(57)【要約】  低濃度の制限プライマーを使用し、制限プライマーの濃度調整融解温度が余剰プライマーの濃度調整融解温度に少なくとも等しく、好ましくはそれより高く、余剰プライマーの濃度調整融解温度がアンプリコンの融解温度より25℃以下低い、非対称ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)増幅法。前記増幅および標識ハイブリダイゼーションプローブを用いるアッセイ（例えば、プライマー伸長後の検出段階もしくは低温プローブ、またはその両方を含むアッセイを含む）。前記アッセイを行うためのキット、ならびに前記増幅およびアッセイを行うためのプライマーセットまたはプライマーとプローブのセット。【特許請求の範囲】
【請求項１】
デオキシリボ核酸(DNA)増幅標的配列、1対のPCRプライマー、dNTP、および耐熱性ポリメラーゼを含有するPCR反応混合物を、鎖融解、プライマーアニーリングおよびプライマー伸長のPCR段階からなる熱サイクルに繰り返し供することを含んでなる非対称ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)増幅方法であって、増幅の開始時に、(a)前記反応混合物が最大1,000,000コピーまでの増幅標的配列を含有すること、(b)PCRプライマー対が制限プライマーと余剰プライマーを含み、その際制限プライマーは最大200nMまでの濃度で存在し、余剰プライマーは制限プライマーより少なくとも5倍高い濃度で存在すること、(c)制限プライマーの初期の濃度調整融解温度が、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度に等しいか、またはそれより高いこと、(d)制限プライマーが前記標的配列に対し完全には相補的でない場合は、前記標的配列とハイブリダイズする制限プライマーの部分の濃度調整融解温度が、余剰プライマーの濃度調整融解温度より5℃以下低いこと、(e)余剰プライマーの伸長により生成されたアンプリコンの融解温度が、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度を18℃以下上回ること、(f)制限プライマーの消耗後に、余剰プライマーを用いる線形増幅の複数サイクルを含めるのに十分な回数、熱サイクルを繰り返すこと、を特徴とする方法。
【請求項２】
少なくとも2つの標的配列のための請求項1に記載の方法であって、前記反応混合物が各標的に対し1対のPCRプライマーを含有すること、全ての制限プライマーの初期の濃度調整融解温度が、全ての余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度に等しいか、またはそれより高いことを特徴とする方法。
【請求項３】
リボ核酸(RNA)分子を逆転写して前記DNA標的配列を生成させることをさらに含む、請求項1または2に記載の方法。
【請求項４】
前記反応混合物が50,000コピーまでの核酸標的を含有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
【請求項５】
制限プライマーの初期の濃度調整融解温度が、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも3℃高い、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
【請求項６】
アンプリコンの融解温度が、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度より7〜15℃高い、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項７】
前記反応混合物が1000コピーまでのDNA標的を含有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
【請求項８】
プライマーアニーリング段階の持続時間が30秒より長くならない、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
【請求項９】
余剰プライマーの一本鎖の伸長産物を二本鎖の産物に変換する少なくとも1回の最終熱サイクルをさらに含み、その際、PCR反応混合物は、余剰プライマーの伸長産物をプライミングすることができかつ余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも5℃低い初期の濃度調整融解温度を有する低温プライマーをさらに含有し、またその際、アニーリング温度を低温プライマーの初期の濃度調整融解温度より高く維持するが、少なくとも1回の最終熱サイクルにおいては、低温プライマーをハイブリダイズさせるためにアニーリング温度を下げる、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１０】
低温プライマーの初期の濃度調整融解温度が、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも10℃低い、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１１】
前記反応混合物が余剰プライマーの3’末端にハイブリダイズする相補的オリゴヌクレオチドをさらに含有し、相補的オリゴヌクレオチドが余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも3℃低い初期の濃度調整融解温度を有する、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１２】
相補的オリゴヌクレオチドが、開始時に、余剰プライマーの濃度より高い濃度で存在する、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１３】
デオキシリボ核酸(DNA)増幅標的配列、1対のマッチした制限PCRプライマー、追加の余剰プライマー、dNTP、および耐熱性ポリメラーゼを含有するPCR反応混合物を、鎖融解、プライマーアニーリングおよびプライマー伸長のPCR段階からなる熱サイクルに繰り返し供することを含んでなる非対称ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)法であって、マッチしたPCRプライマーが最大200nMまでのほぼ等モル濃度で存在すること、余剰プライマーが制限プライマーより少なくとも5倍高い濃度で存在すること、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度が制限プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも5℃低いこと、また、この反応は第1期と第2期を含んでなり、第1期ではアニーリング温度が余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度より高く、マッチした制限プライマーが第1のアンプリコンを生成し、第2期ではアニーリング温度が下げられ、余剰プライマーが、第1のアンプリコンを鋳型として使用して、第1のアンプリコンより短い第2のアンプリコンを生成すること、ここにおいて、第2のアンプリコンの融解温度が余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度を25℃以下上回ること、を特徴とする方法。
【請求項１４】
余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度が制限プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも10℃低い、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
第2のアンプリコンの融解温度が余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度を18℃以下上回る、請求項13または14に記載の方法。
【請求項１６】
一本鎖アンプリコンの分離を伴う非対称ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)法であって、
a)  DNA増幅標的配列、前記増幅標的配列のための1対のPCRプライマー、dNTP、および耐熱性DNAポリメラーゼを含有するPCR反応混合物を、鎖融解、プライマーアニーリングおよびプライマー伸長のPCR段階からなる熱サイクルに繰り返し供すること、ここにおいて、(i)前記PCRプライマーの対は制限プライマーと余剰プライマーを含み、(ii)制限プライマーは最大200nMまでの濃度で存在し、余剰プライマーは制限プライマーより少なくとも5倍高い濃度で存在し、(iii)制限プライマーの初期の濃度調整融解温度は余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度に少なくとも等しく、(iv)制限プライマーの消耗後に、余剰プライマーを用いる線形増幅の複数サイクルを含めるのに十分な回数、熱サイクルを繰り返すこと、
b)  少なくとも数サイクルの線形増幅の間、プライマー伸長段階の後に、余剰プライマーの一本鎖伸長産物を、捕捉プローブに前記産物をハイブリダイズさせることで反応混合物から分離すること、
を含んでなる方法。
【請求項１７】
前記捕捉プローブが熱的に隔離された産物分離ゾーンにあり、前記分離段階が反応混合物を前記ゾーンに通すことを含む、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記産物分離ゾーンが少なくとも1つの反応ゾーンから物理的に隔離可能であり、前記産物分離ゾーンを定期的に隔離して、反応混合物が少なくとも1つの反応ゾーンにある間に、前記捕捉プローブにハイブリダイズされた産物を回収することをさらに含む、請求項16または請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
制限プライマーの初期の濃度調整融解温度が余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも3℃高い、請求項16〜18のいずれか1項に記載の方法。
【請求項２０】
アンプリコンの融解温度が余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度を18℃以下上回る、請求項16〜19のいずれか1項に記載の方法。
【請求項２１】
余剰プライマーが500〜2000nMの濃度で存在し、かつ制限プライマーより少なくとも10倍高い濃度で存在する、請求項16〜20のいずれか1項に記載の方法。
【請求項２２】
非対称ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)増幅を用いて少なくとも1つのDNA増幅標的配列を検出するための均一アッセイ法であって、(a)  少なくとも1つのDNA増幅標的配列、耐熱性DNAポリメラーゼ、dNTP、前記増幅標的配列を増幅するための各増幅標的配列に対し1対のPCRプライマー、および前記プライマーにより生成されたアンプリコンにハイブリダイズする少なくとも1つの標識ハイブリダイゼーションプローブを含有するPCR反応混合物を、鎖融解、プライマーアニーリングおよびプライマー伸長のPCR段階からなる熱サイクルに複数回供すること、(b)  少なくとも1つの前記増幅標的配列の存在を示すものとして少なくとも1つの前記プローブにより生じたシグナルを検出することを含んでなり、その際、(i)各PCRプライマー対は制限プライマーと余剰プライマーを含み、(ii)制限プライマーは最大200nMまでの濃度で存在し、各プライマー対において、余剰プライマーは制限プライマーの濃度より少なくとも5倍高い濃度で存在し、(iii)全ての制限プライマーの初期の濃度調整融解温度は、全ての余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度に少なくとも等しく、(iv)各プライマー対において、アンプリコンの融解温度は余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度を25℃以下上回り、(v)制限プライマーの消耗後に、余剰プライマーを用いる線形増幅の複数サイクルを含めるのに十分な回数、熱サイクルを繰り返し、(vi)前記プローブは、制限プライマーの伸長産物とハイブリダイズするプローブ、および余剰プライマーの伸長産物とハイブリダイズしかつハイブリダイズしたときシグナルを発するプローブからなる群より選択され、(viii)前記プローブはプライマーアニーリングのPCR段階の間に前記アンプリコンとハイブリダイズする、ことを特徴とするアッセイ法。
【請求項２３】
検出段階がエンドポイント検出である、請求項22に記載のアッセイ法。
【請求項２４】
検出段階がリアルタイム検出であり、少なくとも数サイクルの線形増幅のアニーリング段階の間に行われる、請求項22に記載のアッセイ法。
【請求項２５】
検出段階がリアルタイム検出であり、少なくとも数サイクルの線形増幅の伸長段階の後で、次のサイクルの鎖融解の前に行われる、請求項22に記載のアッセイ法。
【請求項２６】
プライマーアニーリング段階の持続時間が30秒より長くない、請求項22〜25のいずれか1項に記載のアッセイ法。
【請求項２７】
各プライマー対において、アンプリコンの融解温度が余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度を18℃以下上回る、請求項22〜26のいずれか1項に記載のアッセイ法。
【請求項２８】
各プライマー対において、制限プライマーの初期の濃度調整融解温度が余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも3℃高い、請求項22〜27のいずれか1項に記載のアッセイ法。
【請求項２９】
前記反応混合物が最大50,000までの少なくとも1つの増幅標的配列を含有する、請求項22〜28のいずれか1項に記載のアッセイ法。
【請求項３０】
少なくとも1つの前記ハイブリダイゼーションプローブが、制限プライマーの伸長産物とハイブリダイズしかつ余剰プライマーの伸長の間にポリメラーゼによって加水分解されて検出可能なシグナルを発する二重標識蛍光プローブである、請求項22〜29のいずれか1項に記載のアッセイ法。
【請求項３１】
少なくとも1つの前記ハイブリダイゼーションプローブが、余剰プライマーの伸長産物とハイブリダイズしたとき検出可能なシグナルを発する、請求項22〜29のいずれか1項に記載のアッセイ法。
【請求項３２】
少なくとも1つのPCRプライマー対において、前記反応混合物が余剰プライマーの3’末端にハイブリダイズする相補的オリゴヌクレオチドをさらに含有し、相補的オリゴヌクレオチドが余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも3℃低い初期の濃度調整融解温度を有する、請求項31に記載のアッセイ法。
【請求項３３】
相補的オリゴヌクレオチドが、開始時に、余剰プライマーの濃度より高い濃度で存在する、請求項32に記載のアッセイ法。
【請求項３４】
少なくとも1つの前記ハイブリダイゼーションプローブが、1つの対立遺伝子変異体のための第1のプローブおよび別の対立遺伝子変異体のための第2のプローブを含む、請求項22〜33のいずれか1項に記載のアッセイ法。
【請求項３５】
前記DNA標的配列を生成するためのリボ核酸(RNA)分子の逆転写をさらに含む、請求項22〜34のいずれか1項に記載のアッセイ法。
【請求項３６】
少なくとも1つの前記増幅標的配列が少なくとも2つの増幅標的配列を含む、請求項22〜35のいずれか1項に記載のアッセイ法。
【請求項３７】
非対称ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)増幅を用いて少なくとも1つのDNA増幅標的配列を検出するための均一アッセイ法であって、(a)  少なくとも1つのDNA増幅標的配列、耐熱性DNAポリメラーゼ、dNTP、前記増幅標的配列を増幅するための各増幅標的配列に対し1対のPCRプライマー、および前記プライマーにより生成されたアンプリコンにハイブリダイズする少なくとも1つの標識低温ハイブリダイゼーションプローブを含有するPCR反応混合物を、鎖融解、プライマーアニーリングおよびプライマー伸長のPCR段階からなる熱サイクルに複数回供すること、(b)  少なくとも1つの前記増幅標的配列の存在を示すものとして少なくとも1つの前記プローブにより生じたシグナルを検出することを含んでなり、その際、(i)各PCRプライマー対は制限プライマーと余剰プライマーを含み、(ii)各制限プライマーは最大200nMまでの濃度で存在し、各プライマー対において、余剰プライマーは制限プライマーの濃度より少なくとも5倍高い濃度で存在し、(iii)各増幅標的配列において、低温ハイブリダイゼーションプローブは余剰プライマーの伸長産物と結合しかつハイブリダイゼーション時に検出可能なシグナルを発し、(iv)各増幅標的配列において、低温ハイブリダイゼーションプローブの初期の濃度調整融解温度は、制限プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも5℃低く、(v)制限プライマーの消耗後に、余剰プライマーを用いる線形増幅の複数サイクルを含めるのに十分な回数、熱サイクルを繰り返し、(vi)前記低温プローブがハイブリダイズしてシグナルを発するのに十分低い温度で検出を行う、ことを特徴とするアッセイ法。
【請求項３８】
低温ハイブリダイゼーションプローブの初期の濃度調整融解温度が、制限プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも10℃低い、請求項37に記載のアッセイ法。
【請求項３９】
各プローブが前記反応混合物中に少なくとも1μMの濃度で存在する、請求項37または38に記載のアッセイ法。
【請求項４０】
少なくとも数サイクルの線形増幅の間のプライマーアニーリングのPCR段階が、プライマーアニーリング中に低温プローブをハイブリダイズさせるために十分低温で、かつ十分な時間にわたり行われ、検出をその段階に行う、請求項37〜39のいずれか1項に記載のアッセイ法。
【請求項４１】
全ての制限プライマーの初期の濃度調整融解温度が、全ての余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度に少なくとも等しい、請求項37〜40のいずれか1項に記載のアッセイ法。
【請求項４２】
PCR増幅が少なくとも数サイクルの線形増幅の間のプライマーアニーリング後に追加の検出段階を含み、前記検出段階は低温ハイブリダイゼーションプローブがハイブリダイズしてシグナルを発するのに十分低温で、かつ十分な時間にわたり行われ、プライマーアニーリングのPCR段階は前記プローブがハイブリダイズしてシグナルを発するほど低温でなく、かつ十分な時間にわたるものでもない、請求項37〜39のいずれか1項に記載のアッセイ法。
【請求項４３】
低温ハイブリダイゼーションプローブの初期の濃度調整融解温度が、指数期の増幅反応のアニーリング段階の平均温度より少なくとも5℃低い、請求項42に記載のアッセイ法。
【請求項４４】
検出段階が、増幅反応の閾値サイクル前の数サイクルを開始しただけで行われる、請求項42または43に記載のアッセイ法。
【請求項４５】
低温検出段階が30秒以下の持続時間である、請求項37〜44のいずれか1項に記載のアッセイ法。
【請求項４６】
検出が増幅反応の完了後に行われるエンドポイント検出である、請求項37〜45のいずれか1項に記載のアッセイ法。
【請求項４７】
各プライマー対において、アンプリコンの融解温度が余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度を25℃以下上回る、請求項37〜46のいずれか1項に記載のアッセイ法。
【請求項４８】
約10,000コピーまでの核酸標的配列を含有するサンプル中に存在する前記標的配列を増幅する方法であって、
a)  核酸標的配列を第1のオリゴヌクレオチドプライマーおよび第2のオリゴヌクレオチドプライマーと接触させること、ここにおいて、第1のプライマーのTmは第2のプライマーのTmより少なくとも5℃高く、第2のプライマーの濃度は最大1000nMで、第1のプライマーの濃度より少なくとも約10倍高いこと、
b)  前記標的配列をポリメラーゼ連鎖反応により前記第1および第2のオリゴヌクレオチドプライマーを用いて増幅すること、ただし、前記反応はアンプリコン生成の指数期と、これに続く第2のプライマーのみを利用するアンプリコン生成の線形期とを有すること、
を特徴とする方法。
【請求項４９】
前記サンプルが単一の細胞に由来する核酸を含有する、請求項48に記載の方法。
【請求項５０】
第1のプライマーのTmが第2のプライマーのTmより10〜20℃高い、請求項48または49に記載の方法。
【請求項５１】
第2のプライマーの濃度が第1のプライマーの濃度より20〜100倍高い、請求項48〜50のいずれか1項に記載の方法。
【請求項５２】
約10,000コピーまでの少なくとも1つの核酸標的配列を含有するサンプル中の前記少なくとも1つの標的配列を検出する方法であって、
a)  少なくとも1つの核酸標的配列を、それとハイブリダイズできる第1のオリゴヌクレオチドプライマーおよびそれとハイブリダイズできる第2のオリゴヌクレオチドプライマーと接触させること、ここにおいて、第1のプライマーのTmは第2のプライマーのTmより少なくとも5℃高く、第2のプライマーの濃度は最大1000nMで、第1のプライマーの濃度より少なくとも約10倍高いこと、
b)  前記少なくとも1つの標的配列をポリメラーゼ連鎖反応により前記第1および第2のオリゴヌクレオチドプライマーを用いて増幅すること、ただし、前記反応はアンプリコン生成の指数期と、これに続いて第2のプライマーのみを利用するアンプリコン生成の線形期とを有すること、
c)  第2のプライマーから生成されたアンプリコンを、それにターゲッティングされる第1のハイブリダイゼーションプローブを用いて、ポリメラーゼ連鎖反応中にリアルタイムで検出すること、
を特徴とする方法。
【請求項５３】
前記少なくとも1つの核酸配列が対立遺伝子変異を受けやすい遺伝子配列を含み、前記第1のハイブリダイゼーションプローブが第1の対立遺伝子変異体にターゲッティングされる、請求項52に記載の方法。
【請求項５４】
第2のプライマーから生成されたアンプリコンを、第2の対立遺伝子変異体にターゲッティングされる第2のハイブリダイゼーションプローブを用いて、ポリメラーゼ連鎖反応中にリアルタイムで検出することをさらに含む、請求項52または53に記載の方法。
【請求項５５】
第1のプライマーのTmが第2のプライマーのTmより10〜20℃高い、請求項52〜54のいずれか1項に記載の方法。
【請求項５６】
第2のプライマーの濃度が第1のプライマーの濃度の20〜100倍である、請求項52〜55のいずれか1項に記載の方法。
【請求項５７】
前記少なくとも1つの核酸配列が少なくとも2つの異なる核酸配列を含み、前記方法が、各核酸配列を、それとハイブリダイズできる第1のプライマーおよびそれとハイブリダイズできる第2のプライマーと接触させることを含む、請求項52〜56のいずれか1項に記載の方法。
【請求項５８】
検出がプライマー伸長と鎖融解のPCR段階の間に行われる、請求項52〜57のいずれか1項に記載の方法。
【請求項５９】
検出がプライマー伸長温度より低い温度で行われる、請求項52〜58のいずれか1項に記載の方法。
【請求項６０】
第1のハイブリダイゼーションプローブが分子ビーコンプローブである、請求項52〜59のいずれか1項に記載の方法。
【請求項６１】
所定のDNA配列を非対称ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)により増幅するための一対のプライマーを含むオリゴヌクレオチドセットであって、200nMを超えない濃度で使用することを意図した第1の量の制限プライマー、および前記制限プライマーの濃度より少なくとも5倍高い濃度で使用することを意図した、第1の量より少なくとも5倍多い第2の量の余剰プライマーを含んでなり、制限プライマーの意図した濃度調整融解温度が、余剰プライマーの意図した濃度調整融解温度に等しいか、またはそれより高いこと、前記プライマー対により生成されたアンプリコンの融解温度が、余剰プライマーの意図した濃度調整融解温度を18℃以下上回ること、を特徴とするオリゴヌクレオチドセット。
【請求項６２】
制限プライマーの意図した濃度調整融解温度が、余剰プライマーの意図した濃度調整融解温度より少なくとも3℃高い、請求項61に記載のオリゴヌクレオチドセット。
【請求項６３】
第2の量が第1の量より少なくとも10倍多く、余剰プライマーが制限プライマーの濃度より少なくとも10倍高い濃度で使用される、請求項61または62に記載のオリゴヌクレオチドセット。
【請求項６４】
アンプリコンの融解温度が、余剰プライマーの意図した濃度調整融解温度を7〜15℃上回る、請求項61〜63のいずれか1項に記載のオリゴヌクレオチドセット。
【請求項６５】
所定のDNA配列をポリメラーゼ連鎖反応(PCR)により増幅するためのオリゴヌクレオチドセットであって、第1のアンプリコンを生成するための1対のマッチしたPCR制限プライマー、および前記第1のアンプリコンを鋳型として使用して第2の一本鎖アンプリコンを生成するための余剰プライマーを含んでなり、(i)制限プライマーのそれぞれが第1の量で存在しかつ200nMを超えない濃度で使用されること、(ii)余剰プライマーが第1の量より少なくとも5倍多い第2の量で存在し、かつ各制限プライマーの濃度より少なくとも5倍高い濃度で使用されること、(iii)余剰プライマーの意図した濃度調整融解温度が、両方の制限プライマーの意図した濃度調整融解温度より少なくとも5℃低いこと、を特徴とするオリゴヌクレオチドセット。
【請求項６６】
第2のアンプリコンの融解温度が、余剰プライマーの意図した濃度調整融解温度を18℃以下上回る、請求項65に記載のオリゴヌクレオチドセット。
【請求項６７】
第2の量が第1の量より少なくとも10倍多く、余剰プライマーが制限プライマーの濃度より少なくとも10倍高い濃度で使用される、請求項65または66に記載のオリゴヌクレオチドセット。
【請求項６８】
所定のDNA配列を非対称ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)増幅により検出する均一アッセイ法のためのオリゴヌクレオチドセットであって、200nMを超えない濃度で使用することを意図した第1の量の制限プライマー、制限プライマーの濃度より少なくとも5倍高い濃度で使用することを意図した、第1の量より少なくとも5倍多い第2の量の余剰プライマー、および余剰プライマーの伸長により生成された産物の存在を示すシグナルを発する標識ハイブリダイゼーションプローブを含んでなり、制限プライマーの意図した濃度調整融解温度が、余剰プライマーの意図した濃度調整融解温度に少なくとも等しいこと、前記アンプリコンの融解温度が、余剰プライマーの意図した濃度調整融解温度を25℃以下上回ること、を特徴とするオリゴヌクレオチドセット。
【請求項６９】
前記アンプリコンの融解温度が、余剰プライマーの意図した濃度調整融解温度を18℃以下上回る、請求項68に記載のオリゴヌクレオチドセット。
【請求項７０】
制限プライマーの意図した濃度調整融解温度が、余剰プライマーの意図した濃度調整融解温度を少なくとも3℃上回る、請求項68または69に記載のオリゴヌクレオチドセット。
【請求項７１】
第2の量が第1の量より少なくとも10倍多く、余剰プライマーが制限プライマーの濃度より少なくとも10倍高い濃度で使用される、請求項68〜70のいずれか1項に記載のオリゴヌクレオチドセット。
【請求項７２】
前記プローブが余剰プライマーの伸長産物とハイブリダイズし、ハイブリダイゼーションの際にシグナルを発する、請求項68〜71のいずれか1項に記載のオリゴヌクレオチドセット。
【請求項７３】
前記プローブが第1の対立遺伝子に特異的な第1のハイブリダイゼーションプローブと第2の対立遺伝子に特異的な第2のハイブリダイゼーションプローブを含む、請求項68〜72のいずれか1項に記載のオリゴヌクレオチドセット。
【請求項７４】
前記ハイブリダイゼーションプローブが分子ビーコンプローブである、請求項68〜73のいずれか1項に記載のオリゴヌクレオチドセット。
【請求項７５】
前記プローブが意図したプローブ濃度で使用され、前記プローブの意図したプローブ濃度調整融解温度が制限プライマーの意図した濃度調整融解温度より少なくとも5℃低い、請求項68〜74のいずれか1項に記載のオリゴヌクレオチドセット。
【請求項７６】
前記プローブの意図したプローブ濃度調整融解温度が制限プライマーの意図した濃度調整融解温度より少なくとも10℃低い、請求項68〜75のいずれか1項に記載のオリゴヌクレオチドセット。
【請求項７７】
少なくとも1つの予め選択したDNA標的配列について均一ポリメラーゼ連鎖反応アッセイを行うための試薬キットであって、第1のプライマーと第2のプライマーを含む少なくとも1対のポリメラーゼ連鎖反応プライマー、4種のデオキシリボヌクレオチド三リン酸、耐熱性DNAポリメラーゼ、およびハイブリダイゼーションの際に検出可能なシグナルを発する標識ハイブリダイゼーションプローブを含んでなり、
a)  第1のプライマーのTmが第2のプライマーのTmより少なくとも5℃高く、第2のプライマーの濃度が第1のプライマーの濃度より少なくとも10倍高いこと、
b)  標識ハイブリダイゼーションプローブが第2のプライマーの伸長産物と結合すること、
を特徴とするキット。
【請求項７８】
第1のプライマーのTmが第2のプライマーのTmより10〜20℃高い、請求項77に記載のキット。
【請求項７９】
第2のプライマーの濃度が第1のプライマーの濃度より20〜100倍高い、請求項77または78に記載のキット。
【請求項８０】
少なくとも1つの予め選択したDNA標的配列について均一ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)アッセイを行うための試薬キットであって、耐熱性DNAポリメラーゼ、dNTP、各標的配列に対し、最大200nMまでの濃度で使用される第1の量の制限プライマー、制限プライマーの濃度より少なくとも5倍高い濃度で使用される、第1の量より少なくとも5倍多い第2の量の余剰プライマー、および余剰プライマーの伸長により生成された産物の存在を示すシグナルを発する標識ハイブリダイゼーションプローブを含んでなり、ここにおいて、制限プライマーの初期の濃度調整融解温度が、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度に少なくとも等しいこと、アンプリコンの融解温度が余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度を25℃以下上回ること、を特徴とするキット。
【請求項８１】
少なくとも2つの標的配列について多重アッセイを行うためのキットであり、全ての制限プライマーの初期の濃度調整融解温度が、全ての余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度に少なくとも等しい、請求項80に記載のキット。
【請求項８２】
制限プライマーの初期の濃度調整融解温度が、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも3℃高い、請求項81または82に記載のキット。
【請求項８３】
前記プローブが余剰プライマーの伸長産物とハイブリダイズし、ハイブリダイゼーションの際にシグナルを発する、請求項80〜82のいずれか1項に記載のキット。
【請求項８４】
少なくとも1つの標的のための前記プローブが、1つの対立遺伝子変異体のための第1のプローブと第2の対立遺伝子変異体のための第2のプローブとを含む、請求項80〜83のいずれか1項に記載のキット。
【請求項８５】
前記プローブの初期の濃度調整融解温度が、制限プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも5℃低い、請求項80〜84のいずれか1項に記載のキット。
【請求項８６】
前記プローブの初期の濃度調整融解温度が、制限プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも10℃低い、請求項85に記載のキット。
【請求項８７】
少なくともいくつかのPCRサイクルのプライマーアニーリング後に検出段階を行うことを明記し、制限プライマーのアニーリングに用いる1以上のアニーリング温度を指定する使用説明書をさらに含み、その際、前記プローブの初期の濃度調整融解温度が前記1以上のアニーリング温度の平均より少なくとも5℃低い、請求項85に記載のキット。
【請求項８８】
前記プローブの初期の濃度調整融解温度が前記1以上のアニーリング温度の平均より少なくとも10℃低い、請求項87に記載のキット。
【請求項８９】
前記アンプリコンの融解温度が余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度を18℃以下上回る、請求項80〜88のいずれか1項に記載のキット。
【請求項９０】
前記アンプリコンの濃度調整融解温度が余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度を7〜15℃上回る、請求項89に記載のキット。
【請求項９１】
少なくとも1つの予め選択したDNA標的配列について均一ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)アッセイを行うための試薬キットであって、耐熱性DNAポリメラーゼ、dNTP、各標的配列に対し、第1のアンプリコンを生成するための1対のマッチしたPCR制限プライマー、第1のアンプリコンを鋳型として利用して第2の一本鎖アンプリコンを生成するための余剰プライマー、および第2のアンプリコンの存在を示すシグナルを発する標識ハイブリダイゼーションプローブを含んでなり、ここにおいて、制限プライマーは最大200nMまでの濃度で第1の等モル量で使用するものであること、余剰プライマーは制限プライマーの濃度より少なくとも5倍高いの濃度で、かつ第1の量より少なくとも5倍多い第2の量で使用するものであること、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度は制限プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも5℃低いこと、を特徴とするキット。
【請求項９２】
第2のアンプリコンの融解温度が、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度を25℃以下上回る、請求項91に記載のキット。
【請求項９３】
第2の量が第1の量より少なくとも10倍多く、余剰プライマーが制限プライマーの濃度より少なくとも10倍高い濃度で使用される、請求項91または92に記載のキット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)法による指数関数的増幅を全体的にまたは部分的に使用する方法により核酸配列を増幅することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)は、診断目的やその他の目的のアッセイのために、RNAから逆転写されたcDNAを含めて、DNAの領域を増幅するために広く使用されている。米国特許第4,683,202号、第4,683,195号および第4,965,188号を参照されたい。一般的には、PCR PROTOCOLS, a Guide to Methods and Applications, Innisら編, Academic Press (San Diego, CA (USA) 1990)を参照されたい。PCR反応は通常、対称となるように、すなわち、フォワードプライマーとリバースプライマーを等モル濃度で用いて二本鎖コピーを作製するように設計されている。これら2つのプライマーは、「つり合い」のとれた「融解温度」つまり「Tm」をもつように設計され（Innisら、9頁）、「つり合い」のとれたとは、一般的に互いに等しい温度または互いの数℃以内にある温度をさすと解される。通常用いられているプライマー設計用のコンピュータソフトウェアプログラムは、Tm差が大きくなるを避けるようにユーザーに警告しており、自動的にTmを一致させる特性を備えている。(Oligo(登録商標) Primer Analysis Software Manual, ウィンドウズ用のバージョン6.0, Molecular Biology Insights社, 第6版, 2000年3月)。デオキシリボヌクレオチド(DNA)から構成される線状プライマーのTmは、通常、「GCパーセント」法（Innisら、9頁）、または「2(A+T) + 4(G+C)」法 (Wallaceら(1979) "Hybridization of Synthetic Oligodeoxyribonucletides to phi chi 174 DNA: the Effect of a Single Base Pair Mismatch", Nucleic Acids Res. 6(11): 3543-3557)、または「Nearest Neighbor」法 (SantaLucia, J. (1998) "A Unified view of Paymer, Dumbbell, and Oligonucleotide DNA Nearest Neighbor Thermodynamics", Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 1460-1465; Allawi, H.T.およびSantaLucia, J. (1997) "Thermodynamics and NMR of Internal GT Mismatches In DNA", Biochem. 36 :10581-10594)によって決定されてきた。
【０００３】
PCRは、一本鎖鋳型を作り出すための変性すなわち鎖融解、プライマーアニーリング、およびThermus aquaticus (Taq) DNAポリメラーゼのような耐熱性DNAポリメラーゼによるプライマー伸長の一連の段階の繰り返しからなる。典型的な3段階PCRプロトコル(Innisら, 第1章参照)は、93〜95℃で5秒間以上の変性すなわち鎖融解、55〜65℃で10〜60秒間のプライマーアニーリング、およびポリメラーゼが高い活性を示す温度（Taq DNAポリメラーゼの場合は72℃）で15〜120秒間のプライマー伸長を含みうる。典型的な2段階PCRプロトコルは、プライマーアニーリング温度とプライマー伸長温度が同じ（例えば、60℃または72℃）である点で相違している。3段階PCRまたは2段階PCRのいずれの場合も、増幅するには、反応混合物を上記の一連の段階に何回も（典型的には、25〜40回）循環させる必要がある。反応期間中、各段階の時間および温度はサイクルを通して変化させなくてもよいし、反応期間中の1以上の時点でそれらを変化させて効率を促進させたり選択性を高めたりしてもよい。1対のプライマーおよび標的核酸のほかに、PCR反応混合物は一般に、等モル濃度の4種それぞれのデオキシリボヌクレオチド5’三リン酸(dNTP)、耐熱性ポリメラーゼ、2価カチオン、および緩衝剤を含有する。ポリメラーゼが逆転写酵素活性を保持しないかぎり、RNA標的の場合は逆転写酵素も加えられる。かかる反応混合物の容量は一般的に25〜100μlである。同一の反応で複数の標的配列を増幅することも可能である。cDNA増幅の場合には、PCRに用いるポリメラーゼが逆転写酵素活性を持たないかぎり、PCRの前にRNAをcDNAに逆転写するための別個の反応を行う。特定のPCR増幅のサイクル数はいくつかの要因に左右され、こうした要因には、a)出発物質の量、b)反応の効率、ならびにc)産物の検出または分析の方法および感度が含まれる。サイクル条件、試薬濃度、プライマー設計、および典型的なサイクル増幅反応のための適切な装置は当技術分野で公知である（例えば、Ausubel, F. Current Protocols in Molecular Biology (1988) Chapter 15: "The Polymerase Chain Reaction," J. Wiley (New York, NY (USA)を参照されたい)。
【０００４】
理想的には、各アンプリコンのそれぞれの鎖が一端でプライマーと結合して、その後の合成ラウンドの鋳型となる。プライマー伸長産物すなわちアンプリコンの生成速度は指数関数的で、各サイクルの間に倍増する。アンプリコンはプラス(+)鎖とマイナス(-)鎖の両方を含み、これらは互いにハイブリダイズして二本鎖を形成している。典型的なPCRを本明細書に記載する特殊な変形PCRと区別するために、ここでは典型的なPCRを「対称PCR」と呼ぶことにする。したがって、対称PCRは1以上の二本鎖アンプリコン分子の指数的増加をもたらし、各アンプリコンの両方の鎖は各複製ラウンドの間に等量で蓄積する。対称PCRによる指数的増幅の効率は徐々に低下し、アンプリコンの蓄積速度が遅くなって停止する。対称PCRの速度論的解析により、反応は、a)標的配列の両鎖が指数的に増加するが、それまでに蓄積された産物の量は一般的な検出法で検出できるレベルより少ない、検出不能な増幅期（初期サイクル）；b）標的配列の両鎖が並行して増加し続け、産物量を検出できる、検出可能な増幅期（付加的サイクル）；c)アンプリコンの両鎖の合成が徐々に止み、産物量がもはや増加しない、プラトー期（終末サイクル）を含むことが明らかにされている。対称PCR反応は次第に遅くなって停止するが、その理由は、漸増濃度の相補的アンプリコン鎖が互いにハイブリダイズ（再アニーリング）し、各プライマーがそのそれぞれの標的鎖とハイブリダイズできなくなるからである。一般的には、反応は、検出可能な量の産物の蓄積を達成するのに必要とされる正確なサイクル数に関係なく、その蓄積を保証するのに十分に長く進行する。
【０００５】
増幅産物の分析はいくつかの手段のうちのいずれかにより行われる。例えば、増幅された標的配列すなわち「アンプリコン」を大きさにより分離するために、ゲル電気泳動または、比較的最近では、キャピラリ電気泳動が広く使われている。ゲル上のバンドを視覚化するには、一般的に、エチジウムブロミドまたはSYBR(登録商標)Greenのようなインターカレート染料を使用するか、または核酸をメンブランに移行させた後、それを放射性標識もしくは蛍光標識ハイブリダイゼーションプローブで可視化する。塩基配列決定による分析では、最も一般的には、4つの反応容器のそれぞれに入れた1つのプライマーを異なるジデオキシdNTPと共に用いて、さらなる増幅を行う。これらの条件下において、それぞれの反応では、どのジデオキシdNTPが反応に加えられたかに応じて、A、T、CまたはGで終わるオリゴヌクレオチドのセットからなる線状の増幅産物が得られる。例えば、米国特許第5,075, 216号を参照されたい。
【０００６】
「リアルタイム」PCRとは、アンプリコンの蓄積を反応中のシグナルの変化によりモニタリングするためにリポーター（一般的には、蛍光成分）が存在するPCR反応のことである。この種の成分としては、SYBR(登録商標)Greenのようなインターカレート染料またはハイブリダイゼーションプローブ（プライマーとして伸長可能でもなくてもよい）がある。リアルタイムPCR法の一つである5’ヌクレアーゼ法は、標識された線状プローブ、例えばプライマー伸長段階の間にDNAポリメラーゼにより消化されて検出可能なシグナル変化をもたらす二重蛍光標識プローブ（「TaqManTMプローブ」）を利用する（米国特許第5,210,015号、第5,487,972号および第5,538,848号を参照されたい）。もう一つの方法は、二本鎖DNAと接触したとき蛍光を発する染料を利用するものである（米国特許第5,994,056号を参照されたい）。三番目の方法は「分子ビーコンプローブ」のような二重蛍光標識プローブを利用するものであるが、このプローブは一端に発蛍光団を、他端に消光体を有するヘアピンプローブであり、その標的配列とハイブリダイズしたとき開環して蛍光を発する（米国特許第5,925,517号、第6,103,476号および第6,365,729号を参照されたい）。リアルタイムPCRに有用なその他の蛍光標識プローブとしては次のものがある：Scorpionプライマー[このプライマーはPCRストッパーを介してその5’末端に連結されたヘアピンプローブ配列（ヘアピンステムに近接して配置された発蛍光団と消光体成分を含む）を有し、特異的プローブ配列がPCRのプライマー伸長後に同じDNA鎖内のその相補体に結合するときだけ蛍光が生じるようになる；Whitcombeら. (1999) "Detection of PCR Products Using Self-Probing Amplicons and Fluorescence," Nat. Biotechnol. 17: 804-807]、Amplifluorプライマー[このプライマーはその5’末端に連結されたヘアピンプローブ配列（ヘアピンステムに近接して配置された発蛍光団と消光体成分を含む）を有し、増幅産物に組み込まれてプライマーが複製するとヘアピンがほどけ、そのときだけ蛍光が生じるようになる；Nazarenkoら (1997) "A Closed Tube Format for Amplification and Detection of DNA Based on Energy Transfer," Nucleic Acids Res. 15: 2516-21]、Eclipseプローブ[この線状DNAプローブは、プローブの5’末端に位置づけられた副溝結合(minor-groove binding: MGB)タンパク質-消光体複合体とプローブの3’末端に位置づけられた発蛍光団を有し、DNAへのMGBタンパク質結合により支援された標的配列にプローブがアニーリングしかつ消光体が発蛍光団から遠ざかるときだけ蛍光が生じるようになる； Afoninaら, (2002) "Minor Groove Binder-Conjugated DNA Probes for Quantitative DNA Detection by Hybridization-Triggered Fluorescence," Biotechniques 32: 946-9]、FRETプローブ[一対のランダムコイル状または直鎖状のプローブであり、それぞれが蛍光標識されており、標的配列に隣接してハイブリダイズすると、それらの標識が蛍光共鳴エネルギー転移(FRET)により相互作用して検出可能なシグナル変化を生じるようになる]、および二本鎖蛍光プローブ[Li, Q.ら (2002) "A New Class of Homogeneous Nucleic Acid Probes Based on Specific Displacement Hybridization," Nucl. Acid Res. 30: (2)e5]。切断、加水分解、または伸長反応を受けないプローブ（すなわち、プライマーではないプローブ）は、一般的に、PCRのプライマー伸長段階の前またはその最中のいずれかに鋳型から離れるように設計されており、こうしてプ��ーブはこの時期の反応を妨害することがない。分子ビーコンプローブのようなプローブの場合は、プローブの融解温度がプライマーのアニーリングに用いる温度より一般に7〜10℃高くなっている。実際、このことは、プローブの融解温度がプローブと同じ鎖にハイブリダイズするプライマーの融解温度よりも高いことを意味する (Mackay, I.M. (2002) "Survey and Summary: Real-time PCR in Virology", Nucleic Acids Res. 30(6): 1292-1305)。こうして、95℃での鎖融解後に反応温度を下げると、プローブがその標的鎖（以後、(+)鎖という）にハイブリダイズし、続いて反応がアニーリング温度に近づくと、プライマーの(+)鎖へのハイブリダイゼーションが起こる。反応がアニーリング段階の終わりに再び温められると、プローブは(+)鎖から離れることとなり、一方プライマーは(+)鎖に沿って伸長する。したがって、その意図するところは、プローブがプライマー伸長を妨害してはならないということである。これらの段階では相補(-)鎖への他方のプライマーのハイブリダイゼーションおよび伸長も起こる。この反応に、(-)鎖を標的とする第2のプローブを存在させてもよい。
【０００７】
PCR反応において直接一本鎖DNAを作るために利用されている技術が「非対称PCR」である。GyllenstenおよびErlich, "Generation of Single-Stranded DNA by the polymerase chain reaction and its application to direct sequencing of the HLA-DQA Locus," Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) 85:7652-7656 (1988); Gyllensten, U.B.およびErlich, H.A. (1991) "Methods for generating single stranded DNA by the polymerase chain reaction" 米国特許第5,066,584号, 1991年11月19日。非対称PCRは、プライマーの一方が制限量で、典型的には他方のプライマーの濃度の100分の1から5分の1の量で添加される点で対称PCRと相違する。対称PCRのときと同様に、二本鎖アンプリコンは初期の温度サイクルの間に蓄積するが、一方のプライマーが、出発鋳型の数に応じて、一般的には15〜25サイクル後に、消耗する。後続のサイクルでは、消耗してないプライマーを利用して一方の鎖の線形増幅が起こる。Gyllenstenの上記特許を含めて、文献に記載されている非対称PCR反応で用いるプライマーは、対照PCRでの使用が知られているプライマーと同じものであることが多い。Poddar (Poddar, S. (2000) "Symmetric vs. Asymmetric PCR and Molecular Beacon Probe in the Detection of a Target Gene of Adenovirus," Mol. Cell Probes 14: 25-32)は、40回の熱サイクルを含むエンドポイントアッセイによりアデノウィルス基質を増幅するために対称および非対称PCRを比較検討した。彼の報告によれば、50：1のプライマー比が最適であり、非対称PCRは感度が良好であったものの、含まれる標的分子の数が少ないと予想された希薄な基質溶液の場合には、感度が著しく低下した。
【０００８】
非対称PCRは1988年にはすでに知られていたが、ひとつの技術として広く使用されてこなかった。その理由は、それぞれのアンプリコンについて実験条件を最適化するのに多大の時間を費やす必要があったためである。J.K. BallおよびR. Curran (1997)は、"Production of Single-Stranded DNA Using a Uracil-N-glycosylase-Mediated Asymmetric Polymerase Chain Reaction Method," Analytical Biochemistry 253: 264- 267において次のように述べている：「非対称増幅が確実に起こるようにするために、異なる濃度の各プライマーを含む数本の複製チューブが用意されるが、この理由のためこの技術は広く利用されていない」。
【発明の開示】
【０００９】
本明細書中で用いるいくつかの用語は次のように定義された意味を有する：
オリゴヌクレオチドのTmまたは融解温度とは、一本鎖オリゴヌクレオチドの集団中の50％の分子がその相補配列とハイブリダイズしているが、前記集団中の50％の分子がその相補配列とハイブリダイズしていない温度（℃）を意味する。プライマーまたはプローブのTmは融解曲線を用いて実験的に決定することができる。ある場合には、計算によってもTmを得ることができる。対称および非対称PCRプライマー対の設計の場合は、つり合いのとれたTmが、一般的に、1価塩濃度とプライマー濃度の条件の所定のセットで、初期のころに論じられた3つの方法のうちの1つ、すなわち「GC％」、「2(A+T) + 4(G+C)」、または「Nearest Neighbor」式により算出される。Nearest Neighborで算出する場合には、両プライマーのTmは計算または測定で使用するために選ばれた濃度に左右され、2つのプライマーのTmの差はプライマー濃度が等モルであるかぎり実質的に変化することはなく、PCRプライマーの測定および計算に関しても通常それらは同様である。Tm[1]は、1マイクロモル（1μM＝10-6M）のプライマー濃度および0.07モルの1価カチオンの特定の標準条件で算出されたPCRプライマーのTmを意味する。本出願においては、特に断らないかぎり、Tm[1]はNearest Neighbor式：Tm = ΔH/(ΔS + R ln (C/2)) -273.15 + 12 log [M]を用いて計算される。この式は発表された式（Le Novere, N. (2001), "MELTING, Computing the Melting Temperature of Nucleic Acid Duplex," Bioinformatics 17: 1226-7)に基づくものである。ΔHはエンタルピーであり、ΔSはエントロピーであり（ΔHおよびΔSの計算はいずれもAllawiおよびSantaLucia, 1997に基づく）、Cはオリゴヌクレオチドの濃度（10-6M）であり、Rは普遍的な気体定数であり、[M]は1価カチオンのモル濃度(0.07)である。この式に従うと、オリゴヌクレオチドのヌクレオチド塩基組成（項目ΔHおよびΔSに含まれる）、塩濃度、およびオリゴヌクレオチドの濃度（項目Cに含まれる）がTmに影響する。一般的に、同じ長さのオリゴヌクレオチドの場合、オリゴヌクレオチドのグアニンおよびシトシン塩基の含量が増加するにつれてTmは上昇するが、オリゴヌクレオチドの濃度が低下するにつれてTmは降下する。A、T、CおよびG以外のヌクレオチドを含むかまたは共有結合修飾を有するプライマーの場合は、当技術分野で知られているハイブリダイゼーション融解分析によりTm[1]を実験的に測定する。
【００１０】
Tm[0]は、PCR増幅の開始時のPCRプライマーまたはプローブのTmであり、その出発物質の濃度、長さおよび組成を考慮に入れてある。特に断らないかぎり、Tm[0]は、1価カチオンの濃度が0.07Mであり、プライマーの配列に相補的な配列を有する標的オリゴヌクレオチドの濃度が途方もなく過剰であると仮定した標準条件のもとに、反応混合物中のプライマーの実際の出発濃度で算出されたPCRプライマーのTmである。標的配列がプライマーに完全には相補的でない場合には、その相補体に対するプライマーのTm[0]だけでなく、プライマーと標的の間に形成された不完全なハイブリッドの濃度調整融解温度をも考慮に入れることが重要である。本出願において、プライマーのTm[0]は、Nearest Neighbor式および先の段落で述べた条件を採用するが、プライマーの実際のマイクロモル出発濃度を用いて算出される。A、T、CおよびG以外のヌクレオチドを含むかまたは共有結合修飾を有するプライマーの場合は、当技術分野で知られているハイブリダイゼーション融解分析によりTm[0]を実験的に測定する。
【００１１】
本明細書中で用いる上付き添字Xは余剰プライマーをさし、上付き添字Lは制限プライマーをさし、上付き添字Aはアンプリコンをさし、そして上付き添字Pはプローブをさす。
【００１２】
TmAは、その相補体にハイブリダイズしたアンプリコン（二本鎖アンプリコンまたは一本鎖アンプリコンのいずれか）の融解温度を意味する。本出願において、特に断らないかぎり、アンプリコンの融解温度つまりTmAは、次のGC％式により算出されたTmをさす：TmA = 81.5 + 0.41 (G% + C%) - 500/L + 16.6 log [M]/(1 + 0.7 [M])、ここで、Lはヌクレオチドの長さであり、[M]は1価カチオンのモル濃度である。
【００１３】
Tm[0]Pは、標的に対するプローブの、または標的配列に実際に相補的なプローブの部分（例えば、分子ビーコンプローブのループ配列）の濃度調整融解温度をさす。大部分の直鎖状プローブの場合、Tm[0]Pは、Tm[0]の場合と同様に、先に示したNearest Neighbor式を用いて算出されるが、好ましくは実験的に測定される。分子ビーコンの場合は、GC％法を利用する市販のコンピュータプログラム（Marras, S.A.ら (1999) "Multiplex Detection of Single-Nucleotide Variations Using Molecular Beacons," Genet. Anal. 14: 151-156参照）を用いて、またはNearest Neighbor式を用いて、Tm[0]Pのおおまかな概算値を算出することができるが、好ましくは実験的に測定する。非慣用の塩基を有するプローブおよび二本鎖のプローブの場合には、Tm[0]Pが実験的に決定される。
【００１４】
CTは、閾値サイクルを意味し、リアルタイムPCR増幅アッセイにおいてアンプリコンの生成を示すリポーターからのシグナルがバックグラウンドを超えて最初に検出可能になるサイクルをさす。実験的に測定されるバックグラウンドレベルはわずかなばらつきがあるので、先に行った5〜10回の熱サイクルの平均バックグラウンドレベルをシグナルが10標準偏差上回ったときの反応時点にCTを決定することが標準的なプラクティスである。
【００１５】
本明細書中で用いる「ハイブリダイズする」または「ハイブリダイゼーション」という用語は、当技術分野で公知であり、二本鎖分子を形成させるための相補的DNAおよび／またはRNA配列の水素結合を含むものである。本明細書中で用いる場合、ハイブリダイゼーションは、相補配列にたった１塩基対のミスマッチがあるとき、第1のオリゴヌクレオチドプライマーまたはオリゴヌクレオチドプローブと標的配列との塩基対合を抑制するかまたは防止さえするレベルのストリンジェンシーに調整しうる条件下で行われる。したがって、ハイブリダイゼーションに関する「ストリンジェントな条件」には、相補配列にミスマッチがあるとき、オリゴヌクレオチドプライマーまたはオリゴヌクレオチドプローブと別の配列との塩基対合を最小限に抑えたり、防止する条件が含まれる。異なって標識された配列特異的分子ビーコンプローブのようなハイブリダイゼーションプローブをストリンジェントな条件下で用いる場合、それらは「対立遺伝子識別性」であることが認められる。なぜなら、１塩基対程度のミスマッチでも正確でないプローブのハイブリダイゼーションを不安定にするのに十分だからである。リアルタイムPCRの場合には、プローブの設計、マグネシウムの濃度、標的にハイブリダイズするときの温度に注意を払うことで「対立遺伝子の識別」が達成される。プローブのループ配列とその標的配列との単一塩基対ミスマッチは、長いループ配列よりもむしろ短いループ配列を有する分子ビーコンの場合に、より大きな不安定効果を及ぼす傾向がある。こうした理由のため、通常、長いループ配列よりもむしろ短いループ配列をもつ分子ビーコンがより高い「対立遺伝子識別性」を有する。
【００１６】
PCR増幅に関して本明細書中で用いる「増幅標的配列」とは、PCRの段階で複製するための鋳型を提供するDNA配列のことである。増幅標的配列は一本鎖でも二本鎖でもよい。出発物質がRNA、例えばメッセンジャーRNAである場合は、相補的DNAを作製するためのRNAの逆転写によりDNA増幅標的配列を取得し、cDNA分子が増幅標的配列となる。したがって、RNAについてのPCRアッセイにおいて、ハイブリダイゼーションプローブはcDNA増幅標的配列の複製を示すシグナルを発し、RNA（その逆転写により、増幅標的配列を含むcDNA分子が生成される）の存在を間接的に表している。増幅標的配列はそれを増幅するために用いるプライマーの対によって長さが挟まれる。より長い伸長産物が、Mullisの米国特許第4,683,202号に説明されているように、少量存在することがあるが、かかる産物は指数的に増幅されることはなく、一方目的の伸長産物は、二本鎖であろうと非対称PCRでの一本鎖であろうと、プライマー対により挟まれた、指数的に増幅された配列（アンプリコン）である。増幅標的配列は単一の配列でありうる。しかし、ある場合には、増幅標的配列が対立遺伝子変異を含むため、単一の配列とはならないことがある。変異を含む増幅標的配列についてのアッセイでは、全ての変異に対する1つの検出プローブ、1つの変異体に対する単一の対立遺伝子識別性プローブ、または各変異体に1つずつの複数の対立遺伝子識別性プローブを利用しうる。
【００１７】
本明細書中で交換可能に用いられる「核酸プライマー」、「プライマー分子」、「プライマー」および「オリゴヌクレオチドプライマー」という語は、短い（通常は約16〜50塩基）一本鎖オリゴヌクレオチドを含み、対応する鋳型核酸分子とのハイブリダイゼーション後に、適切なポリメラーゼ分子による相補的核酸鎖の合成のための出発点として機能する。プライマー分子は鋳型核酸分子のセンス鎖またはアンチセンス鎖のいずれに相補的であってもよい。プライマーは天然もしくは合成のオリゴヌクレオチド、または両者の組合せから成っている。PCRプライマー対のプライマーが等濃度で用いられない場合は、より低濃度で加えられるプライマーが「制限プライマー」（Limiting Primer）であり、より高濃度で加えられるプライマーが「余剰プライマー」（Excess Primer）である。
【００１８】
本明細書中で交換可能に用いられる「核酸プローブ」、「プローブ分子」、「オリゴヌクレオチドプローブ」および「ハイブリダイゼーションプローブ」という語は、プローブが標的にハイブリダイズするように、検出すべき標的核酸配列に相補的な特定された核酸配列を含む。プローブは一般的に、標的配列へのハイブリダイゼーションを容易にアッセイできるように、検出可能に標識される。プローブは天然または合成のオリゴヌクレオチドから成り、標識プライマーを含みうる。いくつかのハイブリダイゼーションプローブ、例えば分子ビーコンプローブは、プローブを加水分解してシグナルを発する酵素作用を必要とすることなく、その相補配列にハイブリダイズしたとき検出可能なシグナルを発する。本発明者らは、標的にハイブリダイズして「ハイブリダイゼーション時にシグナルを発する」プローブのようなプローブについて言及する。他のプローブ、例えばTaqManTM二重蛍光標識ランダムコイルプローブは増幅反応中に切断つまり加水分解を受けるが、その加水分解が検出可能なシグナルの変化をもたらす。シグナル発生の一環として加水分解を当てにするプローブは、いわゆる「ハイブリダイゼーション時にシグナルを発する」プローブではない。
【００１９】
「分子ビーコンプローブ」とは、オリゴヌクレオチドの3’および5’末端の塩基（典型的には5〜8塩基）が相補的である一本鎖のオリゴヌクレオチド（典型的には25〜35塩基長）のことである。分子ビーコンプローブはプライマーを鋳型にアニーリングするために用いる温度またはそれより低い温度（典型的には約60℃以下）でヘアピン構造を形成する。このヘアピンの二重らせんステムには、プローブの3’末端に結合させた消光体にごく接近してプローブの5’末端に発蛍光団が結合させてある。このコンフォメーションにおいてプローブが蛍光を発することはない。プローブが二本鎖ステムの融解および分離に必要とされる温度より高く加熱されるか、またはプローブの一本鎖ループ内の配列に相補的な標的オリゴヌクレオチドにプローブがハイブリダイズすると、発蛍光団と消光体が分離し、その結果生じるコンフォメーションが蛍光を発する。したがって、一連のPCRサイクルにおいて、シグナルをアニーリング温度で読み取る場合、アンプリコンにハイブリダイズされたビーコンの量に比例して蛍光シグナルの強度が増加する。１塩基だけ異なるアンプリコンの増加をモニタリングするために、異なるループ配列を有する分子ビーコンを異なる発蛍光団にコンジュゲートすることができる(Tyagi, S.およびKramer, F.R. (1996) "Molecular Beacons: Probes That Fluoresce Upon Hybridization," Nat. Biotech. 14:303-308; Tyagi, S.ら (1998) "Multicolor Molecular Beacons for Allele Discrimination." Nat. Biotech. 16: 49-53; Kostrikis, L.G.ら (1998) "Spectral Genotyping of Human Alleles," Science 279: 1228- 1229)。
【００２０】
本明細書中で用いる「検出可能な標識」という語は、容易に検出可能であり、ある実施形態では定量可能であるシグナルを与える成分を含む。そのような標識は当業者には周知であり、化学発光、放射性、金属イオン、化学リガンド、蛍光、または着色成分が含まれ、また、適切な基質と共にインキュベーションしたとき化学発光、蛍光、放射性、電気的、または比色シグナルを与える酵素も含まれる。シグナルの検出方法も当技術分野で周知である。
【００２１】
本明細書中で用いる「バッファー」という語には、溶液中の水素イオンとヒドロキシルイオンの相対レベルを保持することにより溶液のpHを維持するように作用する化合物が含まれる。バッファーはそれが機能しうる特定のpH範囲を有し、その機能は温度依存性であることが多い。バッファーとその緩衝能の温度依存性は当業者に周知である。
【００２２】
増幅反応に関して本明細書中で用いる「リアルタイム」とは、増幅反応を検出する方法のことである。「リアルタイム」増幅反応においては、アンプリコンまたは産物の蓄積を反応の進行中に測定するが、これに対して反応が完了したときだけ測定する方法は「エンドポイント」分析という。
【００２３】
本明細書中で用いる「最適アニーリング温度」とは、特定の試薬濃度およびサイクル回数で多量の非特異的産物を生成することなく、最大効率で指数期の反応が進行する最高温度のことである。「最大効率」とは、特定の産物が最高速度で蓄積する指数期の反応中に最低のCT値をもたらす条件を意味する。
【００２４】
本発明は、本発明者らが「指数後の線形PCR」（Linear-After-The Exponential PCR）または略して「LATE-PCR」と称する増幅方法を包含する。LATE-PCRは非対称PCR法である。すなわち、この方法はプライマーを異なる濃度で使用し、一本鎖のプライマー伸長産物つまりアンプリコンをもたらす。LATE-PCRはプライマーの設計、温度サイクルのプロファイル、およびハイブリダイゼーションプローブの設計において革新された方法である。ある種のPCR法であるので、LATE-PCRは鎖融解、プライマーアニーリング、およびDNAポリメラーゼによるプライマー伸長の基本的段階を利用しており、これらは一連の温度サイクルによって繰り返し行うことが可能である。両方のプライマーが存在するLATE-PCR増幅の初期サイクルでは、従来の対称PCRのときと同様に、LATE-PCR増幅によって標的配列の両鎖が指数的に増幅される。その後、LATE-PCRは、さらなる増幅サイクルで標的配列の一方の鎖のみを合成するように切り替わる。本発明に従う好適なリアルタイムLATE-PCRアッセイでは、反応がそのCT値に達した後の数サイクル以内に（最も好ましいアッセイでは、反応がそのCT値に達した後の１サイクルで）、制限プライマーが使い尽くされる。先に定義したように、CT値は、実験的に決定された反応のバックグラウンドレベルよりシグナルが高くなって検出可能になる熱サイクルのことである。対称PCR増幅は典型的にはプラトー期に達して、50回の熱サイクルだけで新アンプリコンの生成を停止するが、LATE-PCR増幅はプラトーに達することなく、50回をかなり超えて（100回のサイクルさえも）一本鎖アンプリコンを生成しつづける。LATE-PCR増幅およびアッセイは一般に、増幅の開始時に少数（10,000またはそれ以下）の標的分子しか存在しない場合には、60サイクル以上、好ましくは70サイクル以上を含む。
【００２５】
LATE-PCR増幅の反応混合物の成分は、例外や制限はあるにしても、対応する対称PCR増幅の反応混合物の成分と同じものである。この混合物は典型的には、等モル濃度の4種のデオキシリボヌクレオチド5’三リン酸(dNTP)、耐熱性ポリメラーゼ、二価カチオン、および緩衝剤を含有する。対称PCR増幅と同様に、追加の成分、例えばRNA標的のための逆転写酵素を含んでいてもよい。非天然dNTPを利用することができる。例えば、dTTPの代わりにdUTPを使用しうるが、dUTPはTaq DNAポリメラーゼによる取込み効率が低いために他のdNTPの濃度の3倍で使用する。
【００２６】
本明細書中で用いる「低Tmプローブ」とは、その標的（LATE-PCRでは、余剰プライマーの伸長により生成された余剰プライマー鎖である）にハイブリダイズしたときシグナルを発し、かつ余剰プライマー鎖にハイブリダイズしてその鎖に沿って伸長するプライマー（LATE-PCRでは、制限プライマーである）のTm[0]より少なくとも5℃低い、より好ましくは少なくとも10℃低いTm[0]pを有する標識ハイブリダイゼーションプローブを意味する。
【００２７】
本明細書中で用いる「超低Tmプローブ」とは、その標的（LATE-PCRでは、余剰プライマー（すなわち、低Tmプローブ）の伸長により生成された余剰プライマー鎖である）にハイブリダイズしたときシグナルを発し、かつこの反応の指数期の平均アニーリング温度より少なくとも5℃低い、より好ましくは10℃低いTm[0]pを有する標識ハイブリダイゼーションプローブを意味する。
【００２８】
PCRプライマーのTm[1]は、プライマー濃度および塩濃度の標準条件で算出される。本発明者らは、プライマーの標準濃度として1μMを選択した。なぜならば、この濃度はLATE-PCR増幅において余剰プライマーの典型的な濃度であるからである。LATE-PCR増幅では、制限プライマーの濃度は一般的に標準濃度より何倍も少ない。制限プライマーの濃度の低下は反応混合物中でのその融解温度Tm[0]Lを低下させる。こうして、等しいTm[1]を有する対称PCRのマッチしたプライマー対は、異なる濃度で使用したとき、マッチしたTm[0]をもたないだろう。実験に基づく指針として、完全にマッチする、すなわち(Tm[1]L−Tm[1]X)＝ゼロであるプライマー対は、LATE-PCRに使用したプライマー濃度では(Tm[0]L−Tm[0]X)がゼロより低くなる。本発明者らの観察に基づくと、反応の開始時に等しい初期濃度調整融解温度を有する、すなわち(Tm[0]L−Tm[0]X)＝0であるプライマー対は、本発明によれば、+5から+20℃の範囲（例えば、約5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、11℃、12℃、13℃、14℃、15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、または20℃）で標準的な算出融解温度の差、例えば(Tm[1]L−Tm[1]X)を有する。
【００２９】
本発明による増幅では、一方のプライマー「制限プライマー」の出発モル濃度を他方のプライマー「余剰プライマー」の出発モル濃度より低くする。余剰プライマーと制限プライマーの出発濃度の比は少なくとも5：1、好ましくは少なくとも10：1、より好ましくは少なくとも20：1である。余剰プライマーと制限プライマーの比は5：1、10：1、15：1、20：1、25：1、30：1、35：1、40：1、45：1、50：1、55：1、60：1、65：1、70：1、75：1、80：1、85：1、90：1、95：1、または100：1、最も好ましくは20：1から100：1までの範囲でありうる。プライマーの長さおよび配列を、好ましくは分子の5’末端で、調整または改変して、反応開始時の制限プライマーの濃度調整融解温度Tm[0]Lが、反応開始時の余剰プライマーの濃度調整融解温度Tm[0]Xより高いかまたはそれに等しくなる（±0.5℃）ようにする。好ましくはその差(Tm[0]L−Tm[0]X)を少なくとも+3、より好ましくはその差を少なくとも+5℃とする。
【００３０】
本発明による増幅は、さらなる使用（例えば、DNA塩基配列決定用の出発物質として、または他の反応でのプローブとしての使用）に供するための一本鎖産物を生成するために使用することができ、あるいは、特定の核酸配列のアッセイ（リアルタイム定量アッセイを含む）において使用することができる。全ての場合に、Tm[0]XとTmAとの関係が存在し、LATE-PCRではこれらが考慮される。TmAはTm[0]Xより高いが、これら2つの数値の差が大きすぎると、比較的少ない量の一本鎖産物が生成する。その後の使用または分析のための産物を生成するように設計された反応の場合には、（TmA−Tm[0]X）が18℃以下、好ましくは15℃以下となるようにすべきである。ハイブリダイズしないプローブを採用するリアルタイムアッセイでは、全ての場合に、（TmA−Tm[0]X）を25℃より低く、好ましくは20℃より低く、さらに好ましくは18℃より低くすべきである。
【００３１】
本発明による増幅およびアッセイは、ある濃度範囲の標的分子とプライマーを含有する初期反応混合物を用いて実施することができる。本発明によるLATE-PCRアッセイは、小さい反応混合物容量および比較的少ない標的配列含有分子（「低コピー数」と称することもある）を利用する増幅に特に適している。LATE-PCRは大量の標的（例えば、106コピーまでの標的分子）を含有するサンプルをアッセイするために使用することができるが、好適な範囲は、はるかに少ない量、1〜50,000コピー、より好ましくは1〜10,000コピー、さらに好ましくは1〜1,000コピーである。制限プライマーの濃度は数ナノモル(nM)から200nMまでとすべきである。制限プライマーの濃度は、検出感度が許容するかぎり前記範囲の下端の方である。利用可能なプローブおよび検出に関する好ましい範囲は、後述するように、20〜100nMである。
【００３２】
対称または非対称のいずれのPCRの場合とも同様に、本発明によるLATE-PCR増幅は、鎖融解、プライマーアニーリング、およびプライマー伸長の段階を経る反復熱サイクルを包含する。3段階の温度および時間は、対称PCRと同様に、典型的には、鎖融解が93〜95℃で5秒以上、プライマーアニーリングが55〜65℃で10〜60秒、プライマー伸長が72℃で15〜120秒である。本発明の3段階PCR増幅の場合、30秒より長いプライマーアニーリング時間は好ましくない。より好ましい範囲は10〜20秒である。PCR増幅の温度および時間の変更は当業者に公知であり、総じてLATE-PCRにも適用できる。例えば、ある温度がプライマーアニーリングとプライマー伸長の両方に用いられる、いわゆる「2段階」PCRをLATE-PCRに用いることができる。「2段階」反応の場合には、合体させたアニーリング-伸長段階が30秒より長くてもよいが、可能なかぎり短いほうがよく、120秒より長くないことが好ましい。
【００３３】
本発明の一形態は、デオキシリボ核酸(DNA)標的配列、1対のPCRプライマー、dNTP、および耐熱性ポリメラーゼを含有するPCR反応混合物を、鎖融解、プライマーアニーリングおよびプライマー伸長のPCR段階からなる熱サイクルに繰り返し供することを含んでなる非対称ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)法であり、ここにおいて、増幅の開始時に、(a)前記反応混合物は最大1,000,000コピーまでの核酸標的を含有すること、(b)PCRプライマー対は制限プライマーと余剰プライマーを含み、制限プライマーは最大200nMまでの濃度で存在し、余剰プライマーは制限プライマーより少なくとも5倍高い濃度で存在すること、(c)制限プライマーの初期の濃度調整融解温度は、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度に等しいか、またはそれより高いこと、(d) 制限プライマーの前記標的配列とハイブリダイズする部分の濃度調整融解温度は、余剰プライマーの濃度調整融解温度より5℃以下低いこと、(e)余剰プライマーの伸長により生成されたアンプリコンの融解温度は、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度を18℃以下上回ること、(f)制限プライマーの消耗後に、余剰プライマーを用いる線形増幅の複数サイクルを含めるのに十分な回数、熱サイクルを繰り返すこと、を特徴とする。前記方法は、2以上の標的配列にも使用することができ、その場合、反応混合物は各標的につき一対のPCRプライマーを含有する。この方法はまた、リボ核酸(RNA)分子を逆転写してDNA標的配列を生成させることを含んでいてもよい。
【００３４】
本発明の別の形態は、低コピー数の標的に適用される上記の増幅方法であり、ここにおいて、反応混合物はたった50,000コピーの核酸標的、または10,000コピー、1000コピー、もしくは1コピーだけを含有し、あるいは単一の細胞に由来するDNAまたはcDNAを含有する。
【００３５】
本発明の別の形態は、制限プライマーの初期の濃度調整融解温度が、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度より3〜10℃高く、場合により、しかし好ましくは、余剰プライマーが500〜2000nMの濃度でかつ制限プライマーより少なくとも10倍高い濃度で存在し、さらに場合により、しかし好ましくは、アンプリコンの融解温度が、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度より7〜15℃高いことを特徴とする、上記の増幅方法である。
【００３６】
本発明の別の形態は、プライマーアニーリング段階の持続時間が30秒より長くないことを特徴とする上記方法である。
【００３７】
本発明の別の形態は、上記方法の変法であり、余剰プライマーの一本鎖の伸長産物を二本鎖の産物に変換する少なくとも1回の最終熱サイクルをさらに含み、その際、PCR反応混合物には、余剰プライマーの伸長産物をプライミングすることができかつ余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも5℃低い、より好ましくは少なくとも10℃低い初期の濃度調整融解温度を有する低温プライマーを添加し、またその際、アニーリング温度を低温プライマーの初期の濃度調整融解温度より高く維持するが、少なくとも1回の最終サイクルにおいては、低温プライマーをハイブリダイズさせるためにアニーリング温度を下げることを特徴とする。
【００３８】
本発明の別の形態は、デオキシリボ核酸(DNA)標的配列、1対のマッチした制限PCRプライマー、追加の余剰プライマー、dNTP、および耐熱性ポリメラーゼを含有するPCR反応混合物を、鎖融解、プライマーアニーリングおよびプライマー伸長のPCR段階からなる熱サイクルに繰り返し供することを含んでなる非対称ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)法であり、ここにおいて、マッチしたPCRプライマーは最大200nMまでのほぼ等モル濃度で存在すること、余剰プライマーは制限プライマーより少なくとも5倍高い濃度で存在すること、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度は制限プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも5℃低い、より好ましくは少なくとも10℃低いこと、またここにおいて、この反応は第1期と第2期を含んでなり、第1期ではアニーリング温度が余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度より高く、マッチした制限プライマーが第1のアンプリコンを生成し、第2期ではアニーリング温度が下げられ、余剰プライマーが、第1のアンプリコンを鋳型として使用して、第1のアンプリコンより短い第2のアンプリコンを生成すること、ここにおいて、第2のアンプリコンの融解温度は余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度を25℃以下、より好ましくは18℃以下上回ること、を特徴とする。
【００３９】
本発明の別の形態は、一本鎖アンプリコンの分離を伴う非対称ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)法であり、この方法は、
a)  DNA標的、前記標的のための1対のPCRプライマー、dNTP、および耐熱性DNAポリメラーゼを含有するPCR反応混合物を、鎖融解、プライマーアニーリングおよびプライマー伸長のPCR段階からなる熱サイクルに繰り返し供すること、ここにおいて、(i)前記PCRプライマーの対は制限プライマーと余剰プライマーを含み、(ii)制限プライマーは最大200nMまでの濃度で存在し、余剰プライマーは制限プライマーより少なくとも5倍高い濃度で存在し、(iii)制限プライマーの初期の濃度調整融解温度は、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度に少なくとも等しく、さらに好ましくはそれより3〜10℃高く、(iv)制限プライマーの消耗後に、余剰プライマーを用いる線形増幅の複数サイクルを含めるのに十分な回数、熱サイクルを繰り返すこと、
b)  少なくとも線形増幅のサイクルの間、プライマー伸長段階の後に、余剰プライマーの一本鎖伸長産物を、固定化された捕捉プローブに前記産物をハイブリダイズさせることで反応混合物から永久的に分離すること、
を特徴とする。この方法の好ましい変形は、固定化された捕捉プローブが熱的に隔離された産物分離ゾーンにあり、前記分離段階が反応混合物を前記ゾーンに通すことを含む。この方法のいくつかの好ましい変形において、捕捉プローブは分離可能（例えば、反応混合物から物理的に分離することができるビーズ）であるか、または少なくとも1つの反応ゾーンから物理的に隔離しうる産物分離ゾーンにあり、前記捕捉プローブを定期的に分離して、反応混合物との接触なしに、例えば反応混合物が少なくとも1つの反応ゾーンにある間に、前記捕捉プローブにハイブリダイズされた産物を回収することをさらに含む。その他の好ましい変形において、アンプリコンの融解温度は余剰プライマーの濃度調整融解温度を18℃以下上回る。さらに他の好ましい変形において、余剰プライマーは500〜2000nMの濃度で存在し、かつ制限プライマーより少なくとも10倍高い濃度で存在する。
【００４０】
本発明の別の形態は、非対称ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)増幅を用いてDNA標的配列をリアルタイムで検出するための均一アッセイ法であり、この方法は、前記標的配列、前記標的配列を増幅するための1対のPCRプライマー、dNTP、前記増幅によるアンプリコン産物と結合する少なくとも1つの標識ハイブリダイゼーションプローブ、および耐熱性DNAポリメラーゼを含有するPCR反応混合物を、鎖融解、プライマーアニーリングおよびプライマー伸長のPCR段階からなる熱サイクルに複数回供することを含んでなり、ここにおいて、(i)PCRプライマー対は制限プライマーと余剰プライマーを含み、(ii)制限プライマーは最大200nMまでの濃度で存在し、余剰プライマーは制限プライマーの濃度より少なくとも5倍高い濃度で存在し、(iii)制限プライマーの初期の濃度調整融解温度は、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度に少なくとも等しく、(iv)前記プローブはPCRのプライマーアニーリング段階の間に前記アンプリコンとハイブリダイズし、(v)アンプリコンの融解温度は余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度を25℃以下上回り、(vi)制限プライマーの消耗後に、余剰プライマーを用いる線形増幅の複数サイクルを含めるのに十分な回数、熱サイクルを繰り返し、(vii)前記プローブは、前記線形増幅の間の産物生成の指標となる検出可能なシグナルを発する、ことを特徴とする。このアッセイ法のいくつかの変形において、ハイブリダイゼーションプローブは、制限プライマーの伸長産物と結合しかつ余剰プライマーの伸長の間にポリメラーゼによって加水分解されて検出可能なシグナルを発する二重標識蛍光プローブである。さらに好ましい変形において、ハイブリダイゼーションプローブは、余剰プライマーの伸長産物と結合しかつハイブリダイゼーションの際にシグナルを発する二重標識蛍光プローブであり、例えば分子ビーコンプローブ、FRETプローブ対、ハイブリダイズしたプローブ対、およびヘアピンプローブが結合されている余剰プライマーである。いくつかの好ましい変形は1つの対立遺伝子変異体のための第1のプローブおよび別の対立遺伝子変異体のための第2のプローブを含む。このアッセイ法はcDNA標的配列を生成するためにリボ核酸(RNA)分子を逆転写することをさらに含んでもよい。
【００４１】
上記のアッセイ法は、例えば反応混合物が50,000コピーの核酸標的、または1000コピーもしくは1コピーでさえ、または単一の細胞に由来するcDNAを含有するといった、少ないコピー数の標的を対象としうる。ある好ましい実施形態において、制限プライマーの初期の濃度調整融解温度は、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度より3〜10℃高い。ある好ましい実施形態において、余剰プライマーは500〜2000nMの濃度で存在し、かつ制限プライマーより少なくとも10倍高い濃度で存在する。ある好ましい実施形態において、アンプリコンの融解温度は余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度より7〜15℃高い。最も好ましい実施形態では、プライマーアニーリング段階の持続時間が30秒より長くない。
【００４２】
LATE-PCRは、1000から100万の範囲の少数または極めて少数のDNA分子の検出を可能にする輝度の高いプローブ、例えばQuantum Dots(登録商標)で標識されたプローブ、の使用と組み合わせることができる。プローブのシグナル強度が増加すると、LATE-PCRにより生成されるはずの一本鎖分子の数が減少する。これは、制限プライマーの絶対濃度を下げるか、または制限プライマーの濃度を一定にして反応の容量を少なくすることにより、達成しうる。制限プライマーの絶対濃度が低下しかつ生成される一本鎖分子の数が減少するため、より少数の分子の検出は、余剰プライマーが産物一本鎖の標的鎖への再アニーリングと競合する必要がない条件下で行われる。輝度の高いプローブの存在下で実施されるLATE-PCR反応は、例えばマイクロフルイディクスを用いて反応を行うチップおよびチャンバーを作製するための、小型化によく適合する。したがって、（TmA−Tm[0]X）＜ 25であるという要件が緩和されるようになる。
【００４３】
本発明の別の形態は、非対称ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)増幅を用いてDNA標的配列を検出するための均一アッセイ法であり、この方法は、前記標的配列、前記標的配列のための1対のPCRプライマー、dNTP、標識された低温ハイブリダイゼーションプローブ、および耐熱性DNAポリメラーゼを含有するPCR反応混合物を、鎖融解、プライマーアニーリングおよびプライマー伸長のPCR段階からなる熱サイクルに複数回供することを含んでなり、ここにおいて、(i)PCRプライマー対は制限プライマーと余剰プライマーを含み、(ii)制限プライマーは最大200nMまでの濃度で存在し、余剰プライマーは制限プライマーの濃度の少なくとも5倍の濃度で存在し、(iii)制限プライマーの初期の濃度調整融解温度は余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度に等しいか、またはそれより高く、(iv)アンプリコンの融解温度は余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度を25℃以下上回り、(v)低温ハイブリダイゼーションプローブは余剰プライマーの伸長産物と結合しかつハイブリダイゼーションの際に検出可能なシグナルを発し、(vi)低温ハイブリダイゼーションプローブの初期の濃度調整融解温度は、制限プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも5℃低く、(vii)制限プライマーの消耗後に、余剰プライマーを用いる線形増幅の複数サイクルを含めるのに十分な回数、熱サイクルを繰り返し、(viii)前記最適アニーリング温度より低い温度で検出を行う、ことを特徴とする。
【００４４】
このアッセイ法のいくつかの実施形態において、低温ハイブリダイゼーションプローブの初期の濃度調整融解温度は、制限プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも10℃低い。このアッセイ法のいくつかの実施形態において、プライマーアニーリングは、プライマーアニーリング中に低温プローブをハイブリダイズさせるために十分低温で、かつ十分な時間にわたり行い、シグナル検出をその段階の間に行う。さらに好ましい実施形態では、PCR増幅が、少なくとも最後の数サイクルの指数的増幅および後続サイクルの線形増幅において、プライマーアニーリング後に追加の検出段階を含み、前記検出段階は低温ハイブリダイゼーションプローブがハイブリダイズしてシグナルを発するのに十分低温で、かつ十分な時間にわたり行われ、また、プライマーアニーリングのPCR段階は前記プローブがハイブリダイズしてシグナルを発するほど十分低温で、かつ十分な時間にわたり行われない。いくつかの好ましい実施形態において、低温ハイブリダイゼーションプローブの初期の濃度調整融解温度は、増幅反応のアニーリング段階の温度より少なくとも5℃低い、さらに好ましくは少なくとも10℃低く、またここにおいて、少なくとも線形増幅サイクルは、プライマー伸長後に、好ましくは10〜30秒間の低温検出段階（ここでは、温度をアニーリング温度より低く下げて前記プローブをハイブリダイズさせる）を含み、検出を実施する。これらの実施形態の変形では、PCR反応混合物が余剰プライマーに相補的で、余剰プライマーの初期の濃度調整融解温度より少なくとも5℃低い初期の濃度調整融解温度を有する低温マスキングオリゴヌクレオチドをさらに含有する。他の変形では、低温ハイブリダイゼーションプローブが分子ビーコンプローブである。
【００４５】
本発明の別の形態は、前記増幅およびアッセイを行うためのプライマーまたはプライマーとプローブを含有するオリゴヌクレオチドセットである。制限プライマーと余剰プライマーの比を一定にするために、プライマーを単一のバッファー中で一緒に用いることが好ましい。また、オリゴヌクレオチドセットは、(Tm[0]L−Tm[0]X)が本発明の基準を確実に満たすように、少なくとも一方のプライマーまたは両プライマーの混合物の意図する濃度を指定することが好ましい。
【００４６】
本発明の別の形態は、前記アッセイを行うための試薬キットである。このキットは、プライマーとプローブのほかに、少なくともDNAポリメラーゼとdNTPを含有する。アッセイを行うのに必要な試薬を全部含むことが好ましい。しかし、ポリメラーゼのような個々の試薬を個別にパッケージすることもできる。キットは特定のアッセイを行うための使用説明書を含むべきである。
【００４７】
本発明の別の形態は、1コピーから約10,000コピーまでの核酸標的配列を含有するサンプル中に存在する前記標的配列を増幅する方法であり、この方法は、
a)  核酸標的配列を第1のオリゴヌクレオチドプライマーおよび第2のオリゴヌクレオチドプライマーと接触させること、ここにおいて、第1のプライマーのTmは第2のプライマーのTmより少なくとも5℃、好ましくは10℃または20℃高く、第2のプライマーの濃度は最大1000nMで、第1のプライマーの濃度より少なくとも約10倍、好ましくは20〜100倍高いこと、
b)  前記標的配列をポリメラーゼ連鎖反応により前記第1および第2のオリゴヌクレオチドプライマーを用いて増幅すること、ただし、前記反応はアンプリコン生成の指数期と、これに続く第2のプライマーのみを利用するアンプリコン生成の線形期とを有すること、
を特徴とする。
【００４８】
本発明の別の形態は、約10,000コピーまでの少なくとも1つの核酸配列を含有するサンプル中の前記少なくとも1つの標的配列を検出する方法であり、この方法は、
a)  少なくとも1つの核酸標的配列を、それとハイブリダイズできる第1のオリゴヌクレオチドプライマーおよびそれとハイブリダイズできる第2のオリゴヌクレオチドプライマーと接触させること、ここにおいて、第1のプライマーのTmは第2のプライマーのTmより少なくとも5℃、好ましくは10〜20℃高く、第2のプライマーの濃度は最大1000nMで、第1のプライマーの濃度より少なくとも約10倍高いこと、
b)  前記少なくとも1つの標的配列をポリメラーゼ連鎖反応により前記第1および第2のオリゴヌクレオチドプライマーを用いて増幅すること、ただし、前記反応はアンプリコン生成の指数期と、これに続いて第2のプライマーのみを利用するアンプリコン生成の線形期とを有すること、
c)  第2のプライマーから生成されたアンプリコンを、それにターゲッティングされる第1のハイブリダイゼーションプローブを用いて、ポリメラーゼ連鎖反応中にリアルタイムで検出すること、
を特徴とする。核酸配列は対立遺伝子変異を受けやすい遺伝子配列であり、前記第1のハイブリダイゼーションプローブは第1の対立遺伝子変異体にターゲッティングされる。第2のプライマーから生成されたアンプリコンは、第2の対立遺伝子変異体にターゲッティングされる第2のハイブリダイゼーションプローブを用いて、ポリメラーゼ連鎖反応中にリアルタイムで検出することができる。いくつかの実施形態において、第2のプライマーの濃度は第1のプライマーの濃度の20〜100倍である。この方法は少なくとも2つの異なる核酸配列を検出するために使用することができ、その場合には、前記方法が、各核酸配列を、それとハイブリダイズできる第1のプライマーおよびそれとハイブリダイズできる第2のプライマーと接触させることを含む。いくつかの好ましい実施形態では、検出がプライマー伸長と鎖融解のPCR段階の間に、好ましくはプライマー伸長温度より低い温度で行われる。プローブは、とりわけ、分子ビーコンプローブまたは二本鎖プローブでありうる。
【００４９】
本発明の別の形態は、予め選択した少なくとも1つの核酸標的配列のための少なくとも1対のポリメラーゼ連鎖反応用プライマーを含む組成物であり、前記少なくとも1対は第1のプライマーと第2のプライマーからなり、ここにおいて、第1のプライマーのTmは第2のプライマーのTmより少なくとも5℃、好ましくは10〜20℃高く、第2のプライマーの濃度は第1のプライマーの濃度より少なくとも約10倍、好ましくは20〜100倍高い。好ましい実施形態は少なくとも1つのハイブリダイゼーションプローブを含み、1つは第2のプライマーの伸長産物に対してターゲッティングすることが好ましい。プローブは分子ビーコンプローブでありうる。
【００５０】
本発明の別の形態は、予め選択した少なくとも1つの核酸標的配列についてリアルタイムポリメラーゼ連鎖反応アッセイを行うための試薬キットであり、このキットは、第1のプライマーと第2のプライマーを含む少なくとも1対のポリメラーゼ連鎖反応用プライマー、4種のデオキシリボヌクレオチド三リン酸、耐熱性DNAポリメラーゼ、およびハイブリダイゼーションの際に検出可能なシグナルを発する標識ハイブリダイゼーションプローブを含有し、ここにおいて、
a)  第1のプライマーのTmは第2のプライマーのTmより少なくとも5℃、好ましくは10〜20℃高く、第2のプライマーの濃度は第1のプライマーの濃度より少なくとも10倍、好ましくは20〜100倍高いこと、
b)  分子ビーコンでありうる標識ハイブリダイゼーションプローブは第2のプライマーの伸長産物に対してターゲッティングすること、
を特徴とする。
【００５１】
本発明はまた、LATE-PCR増幅を利用するアッセイを含み、これには、増幅の後期サイクルの間に一本鎖アンプリコンをもたらす余剰プライマーの伸長ゆえにシグナルの変化を起こす標識ハイブリダイゼーションプローブ（標識プライマーを含む）を利用するエンドポイントアッセイ（均一アッセイであってもなくてもよい）と均一リアルタイムアッセイの両方が含まれる。PCRのための公知の検出法をLATE-PCRアッセイに適用することができる。
【００５２】
好ましいLATE-PCRアッセイは、余剰プライマーの伸長により生成された一本鎖アンプリコン中の配列に相補的で、ハイブリダイゼーションの際に検出可能なシグナルを発する標識ハイブリダイゼーションプローブを利用する。一本鎖アンプリコンが生成されつつあるLATE-PCRの後期では、その一本鎖は鋳型鎖として使用されない。それゆえ、プライマー伸長中にDNAポリメラーゼにより切断されるTaqManTM二重標識プローブはLATE-PCRアッセイにおいて使用することができるが、一本鎖産物を直接的に測定するには適していない。この目的には、分子ビーコンプローブ、二本鎖プローブ、およびFRETハイブリダイゼーションプローブのようなプローブが適している。均一のリアルタイムLATE-PCRアッセイでは、一本鎖アンプリコンを標的とするプローブが初期反応混合物中に存在する。指数期の増幅中には、この種のプローブは制限プライマーと同じアンプリコン鎖を標的とする。
【００５３】
本発明のさらなる実施形態は、低Tmハイブリダイゼーションプローブを使用することである。低TmプローブのTm[0]Pは、制限プライマーのTm[0]Lに等しいかまたはそれより低く、好ましくは少なくとも5℃低く、最も好ましくは少なくとも10℃低い。LATE-PCRで使用する低Tmプローブは、2段階または3段階反応のアニーリング段階中に検出されても、伸長段階の後で後続の融解段階の前に追加される段階で検出されてもよい。これらのプローブは従来のハイブリダイゼーションプローブよりも対立遺伝子の識別にすぐれているという追加の利点を備えている。
【００５４】
本発明の好ましい実施形態は超低Tmハイブリダイゼーションプローブを使用する。超低TmプローブのTm[0]Pは、反応の平均アニーリング温度より少なくとも5℃、さらに好ましくは少なくとも10℃低い。超低TmプローブはLATE-PCRアッセイにおいて上記の新規検出段階（この種のプローブの性質を受け入れるように温度を低下させた好適な条件下で実施される）と共に使用するのが好ましい。指数期の反応全体を通してアニーリング段階で一定の温度が用いられる場合、Tm[0]Pはその温度より少なくとも5℃低く、さらに好ましくは少なくとも10℃低い。指数期の反応のサイクルの間、アニーリング温度が一定でない場合、好ましい温度は指数期の反応の平均アニーリング段階温度より少なくとも5℃低く、最も好ましくは少なくとも10℃低い。低Tmプローブと同様に、超低Tmプローブは従来のハイブリダイゼーションプローブよりすぐれた対立遺伝子識別性である。
【００５５】
いくつかの好ましい実施形態は、増幅サイクルの全部に、または好ましくは一部のみに追加された検出段階を利用する。検出段階は最小限の持続時間とし、一般的にはプローブがハイブリダイズしてシグナルを発するのに十分な10〜30秒とする。本発明者らは、この段階を予想される閾値サイクルCTの5〜10サイクル前に開始することを選択する。また、本発明者らは、この追加の検出段階をプライマー伸長段階の後に使用することを選択する。この段階はプライマーアニーリング・伸長をプローブアニーリング・検出から効果的に分離する。
【００５６】
いくつかの好ましい実施形態は全部または一部の増幅サイクルに追加された検出段階の低温バージョン、すなわち低温検出段階、を利用し、ここでは、低Tmプローブがハイブリダイズしてシグナルを発するのに十分な時間（一般には、10〜30秒）にわたり、温度を先のアニーリング段階の温度より低く下げることを含む。本発明者らは、この段階を予想される閾値サイクルCTの5〜10サイクル前に開始することを選択する。また、本発明者らは、この追加の検出段階を伸長段階の後に使用することを選択する。他の実施形態では、鎖融解の後であるがプライマー伸長の前に低温検出を行う。低温検出後には、温度を鎖融解温度またはプライマー伸長温度のいずれかにまで上昇させる。
【００５７】
好ましい実施形態において、プライマーアニーリングおよびプライマー伸長の間は、プローブが標的鎖とアンプリコン鎖にハイブリダイズせず、検出がプライマーアニーリングから分離される。対照的に、ハイブリダイゼーションの際にシグナルを発するプローブ（例えば、分子ビーコンプローブ）を利用する先行技術の従来のリアルタイムPCRアッセイでは、アニーリング段階でプライマーとプローブの両方がハイブリダイズし、これらのアッセイは鋳型鎖からプローブ（プライマーではない）を除くためにプライマー伸長のための温度上昇を当てにしている。
【００５８】
本発明はまた、LATE-PCR増幅およびアッセイを行うためのプライマーとプローブのセットを含むものである。本明細書中では、これらを「オリゴヌクレオチドセット」ともいう。増幅またはアッセイ用の前記セットは、先に記載した融解温度および濃度比を有する1対以上の余剰プライマーと制限プライマーを含有する。リアルタイムアッセイ用の実施形態は本明細書に記載した少なくとも1つの標識ハイブリダイゼーションプローブをさらに含み、いくつかの好ましい実施形態の場合には、上記の低温検出段階でのみハイブリダイズする低Tmハイブリダイゼーションプローブまたは超低Tmハイブリダイゼーションプローブを含有する。1つのプライマー対を含有するオリゴヌクレオチドセットは2つ以上のプローブを含んでいてもよく、1つは増幅される野生型配列のためのものであり、1つはその突然変異対立遺伝子のためのものである。オリゴヌクレオチドセットでは、プライマーまたはプライマーとプローブが別々のバッファー中に含まれてもよいが、好ましくは、それらの濃度比を一定に保つため単一のバッファー中に含める。オリゴヌクレオチドセットはLATE-PCRの原理に従って設計され、それゆえ、特定した、または「意図した」濃度、割当て量、および初期の濃度調整融解温度を有する。例えば、制限プライマーの意図した濃度調整融解温度は、余剰プライマーの意図した濃度調整融解温度に少なくとも等しくすべきである、といった具合である。
【００５９】
本発明はまた、増幅およびアッセイ用の試薬キットを含むものである。増幅用のキットは、プライマーセットに加えて、少なくともDNAポリメラーゼ、4種のdNTP、および増幅バッファーを含む。リアルタイム均一アッセイキットは、DNAポリメラーゼ、4種のdNTP、および増幅バッファーのほかに、プライマーと標識ハイブリダイゼーションプローブを含むオリゴヌクレオチドセットを含有する。キットはサンプル調製用の追加の成分や対照を含んでいてもよい。完全なキットはLATE-PCR増幅またはアッセイを行うのに必要な全ての試薬類を含有し、場合により、使い捨ての材料が使用される。キットは1個のパッケージに納めても、複数個のパッケージすなわちモジュールに収めてもよい。
【００６０】
多重増幅(multiplexing)は、複数のプライマー対（各標的に対し1つ）を利用して2以上の標的配列を1つの反応容器内で同時に増幅することを含む。本発明の一形態は多重LATE-PCRアッセイ、キットおよびオリゴヌクレオチドセットである。多重アッセイでは、反応中の全ての制限プライマーのTm[0]Lを反応中の全ての余剰プライマーのTm[0]Xに等しくするか、またはそれより高くすることが好ましい。プライマー候補をコンピュータ解析にかけて、プライマー二量体の形成ならびに産物鎖との不適切な相互作用が明白なケースを選別して除外することが推奨される。
【００６１】
本発明の1以上の実施形態の詳細を添付の図面および以下の説明で述べることにする。本発明の他の構成、目的および効果は以下の説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
制限および余剰プライマー対の設計
本発明で使用するプライマー対の設計は、以下に説明するように、直接的に実施することができる。あるいは、公知の方法により対称PCR用のプライマー対を選択または設計することから開始し、続いてLATE-PCR用に改変してもよい。対称PCRプライマーは、プライマー濃度および塩濃度の標準条件のセットで、等しい融解温度を有するように設計する。利用可能なコンピュータプログラムを使用して対称PCRプライマーを設計および分析するのが有利である。対称および非対称PCRの場合、融解温度（Tm）を計算する標準方法は、「Nearest Neighbor」法および「2 (A+T)+4(G+C)」法であった。簡潔にするために、本発明者らは、１μMの標準プライマー濃度および0.07Mの塩（一価陽イオン）でのプライマーのTmであるTm[1]の概念を導入する。典型的コンピュータプログラムにより与えられるTmからTm[1]への変換は、一般に、プライマー対のTmの関係に最小限の影響しか与えない。本発明に従うプライマー対の濃度調整融解温度には、実際の測定または適切な計算のいずれかが必要である。本明細書および特許請求の範囲に従うプライマー融点、「濃度調整融点」、すなわち「Tm[0]」を説明および比較する目的で、本発明者らは、可能であれば、本明細書で用いた定義で先に示したNearest Neighbor式に従って融点を計算するか、さもなくば、実験的にTm[0]を決定する。
【００６３】
実際に、いったん特定の標的配列（例えば、遺伝子内で突然変異にフランキングする配列）が増幅のために選択されたら、コンピュータプログラム（例えば、Oligo 6.0(登録商標)）により、プログラムのデフォルト値を用いて、等しいTmの候補プライマーの対をいくつか設計する。次に、当分野で望ましくないプライマー品質の原因となることが知られている別の基準（例えば、考えられるプライマー二量体形成）に基づいて、候補プライマー対を精査する。満足のゆく候補プライマー対は、ソフトウエア（例えば、Blast）を用いて、標的配列の種に由来する既知ゲノム内のどこか別の箇所のDNA配列との非特異的マッチについてさらに精査する（Madden, T.L.ら(1996) "Applications of Network BLAST Server", Meth. Enzymol.266: 131-141）。次に、プライマー対を、考えられるいくつかの異なる濃度および比でそれらのTm[0]値に関して比較し、制限プライマーとして選択されるプライマーが、余剰プライマーとして選択されるプライマーに対して等しいまたはより高いTm[0]を有するようにする。さらに、候補プライマー対を、それらが生成すると予想されるアンプリコンの配列に関して調べる。例えば、特定の標的配列は一端に高GC含有配列を、他方の末端に低GC含有配列を含みうる。これが存在する場合には、高GC含有末端の配列内で制限プライマー配列を選択することが、余剰プライマー（低GC含有末端の配列からなる）より高い制限プライマーの融点を達成するのに役立つであろう。アンプリコン配列に関して候補プライマー対を調べることにより、この対の一方または両方のメンバーの配列を改変する別のもしくは新規の方法が示唆されるが、このような方法として、例えば、下記のものがある：プライマーの長さを、最も好ましくはその5’末端で、故意に増加または縮小させる、あるいは、プライマー内に塩基配列の変化を導入し、これによって小さな領域内でプライマーをその標的と故意にミスマッチさせる。このような変更はすべて、制限または余剰プライマーいずれかのTm[0]を増加または減少させるだろう。
【００６４】
表Iは、テイ−サックス病の原因であるHEX-A遺伝子における一方の対立遺伝子用に考えられる２つのプライマー対、並びにこれらがLATE-PCRに適していそうか否かを判断するのに用いられるLATE-PCR基準を示す。LATE-PCRの理論上の原理に従い、図１に関して以下に述べる実験アッセイから、(Tm[0]L−Tm[0]X) ≧０であるプライマー対（すなわち、プライマーセット２、表Ｉ）だけがLATE-PCRに適していることが確認された。２つのプライマーセットを比較すると、セット２の制限プライマーが、セット１の対応するプライマーと比べて２個多い5’ヌクレオチドを有することに気づくであろう。余剰プライマーは両セットにおいて同じである。
【表１】
2005512577.tif 000002
【００６５】
以上説明したように、LATE-PCRの場合、反応混合物中の実際のプライマー濃度で、制限プライマーの実際の融解温度が余剰プライマーの実際の融解温度より高いか、これと等しい、すなわち、(Tm[0]L−Tm[0]X) ≧０であることを確実にするために、Tm[1]LはTm[1]Xより高くなければならない。この条件が満たされない、すなわち、(Tm[0]L−Tm[0]X) ＜０であると、増幅反応の進行は非効率的である。LATE-PCRのこれらの特徴を図１に示す。図１は、表Ｉのプライマー対を用いたリアルタイムLATE-PCRを示し、ここでは、反応の指数期の間に合成された二本鎖産物が、SYBR（登録商標）グリーンを用いて視覚化されている。曲線12は、効率的な反応（より少ない熱サイクルで検出された産物）、すなわち(Tm[0]L−Tm[0]X)＝０および(Tm[1]L−Tm[1]X) ＝５を示すのに対し、曲線11は、非効率的な反応（より多数の熱サイクルで検出された産物）、すなわち(Tm[0]L−Tm[0]X) ＝-5および(Tm[1]L−Tm[1]X) ＝１を示す。両反応ともに、HEX-A遺伝子の同じ領域を増幅し、両方とも1,000ゲノムで開始した。曲線12の場合は、Tm[1]L＝69℃およびTm[1]X＝64℃であるのに対し、曲線11の場合には、Tm[1]L＝64℃およびTm[1]X＝64℃である（表Ｉ参照）。この実験の設計および実施については、実施例１で詳しく説明する。
【００６６】
図2Aは、実施例３に記載したプライマー対に基づいて、Tm[1]LがTm[1]Xより数度高くなると、(Tm[0]L−Tm[0]X)は＞０になり、LATE-PCRの効率はさらに高まることを示している。図2Aにおける曲線の各々は、(Tm[0]L−Tm[0]X)＝+7（曲線21）、+5（曲線22）、+3（曲線23）、０（曲線24）、および-3（曲線25）のサンプルにおける平均リアルタイム蛍光増加を示す。各曲線は、３回の反復サンプルの平均蛍光を表している。最も早期の検出（最も低い平均CT値）は、最も高い値(Tm[0]L−Tm[0]X)、曲線21のプライマー対を用いて得られた。平均CT値は、(Tm[0]L−Tm[0]X)の値がそれぞれ低下するとともに上昇した。反応の指数期の間、CT値が低いほど増幅率が高くなる（すなわち、効率が高くなる）ことが明らかである。この実験についての詳細は、以下の実施例３に記載する。また、実施例３（およびその中の図2B）には、LATE-PCRの効率および特異性が、(Tm[0]L−Tm[0]X)が＞０になるとき、向上することを示す別の実験も記載している。
【００６７】
図3A〜3Cは、３つの異なるCFTRプライマーセットを用いた増幅の例を示す。図３の実験の詳細は実施例４に記載する。プライマーは等モル（両方とも500nM；曲線32、34、および36）か、もしくは１：10の比で存在する（50nM制限プライマー：500nM余剰プライマー；曲線31、33、および35）。すべての実験で、分子ビーコンプローブを用いて、嚢胞性繊維症ΔF508対立遺伝子のための余剰プライマー鎖のアンプリコンの合成をモニタリングした。最初に、Oligo（登録商標）6.0プログラムのデフォルトパラメーターを用いて、プライマーのTm値を求めた。このプログラムに基づき、図３で用いたプライマーの等モルTm値は、次の通りであった：図3Aでは両プライマーとも65℃；図3Bでは制限プライマーが70℃で、余剰プライマーが65℃；図3Cでは制限プライマーが75℃で、余剰プライマーが65℃。
【００６８】
図3Aに示すように、同じTmを有する２つのプライマーを用いた非対称反応（プライマー比１：10、曲線31）では、対称反応（等モル、曲線32）と比較して蛍光シグナルが遅延する（CT値が高い）。しかし、５℃のTm差を導入する（図3B）と、１：10比（曲線33）のプライマーのCTはずっと早くなり、等モルプライマー（曲線34）とほぼ同じくらい早期に起こる。さらに、１：10比（曲線33）のプライマーの最終蛍光シグナルは、等モルプライマー（曲線34）のシグナルよりはるかに高く、60サイクルを超えてもプラトーになっていない。10℃のTm差（図3C）を導入すると、１：10比（曲線35）のプライマーのCTは、等モルプライマー（曲線36）と同じであり、最終蛍光ははるかに高く、プラトーではない。
【００６９】
図4A〜4Bは、テイ−サックス病、HEX-A遺伝子のための２つのプライマーセットを用いた同様の例を示す。この場合、プライマーは等モル（両方とも300nM；曲線41および44）か、もしくは１：10の比で存在する（10nM制限プライマー：1,000nM余剰プライマー；曲線42および43）。すべての実験で、分子ビーコンプローブを用いて、1278病因対立遺伝子を含む遺伝子の領域における、HEX-A遺伝子の正常対立遺伝子のための余剰プライマーの一本鎖産物の合成をモニタリングした。ここでも、Oligo（登録商標）6.0プログラムのデフォルトパラメーターを用いて、初めにプライマーからTm値を求めた。このプログラムに基づき、図４で用いたプライマーの等モルTm値は、次の通りであった：図4Aでは両プライマーとも72℃；図4Bでは制限プライマーが84℃で、余剰プライマーが72℃。
【００７０】
ここでもまた、Tm（Oligo（登録商標）6.0プログラムのデフォルト値により算出した）が等しいプライマーを用いた非対称反応（１：100プライマー比、曲線42）では、対称反応（等モル、曲線42、図4A）と比較して蛍光シグナルが遅延する（CT値が高い）。しかし、12℃のTm差を導入する（図4B）と、１：100比（曲線43）のプライマーのCTは、等モルプライマー（曲線44）と同じであり、最終蛍光シグナルは、はるかに高く、しかもプラトーではない。
【００７１】
「Nearest Neighbor」式の適用により、Oligo（登録商標）6.0ソフトウエアから得られたデフォルトTm値をTm[0]値に変換することができ、これは表IIに示すように、各プライマーの実際の出発濃度を計算に入れる。Oligo 6.0により算出されたTm値は、Breslauerらの熱力学的値および塩補正係数に基づいており（Breslauer KJら、(1986) "Predicting DNA Duplex Stability From The Base Sequence", Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83: 3746-50）、比較的不正確である（Owczarzy Rら、(1998) "Predicting Sequence-Dependent Melting Stability of Short Duplex DNA Oligomers",  Biopolymers 44: 217-39; SantaLucia J. (1998) "A Unified View of Polymer, Dumbbell, and Oligonucleotide DNA Nearest-Neighbor Thermodynamics", Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95:1460-5）ため、おおまかな近似値としてのみ有用である。得られたデータは、LATE-PCRの原理に関して、図３および４に示す結果を十分に説明している。図3Cおよび4Bに示した反応だけが(Tm[0]L−Tm[0]X)≧０という要件を満たしていることから、LATE-PCR反応である。これらの反応だけが最も低いCT値と最も高い最終蛍光シグナルを有し、等モルプライマーを用いた反応のようにプラトーにはならない。対照的に、図3A、3Bおよび4Aに示す従来の非対称反応は(Tm[0]L−Tm[0]X)＜０である。これらの反応は非効率的（CT値が高く、蛍光が低い）である。
【表２】
2005512577.tif 000003
【００７２】
図5A〜Cからは、良好に設計されたLATE-PCRプライマーは、広い範囲の制限プライマー対余剰プライマー比で、効率的な反応をもたらすことがわかる。この場合、図4Bで用いるHEX-Aプライマーは、３つの異なる比、すなわち、１：10、１：40、１：100で調製した。余剰プライマーの出発濃度は各ケースで一定（1,000nM）に保持したが、制限プライマーの出発濃度は減少させた（100nMから25nM、10nMまで）。これらのアッセイ（それぞれ曲線51、53および55）の効率および速度論を、等モル濃度の同じ２つのプライマーを含むアッセイ（500nM：500nM、曲線52、54および56）と比較した。各アッセイを繰り返して（各々５回の反応）実施したが、これら反復試験の平均値を図5A〜Cに示す。これらの結果から、３つのLATE-PCR反応（曲線51、53および55）はすべて効率的である、すなわち、対称PCRアッセイ（曲線52、54および56）と同等か、これよりやや低いCT値を有し、対称反応がプラトーになったのに対しプラトーにならなかったことがわかる。図５で用いるプライマーの分析を表IIIに示すが、これはLATE-PCRの原理に関して前記の結果を説明している。図５に示す３つの非対称反応（曲線51、53および55）はすべて(Tm[0]L−Tm[0]X)≧０である。
【表３】
2005512577.tif 000004
【００７３】
アンプリコンに関する余剰プライマーの設計
ほとんどの従来の対称および非対称PCRとは対照的に、LATE-PCRは、アンプリコンの融点、TmAを考慮に入れる。というのは、特に、これが余剰プライマーの濃度調整融点に関係するからである。アンプリコンは、ほぼ常に長さが50ヌクレオチドより大きいため、本発明者らは、「GC％」法（前記参照）によりアンプリコンのTmAを計算する。他の数式もしくはその他の手段（例えば、試行錯誤）を本発明のプライマーの設計に用いることもできるが、本明細書に記載する融点関係は前記の式を用いて分析する。これらの式は、マグネシウムイオン（Mg++）の濃度（１〜５mMの濃度でPCR反応混合物にほぼ例外なく含まれ、プライマーおよびアンプリコンの融点に影響を与える）を考慮しないにもかかわらず、設計および評価の両方に有用である。実施例５は、TmAを考慮に入れた様々なプライマー対の本発明者らの設計、並びに本発明者らが選択する特定のプライマー特性を記載する。
【００７４】
選択されたどのDNA標的（例えば、特定の遺伝子の突然変異とフランキングする配列）でも、TmAは、制限および余剰プライマーの候補対について通常類似している。このために、アンプリコンの近似サイズ（およびプライマーの近似位置）を最初に選択し、近似TmAを定める。次に、(TmA−Tm[0]X)が、増幅の場合には好ましくは７〜18℃、さらに好ましくは７〜15℃の範囲内、あるいは、リアルタイムアッセイの場合には、７〜25℃、さらに好ましくは７〜18℃、最も好ましくは７〜18℃の範囲内となるように、いくつかの考えられる余剰プライマーを選択する。考えられる余剰プライマーのセットをいったん選択したら、候補制限プライマーを設計するために、存在しうる高GC含有配列の存在について標的の配列を調べる。次に、(Tm[0]L−Tm[0]X)≧０を確実にするために、考えられる余剰／制限プライマー比の範囲について、いくつかの考えられる制限プライマーを設計する。
【００７５】
図６は、(TmA−Tm[0]X)が、＋７から＋19℃まで変動し、かつ(Tm[0]L−Tm[0]X)が特にゼロに設定された反応のセットを示す。これらデータについての実験の詳細は実施例５に記載する。各曲線は、３つの反復サンプルの分子ビーコン蛍光の平均増加を示す。(TmA−Tm[0]X)＝12（曲線61）のアッセイにより、このシリーズにおける最も強いビーコンシグナル（すなわち、最大量の一本鎖CFTR産物）が得られた。(TmA−Tm[0]X)＝19（曲線65）のサンプルでは、最低シグナルが得られた。(TmA−Tm[0]X)＝14（曲線62）または16（曲線64）の中間値を有するサンプルでは、この値に対応する中間の平均シグナル強度が得られた。(TmA−Tm[0]X)＝７（曲線63）のサンプルでも、中間の最終シグナル強度が得られた。
【００７６】
図７は、すべてのケースで、(TmA−Tm[0]X)が＋13から＋23℃まで変動し、かつ(Tm[0]L−Tm[0]X)＝5〜６℃であるいくつかのリアルタイム反応を示す（実施例５、表IX）。最も高い平均分子ビーコンシグナル（サイクル35〜60）は、(TmA−Tm[0]X)＝13（曲線71）のサンプルであったが、これは効率的な一本鎖合成を示している。分子ビーコンシグナルの平均強度は、(TmA−Tm[0]X)が17（曲線72）、19（曲線73）、20（曲線74）、および23（曲線75）の値にそれぞれ増加するにつれて低下した。これらのサンプルのうち、増幅プラトーを示すものは一つもなく、これは、(Tm[0]L−Tm[0]X)≧５℃を有することの別の利点を示している。これらのサンプルの電気泳動から、特定の一本鎖および二本鎖アンプリコンだけが明らかにされた。図７におけるデータの実験の詳細は実施例５に記載する。
【００７７】
本発明に従う増幅およびアッセイのためのプライマーは、１対の一方または両方のプライマーの5’末端に付加されるユニバーサルプライマー（universal primer）を使用してもよい。ユニバーサルプライミング配列は特定の用途があり、例えば、特定の制限酵素配列の導入、もしくはマルチプレキシング（multiplexing）の増強に用いられる。制限プライマーに含まれるユニバーサルプライミング配列は、特異性が特に重要である増幅の初期サイクルの間は、意図する標的によってその融解温度を上げることはないが、ユニバーサルプライミング配列と相補的な配列を含むアンプリコンの生成によって、その後融解温度を上げる。制限プライマーがユニバーサル配列付加を含む場合には、最初の数サイクル（一般には５〜10サイクル）の間、アニーリング温度を下げることにより効率を高めることができるが、起こりうる余剰プライマーの非特異的ハイブリダイゼーションによって非特異的増幅を引き起こさないように注意しなければならない。いくつかの場合には、出発標的と相補的なプライマー部分のTmに応じてより高いアニーリング温度を用いることにより、最初の数サイクルの間の効率を犠牲にするほうが好ましい。ユニバーサルプライミング配列を余剰プライマーに付加すると、最初の数サイクルの後、同じような融点上昇が起こり、これによって、２つのプライマー同士の融点の差が縮まる。ユニバーサルプライミング配列を制限プライマーに付加する、あるいは、その他いずれかのミスマッチを制限プライマーに導入することにより、制限プライマーがその全長に沿って最初の標的と完全にはハイブリダイズしないようにする場合には、全プライマーの濃度調整融点、Tm[0]Lは、余剰プライマーの濃度調整融点Tm[0]Xより高いか、またはそれと等しくなるように設計する（ただし、初期標的配列に対する制限プライマーの部分の機能的濃度調整融点が余剰プライマーの濃度調整融点より５℃以下低い、好ましくは、少なくとも等しいものとする）。本発明で有用なプライマーは修飾ヌクレオチドを含んでいてもよい。ここで、修飾ヌクレオチドとは、一般に、４種の天然のdNTPとは異なるヌクレオチドを意味する。このようなヌクレオチドは、プライマーの融点に影響を与えうる。特定の修飾ヌクレオチドの作用について数式を選定できない場合には、濃度調整融点、Tm[0]は実験的に決定することができる。
【００７８】
制限プライマーおよび余剰プライマーの絶対濃度を最適化するためのプロトコル
リアルタイムLATE-PCRアッセイでは、反応の二本鎖産物が最初にバックグラウンドを超えて検出可能になるのとほぼ同じ熱サイクル（すなわち、反応のCT値）で、制限プライマーを消耗させるのが望ましい。当分野では公知のように、CT値に到達するサイクルは、中でも、反応の開始時に存在する標的DNAの量、増幅の効率、検出装置の種類、並びにハイブリダイゼーションプローブにより生成されるシグナル（通常蛍光または電気シグナル）の強度に左右される。LATE-PCRでは、約15〜35 PCRサイクル後にプライマーの一方を消耗させ、それから、余剰プライマーを用いる後続サイクルの間に、一本鎖の線形増幅を行なう。一本鎖産物の量を最大限にするためには、選択した任意のプライマー比に対し制限プライマーの絶対量を最適化するのが有用である。実際には、200nMを超える制限プライマー濃度を回避することも望ましい。この濃度を超えると、反応の指数期が長引くため、用途によっては許容されない二本鎖対一本鎖産物の比が発生し、実際に、生成した一本鎖産物の総量が減少する恐れがある。また、10：１以上の比では、余剰プライマー濃度が押し上げられ、2,000nMを上回ることになる。このような条件下では、増幅の非特異的開始を回避することは困難である。
【００７９】
制限プライマーの好ましい濃度は、主にプローブの一般的性質（例えば、ハイブリダイズ状態対非ハイブリダイズ状態からの蛍光の強度）、検出装置の感度、並びに、特定のプローブが検出温度でその標的にハイブリダイズする能力に応じて変動する。必要な制限プライマー濃度は、初期標的濃度にあまり左右されない。というのは、標的数が増加しても、早期熱サイクル（プローブのシグナルが検出可能になる）で制限プライマーを使い尽くすだけだからである。
【００８０】
指数期から線形増幅への所望の移行を達成する制限プライマーの濃度を選択する一方法は、実験的に決定するものである。最初に、１以上のプライマー比（例えば、１〜20）を試験するために複数の制限プライマー／余剰プライマー対を設計する。次に、プライマー対の各々を複数のアニーリング温度、アニーリング時間および／またはマグネシウム濃度で実験により試験することによって、どのプライマー対およびどの条件によって、最も高い効率および特異性で、意図する特定のアンプリコンが得られるかを決定する。リアルタイム反応では、SYBR（登録商標）グリーンを用いて、全体的な増幅効率を追跡することにより、反応のCT値を決定することができる。配列特異的プローブを用いてアッセイされるプライマー対の各濃度について、最適なアニーリング条件を決定しなければならない（以下参照）。
【００８１】
次に、使用するプローブについて予想される範囲内にある制限プライマーの複数の濃度に対し最適な条件において、特定のプローブの存在下で増幅を実施する。プローブが分子ビーコンである場合には、好ましい制限プライマー濃度は10nM〜100nMの範囲内にある。好ましい制限プライマー濃度は、そのプライマーをより高濃度で含むサンプルから得たものと類似した平均CT値をもたらす制限プライマーの最低濃度に相当する。濃度が好ましい濃度に満たないと、濃度が低下するにつれ約１回より多いサイクルの増加を示すが、これは、このような状況下では、制限プライマーの消耗が、検出閾値に到達するはるか前に起こることを意味している。さらに、好ましい制限プライマー濃度のサンプルは、閾値到達から数サイクル後に線形のシグナル増加率を示すはずであり、通常、最初の検出から30サイクル後でもプラトーになることはない。
【００８２】
LATE-PCRのアニーリング温度を最適化するためのプロトコル
一定の比および絶対濃度で使用するための好適な制限／余剰プライマー対をいったん選択したら、前記のようにNearest Neighbor式を用いて、各プライマーのTm[0]を計算しておく、もしくは計算することができる。これが完了すると、これらのプライマーを用いるべき最適アニーリング温度を実験により確認することが重要である。最適アニーリング温度は、特定の試薬濃度およびサイクル時間で最大効率および最大特異性でもって反応の指数期が進行するときの最高温度である。「最大効率」とは、反応の指数期において最低CT値を生ずる条件を意味し、ここでは、特定の産物が最高速度で蓄積する。アニーリング温度を最適アニーリング温度に向けてさらに下方に調整すると、LATE-PCRの指数期の効率は高くなる傾向がある。アニーリング温度を最適アニーリング温度より下に調節すると、反応は非特異的アンプリコンを増幅する傾向がある。往々にしてそうであるように、用いるプライマー対が標的サンプル内の別の配列と非特異的にハイブリダイズしなければ、アニーリング温度を最適アニーリング温度より低く下げても、反応の効率は顕著には上がらず、反応特異性は実質的に低下しない。従って、本出願で用いる用語「最適アニーリング温度」は、実験により確認した特定の値を有し、その温度よりアニーリング温度を低くすることが有害ではない増幅でも同様である。
【００８３】
従来のリアルタイムPCRにおける産物検出のためのプロトコル
従来のリアルタイムPCRの場合には、蛍光染料、もしくはあるタイプの標識プローブ、典型的には、蛍光プローブを含めることにより、二本鎖産物を検出する。蛍光染料を用いた二本鎖の検出は、プライマー伸長段階の間に実施することができる。ハイブリダイゼーションプローブは、典型的には、鎖融解とプライマーアニーリングの各段階の間に反応物が冷却される際、アンプリコンの一方または両方の鎖に結合する。実際に、これは、プローブの融解温度が、プローブと同じ鎖にハイブリダイズするプライマーの融解温度より高いことを意味している（Mackay, I. M. (2002) "Survey and Summary: Real-time PCR in Virology", Nucleic Acids Res. 30(6): 1292-1305）。反応物を再び温めると、プローブは標的鎖から遊離するように設計されているが、プライマーは標的鎖に沿って伸長する。相補鎖への別のプライマーのハイブリダイゼーションおよび伸長もこれらの段階の間に起こる。ハイブリダイゼーションにより、検出シグナルを発生するプローブは、アニーリング段階の間に検出される。加水分解されて、検出シグナルを発生するプローブは、次の伸長段階でのそれらの分解後に検出される。いずれの場合にも、ハイブリダイズしたプローブの量は、その濃度が上がると、アンプリコンの鎖の再アニーリングにより制限される。これは、従来のリアルタイム反応の終了時に存在する標的配列の総数の一部だけが、実際に検出されることを意味する。
【００８４】
さらに、従来のリアルタイム反応条件下では、ハイブリダイゼーションプローブは、伸長段階の前に標的配列から脱落するか、あるいは、伸長段階の間に加水分解されなければならない。対称PCR反応においてプライマーアニーリングからプライマー伸長まで温度が上昇した直後に、ハイブリダイゼーションプローブがその鋳型鎖から融解してしまわないと、このプローブがプライマー伸長を妨害し、反応の増幅効率を低下させる恐れがあることを本発明者らはみいだした。
【００８５】
リアルタイムLATE-PCRにおける産物検出のためのプロトコル
リアルタイムLATE-PCRアッセイは、リアルタイム対称PCRアッセイと同様に、二本鎖および／または一本鎖産物の検出のための１以上の標識プローブもしくは蛍光染料を含む。やはり対称PCRの場合と同様に、LATE-PCRの指数期の間に合成された二本鎖産物の検出は、プライマーアニーリングまたはプライマー伸長段階のいずれか、最も好ましくはプライマー伸長段階の間に実施することができる。LATE-PCRの指数期中に生成された二本鎖産物は、二本鎖DNAに結合する染料（例：SYBR（商標登録）グリーン）を用いて検出することができる。しかし、二本鎖DNAは、ハイブリダイゼーションプローブ（例えば、一本鎖プローブまたは分子ビーコン）を用いた低温検出段階中に検出することができない。何故なら、２つのアンプリコン鎖の大部分が低温で互いに再アニーリングするからである。
【００８６】
本発明の一実施形態では、蓄積する一本鎖分子の検出をアニーリング段階中、すなわち、伸長段階の前に実施することができる。プローブは、Tm[0]PがTm[0]Lより少なくとも５℃、好ましくは少なくとも10℃低い低Tmプローブであるのが好ましい（5’ヌクレアーゼアッセイのための二重標識線状プローブ（例：TaqMan（商標登録）プローブ）は、プライマー伸長中に分解されるまで鋳型鎖に結合したままでいなければならないため、絶対に低Tmプローブではない）。このような条件下で、低Tmプローブは、蓄積する一本鎖と、プローブが存在しなかったら相補鎖と再アニーリングするはずの標的鎖の一部分を検出する。前記部分の正確な大きさは、Tm[0]P並びに反応条件に左右され、反復反応でもわずかに変動する傾向があるため、これらの測定値に変数を導入する。この誤差を最小限にするため、アニーリング段階中の検出には、超低Tmプローブを使用し、反応の指数期の間のプライマーハイブリダイゼーションの平均アニーリング温度より低くアニーリング段階の温度を下げるのが好ましい（ただし、熱プロファイルのこのような変化がミスプライミングを引き起こさないことを条件とする）。このような条件下でミスプライミングを回避する好ましい方法は、制限プライマーが消耗され、反応が余剰プライマー鎖だけの合成に移行するサイクル、または好ましくはこれより数サイクル前に、単にアニーリング温度を下げることである。
【００８７】
さらに好ましい本発明の実施形態では、ある熱サイクルのプライマー伸長と、次の熱サイクルの鎖融解との間の反応の熱プロファイルに、検出段階を導入する。この場合、余剰プライマーの伸長により形成される鎖内の配列と相補的なハイブリダイゼーションプローブを用いて、伸長段階終了後に蓄積一本鎖分子を検出する目的で、検出段階を導入する。検出は、プローブがその標的とハイブリダイズする温度、ほとんどの場合には、伸長温度より低い温度、好ましくは、アニーリング温度またはそれより低い温度で、低Tmプローブと組み合わせて実施することができる。本発明の最も好ましい実施形態では、追加の検出は、低温、好ましくは、反応の指数期のアニーリング段階の平均温度より５℃低い、最も好ましくは10℃低い温度で、超低Tmプローブを用いて実施する。一本鎖産物の検出は、アニーリング段階中の検出と比較して、あるサイクルの伸長段階および次のサイクルの融解段階後に検出を実施するときが最も正確である。
【００８８】
LATE-PCRに個別の検出段階、好ましくは、低温検出段階を導入することには、伸長段階の前またはその間に行なう従来のプローブ検出法に比して、いくつかの利点がある。これにより、プローブハイブリダイゼーションおよび検出から、プライマーアニーリングおよび伸長を分離することができる。従って、これにより、反応のストリンジェンシーを高め、不正確なアンプリコンを増幅する可能性を低減するよう設計した高いアニーリング温度および／または極めて短いアニーリング時間（例えば、「タッチダウン」アニーリング）の使用が可能になる。また、従来のハイブリダイゼーションプローブに代わり、非加水分解性の低Tmプローブおよび／または超低Tmプローブを日常的に用いることが可能になる。また、低温検出段階の導入により、LATE-PCRの線形期の間一定のままである制限プライマー（制限プライマー鎖）の伸長産物の存在をモニタリングするとともに、LATE-PCRの線形期の間、線形に増加する余剰プライマー鎖の蓄積も同時に測定することができる。これは、制限プライマー鎖に組み込まれる標識制限プライマーの使用により、また、それ独自の個別シグナルを発する低Tmプローブまたは超低Tmプローブを用いて、蓄積余剰プライマー鎖を測定することにより達成することができる。さらに、反応の温度は、検出段階を用いると直ちに融解温度まで上昇するため、ミスマッチプライマーが伸長する機会が減少する。これとは対照的に、従来のプローブを用いると、プライマーアニーリングの間の通常の検出段階後には、通常の伸長段階が続くため、ミスマッチプライマーは伸長する可能性が非常に高くなる。
【００８９】
低Tmプローブおよび超低Tmプローブの利点
低Tmおよび超低Tmプローブには、従来のハイブリダイゼーションプローブと比較して、次のような利点がある：ａ）これらのプローブは、高濃度で用いると、蓄積したすべての一本鎖に結合するため、シグナル強度を高める；ｂ）これらのプローブは、従来のプローブより対立遺伝子特異的である；ｃ）これらのプローブは、非特異的蛍光バックグラウンドが典型的に弱くなる低い温度で検出されるため、従来のプローブよりＳ／Ｎ比が優れている。
【００９０】
低Tmプローブを設計および特性決定するためのプロトコル
LATE-PCRと適合性の低Tmプローブおよび超低Tmプローブとしては、限定するものではないが、以下に示すタイプの１以上のプローブが挙げられる：１）当分野で公知のように標識した一本鎖線状プローブ（例：FRETプローブ）；２）当分野で公知の二本鎖プローブ；３）当業者には公知のように標識したステム−ループ一本鎖プローブ（例：分子ビーコン）。これらの一般的クラスは、下記のプローブを含む：PNAまたは2-O-メチル修飾のような非慣用のヌクレオチドを含むプローブ；副溝結合（Minor-Grove-Binding）プローブ（例：Eclipse（商標）プローブ）のようなハイブリッド安定性に影響を与える結合成分を含むプローブ；プライマーに物理的に結合したプローブ（例：Scorpionプローブ）。低Tmプローブおよび超低Tmプローブは、以下の論理的段階に基づき構築される：
１）実験者はどのタイプのプローブを用いるかを選択する；
２）実験者は、プローブの標的配列、近似長さ、および化学組成について決定する。実験者は、適切なソフトウエアパッケージを用いてプローブを設計するとともに、よく知られる核酸生化学の特定の一般原理を適用する。この用途の多くのソフトウエアパッケージは当業者には公知であるが、非慣例的サブユニットからなるタイプのプローブには利用できない。ソフトウエアパッケージは、プローブのTm[0]Pの推定近似値を提供することができる。これらのプローブの設計には下記の一般原理が有用である：ａ）一定の実験条件下では、短いプローブ／標的ハイブリッドの方が、長いプローブより低いTm値を有する傾向がある；ｂ）一定の実験条件下では、水素結合の少ないプローブ／標的ハイブリッドの方が、水素結合の多いプローブより低いTm値を有する傾向がある；ｃ）一定の実験条件下では、ミスマッチのあるプローブ／標的ハイブリッドの方が、完全にマッチしたプローブより低いTm値を有する傾向がある。
【００９１】
３）実験者は、融解温度アッセイを用いて、実験により、１以上の考えられるプローブのTm[0]Pの近似値を確認する。プローブ／標的ハイブリッドについて多くのタイプの融解温度アッセイが当業者にはよく知られている。本明細書では、融解温度アッセイの１形態について概説する。LATE-PCR反応混合物の組成を模倣する条件下で、プローブとその標的の実験混合物を調製する。１：１のプローブ：標的比で、かつ融解温度アッセイに用いられる装置の感度の範囲内にある1以上のプローブ濃度で試験混合物を調製する。次に、これらの混合物を融解温度アッセイに供する。蛍光標識したプローブの場合には、温度調節を有する蛍光光度計で融解温度アッセイを実施する。各プローブ−標的対の融解温度は、50％のプローブ分子が標的分子とハイブリダイズする温度である。実験で決定した融解温度は、前記条件における該プローブのTm[0]Pである。しかし、当業者には理解されるように、この実験により決定した値は、実際のLATE-PCRにおけるプローブ−標的ハイブリッドの実際融点とは異なる。これは、融解温度アッセイに加えた標的の濃度がプローブの濃度と等しいのに対し、LATE-PCRではプローブが標的の濃度を超過しているためである。後者の場合、標的の濃度はゼロで反応を開始し、反応過程を通してプローブ濃度に達することはほとんどない。
【００９２】
４）低Tmプローブの場合、この実験により確認したTm[0]P融解温度は、制限プライマーのTm[0]Lより少なくとも５℃、最も好ましくは少なくとも10℃低いはずである。超低Tmプローブの場合、実験に基づき確認したTm[0]P融解温度は、反応の指数期の間プライマー対に用いた平均アニーリング温度より、好ましくは少なくとも５℃、さらに好ましくは少なくとも10℃低いはずである。
【００９３】
５）低温検出段階は、これを用いた場合、LATE-PCRの熱サイクルに毎回組み込む必要がない。実際、特定の状況では、反応の終了まで、検出段階を組み込まずに、低Tmプローブまたは超低Tmプローブを用いるのが望ましい。例えば、多数のサイクルにわたって一本鎖増幅期のストリンジェンシーを非常に高く維持することにより、産物進化（Product Evolution）（以下に説明する）またはミスプライミングを防止する。このような状況では、熱サイクルのいずれかの段階でストリンジェンシーに必要な温度より温度が下がると、一本鎖の産物進化を促進するか、あるいは、非特異的産物の生成を招く可能性がある。しかし、いったん所望の数の一本鎖産物分子がLATE-PCRに蓄積すると、低温検出段階を導入することにより、蓄積した一本鎖の量を測定することができる。SYBR（商標登録）グリーンも反応物に存在する、あるいは、反対側の鎖に対する第２プローブも反応物に存在する場合には、二本鎖分子の数の測定値を得ることもできる。こうして得られたデータは、LATE-PCRが指数的増幅から線形増幅に移行した熱サイクルの情報と一緒に用いて、反応における一本鎖合成の効率を推定することができる。
【００９４】
LATE-PCRのための低Tmプローブおよび超低Tmプローブ濃度を最適化するプロトコル
当該プローブについて実験的Tm[0]Pを確認するのに用いた範囲を超える、もしくはそれに満たない初期プローブ濃度範囲を各々用いて、反復LATE-PCRアッセイを実施する（前記参照）。反応で生じたシグナルの強度を比較し、最大シグナルをもたらす最低濃度として最適プローブ濃度を選択する。例えば、図８は、各々が様々な濃度の低Tm分子ビーコン（0.6μM、曲線81；1.2μM、曲線82；2.4μM、曲線83；4.0μM、曲線84）を含む４つの並行LATE-PCRアッセイを示す。これらの結果から、2.4μM（曲線83）が、このLATE-PCRの条件下で上記低Tmプローブについての最適濃度であることがわかった。
【００９５】
LATE-PCRにおけるマグネシウムの絶対濃度を最適化するプロトコル
Mg++濃度の変化は、従来のPCRの場合と同様に、LATE-PCRの他の多くの態様に影響を与える。影響を受ける要素としては、TmA、Tm[0]L、Tm[0]X、最適アニーリング温度、Tm[0]P、分子ビーコンのステムの閉鎖、並びにTaq DNAポリメラーゼの活性が挙げられる。一般に、反応物中の各成分のTmは、Mg++濃度とともに上昇するが、各オリゴヌクレオチドとその標的配列との相互作用の特異性は低下する。Mg++のこのような作用はPCRの技術分野の当業者にはよく知られている。従って、一連の平行した反応を通じて最適Mg++を実験により決定する必要がある。本発明では、１〜６mMの範囲の最適Mg++濃度が好ましく、２〜４ｍMの範囲のMg++濃度が最も好ましい。
【００９６】
LATE-PCRアッセイキット
移植前遺伝子診断（PGD）中にヒト嚢胞性繊維症遺伝子の正常およびΔF508対立遺伝子の検出に用いることを目的とするLATE-PCR試薬キットが設計されている。本明細書に記載するキットは、モジュール式、すなわち、１つのパッケージにDNAポリメラーゼを、そして別のパッケージに他のすべての試薬および材料を含んでいる。プライマーとプローブは一緒に、オリゴヌクレオチドセットを含み、これらは個別の製品として市場に出すことができることが理解されよう。このキット、その使用、およびキット（「CFΔ508 Kit」と呼ぶ）を用いて実施するアッセイについては、キットに付属の製品挿入物に明示されると考えられるフォーマットで、実施例６に記載されている。
【００９７】
同様のキットを他の標的に用いるためにも設計することができ、このような標的としては、限定するものではないが、一般に、ヒト胚以外の供給源からの単一細胞、または多数の細胞、あるいは、植物もしくは動物細胞またはその他の供給源の細胞から回収したDNAまたはRNAが挙げられる。RNAを含むサンプルの場合には、LATE-PCRキットは、RNAの単離または精製、および該RNAのcDNAへの変換のために当技術分野では知られている様々な方法と一緒に用いることができる。
【００９８】
３つのプライマーの使用に基づくLATE-PCRアッセイ
LATE-PCRアッセイの特定の実施形態では、追加の制限プライマーを用いて、反応の初期指数期の間に２つの制限プライマーから比較的長い二本鎖アンプリコンを生成し、次に、長いアンプリコンの一方の鎖を鋳型として、また余剰プライマーをプライマーとして用いて、上記より短い一本鎖アンプリコンを生成する。これは、多サイクルの指数増幅の後、反応容器をあけて余剰プライマーを添加することにより達成することができるが、一方、好ましいLATE-PCR 3-プライマーアッセイでは、好ましくは後期サイクルでのみ余剰プライマーを用いる増幅プロトコルと一緒に、３つのプライマーすべてを含む初期反応混合物を使用する。制限プライマーは、大きなアンプリコンを生成するための１対のマッチしたPCRプライマー（L1およびL2と称する）である。これらのプライマーは「マッチ」している；すなわち、それらのTmが「つり合っている」。L2の濃度は、L1の濃度に大体等しい、すなわち、L1の濃度の0.2〜５倍、好ましくは等モルである。L1およびL2の初期濃度依存融解温度、Tm[0]L1およびTm[0]L2は、可能な限り互いに近い値であるのに対し、余剰プライマーのTm[0]Xは、両制限プライマーのTm[0]より少なくとも５℃、好ましくは、少なくとも10℃低い。PCR増幅の初期サイクル、すなわち、３段階PCRまたは２段階PCRのいずれかは、余剰プライマーのTm[0]Xより高いアニーリング温度を用いて、余剰プライマーがアンプリコンの生成に実質的に参加しないようにする。選択した回数のこれらの高温サイクルが、好ましくは、点指数増幅付近でL1およびL2の消耗のために停止した後、アニーリング温度を下げることにより、後続のサイクル中に余剰プライマーが増幅（もしその対合制限プライマーが完全に消耗されていない場合には、指数増幅であり、その後、一本鎖LATE-PCR産物の線形増幅が続く）に参加するようにする。このように、余剰プライマーの伸長により形成された短い方のアンプリコンの融解温度の関係、すなわち、該アンプリコンのTmAは、余剰プライマーのTm[0]Xより25℃以上超えない、好ましくは20℃、さらに好ましくは18℃以上超えない。
【００９９】
本発明は、デジタルPCR法（Vogelstein, B., & Kinzler, K. W. (1999) "Digital PCR" Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96 : 9236-9241）を改良したものである。この方法によれば、一本鎖DNA分子を対称PCRにより増幅する。いったん対称反応が完了したら、単一の追加のプライマーを反応物に添加することにより、蓄積した二本鎖分子の一本鎖だけを増幅する。次に、適切な蛍光プローブの添加、もしくは電気泳動により、得られた一本鎖を検出する。LATE-PCRを用いて、１回の反応で、二本鎖産物および一本鎖産物の両方の増幅を実施することができる。いくつかの用途、例えば、大便中に存在する癌DNA分子の検出（Shih,I.ら, (2001) "Evidence That Genetic Instability Occurs at an Early Stage of Colorectal Tumorigenesis" Cancer Res. 61 :818-822）では、LATE-PCR増幅は、例えば、アガロースまたはポリアクリルアミドゲルにおいて、in situで実施することができる。
【０１００】
定量LATE-PCRアッセイ
LATE-PCRに基づくアッセイにより、定量測定を３つの方式で達成することができる。第１に、リアルタイムLATE-PCRを用いて、シグナルのCT値を測定することができる。リアルタイム対称PCRの場合と同様に、CT値を用いて、初期サンプルに存在する標的分子の数を推定することができる。これは、サンプルのCT値と、未知サンプルの量を刺激する条件下で、同じ標的配列の既知量を分析することにより作成した標準曲線とを比較することにより達成される。第２に、リアルタイムLATE-PCRの線形増幅期の間のシグナルの勾配を測定することができる。単一コピー配列について以下に説明するように、ホモ接合二倍体細胞の線形勾配は、同じ順序でヘテロ接合二倍体細胞における線形勾配の約２倍である。第３に、最適化条件下でのLATE-PCRを用いて、エンドポイントアッセイにより、存在する様々な対立遺伝子コピーの相対数を決定することができる。
【０１０１】
また、対立遺伝子の相対数が既知であり、かつ直線の勾配が反復試験サンプル間で類似している場合には、エンドポイントLATE-PCRアッセイを用いて、本来のサンプルにおける標的の数を推定することができる。これは、LATE-PCR反応がプラトーにならないで、多数のサイクルにわたって線形的に増加し続けるために可能である。従って、いったんこのような反応の推定CT値を確認したら、単一データポイントを用いて、直線の勾配、従って、反応の開始時に存在する標的分子の数を補外することができる。同様に、最初に標的分子の数および期待CT値を確定した場合には、エンドポイントアッセイを用いて、それらにおける様々な対立遺伝子配列の頻度を定量することができる。
【０１０２】
リアルタイムおよびエンドポイントアッセイのいずれの場合にも、染料とハイブリダイゼーションプローブの組合せ、もしくはハイブリダイゼーションプローブとプライマープローブの組合せを用いて、LATE-PCR増幅の二本鎖産物および一本鎖産物の両方を同時にモニタリングできることは理解されよう。以下に、使用可能ないくつかの考えられる戦略を挙げるが、当業者にはさらなる戦略も可能であることは理解されよう。
【０１０３】
単一アンプリコンの場合には、２つのハイブリダイゼーションプローブを用いて、指数期の終了時に合成を停止する制限プライマーの伸長産物の合成および蓄積、並びに線形に蓄積し続ける余剰プライマーの伸長産物を同時に測定することができる。
【０１０４】
あるいは、制限プライマーの伸長産物の蓄積は、標識した二本鎖プライマーとその消光された相補鎖を用いてモニタリングすることができ（Liらにより記載されているように）、一方、余剰プライマーの伸長産物は、適切なハイブリダイゼーションプローブ、例えば、分子ビーコンまたは二本鎖プローブの使用によりモニタリングすることができる。
【０１０５】
あるいは、蓄積二本鎖アンプリコンは、インターカレート(intercalating)染料、例えば、SYBR Green（登録商標）を結合することによりモニタリングし、一方、余剰プライマーの一本鎖伸長産物は、適切なハイブリダイゼーションプローブ、例えば、分子ビーコンの使用によりモニタリングすることができる。
【０１０６】
多重反応の場合には、複数のプローブを用いて、反応の一本鎖期の間に蓄積し続ける複数の鎖を同時にモニタリングすることができる。
【０１０７】
ゲノム接合性を確認するのに用いられるLATE-PCRアッセイ
本発明のアッセイにより、特定の対立遺伝子についてホモ接合のゲノムと、同じ対立遺伝子についてヘテロ接合のゲノムとの間の識別が可能になる。ホモ接合細胞とヘテロ接合細胞とを識別することができるアッセイは、単一細胞または単一ゲノムで出発して実施することができるが、比較しようとする２つのサンプルが反応開始時にほぼ同量のDNAを含んでいれば、別のサンプルを用いていもよい。ホモ接合細胞とヘテロ接合細胞とを識別することができるアッセイは、臨床または商業的に重要である。何故ならば、このようなアッセイにより、特定の対立遺伝子または同対立遺伝子の変異型の１または２個のコピーを保有するまたは保有しない生物間を識別することができるからである。
【０１０８】
図９に示すように、ヘテロ接合二倍体細胞に存在する選択した核酸配列の１コピーの存在は、リアルタイムLATE-PCRアッセイにより、ホモ接合二倍体細胞における同じ核酸配列の２コピーの存在から見分けることができる。このアッセイでは、１分子ビーコンを用いて、ヘテロ接合細胞における対立遺伝子の１つを検出するか、あるいは、２つの着色が異なる分子ビーコン（１つは、ヘテロ接合細胞における一方の対立遺伝子用、もう１つは別の対立遺伝子用）を用いる。その結果、このようなサンプルから発生する蛍光シグナルにより、各対立遺伝子について、特定の対立遺伝子の２コピーを含むホモ接合細胞から発生したシグナルの線形勾配（曲線91）は、２つの異なる各対立遺伝子の１コピーを含む同数のヘテロ接合細胞が生成した同じ対立遺伝子のシグナルの速度（曲線92）の約２倍の速度で増加することがわかる。
【０１０９】
本発明を使用する上で、反応の一本鎖期の間に発生する直線の勾配を再現性に関して最適化する、すなわち、反復サンプル間で呈示される散乱が最小限であることが特に重要であることが理解されよう。このためには、（Tm[0]L−Tm[0]X）≧＋３であるのが最も好ましい。図９は、HEX-A遺伝子の1421対立遺伝子（ティ−サックス病の原因である共通の対立遺伝子の１つ）についてヘテロ接合に対するホモ接合であるゲノムの最適化したケースを示す。図９における曲線91、92の各々は、15の反復試験の平均である。この実施例では、ホモ接合正常DNA（野生型対立遺伝子についてアッセイした）が、1421対立遺伝子に対しヘテロ接合の細胞に存在する野生型対立遺伝子の平均勾配の約２倍急峻な平均勾配を有することが明らかである。LATE-PCRアッセイにより作成した曲線の勾配、またはLATE-PCRアッセイにより得られたエンドポイント値のいずれかを各々用いて、ホモ接合細胞とヘテロ接合細胞とを識別することができる。
【０１１０】
また、LATE-PCRを用いて、特定の対立遺伝子に対しヘテロ接合のゲノムと、同じ対立遺伝子に対し半接合のゲノムとを識別することができる。半接合細胞とヘテロ接合細胞とを識別することができるアッセイは、単一細胞または単一ゲノムで出発して実施することができるが、比較しようとする２つのサンプルが反応の開始時にほぼ同じDNAの量を有していれば、別のサンプルを用いてもよい。半接合細胞とヘテロ接合細胞とを識別することができるアッセイは臨床上または商業的に重要である。何故ならば、他の現象の中でも、これらを用いて、特定の癌において、並びに細胞分化の過程で免疫グロビン遺伝子の一部の組換えおよび喪失を被る免疫系の正常な細胞に起こる、よく知られた事象である「ヘテロ接合性の喪失」を検出することができるからである。このような場合、１染色体の小さい部分または大きい部分が喪失し、これによって、ゲノムの一部が半接合になる。ヘテロ接合細胞は、LATE-PCRアッセイでシグナルを発生し、これは適切なプローブでモニタリングすると、このプローブが有する勾配および／またはエンドポイントは、半接合細胞由来のDNAの増幅をモニタリングする同じプローブにより生成されるものの約半分である。
【０１１１】
多重LATE-PCRアッセイ
本発明のアッセイは、同じ反応混合物における様々なプライマー対による２以上の標的配列の同時増幅を目的とする多重アッセイを含む。多重アッセイの場合には、各種プライマーを分析して、２つのアンプリコン間の、並びに１つのプライマー対と他のプライマー対由来のアンプリコンとの間の望ましくないクロスハイブリダイゼーションが明らかなケースを排除することが推奨される。多重アッセイのためには、全制限プライマーの濃度調整融解温度、Tm[0]Lが、全余剰プライマーの濃度調整融解温度、Tm[0]Xに等しいか、またはそれより高くなければならない。好ましくは、多重増幅の線形期をストリンジェントな条件下で実施することにより、偽プライミングを最小限にする。図10は、本発明の多重アッセイの結果を示す。２つの個別のアンプリコンをHEX-A遺伝子から合成した。一方の標的配列は、1278突然変異の部位を含んでいた。他方の標的配列は、1421突然変異の部位を含んでいた。異なる標識付けした（一方はTET、他方はFAM）分子ビーコンプローブを用いて、２つのアンプリコンをリアルタイムでモニタリングした。図10における２つの蛍光プロット（曲線101および曲線102）は、両標的ともうまく増幅されたことを示している。
【０１１２】
本発明のアッセイ、特に多重アッセイは、ユニバーサルプライミング配列の使用を含みうる。本発明者らは、各制限プライマーがユニバーサル5’配列を有する各アンプリコン用のプライマー対を用い、かつ、またユニバーサル配列しか含まない追加のプライマー、すなわち、ユニバーサルプライマーを用いる多重アッセイを設計した。ユニバーサルプライマーは、余剰プライマーのTm[0]Xより低い濃度調整融解温度、Tm[0]Uを有する。制限プライマーおよび余剰プライマーは、前記のような濃度調整融点を有する。これらは、前記の比、例えば、１：20以上で、しかも非常に低い濃度、例えば、制限プライマーの場合１nMで添加する。好ましい濃度の例は、制限プライマーが１nMおよび余剰プライマーが50nMである。増幅の初期サイクルは、プライマー対に適した条件で行なわれ、制限プライマーは、比較的少数のサイクル後消耗する。ユニバーサルプライマーはこれらの初期サイクルに参加しない。ほぼその時点以降、余剰プライマーは、ユニバーサルプライマーに対して「制限プライマー」として機能する。その際、ユニバーサルプライマーは、反応物に存在する余剰プライマーより低い濃度調整融解温度、Tm[0]Uを有するが、余剰プライマーに用いる濃度の少なくとも５倍、好ましくは少なくとも約10倍高い濃度で存在する。増幅の第２期の間における更なる温度サイクルでは、ユニバーサルプライマーに適した低いアニーリング温度を用いる。余剰プライマーの消耗後、サイクルを継続することにより、ユニバーサルプライマーの伸長によって一本鎖産物が合成される。本質的に、この方法は、第１LATE-PCR増幅を第２LATE-PCR反応に連結するが、その際、第１増幅における余剰プライマーは第２増幅では制限プライマーとなる。
【０１１３】
以上説明した多重アッセイの効率は、制限プライマーと余剰プライマーの濃度が低いために、反応の初期サイクルの間、制限される可能性がある。必要であれば、これらのプライマー対の濃度を上げることにより、アンプリコン生成の初期効率を高めることもできる。これらプライマー対の濃度上昇は、量の変更、すなわち、第２期の反応混合物量よりはるかに少ない反応混合物量を用いて、第１期の増幅を実施することにより達成できる。これらの条件下で、アニーリング期の温度を下げることにより、ユニバーサルプライマーの機能を開始させる熱サイクルで、もしくはその近傍で反応物の量を増加することができる。上記に記載した多重アッセイの別の態様は、ユニバーサルプライマーをそれが最初に必要な時点でアッセイに添加するものである。
【０１１４】
追加のLATE-PCR増幅およびアッセイ
LATE-PCR増幅における１以上の一本鎖産物を二本鎖産物に再び変換するのが望ましい場合もある。これは、「低Tmプライマー」を反応に含有させることにより達成することができる。「低Tmプライマー」は、反応後期の熱サイクルに含まれる追加段階の間に、温度がこのプライマーのTm[0]値より低く降下してから、ゆっくりと上昇して、該プライマーを伸長させる、従って、蓄積した一本鎖分子を二本鎖DNAに再変換させるとき初めて、その相補的配列とハイブリダイズする。変換の最初の試みが不十分であることがわかった場合には、低温段階で費やす時間を短縮する、および／または低温からの温度の上昇速度を遅くすることができる。あるいは、反応を停止する前、もしくは次の熱サイクルの融解段階まで反応を続行する前に、上下の温度振動、例えば、45℃−72℃−45℃−72℃を数回行うことができる。本発明のこの実施形態の態様は、蓄積一本鎖産物内の配列（その5’末端または付近ではなく）とハイブリダイズすることができる「低Tmプライマー」を設計することを目的とする。この場合、「低Tmプライマー」の3’である一本鎖の部分だけを二本鎖に変換する。この反応の産物鎖は、初期余剰プライマーを用いて追加の切断型一本鎖を合成するための基質になることができる。
【０１１５】
上のパラグラフに記載した方法は、以下に挙げるような複数の可能性のある新規の用途を有する：１）次の段階を「妨害」するであろう一本鎖分子内の配列を「隠す（covering up）」、例えば、固体マトリックス上の一本鎖分子の捕獲に有用でありうる；２）ヘアピンのような二次構造を呈示する一本鎖分子内の領域を測定または明らかにするのに用いることができる；３）産物進化（産物進化の現象については以下に説明する）を阻止するのに用いることができる；４）一本鎖分子の二本鎖部分に結合できる染料（例えば、SYBR（登録商標）Green）での染色により一本鎖分子の検出を可能にするために用いることができる；５）余剰プライマーの伸長により一本鎖合成の速度を高めるのに用いることができる；６）標識した低Tmプライマーを用いて、この方法を一本鎖産物に相補的な鎖を標識するのに用いることができる。
【０１１６】
二本鎖への一本鎖の変換は、エンドポイント分析と組み合わせて、LATE-PCRエンドポイントアッセイの別の形態を達成することができる。この場合、5’末端に蛍光でタグ付けした余剰プライマーと、このプライマーに相補的な追加のオリゴヌクレオチドの存在下で反応を実施し、その3’末端において消光部分（例えば、Dabcyl）でブロックする。相補的オリゴヌクレオチド（CO）は、アンプリコンにおけるその標的配列に対する余剰プライマーのTm[0]Xより少なくとも５℃低いTm[0]COを有するように設計されている（Liら2002を参照）。また、もう１つ追加の短いオリゴヌクレオチド、低Tmプライマーも反応物に添加する。この低Tmプライマーは、反応の温度が低温度段階中に降下すると、反応物の一本鎖産物内の配列とハイブリダイズするように設計されている。次いで温度を徐々に上げると、DNAポリメラーゼが低Tmプライマーを伸長し、一本鎖の5’末端を二本鎖に変換する。
【０１１７】
これらの状況下で、蛍光タグ付余剰プライマーをアンプリコン鎖のすべてのコピーに組み込み、このプライマーが、LATE-PCRの指数および線形期の両方の間で、プライミングするようにする。反応の終点で、反応物の温度が降下した後上昇した場合、低Tmプライマーを伸長し、一本鎖の5’末端とハイブリダイズした相補的オリゴヌクレオチドを置換する。反応温度を最後に降下したとき、Liらの知見（2002）によれば、余剰プライマーの組み込まれたコピーは蛍光を発するが、一方、余剰プライマーの組み込まれていないコピーはその蛍光を消光する相補鎖とハイブリダイズする。得られた組み込まれたプライマーの蛍光は、反応で合成された一本鎖分子の数の測度として用いることができる。
【０１１８】
また、LATE-PCRを用いて、一本鎖分子をin situで生成することができ、次いで続いて生成された一本鎖分子は、二次増幅方法、例えば、得られた一本鎖の様々な検出手段と組み合わせたローリングサークル増幅を用いて、検出することができる。このLATE-PCRの適用は、PCRによってもたらされる高レベルのプライマー-標的特異性を利用するが、こうして生成された一本鎖分子の数が直接検出可能である必要はない。次に、二次増幅方法（他の場合では、許容できないほど高率の偽陽性を発生しうる）を用いて、LATE-PCR反応により生成された特定の一本鎖分子のプールの存在を検出する。当業者には認識されているように、二次増幅を含むLATE-PCRは、相互作用しやすいと考えられる高濃度のLATE-PCR産物の生成を防ぐことから、多重化にも有用である。
【０１１９】
LATE-PCRを二次増幅方法と組み合わせてさらに増幅すると、アンプリコンTmAと余剰プライマーTm[0]Xとの関係に対する制限が小さくなり、25℃を超えてもよい。
【０１２０】
一本鎖分子生産のためのLATE-PCRの使用：
アッセイに加えて、LATE-PCRを用いて、あらゆる目的のための一本鎖産物を合成することができる。このような目的の１つに、続く配列決定方法のために出発材料を生産することがある。別の目的は、ハイブリダイゼーションプローブ、例えば、in situハイブリダイゼーションプローブとして用いるための一本鎖オリゴヌクレオチドの生産である。
【０１２１】
LATE-PCR増幅中の産物進化：
対称PCR増幅は約50サイクル後にプラトーになって、停止する傾向があるのに対し、本発明の増幅は75サイクル以上にわたって一本鎖アンプリコンを生成し続ける。しかし、本発明者らは、いくつかの例で、熱サイクルが高レベルのストリンジェンシーで維持されなければ、ある特定の標的の増幅中に蓄積する一本鎖分子が相互作用し、「進化する」傾向があることをみいだした。次に、こうして得られた「誘導体分子」を二本鎖分子として増幅する。本発明者らはこれを「産物進化」と呼ぶ。産物進化は、ハイブリダイゼーションプローブ（例えば、分子ビーコン）の使用により一貫して観察されるわけではない。何故なら、これらのプローブは、反応の初期一本鎖産物と、産物進化によって生成された「誘導体分子」の両方にハイブリダイズする傾向があるからである。しかし、産物進化の過程は、SYBR（商標登録）Green（配列とは無関係に二本鎖分子を染色する）を使用し、得られた産物の融点分析により検出および分析することができる。産物進化は、増幅した産物の電気泳動によりさらに分析することができる。
【０１２２】
産物進化は、それが増幅産物の配列を改変する限り、確率的で、望ましくない。この現象は非対称PCRについて報告されている（GyllenstenおよびErlich（1988））が、この時点で分子機構については未知である。産物進化は、誘導体アンプリコンの不適切なプライミングによって開始すると考えられる。図11は産物進化の現象を示し、LATE-PCR増幅またはアッセイにおけるアニーリング段階のストリンジェンシーを高くすると、産物進化が遅延することを明らかにしている。図11Aおよび図11Bを比較すると、いかに非特異的産物の増幅からの産物進化の現象が明瞭であるかがわかる。挿入図（inset）の比較により、いかに産物が非ストリンジェント条件下でより高い融解ピークまで進化しうるかがわかる。曲線111は、ストリンジェント条件下で生成したサンプルの融解分析であり、曲線112は、ストリンジェント条件下での増幅の速度論を示す。曲線113は、非ストリンジェント条件下で生成したサンプルの融解分析であり、曲線114は、非ストリンジェント条件下での増幅の速度論的分析を示す。グラフにおける水平方向の矢印は産物進化の非存在下での一本鎖DNA蓄積のサイクル数を示し、挿入図における垂直方向の矢印は、適正な産物の融解温度ピークを示す。
【０１２３】
当業者には、反応のストリンジェンシーを高め、これによって、不適切な開始を抑制する多数の方法があることは認識されよう。ストリンジェンシーを高めるのに考えられる方法を以下に挙げる：
ａ）アニーリング温度を高めることにより、プライマー、特に余剰プライマーのハイブリダイゼーションを制限する、
ｂ）伸長温度をDNAポリメラーゼの最適条件よりはるかに高くまたは低くする、
ｃ）DNAポリメラーゼの濃度を低下させる、
ｄ）余剰プライマーの濃度を低下させる、
ｅ）低温検出段階を用いるアッセイにおいて、その段階を最小限の時間に制限した後、融解温度への急勾配を形成することにより、ミスマッチの部位で起こりうるプライマー伸長を最小限にする。
【０１２４】
産物進化についての別の説明は、ａ）初期ゲノム内、またはｂ）LATE-PCRの線形期間に蓄積する一本鎖内のいずれかの部位への余剰プライマーの不完全なアニーリングによって起こるというものである。不完全なアニーリングは、増幅条件がストリンジェントなままであれば起こらないが、アッセイの低温検出段階中に温度が降下するにつれて促進されるだろう。不完全にハイブリダイズしたプライマーがいったん結合すると、一本鎖鋳型の5’末端まで伸長するだろう。ｂ）の場合には、得られた部分鎖が、後続の熱サイクルで短い二本鎖分子として増幅されることになる。何故なら、同じ余剰プライマーが両方向の複製をプライミングするためである。
【０１２５】
産物進化および非特異的増幅は、余剰プライマーの有効濃度を一時的に低下し、これによって、アッセイの低温検出段階が進行するにつれ、特異性を高めることにより抑制することができる。この目標は、余剰プライマーに相補的であるが、反応温度が、余剰プライマーと、アンプリコンにおけるその標的配列とのアニーリング温度より低い温度まで降下するときだけ余剰プライマーに結合するオリゴヌクレオチドの含有により達成することができる。相補的オリゴヌクレオチドの最適塩基配列は、特定の余剰プライマーの配列構成に依存し、実験的に確立される。しかし、相補的オリゴヌクレオチドは以下に示す特徴を有すると期待されうる：
相補的オリゴヌクレオチドの濃度調整融解温度、Tm[0]COは、Tm[0]Xより少なくとも３℃低いはずである。これは、余剰プライマーに対して相補的オリゴヌクレオチドの濃度を低下させるか、あるいは、余剰プライマーに対して相補的オリゴヌクレオチドの長さまたは配列を改変するかにより達成することができる。しかし、相補的オリゴヌクレオチドの濃度を余剰プライマーの濃度より高く維持し、反応温度がTm[0]COより低い温度に降下したら、大部分の余剰プライマー分子が相補的オリゴヌクレオチド分子とハイブリダイズするようにするのが最も望ましい。従って、余剰プライマーに対して相補的オリゴヌクレオチドを短くするか、あるいは、余剰プライマーの相補的オリゴヌクレオチド、もしくは両者を故意にミスマッチさせるのが最も望ましい。最も好ましくは、相補的オリゴヌクレオチドをその3’末端で短くすることができる。余剰プライマーが鎖複製を開始するのを阻止するために、相補的オリゴヌクレオチドの5’末端の少なくとも３つの塩基を、余剰プライマーの3’末端の３つの塩基と完全に対合させなければならない。さらに、相補的オリゴヌクレオチドの3’末端を、リン酸基のような改変によって遮断することにより、確実に相補的オリゴヌクレオチドがプライマーとして作用できないようにしなければならない。
【０１２６】
本発明の増幅を用いるアッセイとしては、均一エンドポイントアッセイおよび均一リアルタイムアッセイが挙げられる。均一アッセイでは、産物の分離をまったく必要としない。一般に、検出手段として、例えば、蛍光染料または蛍光プローブを増幅の開始前に添加することができるため、増幅反応の管を開ける必要がない。本発明のアッセイでは、２段階PCRまたは３段階PCRを用いうる。特定の好ましい実施形態は、プライマー伸長後に低温検出段階をさらに含む。低温検出段階を用いる場合には、早期サイクルの増幅にこれを含む必要がなく、好ましくは、CTより５〜10サイクル前まで省くことにより、特異性を高めるとともに産物進化（前述の通り）を抑制するが、CTより前の蛍光のバックグラウンドレベルを確認することも可能である。
【０１２７】
一本鎖産物の回収と組み合わせたLATE-PCRアッセイ
一本鎖アンプリコンまたは多数のアンプリコンを生成するいずれの目的でLATE-PCRを実施する場合でも、一本鎖分子の不適切な相互作用を最小限にすることにより、これら分子の濃度が高くなるにつれ産物進化が起こる機会を低減することが望ましい。選択した、もしくは全線形増幅サイクルにおける、進行中の反応からの一本鎖分子の定期的捕獲および除去によって、産物の濃度を低く維持する単純かつ多用途の手段がもたらされる。一本鎖分子の捕獲および除去は、多様な装置およびフォーマットで達成することができる。例えば、LATE-PCR増幅は、「レーストラック（racetrack）」様チャンバ中で実施することができ、このチャンバの周りを反応体が繰り返し循環する。反応体がレーストラックの周囲を回転する速度は制御することができ、レーストラックの隣接部分を別々に加熱または冷却することにより、必要なパターンの熱サイクルを達成することができる。レーストラックの１セクターまたはレーストラックの数個の隣接するセクターには、１以上の一本鎖産物に相補的な１以上の配列を有する共有結合捕獲プローブを含む表面を備えることができる。低温検出段階と同様に、反応体がこれらのセクターを通過するにつれ、反応物の温度を冷却させることができる。これらの条件下で、各一本鎖分子が、その特定の捕獲プローブにハイブリダイズし、一方、二本鎖鋳型分子、並びにTaqDNAポリメラーゼ（およびその他のタンパク質）および反応混合物の小分子の全部が、レーストラック中の次のチャンバに移動する。いったん反応体がレーストラックの捕獲プローブセクターを通過してしまうと、これを隔離することができ、その温度が上昇して、一本鎖分子を放出するため、次の分析または操作のためにこれを回収する。当業者であれば、以上の原理をLATE-PCRの一本鎖産物を回収するように設計した追加のシステムおよび装置に適用できることは理解されるであろう。
【０１２８】
LATE-PCR反応の一本鎖産物の捕獲および除去により、典型的対称PCR反応で認められるラウンド数よりはるかに多い反復ラウンドの産物合成が可能になるであろうことが期待される。例えば、本発明者らは、いくつかのLATE-PCRアッセイを25〜100μlの密閉管反応において少なくとも100熱サイクルにわたり維持できることを明らかにした。これは、Taq DNAポリメラーゼ、リポーター染料、余剰プライマー、ヌクレオチド前駆体のいずれもLATE-PCR反応において必ずしも制限的にはならないことを意味している。この観察結果は、対称PCRに関する科学的文献で一般に主張されている見解とは対照的である。例えば、LiuおよびSaintは次のように述べている：「反応は、少量（25〜50μl）の反応混合物を含む密閉管において実施されるため、反応速度論は、反応混合物のあらゆる成分（例えば、リポーター染料、ヌクレオチド濃度、プライマー濃度、並びに鋳型の初期コピー数（または濃度）を含む）の影響を受ける可能性がある。リポーター染料、ヌクレオチド、プライマー濃度、並びに酵素活性は、アンプリコンの合成速度に対して制限的になりうるため、アンプリコンの合成速度は遅くなり、最後には停止することになる」（Liu, W. およびSaint, D.A.（2002）"A New Quantitative Method of Real Time Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction Assay Based on Simulation of Polymerase Chain Reaction Kinetics", Analytical Biochemistry 302: 52-59）。
【０１２９】
対照的に、本発明者らの結果は、本発明の増幅に対する制限は、アンプリコン鎖の濃度が、同じ標的分子とのハイブリダイゼーションのためのそれら自身のプライマーと、該アンプリコン鎖が有効に競合できる（特に、余剰プライマーの伸長産物が余剰プライマーと競合する）レベルまで到達するという事実に起因することを明らかにしている。本出願の初めに示したように、一本鎖産物の生産を維持する一手段は、（TmA - Tm[0]X）を７〜25℃の範囲、最も好ましくは12℃に最適化することである。しかし、（TmA - Tm[0]X）の最適化は常に可能であるとは限らない（例えば、アンプリコンが高GC含有(GC-rich)であるか、もしくは非常に長い場合）。これらの状況下で、蓄積した一本鎖の捕獲および除去は、アンプリコンと余剰プライマーとの間の特定の融点差の維持に代わる方法として役立つと考えられる。これにより、LATE-PCRは多数のサイクルにわたって一本鎖の合成を継続することができる。
【０１３０】
本発明の別の実施形態では、LATE-PCRを下記のような条件下で実施することができる：プライマーの１つ、最も好ましくは余剰プライマーを固体マトリックスまたは表面に固定して、プライマー伸長の各サイクルにより、固体表面（例えば、ビーズまたは反応チャンバの壁）に付着したまま、伸長プライマー鎖が構築されるようにする。これらの条件下では、付着したプライマーのTm[0]はさらに、プライマーが自由に拡散可能ではないという事実に依存するとともに、表面上のプライマーのパッキング密度、並びに反応が起こる空間の容積および形状に応じて変動するだろうと予想される。従って、プライマーのTm[0]、例えば、Tm[0]Xは、反応の実験条件下で、経験的に決定しなければならないだろう。
【実施例】
【０１３１】
実施例１：プライマー対の設計、テイ−サックスHEX-A遺伝子
対称PCRプライマーの既存のマッチした対で出発し、改変を実施して、本発明のプライマー対を達成するのではなく、本発明では、入手可能なコンピュータソフトウエアを用いて、プライマー対を設計するのが好ましい。本発明者らは、コンピュータプログラムOligo（登録商標）6.0（Oligo（登録商標）Primer Analysis Software Manual、ウインドウズ用バージョン6.0、Molecular Biology Insights, Inc. 第６版、2000年3月）を用いて、候補プライマー対を同定するのに成功した。「Nearest-Neighbor」法を用いて、候補プライマーのTm[0]を決定するために、本発明者らはエンタルピーおよびエントロピーのAllawiおよびSantaLucia（1997）値に基づく前記節に記載した式を好適に用いた。本発明者らは、β-N-アセチルヘキソサミニダーゼ（HEX-A）遺伝子のαサブユニットのエキソン11における野生型および1278+TALC対立遺伝子配列の同定のためのLATE-PCRプライマー対を設計した。これらの対立遺伝子はテイ−サックス病に関連する。突然変異対立遺伝子である、1278+TALCは、アシュクナージ系ユダヤ人集団におけるテイ−サックス保菌者の82〜90％に原因している（近年の概説では、テイ−サックス病をもっぱら扱っているAdvances in Genetics, 第44巻、DesnickおよびKaback編（2001）を参照されたい）。
【０１３２】
Oligo（登録商標）6.0プログラムを用いて、1278位のヌクレオチドを含むHEX-Aエキソン11のセグメント（GenBank登録番号：NM000520）の対称PCR増幅に適合するプライマーのセットを同定した。検索パラメーターは、100塩基対より小さいアンプリコンを生成するであろうプライマー対を同定するように設定した。候補プライマー対の中から、本発明者らは、以下の表IVに記載する配列を有するプライマーセットを選択した。Oligo（登録商標）6.0のデフォルト設定に従い、これらのプライマーはマッチするTm（上方プライマー：73.6℃；下方プライマー：73.0℃）を有する。次に、本発明者らは、前記の最短距離式を用いて、１μＭの標準濃度のプライマーTm[1]値を計算するとともに、それぞれ１μMおよび25μMの濃度の余剰および制限プライマーについてTm[0]値を計算した（１：40プライマー比；これらの計算の際、１価陽イオン濃度は0.07Mに設定した）。便宜上、AllawiおよびSantaLucia（1997）最短距離値を用いたエンタルピーおよびエントロピーの計算は、コンピュータプログラム、MELTING（Le Novere, N.（2001）"MELTING, Computing the Melting Temperature of Nucleic Acid Duplex", Bioinformatics 17: 1226-7)を用いて実施することができる。結果を表IVに示す。前記プライマー比および濃度は、非対称増幅中に分子ビーコンで各アンプリコン鎖をモニタリングすることを含む試験に基づいて選択し、反応が閾値サイクル（CT）に達すると間もなく25nMで制限プライマーが消耗することが明らかになった。従って、CTに達した後、指数増幅が停止し、線形増幅が開始する。
【０１３３】
余剰プライマーを１μMで用いることにより、LATE-PCRの線形期中に一本鎖DNAの最大合成を促進した。表Ｖは、計算されたTm[1]およびTm[0]値を示す。マッチするTm[1]値により、このプライマーセットは対称PCRに好適なものとなる。Tm[0]L＜Tm[0]Xであると、このプライマーセットはLATE-PCR増幅およびアッセイで使用するには不適となる。
【表４】
2005512577.tif 000005
【０１３４】
次いで選択したプライマーをLATE-PCR増幅に必要な基準を満たすように改変した。内因性HEX-A配列を用いて、プライマーTSD1242S20をその5’末端で長くし、表Ｖに結果を示す。表Ｖでは、太字で示すプライマー配列のヌクレオチドは、表IVに示す配列と対応する。制限プライマーの5’末端にある通常書体の２つのヌクレオチドは付加したヌクレオチドである。
【０１３５】
表IVに挙げた本来のプライマー対は、81bp長さのアンプリコンを生成し、そのTmAは78.6℃である（％GC法によれば：70mM塩濃度で、TmA＝81.5＋16.6 log[M]/(1+0.7[M])＋0.41（％G＋％C）−500／長さ）（Wetmur, J.G. (1991). "Applications of the Principles of Nucleic Acid Hybridization, Crit Rev BIochem Mol Biol 26 : 227-259.）。LATE-PCRに用いた改変プライマー（表Ｖ）は、TmA＝79.2℃で、83bp長さのアンプリコンを生成する。差（TmA−Tm[0]X）は、15℃（79.2−64.3＝14.9、すなわち、約15℃）である。従って、このプライマー対は条件：（TmL[0]−Tm[0]X）≧０および（TmA−TmX[0]）＜18℃を満たす。
【表５】
2005512577.tif 000006
【０１３６】
実施例２：プライマー対の設計、ヒトβグロビン遺伝子
ヒトβグロビンにおける特定の突然変異を検出するためのプライマーの選択によって、別のプライマー設計が達成される。プライマー配列の位置は、βサラセミアを引き起こすことが知られているIVS1-110およびコドン39突然変異の部位がアンプリコンに含まれるように選択した。各プライマーの3’末端として考えられる位置は、βグロビン遺伝子が優先的に増幅されるのを確実にするため、グロビン遺伝子ファミリーの他のメンバーに対して相同性を持たない領域に限定した。いったん予想部位を決定したら、Oligo（登録商標）6.0ソフトウェアを用いて、これらの配列を調べ、制限プライマーとして、より高いTm[1]を有するプライマー提供しそうな領域を選択するが、この場合、下方鎖配列であった。制限プライマーには50nMの濃度を選択し、考えられる様々な長さのプライマーのTm[0]Lを実施例１に記載したように決定した。同様に、1,000nMの濃度で、考えられる余剰プライマーのTm[0]Xを決定した。初めに、Tm[0]L＝66℃で長さが26ヌクレオチドの制限プライマーを選択し、次に、Tm[0]X＝66℃で長さが28ヌクレオチドの余剰プライマーを選択した。その際、Tm[0]Xは81℃のTmA（191塩基対、52.4％GCのアンプリコン）より15℃低い。最初に選択した制限プライマーの5’末端付近に１つのAからのGへの改変を含み、その長さを30ヌクレオチドまで増加することにより、本発明者らはTm[0]L＝72℃の最終制限プライマーを得た。
【０１３７】
実施例３：嚢胞性繊維症遺伝子のためのLATE-PCRプライマーの設計
（Tm[0]L−Tm[0]X）および（TmA−Tm[0]X）について本明細書に記載した基準は、単独で、ならびに、組み合わせて、PCR増幅に対する明白な作用を有する。本発明者らは、嚢胞性繊維症の最も一般的原因であるΔ508突然変異を取り囲むゲノム配列を増幅するためのプライマー（「CFTR」プライマーと称する）を用いて、特定の作用を証明した。この実施例で報告する試験のために、本発明者らは、以下の表VIに記載するものの中から制限プライマーおよび余剰プライマーを使用した。表VIは、各プライマーについて、そのヌクレオチド配列、並びに50ｎMの制限プライマー濃度および1,000nMの余剰プライマー濃度についてのそのTm[0]を記載する。余剰プライマーの伸長により生成された一本鎖アンプリコンに対するハイブリダイゼーションプローブを用いる試験では、本発明者らは、一末端をクエンチャー(quencher)で、また他末端を発蛍光団で改変した分子ビーコンを用いたが、これは下記の配列を有する：5'FAM-CGCGCTTATCATCTTTGGTGTTTCCTATAGCGCG-Dabcyl 3'（配列番号９）（ここで、各末端の６つのヌクレオチド（下線部）は、ステムを形成することから、従って、これらを用いて、Tm[0]Pを計算しなかった)。このプローブのTm[0]Pは56℃であり、これは、３mMマグネシウム、600nM分子ビーコンおよび600nM標的を含む条件下で経験的に測定した。
【表６】
2005512577.tif 000007
【０１３８】
最初の実験結果を表VIIおよび図2Aおよび2Bに記載する。５回のPCR増幅２シリーズを各々、余剰プライマーCF479 A20と、表VIIに示す５つの制限プライマーの１つとを用いて実施した。第１のシリーズでは、すべての増幅で、同じアニーリング温度、52℃（Tm[0]Xより２℃低い）を用いた。第２のシリーズでは、すべての増幅で、Tm[0]Lより２℃低いアニーリング温度を用いた。増幅はすべて、SYBR（登録商標）Green、すなわち、二本鎖DNAに結合する蛍光染料を用いてモニタリングし、両プライマーが存在する場合に、増幅の初期相における二本鎖アンプリコンの生成をモニタリングする。
【０１３９】
表VIIは、差（Tm[0]L−Tm[0]X）を示すが、この値は引き算の後、最も近い整数に概算した。表VIIはまた、アニーリング温度が52℃のとき（第１シリーズ）と、アニーリング温度がTm[0]Lより２℃低いとき（第２シリーズ）、それぞれ３回の反復試験から得られた平均CTも示す。第１シリーズからの蛍光読取り値（３つの反復試験の平均値）を図2A（第１シリーズ）および図2B（第２シリーズ）に記載する。
【表７】
2005512577.tif 000008
【０１４０】
増幅混合物は、合計容量25μl中に、1000nM余剰プライマー、50nM制限プライマー、各々0.4mMのdNTP、0.2×SYBR（登録商標）Green（Molecular Probes）、3.5mM MgCl2、0.06単位／μl Platinum Taq DNAポリメラーゼ（Invitrogen）、1×PCRバッファー（20mM Tris-HCl（pH 8.4）、50mM KCl）および1×添加試薬（１mg／ml BSA、750mMトレハロース、１％Tween-20）ならびに600ピコグラムのヒトゲノムDNAを含んでいた。リアルタイム蛍光検出器を備えるセフェイドスマートサイクラー（Cepheid Smart Cycler）熱サイクル装置を用いて、増幅および蛍光検出を実施した。95℃で３分の初期変性段階に続き、95℃で５秒、52℃（または別の指定されたアニーリング温度）で15秒、および72℃で15秒（蛍光捕捉を含む）を60サイクル実施した。
【０１４１】
図2Aは、第１シリーズからのサンプルにおける平均リアルタイム蛍光増加を示す。各曲線は、表VIIに示すそれぞれ異なる（Tm[0]L−Tm[0]X）値を有するプライマーを用いた反応に対応する。最も高い（Tm[0]L−Tm[0]X）値のプライマー対を用いて、最も早期の検出（最も低い平均CT値）が得られた（＋７、曲線21を参照）。平均CT値は、（Tm[0]L−Tm[0]X）値がそれぞれ減少するのとともに増加した（＋５、曲線22；＋３、曲線23；＋０、曲線24；−５、曲線25）。CT値が低いほど、反応の指数期中の増幅速度が高くなる（すなわち、効率が増す）ことが明らかである。結果としてすべてのサンプルが同様の最終蛍光、すなわち、二本鎖DNA合成の完了に対応する地点に到達した。（この方法を用いて、一本鎖DNAの継続合成は検出されない）。
【０１４２】
ゲル電気泳動により、（Tm[0]L−Tm[0]X）の値が０〜＋７の間にある各サンプルは同等量の特異的アンプリコンを生成することが明らかになった。しかし、（Tm[0]L−Tm[0]X）＝−３の３つのサンプルの１つは、特異的アンプリコンが著しく少なく、非特異的産物を多量に含んでいた。非特異的産物の平均レベルは、（Tm[0]L−Tm[0]X）＝０または＋３のサンプルでは比較的低く、（Tm[0]L−Tm[0]X）＝＋５または＋７のサンプルでは極めて低かった。これらの結果から、余剰プライマーについて最適として決定されたアニーリング温度より数度高い温度にTm[0]Lが上昇すると、制限プライマーによる検出可能なミスプライミングの量は増加せず、実際に、反応の特異性が高まることがわかる。
【０１４３】
図2Bは、前記と同じプライマーを用いるが、アニーリング温度がTm[0]Lより２℃低いサンプルの結果を示す。ここでも、各曲線は、表VIIに示すそれぞれ異なる（Tm[0]L−Tm[0]X）値を有するプライマーを用いた反応に対応する。（Tm[0]L−Tm[0]X）＝＋５または＋７のサンプルに対応する曲線26および27は、それぞれ、ΔTmが＋３以下のサンプル（＋３、曲線28；＋０、曲線29；−３、曲線210）より低い平均CT値を有し、これは前者の増幅効率の方が高いことを示している。各プライマー対についてそれぞれ異なるアニーリング温度で得られた平均CT値を比較すると、アニーリング温度が余剰プライマーTm[0]Xより高い場合には、平均CT値にはわずかな増加しか起こらないことが示される。しかし、アニーリング温度が上昇すると、反応の特異性がさらに向上し、ゲル電気泳動を用いて観察される非特異的産物の平均レベルが低下する。反対に、（Tm[0]L−Tm[0]X）＝−３のプライマー対のアニーリング温度を下げると、平均CT値はわずかに低下するが、特異的アンプリコンの平均量は減少し、非特異的産物の平均量は増加した。反応の特異性の低下は、恐らく、低いアニーリング温度での余剰プライマーによるミスプライミングのためと考えられる。従って、Tm[0]L＞Tm[0]Xの利点の１つは、両プライマーの真の最適アニーリング温度は、制限プライマーからの高い増幅効率を可能にするのに十分低く、しかも、非特異的産物を生成しうる余剰プライマーからのミスプライミングを制限するのに十分高くなるように、設定することができる。
【０１４４】
表VIIに示す３つの制限プライマー、すなわち、CF 403 S18、CF 402 S19およびCF 399 S22の１つを含むが、SYBR（登録商標）Greenではなく、分子ビーコンプローブを含むPCR反応混合物を両シリーズの増幅に供した。第１シリーズ（アニーリング温度：52℃）により、それぞれ38.9、37.6および36.8の平均CT値が得られた。第２シリーズ（Tm[0]Lより２℃低いアニーリング温度）では、それぞれ38.5、38.6および38.9の平均CT値が得られた。アニーリングをTm[0]Lより２℃低い温度で実施すると、（Tm[0]L−Tm[0]X）＝＋５のサンプルで最も低い平均CT値が得られ、（Tm[0]L−Tm[0]X）＝−３のサンプルで最も高い平均CT値が得られた。これにより、制限プライマーTm[0]Lが上昇すると、増幅効率が増すことが確認される。後の蛍光増加はすべてのグループで同様であった。
【０１４５】
実施例４：効率的LATE-PCRプライマーの設計
公開されている遺伝子配列に基づく嚢胞性繊維症遺伝子のΔF508対立遺伝子のためのPCRプライマーのセットと分子ビーコンプローブを設計した（Riordanら (1989) "Identification of the Cystic Fibrosis Gene: Cloning and Characterization of the Complementary DNA", Science 245: 1006-73）。プライマーおよび分子ビーコン配列は以下の通りであった：
上方プライマー：5'-CCTGGATTATGCCTGGCACCAT-3'（配列番号７）
下方プライマー：5'-CCTGATGACGCTTCTGTATCTA-3'（配列番号８）
分子ビーコンプローブ： 
5'-TET-CGCGCTAAAATATCATTGGTGTTTCCTAAGCGCG-DABCYL-3'（配列番号23）（ここで、プローブにおいて下線を引いた末端配列はヘアピンステムを形成する）。
【０１４６】
Oligo（登録商標）6.0ソフトウエアを用いて、プライマーを分析し、Tm差を有するように改変した。このようにして、本発明者らは、上記プログラム（通常通り、デフォルトモードで）によりTmが下記のように計算されたプライマー対を取得した：いずれもTmに差なし（両者とも65℃、図3A）、５℃のTm差（上方プライマー：70℃、下方プライマー：65℃、図3B）、もしくは10℃のTm差（上方プライマー：75℃、下方プライマー：65℃、図3C）。さらに、プライマーは等モル（両者とも500nM、曲線32、34、および36）または１：10比で存在する（50nM上方プライマー：500nM下方プライマー、曲線31、33、および35）。15マイクロリットルの濃縮PCR試薬混合物を溶解細胞の入った各試験管に添加して、最終濃度：１×PCRバッファー（Invitrogen, Carlsbad, CA, USA）、3.75ｍM MgCl2、0.25ｍM dATP、0.25mM dCTP、0.25mM dGTP、0.75mM dUTP、示した通りのプライマー、1.2μM分子ビーコン、並びに1.5単位Platinum Taq DNAポリメラーゼ（Invitrogen）を有する25マイクロリットルの最終サンプル量を得た。リアルタイム蛍光検出器を備えるABI 7700熱サイクル装置（Applied Biosystems, Foster City, カリフォルニア、USA）で、増幅および蛍光検出を実施した。熱サイクルは、95℃で５分の初期変性に続き、95℃で10秒、55℃で２分、および72℃で30秒を４サイクル実施し、次に95℃で10秒、55℃で30秒、および72℃で30秒を21サイクル実施し、次に95℃で10秒、52℃で30秒、および72℃で30秒を35サイクル実施することからなり、52℃段階の間に蛍光捕捉を実施する。ΔF508対立遺伝子および正常対立遺伝子に特異的な分子ビーコンを各反応物に導入し、下方プライマー鎖に向けてターゲッティングさせた。増幅および蛍光検出は、ABIプリズム7700配列検出器で実施した。
【０１４７】
結果を図３Ａ〜３Ｃに示す。結果は、サイクル数（Ｘ軸）対分子ビーコンΔ蛍光単位（Ｙ軸）としてプロットした。図３Ａは、１：１比のプライマーを有する対称PCR増幅（曲線32）および１：10比の非対称増幅（曲線31）においてTmが同じプライマー（65℃、65℃）を用いた反復増幅の結果を示す。図３Ｂは、１：１比のプライマー（曲線44）および１：10比のプライマー（曲線33）で、Tm差が５℃（70℃、65℃）のプライマーを用いた反復増幅の結果を示す。図３Ｃは、１：１比のプライマー（曲線36）および１：10比（曲線35）で、Tm差が５℃（75℃、65℃）のプライマーを用いた反復増幅の結果を示す。
【０１４８】
Tmが同じプライマーを用いた非対称反応（１：10プライマー比、曲線31）では、対称反応（等モルプライマー、曲線32）と比較して、遅延した蛍光シグナル（後期（later）CT）が得られる（図3A）。しかし、５℃のTm差を導入する（図３Ｂ）と、１：10比のプライマーのCT（曲線33）ははるかに早く、等モルプライマー（曲線34）と同じくらい早くなる。さらに、１：10比のプライマーの最終蛍光シグナル（曲線33）は、等モルプライマー（曲線34）のシグナルよりはるかに高く、60サイクルでもプラトーにならない。10℃のTm差を導入する（図３Ｃ）と、１：10比のプライマーのCT（曲線35）は等モルプライマー（曲線36）と同じであり、最終蛍光ははるかに高く、プラトーにならない。
【０１４９】
実施例５：Tm[0]XとTmAの関係に基づくプライマーの設計
LATE-PCRはTm[0]XとTmAの差も考慮に入れる。TmAはTm[0]Xより高いが、これら２つの値の差が大きすぎると、生成される一本鎖産物の量が少なくなる。これについての実験結果を表VIIIおよび図６に示す。本発明者らは、これを（Tm[0]L−Tm[0]X）＝０℃のCFTRプライマー対を用いて証明する。しかし、これらの値は反復サンプルの各セットで異なり、TmAに対して変動する。SYBR（登録商標）Greenではなく、600nMの濃度で添加した分子ビーコンプローブを用いて、図３に記載したようにPCR増幅混合物を調製した。熱サイクルプロファイルも同じであるが、ただし、最初の25サイクルは、アニーリングがTm[0]Lより２℃低く、次に、追加の50サイクルでは52℃に移行することにより、すべてのサンプルについて同等の条件下で分子ビーコン蛍光をモニタリングする。
【表８】
2005512577.tif 000009
【０１５０】
３つの反復サンプルの各グループについての平均分子ビーコン蛍光を図６に示す。図６の各曲線は、表VIIIからの値（TmA−Tm[0]X）に対応する。平均CT値およびシグナル増加の速度（勾配）を表VIIIに示す。（Tm[0]A−Tm[0]X）＝12℃のサンプル（曲線61）は、このシリーズで最も強いビーコンシグナル、また恐らく最大量の一本鎖CFTRを発生した。（Tm[0]A−Tm[0]X）＝19℃のサンプル（曲線65）は、最も低いシグナルを発生した。中間値の（Tm[0]A−Tm[0]X）＝14℃（曲線62）または16℃（曲線64）のサンプルは、その値に対応する中間の平均シグナル強度をもたらした。（Tm[0]A−Tm[0]X）＝７℃のサンプル（曲線63）も、中間最終シグナル強度をもたらしたが、他のグループとは異なる速度論を示した。すなわち、蛍光は、初期検出から数サイクルの間は比較的低いままであるが、増加の平均速度（勾配）は、最終15サイクルの間最も高く、このことは、これらのサンプルにおける余剰プライマーが、競合産物鎖の濃度が増加するにつれて効率的に増幅を続けたことを示唆している。このような結果は、非特異的産物を生成せずに一本鎖アンプリコンの継続的合成を要求する用途には有利であろう。ほとんどのサンプル（全グループ）は、わずかに勾配が低下するだけでサイクル75まで継続的な蛍光増加を示すが、大幅に低下した勾配を示す、もしくは最後の５または10サイクルでプラトーに達した少数のサンプルもあったことに留意されたい。これは、産物進化、あるいは、マッチしたプライマーTm[0]を有するサンプルにおける非特異的産物の生成によるものと考えられる。
【０１５１】
（Tm[0]L−Tm[0]X）および（TmA−Tm[0]X）を同時に最適化する利点を表IXおよび図７に示す。この実験における各プライマー対は、（Tm[0]L−Tm[0]X）＝＋５℃〜＋６℃となるように設計した。（TmA−Tm[0]X）の値は、＋13〜＋23までの範囲である。図７の曲線は、表Ｘに示す（TmA−Tm[0]X）の値を有するプライマーを用いた増幅曲線に対応する。サンプルの調製、増幅および検出は、以下に示すように実施した。
【表９】
2005512577.tif 000010
【０１５２】
図７および表IXの速度論プロットから、最も高い分子ビーコンシグナル（サイクル35〜60）は（TmA−Tm[0]X）＝13（曲線71）のサンプルにあることが明らかであり、これは、効率的な一本鎖合成を示している。分子ビーコンシグナルの平均強度は、（TmA−Tm[0]X）がそれぞれ17（曲線72）、19（曲線73）、20（曲線74）、および23（曲線75）の値に増加すると、低下した。図６のシリーズとは対照的に、これらサンプルのいずれも、増幅プラトーを呈示せず、（Tm[0]L−Tm[0]X）≧＋５℃のもう一つの利点を示している。これらのサンプルの電気泳動から、特異的な一本鎖および二本鎖アンプリコンだけが明らかになった。非特異的産物は検出されず、サイクル26〜75にわたりアニーリング温度が59℃から52℃に低下したサンプルグループにおいても検出されなかった。
【０１５３】
実施例６：リアルタイムLATE-PCRアッセイ用キット
着床前遺伝子診断（PGD）の際にヒト嚢胞性繊維症遺伝子の正常およびΔF508対立遺伝子の検出に用いるためのLATE-PCR試薬を設計した。このキットはモジュール式である。すなわち、１つのパッケージにDNAポリメラーゼを、もう１つのパッケージにその他すべての試薬および材料を含んでいる。プライマーとプローブは一緒になってオリゴヌクレオチドセットを構成し、これは個別の製品として市販できることが理解されよう。上記キット、その使用、および上記キット（「CFΔF508 Kit」と称する）を用いて実施するアッセイについては、キット付属の製品挿入物に明記されるフォーマットで、この実施例で説明する。
【０１５４】
CFTR遺伝子のF508領域での二倍体ヒト細胞を遺伝子型分類するための診断試験
10アッセイキット
in vitro診断用途に限る
重要：この試験を始める前に指示内容をすべて読むこと
意図される用途
CFΔF508 Kitは、１または複数の有核二倍体ヒト細胞が遺伝子的にホモ接合正常（正常／正常）、ヘテロ接合（正常／ΔF508）、もしくはホモ接合異常（ΔF508／ΔF508）であるか否かを明らかにするように設計されている。これらの決定は、１以上の細胞、または該細胞に由来するDNAを回収および試験することにより、in vitroで実施する。このような試験から得た情報を用いて、個体の生活、もしくはその個体の健康管理に関する判断を下すことができる。例えば、ヒト胚からの単一細胞、または胎児の細胞に対し実施した試験結果は、将来の両親が特定の胚を移植すべきか否か、または妊娠の停止を考慮すべきか否かを決定する助けとなりうる。別の例では、個体の遺伝子型に関する生後の情報を用いて、その個体の健康管理および生活様式を最適化するのに役立てることができる。
【０１５５】
説明
嚢胞性繊維症（CF）は、白人集団において最も一般的な遺伝病であり、その発生率は2,500件の出産につき約１件の割合である（Welshら、1995）。これは、肺およびその他の組織においてクロライドチャネルとして機能するCF遺伝子内の突然変異によって起こる状態である。CF遺伝子内の突然変異は、軽度から生命を脅かす程度までの広範な表現型を有する。CF遺伝子内の３塩基対欠失（ΔF508と呼ばれる）は、CF症例の約70％の原因であり、この疾患の重篤な症状を引き起こす。その結果、嚢胞性繊維症膜貫通コンダクタンス調節タンパク質（CFTR）の508位でフェニルアラニンの欠失が起こり、このエラーがポリペプチド鎖の正常なプロセシングおよび上皮細胞の頂膜への輸送を妨害する（Chengら、1990）。単一細胞におけるΔF508の最初の試験は、プライマーシフトPCRを用いて必要な配列を増幅した後、制限酵素消化（Coutelleら、1989）、対立遺伝子特異的オリゴヌクレオチドとのハイブリダイゼーション（Wuら、1993）、もしくはヘテロ二本鎖形成（Liuら、1993；Avnerら、1994）のいずれかにより最終産物を確認する。CFに関するPGDの最初の臨床報告書では、PCR産物のヘテロ二本鎖分析も使用されていた（Handysideら、1992；Verlinskyら、1992；Aoら、1996）。さらに近年のPCRアッセイは、蛍光標識したプライマーを用いて感度を高め、対立遺伝子脱落（ADO）（ヘテロ接合細胞からの一対立遺伝子を増幅しそこなうこと）率を低減する（Findlayら、1995；Verlinsky およびKuliev, 2000；Goossens ら、2000）。この手法を使用する場合には、PCR増幅終了後、蛍光標識した産物を分離し、キャピラリー電気泳動により同定する。
【０１５６】
両方の個体がΔF508対立遺伝子の突然変異体コピーを保有する夫婦が、罹患した子供を有する確率は４組に１組の割合である。このような夫婦に利用可能な別の診断法（着床前遺伝子診断：PGDとして知られる）は、妊娠を開始する前に彼らの胚の遺伝子構成を決定する機会を上記夫婦に提供するものである。1以上の胚試験により、ΔF508対立遺伝子について陰性、もしくはΔF508対立遺伝子についてヘテロ接合であることがわかれば、夫婦は罹患した胎児または新生児を授かる確率が非常に低いという情報に基づき、妊娠を開始する機会が得られる。しかし、PGDは、各アッセイを卵割期の胚から回収した単一細胞に対して実施しなければならないため、技術的に難しい。出生前診断はPGDに代わる方法である。CFの出生前診断は、羊水穿刺（羊水および妊娠中の胎児を取り囲む細胞を回収する方法）により回収した羊膜細胞に対して実施する。女性がその妊娠の第２トリメスター以内に選択すれば、CFに罹患した胎児は中絶することができる。あるいは、出産後、血液細胞および／または他のタイプの細胞を用いて、CFを試験および診断することができる。罹患した個体の診断は、迅速かつ最適な健康管理を提供する上で非常に重要である。
【０１５７】
本キットにおける、単一ヒト細胞における嚢胞性繊維症の正常およびΔF508対立遺伝子の識別を目的とする、分子ビーコンを用いたLATE-PCRリアルタイムアッセイの使用について説明する。
【０１５８】
本方法の原理
本キットは、分子ビーコンとして知られる蛍光標識DNAプローブを利用して、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）の改変された形態1,2（以後、LATE-PCRと呼ぶ）により増幅される特定のDNA配列を検出する。本キットは、２つの特定の分子ビーコンプローブを含むが、１つは黄色の蛍光を発して、CTFR遺伝子の正常な対立遺伝子にハイブリダイズするように構成され、もう１つは、赤色の蛍光を発して、CTFR遺伝子のΔF508対立遺伝子にハイブリダイズするよう構成されている。各分子ビーコンプローブは、長さが６塩基対のステムを有し、その特異的標的配列の存在下でしか蛍光を発しない。分子ビーコンプローブの蛍光を阻止するには、単一のヌクレオチドミスマッチで十分である。LATE-PCR反応は、両鎖の対称的増幅で開始し、一本鎖の線形増幅に突然移行する。蓄積してきた標的鎖のコピーはすべて一本鎖であるため、これらは容易に分子ビーコンプローブで検出される。これらの特徴により、高いシグナル対ノイズ比が達成され、アッセイの感度および精度を高める。
【０１５９】
本キットは、２つのプライマーを含んでおり、両者は一緒に、F508領域を含むCFTR遺伝子の領域における長さ約85塩基対の２つのアンプリコンを増幅する。制限プライマーの配列は、5'CCTGGATTATGCCTGGCACCAT 3' （配列番号７）であり；濃度50 nMで用いられる。また、余剰プライマーの配列は、5'CCTTGATGACGCTTCTGTATCTA 3' （配列番号24）であり；濃度1,000 nMで用いられる。これらのプライマーは、初期濃度でほぼマッチする融解温度（Tm）（nearest neighbor法（AllawiおよびSantaLucia、1997）を用いて計算される）を有し、DNA増幅に最適な効率および特異性を提供する。
【０１６０】
提供される材料
CFΔF508 Kit試験キットの内容物は、10個の個別サンプルの分析を実施するのに十分なものであり、各サンプルは１〜10,000個の細胞を含む。サンプル（対照サンプルも含む）はすべて、同じ日に調製しなければならない。管または試薬を再凍結または再使用してはならない。未使用の材料は廃棄すること。
細胞溶解バッファーを含むサンプル反応管10本
無細胞対照反応管２本
ΔF508についてのヘテロ接合DNAを含む陽性対照反応管２本
反応管用の交換キャップ16個
反応管の支持台
PCRバッファー管（235μl）１本
細胞洗浄バッファー60ml
最終洗浄バッファー30ml
滅菌ホールピペット12個
細胞サンプル識別のための用紙
使用済反応管の廃棄袋
【０１６１】
必要な追加材料
マイクロマニピュレータまたは単一細胞もしくはその他の微小サンプルを摘み上げるための別の装置を備えた倒立顕微鏡または解剖顕微鏡
蛍光検出：（ABI PRISM 7700または同等物）を備えるサーマルサイクラー
層流フードまたは非循環収納フード
0.2ml管用テーブルトップ微小遠心分離装置
細胞単離および管に移すための微量ピペットもしくはその他の装置
滅菌ペトリ皿
無粉手袋
実験衣、外科マスクおよびキャップ
ピペット装置およびフィルター付き滅菌ピペットチップ
Platinum TaqDNAポリメラーゼ（Invitrogen）［個別のキットモジュール］
【０１６２】
保存と取扱い
CFΔF508 Kit試薬を非霜防止冷凍庫（−20℃）内に保存する。解凍および凍結を繰り返さない。保存中PCRバッファー管を光への暴露から保護する。管およびビンは清潔な無粉手袋で扱う。
【０１６３】
一般的注意事項
実験室in vitro診断用途に限る
＊試験の構成要素は、指示書きに記載されている以外の目的に用いてはならない。
＊構成要素の不適切な取扱いにより、サンプルの汚染および誤った診断を招く可能性がある。
＊試薬の不適切な保存により、反応が影響を受け、サンプルの診断が妨害される。
＊箱に記されている期限を過ぎた封入試薬は用いない。
【０１６４】
汚染防止のための注意事項
CFΔF508 Kitは、汚染の危険性を最小限にするよう設計されている。以下に示すステップを実施することにより、この危険性を許容可能な低レベル*に維持することを確実にしなければならない。開口している反応管およびPCRバッファー管は、層流フードまたは非循環収納フード内でしかあけてはならない。
＊使用前に10％漂白剤で表面処理するか、または紫外線で滅菌する。
＊清潔な実験衣、外科マスク、キャップおよび無粉手袋を着用する。
＊キットの全構成要素の取扱いは、必ず手袋をつけた手で行う。
＊手袋で、ヒト細胞またはDNAで汚染されている可能性がある物体（例えば、処理した部位の外側表面）に触れた後は、必ず手袋を取り替えなければならない。
＊意図しない細胞をアッセイ管に移すことがないよう、厳重に注意しなければならない。このような細胞は、LATE-PCR増幅の鋳型および分子ビーコンの蛍光をもたらす可能性がある。
＊PCR装置専用のピペット装置を用い、他の目的には使用しない。
＊フィルター付きの滅菌ピペットチップを用いる。
＊１回使用したら直ちにピペットチップを廃棄する。
＊使用済のピペットチップを反応管またはPCR試薬管に絶対再導入しない。
＊PCRは、細胞生検およびサンプル調製とは離れた場所で実施しなければならない。
＊PCR増幅後の熱サイクラーから取り出した以後は反応管を絶対あけてはならない。管をあけると、DNA含有エーロゾルが放出し、これが実験室を汚染し、後に続くすべてのアッセイを危険にさらす恐れがある。
＊使用済反応管は廃棄袋に入れ、完全に密閉してから、地方、州もしくは連邦の規定に従って適切に処分する。法律で要求される場合にのみ、廃棄物をオートクレーブで処理する。オートクレーブ処理が必要な場合には、サンプル調製またはPCRに使用した実験室内またはその付近で実施してはならない。
【０１６５】
CFΔF508 Kitアッセイ手順
生検前準備
ステップＡ：２本の無細胞対照反応管と10本のサンプル反応管を含む支持台を氷上に配置する。解凍が完了したら、すべての管を短時間遠心分離して、確実に液体内容物が底部にあるようにする。管を氷上に戻し、支持台の適正な位置に配置する。この時点では、すべての反応管を密閉状態に維持する。
【０１６６】
ステップＢ：封入されている細胞識別用紙に、サンプル反応管（胚の試験に用いる）の番号／カラーコードの横に、試験しようとする各サンプルの名称を記録する。管またはキャップにはどんなマークも直接付けてはならない。そのようなマークは蛍光検出を妨害する。
【０１６７】
ステップＣ：収納フード内で作業しながら、生検を実施しようとする各胚について、細胞洗浄バッファーを含む２枚のペトリ皿と、最終洗浄バッファーを含む１枚のペトリ皿（皿１枚当たり0.5ml〜3.0ml）を用意する。各皿が適正にラベル付けされているか確認する。
【０１６８】
生検および細胞洗浄：別の胚を用いる反復試験前にステップＤ〜Ｆを完了しなければならない
ステップＤ：非胚細胞の転移がないよう注意を払わなければならない。特に、PGDのための胚生検の場合には、生検を開始する前に、胚の周囲もしくはこれに付着する精子または丘細胞を可能な限り完全に除去しなければならない。確立された方法（例えば、直接吸引3、透明帯穿孔と吸引4、透明帯穿孔と置換5、もしくはレーザーによる透明帯穿孔と吸引6など）のいずれかを用いて、胚の生検を実施する。各胚から１または２つのインタクトな割球を単離しなければならない。生検中または後の洗浄段階で損傷した割球を診断に使用してはならない。
【０１６９】
ステップE1−胚生検の場合：以下の洗浄段階は、細胞溶解、PCRおよび蛍光検出を妨害する恐れがある培地の成分を除去する上で重要である。割球を含む微小液滴を、解剖顕微鏡を含むフードに移す。顕微鏡で観察しながら、滅菌ホールピペット（本キットに含まれる）を用い、次のようにして、生検対象の１割球を、未使用の細胞洗浄バッファーを含む第１皿に移す：Ａ）少量の細胞洗浄バッファーをホールピペット中に吸引する；Ｂ）割球をピペットの先端に吸引する；Ｃ）細胞洗浄バッファーを含む第１皿に注意深く割球を排出する。割球がピペットから出たらすぐに、ピペットを同じ皿の別の場所に移し、残りの細胞洗浄液を排出してピペットをすすぐ。この手順を繰り返して、未使用の細胞洗浄バッファーを含む第２皿に上記割球を移し、次に、最終洗浄バッファーを含む第３皿に割球を移す。洗浄はすべて手早く行わなければならない。
【０１７０】
ステップE2−ヒト胚以外の場合：細胞を200μl管中に導入した後、穏やかな遠心分離、上清の吸引、および最終洗浄バッファーでの再懸濁により、10容量の細胞洗浄バッファー中で３回洗浄する。洗浄はすべて手早く行ない、所望であれば、４℃で実施することができる。
【０１７１】
細胞溶解
ステップＦ：ホールピペットを用いて、少量の最終洗浄バッファー中の割球もしくはその他のタイプの細胞をつまみ上げる。吸引された液体は、ピペットの先端から上方に１cmを超えてはならない。その割球用であることが明示されているサンプル反応管をあけ、キャップを滅菌表面に載せる。キャップの内側部分には触れないようにする。細胞を含むホールピペットの先端をサンプル反応管内のバッファーに直接入れ、ピペットの内容物を排出する。管を閉じる。管の側面に泡または泡の水滴が存在する場合には、サンプルを手早く（数秒）遠心分離する。割球を添加したらすぐに、サンプル反応管を氷上に配置する。サンプルはステップＩまで氷上に保持しなければならない。サンプルを室温で放置すると、最適に満たない反応が起こり、正確な診断が妨げられるため、室温で放置してはならない。
【０１７２】
ステップＧ：サンプル反応管番号と一緒に、正確な細胞識別内容が記録してあることを確認する。第２細胞が同じ供給源から取得されている場合には、これを洗浄し、新しいホールピペットを用いて、別のサンプル反応管に移さなければならない。使用済のピペットはすべて廃棄し、皿は洗浄する。
【０１７３】
ステップＨ：試験する各胚について新しいピペットを用い、皿を洗浄して、ステップＤからＧを繰り返す。等量の最終洗浄バッファーを２本の無細胞対照反応管中に移す。
【０１７４】
ステップＩ．熱サイクルブロックを50℃に予熱する。このブロックには、管の蓋での凝縮を防止するように設計された加熱カバーを備えなければならない。全サンプル反応管、並びに両方の無細胞対照反応管を予熱したブロックに配置する。50℃で30分、次に95℃で15分インキュベートする。ブロックが室温まで冷却したら、各反応管を取り外して検定する。キャップまたは管の側面に凝縮が存在すると、サンプルは診断のための適切な増幅を提供しないことがある。ステップＡに記載したように、管を氷上に配置する。ステップＩのインキュベーションの間、ステップＪおよびＫで継続する。
【０１７５】
PCR準備（ステップKおよびLは、ステップＤ〜Ｈに用いたものとは別の層流フードまたは非循環収納フードのいずれかで実施するか、あるいは、ステップKおよびLで用いる前に、ステップＤ〜Ｈに用いたフードから不要な材料を除去し、これを10％漂白剤溶液で隅々まで拭かなければならない）
ステップＪ：［ホットスタート（Hotstart）によるLATE-PCR］
4.8μlのPlatinum Taq DNAポリメラーゼ（５単位／μl）をPCRバッファー管に添加し、入念に混合することにより、酵素の均一分布を確実にする。
【０１７６】
ステップＫ：氷上の支持ラックに配置することにより、２本の正常／ΔF508ヘテロ接合DNA対照管を解凍する。溶解インキュベーション（ステップＪ）が完了したら、各サンプル反応管および各無細胞対照反応管を支持ラックに加える。
【０１７７】
ステップＬ：第１のサンプル反応管をあけ、添加したTaq DNAポリメラーゼを含む15μlのPCRバッファーを添加する。取替えキャップを用いて、直ちに再び管にキャップをする。古いキャップおよび使用済ピペットチップは廃棄する。各反応管（２本の陽性対照管と２本の無細胞対照管を含む）についてこのピペット先端を繰り返す。対照管は全て、試験結果の正確な解釈のために未知の細胞サンプルと並行して分析しなければならない。交差汚染に対する追加の予防措置として、サンプル毎に手袋を取り替えることが勧められる。
【０１７８】
PCRおよび蛍光検出
ステップＭ：［推奨されるサイクルパラメーター］
蛍光検出器を備えるサーマルサイクラー中に管を導入する。下記のプログラムは、ABI PRISM 7700配列検出器（Applied Biosystems）に基づくものである：
段階１：95℃、３分（１回）
段階２：95℃、10秒；55℃、30秒；72℃、30秒（25回）
段階３：95℃、10秒；52℃、30秒；72℃、30秒（35回）
52℃工程の間にFAMおよびTETについて蛍光捕捉を設定する。
サンプル量を25μlに設定する。
使用するブロック位置、および正確なサンプル識別内容においてタイプを選択する。
【０１７９】
ステップＮ：増幅後には反応管を絶対にあけない。あけると、実験室の汚染が起こり、後に続くアッセイすべてを危険にさらす恐れがある。PCRの完了後、全反応管をあけずに取り外し、直ちに廃棄袋に入れる。袋を完全に密封してから、地方、州もしくは連邦の規定に従って適切に処分する。オートクレーブ処理が必要な場合には、可能な限り空気を少なくして袋を密封し、実験室から離れた場所にあるオートクレーブで処理するが、その際、オートクレーブは、実験室で用いる他のいかなる材料の調製にも使用していないものに限る。
【０１８０】
アッセイ結果の分析と解釈
以下の記載事項は、ABI PRISM 7700配列検出器（Applied Biosystems）に適しているが、その他の装置に適したパラメーターは現在のところまだわかっていない。ABI 7700の分析ウインドウにおける各リポーター染料（FAMおよびTET）について、閾値：200単位と、段階３のサイクル３でのベースライン開始およびサイクル13での停止（反応全体のサイクル28および37）を設定する。これらの値を用いて、各サンプルでの蛍光検出についての閾値サイクル（CT）を計算する。
【０１８１】
正常対立遺伝子陽性（FAMシグナル）およびΔF508対立遺伝子突然変異体陽性（TETシグナル）を評点するのに必要なCT値および最終蛍光値の範囲は、個別の産物分析証明書に記載されており、これは各ロットの試験に基づく。閾値を超えるが、要求される値に満たない値は、汚染または不十分な細胞溶解の可能性を示している。このような値をもたらしたサンプルは評点せず、試験結果によっては、胚を移してはならない。
【０１８２】
試験の制限事項
CFΔF508 Kitは、Platinum Taq DNAポリメラーゼ（Invitrogen）およびABI PRISM 7700配列検出器（Applied Biosystems）を用いるように設計されている。ホットスタートを含む別のDNAポリメラーゼもしくは蛍光検出器を含むその他のサーマルサイクラーの使用も可能ではあるが、胚からの細胞を試験する前に、ユーザによる最適化が必要である。このキットは、CFTR遺伝子の該当領域におけるΔF508突然変異対立遺伝子配列と正常対立遺伝子配列を識別するように設計されている。このキットを用いて、CFTR遺伝子におけるその他の突然変異を検出することはできない。
【０１８３】
染色体モザイクは、IVFから得られたいくつかの胚に存在し、形態が不十分な胚に共通している。従って、生検を実施した単一割球が胚の遺伝的組成を代表するわけではない。
【０１８４】
ヒト胚の中には、このアッセイで用いると、陰性の結果をもたらす無核細胞を含むものもある。生検を実施した割球に核が観察されれば、最も正確な結果が得られることになる。生検後に細胞溶解の徴候が認められる場合、細胞の損傷がDNA分解を含むこともあるため、その割球を使用すべきではない。
【０１８５】
参照文献
1Tyagi, S.およびKramer, F. R. (1996) Nature Biotechnology 14, 303-308
2Piatekら (1998) Nature Biotechnology 16, 359-363
3Wilton, L. J.およびTrounson, A.O. (1989) Biology of Reproduction 40,145-152
4Hard, K.ら (1990) Human Reproduction 5,708-714
5Pierce, K. E.ら (1997) Human Reproduction 12, 351-356
6Boadaら (1998) J. Assist Reprod Genet 15,302-307
【０１８６】
CFΔ508 Kitの構成要素および組成
反応管
Perkin Elmer製の0.2ml光学管（Pt#N801-0933）光学キャップ（Pt#N801-0935）付き
細胞溶解バッファーの組成（サンプルおよび無細胞反応管）：
100μg／mlプロテイナーゼK（Roche Molecular Biochemicals）
５μMドデシル硫酸ナトリウム
10mM Tris、pH8.3（トリズマプリセットクリスタル、Sigma）
分子グレード水
正常／Δ508対照反応管に含まれるサンプルの組成：
CF遺伝子のΔ508対立遺伝子についてヘテロ接合のヒトDNA60ピコグラム
５μMドデシル硫酸ナトリウム
10mM Tris、pH8.3（トリズマプリセットクリスタル、Sigma）
最終容量10マイクロリットルまでの分子グレード水
細胞洗浄バッファーの組成：
Ca++またはMg++を含まないリン酸緩衝食塩水（Sigma, カタログ No. D-8537）
0.1％ポリビニルピロリドン（Sigma, カタログ No.PVP-40）
最終洗浄バッファーの組成：
カルシウムまたはマグネシウムを含まないリン酸緩衝食塩水
0.01％ポリビニルピロリドン
PCRバッファーの組成：
1.67×PCRバッファー（Invitrogen）
6.75mM MgCl2
各々0.42mMの４つのデオキシリボヌクレオチド三リン酸（dCTP、dTTP、dATP、dGTP）
0.083μM制限プライマー
1.67μM余剰プライマー
1.0μMの各分子ビーコン（合計２）
最終容量235マイクロリットルまでの分子グレード水
CFプライマー：
制限：5'CCTGGATTATGCCTGGCACCAT 3' ［配列番号7］
余剰：5'CCTTGATGACGCTTCTGTATCTA 3' ［配列番号24］
正常対立遺伝子分子ビーコン：
5' FAM - CGCGCTTATCATCTTTGGTGTTTCCTATAGCGCG - Dabcyl 3'［配列番号９］
Δ508対立遺伝子分子ビーコン：
5'TET-CGCGCTAAAATATCATTGGTGTTTCCTAAGCGCG-Dabcyl 3'［配列番号23］
【図面の簡単な説明】
【０１８７】
【図１】本発明によるプライマー対および対称PCRプライマー対を用いたPCR増幅からのリアルタイム蛍光曲線を示す。
【図２Ａ】アニーリング温度を一定にして、さまざまな差(Tm[0]L−Tm[0]X)の値を有するプライマー対を用いたPCR増幅からのリアルタイム蛍光曲線を示す。
【図２Ｂ】さまざまな差(Tm[0]L−Tm[0]X)の値を有するプライマー対、およびTm[0]Lに対するアニーリング温度を用いたPCR増幅からのリアルタイム蛍光曲線を示す。
【図３Ａ】等しい濃度と異なる濃度で同じTmを有するプライマー対を用いた反復PCR増幅からのリアルタイム蛍光曲線を示す。
【図３Ｂ】等しい濃度と異なる濃度で5℃のTm差を有するプライマー対を用いた反復PCR増幅からのリアルタイム蛍光曲線を示す。
【図３Ｃ】等しい濃度と異なる濃度で10℃のTm差を有するプライマー対を用いた反復PCR増幅からのリアルタイム蛍光曲線を示す。
【図４Ａ】等しい濃度と異なる濃度で同じTmを有するプライマー対を用いた反復PCR増幅からのリアルタイム蛍光曲線を示す。
【図４Ｂ】等しい濃度と異なる濃度で12℃のTm差を有するプライマー対を用いた反復PCR増幅からのリアルタイム蛍光曲線を示す。
【図５Ａ】1:10の濃度比で+5.5℃のTm差を有するプライマー対を用いたPCR増幅からのリアルタイム蛍光曲線を示す。
【図５Ｂ】1:40の濃度比で+3.6℃のTm差を有するプライマー対を用いたPCR増幅からのリアルタイム蛍光曲線を示す。
【図５Ｃ】1:100の濃度比で+2.4℃のTm差を有するプライマー対を用いたPCR増幅からのリアルタイム蛍光曲線を示す。
【図６】0.0℃の範囲の(Tm[0]L−Tm[0]X)と共にさまざまな(TmA−Tm[0]X)の値を有するPCR増幅からのリアルタイム蛍光曲線を示す。
【図７】5〜6℃の範囲の(Tm[0]L−Tm[0]X)と共にさまざまな(TmA−Tm[0]X)の値を有するPCR増幅からのリアルタイム蛍光曲線を示す。
【図８】異なる濃度の低Tmプローブを有するPCR増幅からのリアルタイム蛍光曲線を示す。
【図９】ヘテロ接合性細胞と比較したホモ接合性細胞のPCR増幅からのリアルタイム蛍光曲線を示す。
【図１０】2つの標的配列の多重PCR増幅からのリアルタイム蛍光曲線を示す。
【図１１Ａ】ストリンジェントなアニーリング段階を用いて行ったLATE-PCR増幅からの融解分析および蛍光曲線を示す。
【図１１Ｂ】非ストリンジェントなアニーリング段階を用いて行ったLATE-PCR増幅からの融解分析および蛍光曲線を示す。
【０１８８】
図面中の同じ参照記号は同じ要素を示している。
【図１】
2005512577.tif 000011
【図２Ａ】
2005512577.tif 000012
【図２Ｂ】
2005512577.tif 000013
【図３Ａ】
2005512577.tif 000014
【図３Ｂ】
2005512577.tif 000015
【図３Ｃ】
2005512577.tif 000016
【図４Ａ】
2005512577.tif 000017
【図４Ｂ】
2005512577.tif 000018
【図５Ａ】
2005512577.tif 000019
【図５Ｂ】
2005512577.tif 000020
【図５Ｃ】
2005512577.tif 000021
【図６】
2005512577.tif 000022
【図７】
2005512577.tif 000023
【図８】
2005512577.tif 000024
【図９】
2005512577.tif 000025
【図１０】
2005512577.tif 000026
【図１１Ａ】
2005512577.tif 000027
【図１１Ｂ】
2005512577.tif 000028
【国際調査報告】
2005512577.tif 000029
2005512577.tif 000030