図８】ＨＩＶ  ｐｏｌ−１遺伝子中における１０４１塩基の変異スキャンを示す図である。異なるトレースの正および負の包絡線は、１．２ｋｂｐ  ＨＩＶ配列の１０４１塩基についてプロットされる。図は、この方法によって正しく同定された１１の単一の塩基置換を示す。星印は、ピークが変異に特徴的な広範なプロフィールを表示し損なうために負とスコアされる、潜在的な変異を示す。
【図９】ｐ５３遺伝子における挿入の検出を示す図である。ｐ５３遺伝子の１１のエキソンが同時にスキャンされた（プライマーを含み約１７００塩基）。図９ａは、エキソン４の置換スキャン（正の包絡）が、どのように正しくＧ→Ｃ塩基変化を同定した変異フットプリントを明らかにしたかを図示する。図９ｂは、エキソン５の変異スキャンが置換スキャン（正の包絡）および挿入スキャンの両方においてフットプリントを示すことを示す。挿入スキャンは、変異を標的サンプルにおけるＣ挿入（相補的なＧ挿入プローブの増加）として同定し、一方置換スキャンは不明瞭であった。
【図１０】同型接合性欠失および異型接合性欠失についての完全一致（ＰＭ）差プロットディスプレーを示す図である。図１０ａは、野生型ＣＦＴＲポリヌクレオチド配列を、３−ｂｐ  ＤＦ５０８（ＴＴＴ）同型接合性欠失を含む標的と比較する、１７０ｂｐ領域の変異スキャンを示す。変異スキャンはまた、置換（正の包絡のみ）、挿入、および欠失プローブについて示される。３−ｂｐ欠失（分析ソフトウェアによって「ＴＴＴ」として同定される）は、欠失スキャンによって容易に検出された。図１０ｂは、ＣＦＴＲ遺伝子の１０７９ｂｐ領域において野生型ＣＦＴＲ標的を３−ｂｐΔＦ５０８「人工」異型接合性欠失変異体と比較する、変異スキャンを示す。野生型参照配列を有するＤＮＡが両方のサンプルにおいて存在するため、ＰＭ差スキャンにおいてフットプリントは検出されなかった。しかし、欠失スキャンは、異種接合性サンプルにおいて３−ｂｐ「ＴＴＴ」欠失を正しく同定した。
【図１１】２．５ｋｂｐミトコンドリアアンプリコンの変異スキャンを示す図である（同型接合性対異型接合性）。図１１ａは、同型サンプルの３００ｂｐ変異スキャンを示す。このスキャンは３つの単一塩基置換を示した。８つの異なるサンプルの間で総計１７６の配列の差異が試験された。同型ポリヌクレオチドの変異スキャンは、これらの配列の差異を９０％以上も正しく同定した。さらに、偽陽性の割合は非常に低かった（スクリーニングされた３９００ｂｐあたり１未満）。図１１ｂは、サンプルが野生型および変異した異型ポリヌクレオチドの５０：５０混合物である以外は図１１ａと同様である３００ｂｐスキャンを示す。このスキャンは３つの単一の塩基置換を示したが、減少したシグナル／ノイズ比を有した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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