WO2012050353A2 - Method whereby the base sequence of a target polynucleotide is non-specifically extended - Google Patents
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- C12Q1/6844—Nucleic acid amplification reactions
- C12Q1/6853—Nucleic acid amplification reactions using modified primers or templates
Definitions
- the present invention relates to a method for nonspecifically extending the base sequence of a target polynucleotide, a primer composition for the same, and a kit for improving the sensitivity of the target polynucleotide detection, and more particularly, in detecting the presence of a target polynucleotide in a sample.
- the present invention relates to a method for non-specifically extending the nucleotide sequence of a target polynucleotide by the length of a nucleotide sequence necessary to improve the detection sensitivity or the reproducibility of a target polynucleotide, a primer composition for this, and a kit for improving the detection sensitivity of the target polynucleotide.
- the present invention non-specifically extend the base sequence of the target polynucleotide according to the purpose, and improved detection sensitivity or detection reproducibility for the presence of the target polynucleotide by using the improved electrical property change of the extended target polynucleotide It relates to an electrical detection method.
- the present invention non-specifically extend the base sequence of the target polynucleotide according to the purpose, by using the enhanced detection sensitivity of the extended target polynucleotide and / or signal enhancement of the labeling material detection sensitivity to the presence of the target polynucleotide Or a detection method with improved detection reproducibility.
- the present invention can obtain an improved detection sensitivity for the target polynucleotide by non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide to be detected even when performing multiplex PCR on a plurality of gene templates.
- the present invention relates to a detection method that can be very useful for genotyping and SNP analysis of specific genes with alleles of dogs.
- the various genes for example, by analyzing the mutation of a specific gene of a specific person can predict the degree of risk for the disease can be induced to prevent the disease in advance.
- genetic variation analysis of other infectious agents such as viruses, that cause infections in living organisms, may be used to analyze whether the virus is resistant to a particular therapeutic drug, and the genotyping may be used to identify specific infectious agents.
- the patient By predicting the response to a therapeutic drug, for example resistance, the patient can develop a personalized treatment.
- DNA sequencing to be searched for molecular genetic analysis or clinical diagnosis is amplified by polymerase chain reaction method using DNA polymerase (hereinafter referred to as "PCR"), and then its presence is determined in the sample. Done.
- PCR DNA polymerase
- Various methods have been developed using the PCR amplification technique to detect whether a DNA sequence to be found in a sample, that is, whether a target polynucleotide exists.
- PCR-SSCP (Orita, M. et. Al.), which performs PCR amplification of a target polynucleotide to be detected, separates amplified sequences into respective chains, and then performs electrophoresis on a polyacrylamide gel. Genomics, 1989, 5: 8874-8879), a probe prepared in advance for a target polynucleotide was prepared in advance, and a DNA chip was prepared by using a microarray device on a glass slide. After amplification using a labeled specific primer, the amplification product is hybridized to a DNA chip, and a fluorescent signal is analyzed by a scanner.
- oligonucleotides such as primers or probes attached with thiol groups are fixed to the metal electrode surface using the SAM (Self Assembled Method) method, and then electrical changes after PCR amplification reaction or hybridization reaction are performed in the microfluidics chip.
- SAM Self Assembled Method
- the amplification product has a great influence on the detection sensitivity and reproducibility.
- the single strand of the PCR amplification product is as long as possible. Since there is a problem that false-positive products are generated, the length of PCR amplification products is limited by the combination of specific forward and reverse primers.
- PCR amplification reactions or hybridization reactions are carried out using primers or probes fixed on the metal electrode surface,
- the presence of a target polynucleotide in the sample is determined by detecting electrical change, ie impedance or capacitance change, with increasing or hybridization.
- the target polynucleotide bound to the primer or probe immobilized on the metal electrode surface does not have a sufficient length due to the design limitation of the specific primer in the amplification process, and thus has low electrical detection sensitivity and low reproducibility after PCR amplification reaction or hybridization reaction. There was a problem.
- Korean Patent No. 10-0969667 discloses a method of improving the detection sensitivity of PCR reaction or hybridization reaction and the presence of specific DNA sequences using a reference solution having a large dielectric constant.
- Korean Patent No. 10-0969671 discloses a high-sensitivity biosensor in which a biocompatible dielectric thin film is formed on a sensing metal electrode surface in order to solve the PCR amplification interference and a decrease in detection sensitivity caused by nonspecific adsorption of proteins on the sensing metal electrode surface. It is starting.
- the above-described DNA chip also has a problem that it is difficult to accurately analyze the fluorescence signal if the length of the nucleotide sequence of the PCR amplification product is short due to the effect of the position of label (POL) caused by the spatial problem.
- POL position of label
- the present invention relates to a method for nonspecifically extending the base sequence of a target polynucleotide, a primer composition for the same, and a kit for improving the sensitivity of the target polynucleotide detection, and more particularly, in detecting the presence of a target polynucleotide in a sample. It is an object of the present invention to provide a method for non-specifically extending the base sequence of a target polynucleotide by a base sequence length necessary to improve the detection sensitivity or detection reproducibility of the target polynucleotide, a primer composition, and a kit for improving the detection sensitivity of the target polynucleotide. .
- a detection method having improved detection sensitivity or detection reproducibility is provided.
- an object of the present invention is to obtain an improved detection sensitivity for the target polynucleotide by non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide to be detected even when performing multiplex PCR on a plurality of gene templates
- the present invention provides a detection method that can be very useful in genotyping and SNP analysis of a specific gene having a large number of allele types.
- a modified first primer that adds a first non-homologous sequence (hereinafter also referred to as a "zip code sequence") that does not complementally hybridize with a genomic gene as a non-combined nucleotide sequence, and target poly
- a second non-homologous sequence complementary to the first non-homologous sequence at the end of a second primer that specifically binds an extension polynucleotide that does not complementally hybridize with the nucleotide [hereinafter referred to as “second zip code Base sequence of the target polynucleotide when designing and using a modified second primer with the addition of a "zip code sequence”
- the present invention has been completed by focusing on the nonspecific extension and synthesis according to the present invention.
- the method of non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide using the modified first primer and the modified second primer of the present invention biosensors and microfluid using the electrical signal described as an example in the embodiment of the present invention
- Various techniques for analyzing the presence and presence of target polynucleotides and single nucleotide polymorphisms (SNPs) in a sample using PCR amplification products but not for Dix chips only, for example PCR-SSCP, microarray chips, multiplex PCR It should be understood as a fundamental technology that can be applied to technologies such as real-time PCR, RFLP, and electrophoresis techniques.
- a "target polynucleotide” is a single- or double-stranded DNA or RNA that is to be detected in a sample, and has a polynucleotide having a specific nucleotide sequence portion used for monobasic polymorphism (SNP) or genotyping. Nucleotides.
- extending polynucleotide does not hybridize complementarily with “target polynucleotide” and nonspecifically “target polynucleotide” for improved detection sensitivity or reproducibility in the presence or absence of "target polynucleotide”.
- polynucleotide used to extend For example, a DNA template included in a commercially available kit for PCR amplification can be used as an "extension polynucleotide.”
- the "modified first primer” is a nucleotide sequence that does not have homology with the nucleotide sequence of the genomic gene at the end of the first primer specifically binding to the target polynucleotide, and hybridizes complementarily with the genomic gene. It refers to a primer to which the first non-homologous sequence (hereinafter, also referred to as "first zip code sequence") which is not added.
- a “modified first primer” can include a forward modified first primer that extends a target polynucleotide in a downstream direction, and a reverse modified first primer that extends a target polynucleotide in an upstream direction.
- a “modified second primer” refers to a first non-homologousity of the modified first primer at the end of a second primer that specifically binds to an extension polynucleotide that does not complementally hybridize with the target polynucleotide. It means a primer added with a second non-homologous base sequence (hereinafter also referred to as "zip code sequence") complementary to the base sequence.
- “Modified second primer” may include a forward modified second primer that extends the extending polynucleotide in the downstream direction, and a reverse modified second primer that extends the extending polynucleotide in the upstream direction.
- the first zip code sequence of the forward modified first primer is complementary in reverse (i.e., the second zip code sequence of the reverse modified second primer) , Alternately complementary to each other based on the 5'-3 'direction, wherein the first zip code sequence of the reverse modified first primer is complementary in reverse (ie, complementary to the second zip code sequence of the forward modified second primer). , Complementary to each other based on the 5'-3 'direction (see FIG. 1).
- step (e) the first non-homologous sequence added to the end of the target polynucleotide or the base complementary thereto, and the second non-homologous sequence added to the extension polynucleotide end or the sequence complementary thereto complement Annealing to an enemy to extend the target polynucleotide and the extension polynucleotide obtained in step (d) with respect to each other.
- the target polynucleotide obtained in the step (d) may be immobilized on the solid phase surface.
- the DNA of each of the target polynucleotide and the extension polynucleotide by annealing while the ends of the target polynucleotide end and the extension polynucleotide obtained in step (d) are complementary to each other.
- the DNA backbone functions as a primer of a PCR amplification reaction with respect to each other, and a dual-extension is performed extending in both directions about the base sequences staggered to each other.
- a target polynucleotide is produced that is extended and amplified in a nonspecific manner by the extending polynucleotide.
- the modified first primer is a forward modification by adding one first non-homologous sequence to the 5 'end of the forward primer
- the first primer or the reverse modified first primer modified by adding another first non-homologous sequence to the 5 'end of the reverse primer, or both can be used.
- the modified second primer is reverse to the first non-homologous sequence of the forward modified first primer at the 5 'end of the reverse primer
- a reverse second modified primer that is modified by adding a second non-homologous sequence complementary to the second primer, or a second non-complementary complementary to the first non-homologous sequence of the reverse modified first primer at the 5 'end of the forward primer
- the extension polynucleotide extended in step (d) is stored in a double chain form, or PCR amplification reaction using magnetic beads, etc. It can be stored and separated into single chains.
- a combination of the forward modified first primer and the reverse modified second primer, or the reverse modified first primer and the forward direction can be nonspecifically extended in only one direction.
- the extension direction of the target polynucleotide may be determined depending on whether the extension polynucleotide is used in ss-DNA form or ds-DNA form.
- the amplification polynucleotide having another sequence in addition to the extension polynucleotide extended in the step (d) is prepared by further amplification Can be used to further extend the target polynucleotide.
- the method of non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of one embodiment of the present invention may further include extending the target polynucleotide extended in the step (e) by using the extension polynucleotide.
- the nucleotide sequence of the target polynucleotide can be extended in a nonspecific manner by a desired length.
- the method of non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of one embodiment of the present invention by non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide to be detected even when performing multiplex PCR on a plurality of gene templates Improved detection sensitivity for the target polynucleotide can be obtained.
- it can be very useful in genotyping and / or SNP analysis of a particular gene having a large number of allele types.
- the forward nucleotide oligomer attached to the particle obtained in step (f) is extended by annealing complementarily with the first non-homologous sequence added to the target polynucleotide termini or a complementary nucleotide sequence
- the reverse nucleotide oligomer attached to the particle obtained in the step) includes the step of annealing and extending complementarily with a second non-homologous sequence added to the extension polynucleotide terminal or a sequence complementary thereto.
- the target polynucleotide is linked to the polynucleotide for extension through the particles and has the effect of improving the detection sensitivity by extending the base sequence by the desired base sequence length in a non-specific manner.
- the method for non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of another embodiment of the present invention comprises a second non-homologous sequence in which the reverse nucleotide oligomer attached to the particle in step (g) is added to the extension polynucleotide terminal or
- the nucleotide sequence extended by annealing complementary to the complementary sequence may be further extended using the extension polynucleotide again.
- the target polynucleotide is linked with the polynucleotide for extension through the particle, and the base sequence can be extended by the desired length of the base sequence to improve detection sensitivity.
- detection sensitivity or reproducibility may be improved by adjusting the number of extension polynucleotides linked to the target polynucleotide according to the number of nucleotide oligomers attached to the particles.
- the reverse nucleotide oligomer attached to the particle further comprises an extension polynucleotide having a sequence other than the extension polynucleotide.
- these additional extension polynucleotides can also be annealed to extend and amplify.
- a modified second primer which does not hybridize and adds a second non-homologous sequence complementary to the first non-homologous sequence of the modified first primer or a sequence complementary thereto.
- the modified first primer is a forward direction modified by adding one first non-homologous sequence to the 5 'end of the forward primer A modified first primer or a reverse modified first primer modified by adding another first non-homologous sequence to the 5 'end of a reverse primer, or both.
- the modified second primer and the first non-homologous base sequence of the forward modified first primer at the 5 'end of the reverse primer A reverse modified second primer modified by adding a second non-homologous sequence complementary to the reverse direction, or a second complementary reverse to the first non-homologous sequence of the reverse modified first primer at the 5 'end of the forward primer Forward modified second primers modified with the addition of non-homologous sequences, or both.
- Primer composition for non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of one embodiment of the present invention the combination of the forward modified first primer and the reverse modified second primer, or the reverse modified first primer and the It can be used in combination with a forward modified second primer.
- the forward modified first primer specifically amplifies the target polynucleotide and a 5 'end is immobilized on a solid phase surface. It may be a primer.
- the forward modified first primer may be an oligonucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1
- the reverse modified first primer may be an oligonucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 8 have.
- the forward modified second primer may be an oligonucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4
- the reverse modified second primer may be an oligonucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5.
- Target polynucleotide detection sensitivity improvement kit of one embodiment of the present invention
- a modified second primer which does not hybridize and adds a second non-homologous sequence complementary to the first non-homologous sequence of the modified first primer or a sequence complementary thereto;
- An extension polynucleotide that is not complementarily hybridized with the target polynucleotide and is used to nonspecifically extend the target polynucleotide, wherein the second non-homologous sequence or the complementary sequence is added by the modified second primer. Extension polynucleotides.
- the extension polynucleotide may be stored in a double chain form, or separated and stored in a single chain by a PCR amplification reaction using magnetic beads or the like. .
- Target polynucleotide detection sensitivity improvement kit of one embodiment of the present invention is an extension polynucleotide having a sequence other than the extension polynucleotide is added to the second non-homologous sequence or a complementary sequence by the modified second primer. It may further include.
- the modified first primer is a forward modified first primer modified by adding one first non-homologous sequence to the 5 'end of the forward primer, or A reverse modified first primer, or both, modified by adding another first non-homologous sequence to the 5 'end of the reverse primer.
- the modified second primer is a second complementary reverse to the first non-homologous sequence of the forward modified first primer at the 5 'end of the reverse primer
- a reverse modified second primer modified by adding a non-homologous base sequence or a second non-homologous sequence complementary to the first non-homologous base sequence of the reverse modified first primer is added to the 5 'end of the forward primer.
- a modified second primer in the forward direction, or both is added to the 5 'end of the forward primer.
- the target polynucleotide detection sensitivity improving kit of one embodiment of the present invention includes a combination of the forward modified first primer and the reverse modified second primer, or the reverse modified first primer and the forward modified second primer. It can be prepared in combination.
- the forward modified first primer may be a primer specifically amplifying the target polynucleotide and having a 5 'end fixed to a solid phase surface.
- the forward modified first primer may be an oligonucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1
- the reverse modified first primer may be an oligonucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 8 have.
- the forward modified second primer may be an oligonucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4
- the reverse modified second primer may be an oligonucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5.
- the target polynucleotide detection sensitivity improving kit of one embodiment of the present invention comprises a forward nucleotide oligomer complementary to the first non-homologous sequence or a nucleotide sequence complementary thereto and the second non-homologous nucleotide sequence or a sequence complementary thereto. It may further comprise a particle to which the reverse nucleotide oligomer is attached.
- the forward nucleotide oligomer and the reverse nucleotide oligomer are attached to the particles after being modified with a functional group for particle attachment. It is further preferred that a plurality of forward nucleotide oligomers and reverse nucleotide oligomers be attached to the particles.
- the particles may be attached with additional nucleotide oligomers complementary to the extending polynucleotide having a sequence other than the extending polynucleotide.
- the particles used in the present invention may be gold particles, iron oxide nanoparticles, superparamagnetic nanoparticles, silica nanoparticles, magnetic beads or polymer beads containing iron oxide therein.
- labeling a label such as a fluorescent material
- labeling the labeling material on the particles or extension polynucleotides can be carried out using a variety of labeling methods known in the art. (Reference: MANJULA KURELLA et al., DNA Microarray Analysis of Complex Biologic Processes, 2001, Journal of the American Society of Nephrology 12: 1072-1078; Danh V. Nguyen et al., DNA Microarray Experiments: Biological and Technological Aspects, December 2002, BIOMETRICS 58: 701-717).
- the labeling material is not limited to a specific fluorescent material, as well as a variety of fluorescent materials that can be identified as a fluorescent detector may be used, and enzymatic color reaction and isotopic labeling are also possible.
- the label is Cy5, Cy3, biotin-binding material, EDANS (5- (2'-aminoethyl) amino-1-naphthalene sulfate), tetramethyltamine (TMR), tetramethyltamine isocyanate (TMRITC ), x-rhodamine or Texas red and the like, and it is preferable that the phosphor is Cy3 or Cy5.
- the present invention is not limited thereto, and various labeling materials such as radioactive materials or light emitting materials known in the art may be used.
- the base sequence of the target polynucleotide in detecting the presence of a target polynucleotide in a sample, can be non-specifically extended and amplified by the base sequence length necessary to improve detection sensitivity or detection reproducibility of the target polynucleotide.
- the base sequence of the target polynucleotide is non-specifically extended according to the purpose, and the detection sensitivity or the detection reproducibility of the presence of the target polynucleotide is improved by using the improved electrical property change of the extended target polynucleotide. You can.
- the base sequence of the target polynucleotide is non-specifically extended according to the purpose, and the detection of the presence of the target polynucleotide using the enhanced detection sensitivity of the extended target polynucleotide and / or the signal enhancement of the labeling substance. Sensitivity or detection reproducibility can be improved.
- non-specifically extending the base sequence of a target polynucleotide to be detected can obtain an improved detection sensitivity for the target polynucleotide, It can be very useful for genotyping and SNP analysis of specific genes with multiple allele types.
- FIG. 1 illustrates a method of designing a combination of a forward modified first primer and a reverse modified second primer and a combination of a reverse modified first primer and a forward modified second primer according to an embodiment of the present invention.
- Example 2 is a view for explaining a process of amplifying a target polynucleotide using a modified first primer in Example 1 of the present invention.
- Figure 3 shows the nucleotide sequence of the target polynucleotide shown as an example of the target polynucleotide amplified according to the method of one embodiment of the present invention.
- Example 4 is a view for explaining a process of amplifying a polynucleotide for extension using a modified second primer in Example 1 of the present invention.
- FIG. 5 is a view for explaining a process of extending the base sequence of the amplified target polynucleotide using the extension polynucleotide amplified in Example 1 of the present invention.
- FIG. 6 is amplified by extending a target polynucleotide in a fixed state on a solid phase using a forward primer immobilized on a solid phase and a modified first primer in a reverse direction in Example 2 of the present invention, and using a previously prepared extension polynucleotide. It is a figure explaining the process of extending the base sequence of a target polynucleotide by a desired length.
- Example 7 is a view illustrating a process of extending and amplifying a target polynucleotide in a fixed state on a solid phase by using a modified first primer in a reverse direction and a forward primer fixed on a solid phase in Example 3 of the present invention.
- Example 8 is linked to a target polynucleotide with an extended polynucleotide through a gold particle to which nucleotide oligomers modified with thiols are attached in Example 3 of the present invention, and a sequencing sequence is performed in a nonspecific manner to improve detection sensitivity.
- FIG. 9 is a diagram illustrating an amplified product amplified according to the process of FIG. 8.
- FIG. 10 is PCR amplification of the target polynucleotide cytochrome CYP2C9 * 3 gene by dual extension using a reverse modified first primer, a forward modified second primer, and an extension polynucleotide.
- FP in FIG. 10 is a forward primer
- RP is a reverse primer
- Z2 and Z3 are zip code sequences that are complementary to each other in reverse (ie, complementary to each other based on the 5'-3 'direction). .
- Example 1-1 (Step 1): Extension of Target Polynucleotide Using Modified First Primer
- a first non-homologous sequence which does not hybridize with the genomic DNA as a base sequence having no homology with the base sequence of the genomic DNA at the end of the first primer specifically binding to the target polynucleotide is prepared.
- a target polynucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 as shown in FIG. 3 is prepared. Then, base sequences of the forward and reverse primers specific for the 5 'end and the 3' end of the target polynucleotide are determined, respectively.
- the first modified first primer (SEQ ID NO: 1) modified by adding one first zip code sequence (5'-CCCCAAACGTACCAAGCCCGCGTCG-3 ') to the 5' end of the forward primer (5'-GCAGCTCCAATGAGAACCTC-3 ').
- the zip code sequence is a nucleotide oligomer having a sequence which is not in the nucleotide sequence of the genomic DNA and is a sequence designed not to hybridize non-specifically with the genomic DNA. It is noted that the zip code sequences used in the examples which follow are only mentioned for illustrative purposes and are not intended to limit the invention. Those skilled in the art will readily understand that the primers can be modified using various zip code sequences known in the art, in addition to the zip code sequences used in the examples described below (Ref. Slentz- Kesler et al., Polymorphism Analysis Using Single Base Chain Extension A Microsphere-Based, Genome Res., 2000, 10: 549-557).
- the sequence of the modified first primer pair produced by modifying the zip code sequence is as follows.
- the underlined portion of the base sequence of the modified first primer pair below is a zip code sequence.
- 2X PCR master mix solution (i-StarMAX II) (purchased from Intron Biotechnology, Inc., Seongnam, Gyeonggi-do, Korea) 12 ⁇ l of target polynucleotide prepared in step 2) (SEQ ID NO: 3) 1 ⁇ l, and 2 ⁇ l of the modified first primer pair (SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2) prepared in step 2) above, add 9 ⁇ l of secondary distilled water to adjust the total reaction volume to 24 ⁇ l. And the PCR reaction is carried out under the following conditions, and the temperature is maintained at 4 °C after the PCR reaction.
- i-StarMAX II purchased from Intron Biotechnology, Inc., Seongnam, Gyeonggi-do, Korea
- FIG. 2 schematically illustrates the PCR amplification process and the amplification product performed in step 4).
- the PCR amplification product of the target polynucleotide is 407bp of base.
- the PCR amplification product of the target polynucleotide was the zip code sequence at the 5 'end and the 3' end and the sequence complementary thereto. This additional formation (407bp + 25bp + 25bp) will have a nucleotide sequence length of 457bp.
- the 5 'end and / or 3' end of the PCR amplification product of the target polynucleotide amplified using the modified first primer pair of the present embodiment any desired base sequence (in this embodiment, the first zip code sequence) Or a sequence complementary thereto) is further extended. This will be combined with the second zip code sequence of the modified second primer described below or a sequence complementary thereto.
- Example 1-2 (Step 2): Extension of Extension Polynucleotide Using Modified Second Primer
- a modified second primer which is a primer added with the following (hereinafter also referred to as a "zip code sequence"), is prepared.
- amplified DNA template (323 bp) of Promega's GoTaq ® PCR Core System II is prepared for extension polynucleotides, and such extension polynucleotides can be produced and stored in large quantities.
- the extension polynucleotide is used to extend the length of the base sequence necessary to improve the detection sensitivity or detection reproducibility at the end of the PCR amplification product of the target polynucleotide obtained in step 1 of Example 1-1.
- a primer base sequence provided by the manufacturer of the DNA template is used as a base sequence of a forward primer and a reverse primer specific for the 5 'end and the 3' end of the extension polynucleotide for the preparation of the modified second primer.
- the modified second primer (SEQ ID NO: 4) was modified by adding one second zip code sequence (5'-CATGAGCAAGCTGCAGCTGCGCGCG-3 ') to the 5' end of the forward primer (5'-GCCATTCTCACCGGATTCAGTCGTC-3 ').
- modified second primer (SEQ ID NO: 5'-AGCCGCCGTCCCGTCAAGTCAG-3 ') by adding another second zip code sequence (5'-CGACGCGGGCTTGGTACGTTTGGGG-3') to the 5 'end of the reverse primer (SEQ ID NO: 5'-AGCCGCCGTCCCGTCAAGTCAG-3'). 5) is produced (see FIG. 4).
- both of the forward modified second primer and the reverse modified second primer were prepared, but only primers in the desired direction of extension can be modified by adding a zip code sequence.
- the second zip code sequence of the forward modified second primer is complementary in a reverse direction to the first zip code sequence of the reverse modified first primer prepared in Example 1-1. (That is, complementary to each other when based on the 5'-3 'direction), and this can be added to the 5' end of the forward primer to produce a forward modified second primer.
- the second zip code sequence of the reverse modified second primer is complementary to the first zip code sequence of the forward modified first primer prepared in Example 1-1 (that is, in the 5'-3 'direction). Complementary to each other when used as a reference), and this can be added to the 5 'end of the reverse primer to produce a reverse modified second primer.
- the sequence of the modified second primer pair produced by modifying the zip code sequence is as follows.
- the underlined portion of the base sequence of the modified second primer pair below is a zip code sequence.
- 2X PCR Master mix solution (i-StarMAX II) (purchased from Intron Biotechnology Co., Ltd., Seongnam, Gyeonggi-do, Korea) was extended to 12 ⁇ l. and GoTaq ® PCR DNA template) 1 ⁇ l of Core System II, the 3) prepared in process variants a second pair of primers (SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 5), insert the 2 ⁇ l, total reaction volume by adding distilled water 9 ⁇ l 2 Adjust to 24 ⁇ l. And the PCR reaction is carried out under the following conditions, and the temperature is maintained at 4 °C after the PCR reaction.
- i-StarMAX II purchased from Intron Biotechnology Co., Ltd., Seongnam, Gyeonggi-do, Korea
- An zip code sequence and a sequence complementary thereto are further formed (323 bp + 25 bp + 25 bp) to have a base sequence length of 373 bp.
- the first collection of the amplified target polynucleotide obtained in Example 1-1 at the 5 'end and / or 3' end of the PCR amplification product of the extension polynucleotide amplified using the modified second primer pair of the present embodiment A base sequence capable of binding complementarily to a code sequence or a sequence complementary thereto (in this embodiment, a second zip code sequence or a sequence complementary thereto) is further extended.
- the extended polynucleotides amplified and extended may be stored as 373 bp ds-DNA through DNA purification, or may be separated and stored as ss-DNA by performing PCR using magnetic beads or the like according to the purpose. .
- the ss-DNA separation method using magnetic beads and the like is described in detail in Example 2-2 described later.
- Example 1-3 (Step 3): Extension of Base Sequence of Target Polynucleotide Using Amplified Extended Polynucleotide
- PCR amplification products of the target polynucleotides amplified and extended in step 1 of Example 1-1 can be purified and used for extension reactions using the extended polynucleotides amplified and extended in step 2 of Example 1-2.
- the PCR solution of the amplified and extended target polynucleotide can be used for extension reaction.
- step 2 To carry out the PCR reaction, amplified and extended target in step 1 in 25 ⁇ l of 2X PCR Master mix solution (i-StarMAX II) (purchased from Intron Biotechnology, Inc., Seongnam, Gyeonggi-do, Korea) 5 ⁇ l of the PCR amplification product solution of polynucleotide and 5 ⁇ l of the PCR amplification product solution of the extended polynucleotide amplified and extended in step 2 are added, and 15 ⁇ l of the second distilled water is added to adjust the total reaction volume to 50 ⁇ l. And the PCR reaction is carried out under the following conditions, and the temperature is maintained at 4 °C after the PCR reaction.
- 2X PCR Master mix solution i-StarMAX II
- FIG. 5 schematically illustrates the PCR amplification process and the amplification product performed in step 2), wherein the extended poly amplified in step 2 to the PCR amplification product of the target polynucleotide amplified and extended in step 1 PCR reaction under PCR conditions as described above with the addition of ss-DNA or ds-DNA of nucleotides results in 3 complementary to the first zip code sequence of the forward modified first primer in the amplified and extended target polynucleotide.
- the 'terminal sequence' and the 3 'terminal sequence complementary to the second zip code sequence of the reverse modified second primer in the amplified extended polynucleotide are mutually complementarily complementary and annealed.
- the first zip code sequence of the forward modified first primer is complementary to the reverse of the second zip code sequence of the reverse modified second primer (ie, referred to the 5'-3 'direction).
- the first zip code sequence of the reverse modified first primer is complementary in the opposite direction to the second zip code sequence of the forward modified second primer (i.e., in the 5'-3 'direction).
- the modified first primer and the modified second primer were designed.
- the target polynucleotide can be extended and amplified only in one direction (5 'direction or 3' direction).
- the extension direction of the target polynucleotide may be determined depending on whether the amplification product of the extension polynucleotide amplified and extended in step 2 is added in ss-DNA form or ds-DNA form.
- step 6 it is possible to further extend the target polynucleotide by using an extension polynucleotide having a sequence other than the extended extension polynucleotide amplified in step 2, and using the extended target polynucleotide obtained in step 3 Repeating step 1 to step 3 can further extend the base sequence of the target polynucleotide by a desired length.
- Step 1 of Example 1-1, Step 2 of Example 1-2, and Step 3 of Example 1-3 may be performed separately, but may be performed at the same time under the same PCR conditions. It may also be performed by multiplex PCR on target polynucleotides (see Example 4 below). In this case, by modifying the first primer so that the first zip code sequence or the complementary sequence is added to the target polynucleotide to improve detection sensitivity, a distinctive detection signal can be obtained from other target polynucleotides. See Example 4 and FIG. 11).
- the base sequence of the target polynucleotide may be extended by the required base sequence length, and in particular, the target polynucleotide may be extended nonspecifically regardless of the type of target polynucleotide to be extended.
- SP-PCR solid phase-PCR
- Example 2-1 (Step 1): Generation of Target Polynucleotide Immobilized on Solid Phase
- step 1 a base sequence having no homology with the nucleotide sequence of the genomic DNA at the end of the first primer specifically binding to the target polynucleotide, the first non-homologous nucleotide sequence that does not complementally hybridize with the genomic DNA [
- a modified first primer which is a primer to which "also referred to as a" zip code sequence "" is added, is prepared.
- a forward primer and a reverse primer for example, a PEG (polyethylene glycol) or a carbon chain (-CH 2- ) spacer is bonded to the 5 'end of the forward primer and thiol at the end thereof.
- a functional group such as a thiol group
- the forward primer is fixed to a solid phase surface such as a metal electrode surface formed in a biosensor chip using a SAM (Self Assembled Method) method using a thiol group.
- a gold thin film having a size of 700 ⁇ m ⁇ 700 ⁇ m and a thickness of 3,000 ⁇ m is prepared, and the 5 ′ end of the forward primer is fixed thereon.
- the metal electrode formation and the metal electrode fixing of the nucleotide oligomer can be easily carried out according to a known technique by those skilled in the art, so the detailed description thereof will be omitted (see Korean Patent Nos. 10-0969667 and 10-0969671, etc.).
- the base sequences of the forward primer and the reverse primer specific for the 5 'end and the 3' end of the target polynucleotide are determined, respectively.
- the first modified first primer (SEQ ID NO: 1) modified by adding one first zip code sequence (5'-CCCCAAACGTACCAAGCCCGCGTCG-3 ') to the 5' end of the forward primer (5'-GCAGCTCCAATGAGAACCTC-3 ').
- a primer fixed to a solid surface such as a metal surface may selectively add a zip code sequence such as 5'-CCCCAAACGTACCAAGCCCGCGTCG-3 'to the 5' end.
- a zip code sequence such as 5'-CCCCAAACGTACCAAGCCCGCGTCG-3 'to the 5' end.
- the first primer in the forward direction fixed to the solid surface such as the metal surface in step 1 of this Example 2-1 is selected as a zip code modified sequence or an unmodified sequence as follows. It can be designed as.
- the reversely modified first primer that is not fixed to a solid phase surface such as a metal surface and is freely present in the buffer for PCR amplification is an oligonucleotide without a spacer and a functional group, and is 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG- at the 5 'end. It is designed by adding a zip code sequence such as 3 '.
- a forward modified first primer or a forward unmodified first primer which is not fixed to the solid phase surface and is freely present in the buffer for PCR amplification, is required.
- the spacer is not attached to the functional group so that it is freely present in the solution, but relatively lower than the reverse modified first primer for the asymmetric PCR reaction. , For example, in a solution in a ratio of 1: 8 or 1:16.
- PCR reaction conditions such as PCR reaction composition, reaction time and reaction temperature setting are the same as PCR reaction conditions such as PCR reaction composition, reaction time and reaction temperature setting in Example 1-1.
- 6 (a) to 6 (e) schematically illustrate the PCR amplification process and the amplification products performed in this embodiment.
- PCR of a target polynucleotide immobilized on a solid phase surface is performed by performing PCR amplification using a forward first primer or a forward modified first primer immobilized on a solid phase surface and a free reverse modified first primer.
- any desired base sequence (3'-GCGCGCGTCGACGTCGAACGAGTAC-5 ', which is a complementary sequence to the zip code sequence of 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3' in this example) is further extended. Is generated (see FIG. 6E). This annealed with a sequence complementary to the zip code sequence generated by further extension to the extension polynucleotide in the amplification process of the extension polynucleotide to be described later.
- Example 2-2 (Step 2): Amplification and Storage of a Single Chain Extended Polynucleotide
- This example amplifies and stores the extension polynucleotide in a manner similar to step 2 of Example 1-2. That is, the amplification DNA template (323bp) of Promega GoTaq ® PCR Core System II is prepared by amplifying a polynucleotide for extension, and the polynucleotide for extension can be produced and stored in large quantities. However, unlike step 2 of Example 1-2, it is recommended to store the amplified DNA as ss-DNA. This has the advantage of increasing the yield and shortening the reaction time by extending the target polynucleotide in a non-specific manner using ss-DNA rather than ds-DNA in step 3 to be described later.
- magnetic beads MB are used to separate and purify the amplified extension polynucleotide into single chain form. This is described as follows.
- the forward modified second primer (SEQ ID NO: 4) and the reverse modified second primer (SEQ ID NO: 5) are prepared, but the reverse modified second primer is 5
- the reverse modified second primer is 5
- 5′-SH-PEG- CGACGCGGGCTTGGTACGTTTGGGG AGCCGCCGTCCCGTCAAGTCAG-3 ' it is prepared by binding to a spacer and a thiol group at the 5'- end of the'- CGACGCGGGCTTGGTACGTTTGGGG AGCCGCCGTCCCGTCAAGTCAG-3 ', and then the magnetized to be magnetic.
- 5′- CATGAGCAAGCTGCAGCTGCGCGCGCG GCCATTCTCACCGGATTCAGTCGTC-3 ′ which is a forward modified second primer, is prepared in the same manner as in Example 1-2.
- PCR reaction conditions such as PCR reaction composition, reaction time, and reaction temperature setting are the same as PCR reaction conditions such as PCR reaction composition, reaction time, and reaction temperature setting in Example 1-2.
- the extended polynucleotide for which the amplification target GoTaq ® PCR Core System II the DNA template
- the reverse fixed to the magnetic bead modification of the second primer the free forward modification of the second primer 2X PCR master mix solution (I-Star
- step 3 After 30 cycles of the PCR reaction process in step 3), the magnetic beads are fixed by pulling down the PCR tube using a magnet, and then the supernatant is carefully removed.
- the extended polynucleotide thus separated additionally has a 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3 'sequence required for the reaction in step 3 described below as amplified ss-DNA (see FIG. 6 (f)).
- This 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3 'sequence is complementary in a staggered manner to 5'-CATGAGCAAGCTGCAGCTGCGCGCG-3', which is the zip code sequence of the forward modified second primer.
- Example 1 As described above, after amplifying a target polynucleotide of interest based on symmetrical or asymmetrical Solid Phase-PCR (SP-PCR) in Step 1 of Example 2-1, the amplified target polynucleotide was used as Example 2 Using the extended polynucleotide prepared and stored in Step 2 of -2, the desired length of the base sequence is extended. Since the target polynucleotide is fixed to a solid surface such as a metal surface formed in the biosensor chip, it is similar to the method of Example 1-3, and thus the detailed description thereof will be omitted.
- SP-PCR Solid Phase-PCR
- step 1 of Example 2-1 the double chain of the target polynucleotide amplified with SP-PCR and immobilized on a solid phase surface such as a metal surface in a chip is denatured into a single chain.
- a solid phase surface such as a metal surface in a chip
- PCR was performed to remove the single strand of extension polynucleotide prepared in advance through Step 2 of Example 2-2 so that the final concentration was 2 ⁇ M.
- the master mix solution i-StarMAX II
- the mixed solution was injected into the biosensor chip where step 1 of Example 2-1 was completed, followed by step 3 of Examples 1-3. Perform PCR reaction under the same PCR conditions as.
- a target polynucleotide having the 3'-GCGCGCGTCGACGTCGAACGAGTAC-5 'sequence (sequence complementary to the zip code sequence of 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3') at the 3 'end is added to the 5' of the single chain of the extension polynucleotide by this additional sequence. Based on the '-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3' sequence and the 5 ' ⁇ 3' orientation, they are reciprocally complemented and annealed.
- Example 6 it is possible to further extend the target polynucleotide using an extension polynucleotide having a sequence other than the extension polynucleotide amplified and extended in step 2, and the extension obtained in step 3 By repeating step 1 to step 3 again using the prepared target polynucleotide, the base sequence of the target polynucleotide can be further extended to a desired length.
- the base sequence of the extended target polynucleotide fixed to the metal surface in the biosensor chip can be extended by the required base sequence length, and in particular, the type of target polynucleotide to be extended. Regardless of whether the target polynucleotide can be extended non-specifically, there is an advantage that it can be applied to various target polynucleotides present in various samples.
- the length of the target amplification product can be sufficiently long to be non-specifically irrespective of the PCR amplification target, thereby increasing the difference in charge before and after amplification. Thereby, electrical detection sensitivity or detection reproducibility can be improved.
- a target polynucleotide of interest is secured based on symmetrical or asymmetric solid phase-PCR (SP-PCR), and the polynucleotide for extension is extended to the target polynucleotide through nanoparticles such as gold particles.
- SP-PCR solid phase-PCR
- the nucleotide sequence is extended in a nonspecific manner by the desired nucleotide length to improve detection sensitivity.
- a nanoparticle such as gold particles
- a PCR reaction chip in which a target polynucleotide is amplified by a primer immobilized on a metal surface has been described, but the method of the present invention hybridizes the hybridization reaction of the target polynucleotide with a probe immobilized on a metal surface. It is also applicable to the reaction chip.
- Example 3-1 Performing Step 1 and Step 2
- Example 2-1 Obtaining the target polynucleotide immobilized on the surface of the solid phase is carried out substantially the same process as in Example 2-1 (see Fig. 7), and amplification and storage of the single chain extension polynucleotide is also performed in Example 2- The process is carried out substantially the same as 2. Therefore, detailed description of step 1 and step 2 is omitted.
- the 3 'end of the single chain of the target polynucleotide immobilized on the metal surface and the 3' end of the single chain of the amplified extended polynucleotide are not annealed so as to be complementarily complementary to each other.
- the extension polynucleotide is linked with the target polynucleotide immobilized on the metal surface.
- Gold particles having this function are prepared by attaching thiol-modified nucleotide oligomers as follows.
- nucleotide oligomers attached to gold particles are modified with thiols.
- 3'-GCGCGCGTCGACGTCGAACGAGTAC-5 ' (sequence complementary to the zip code sequence of 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3'), which is an extended sequence further to the 3 'end of the target polynucleotide amplified in step 1 of Example 2-1
- the nucleotide oligomeric sequence complementary to the above was determined, and 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3 ', which was an extended sequence at the 3' end of the single chain extension polynucleotide amplified in bulk in Step 2 of Example 2-2
- each nucleotide oligomer is constructed.
- a thiol group is then attached to the 5 'end to make each modified nucleotide oligomer. Then, these nucleotide oligomers are reduced with DTT (Dithiothreitol) to convert disulfide bonds existing between these nucleotide oligomers to -SH groups ("-SS-" ⁇ "-SH"). A nucleotide oligomer having a functional group attached thereto is obtained.
- nucleotide oligomers can be modified in addition to thiol groups to functional groups for attaching various nanoparticles, such as functional polymers.
- step 2) 450 ⁇ l of commercially available gold particle colloid (0.01% gold chloride concentration, 100 ml volume; purchased from BBInternational, UK) was modified with thiol in step 1) and the final concentration was adjusted to 1 ⁇ M.
- 50 ⁇ l of the total volume is mixed with 50 ⁇ l of the prepared nucleotide oligomer. Then, the mixed solution is incubated at 25 ° C. for 24 hours and continuously stirred at 100 rpm to immobilize the nucleotide oligomer to the gold particle colloid.
- step 4) After centrifuging the mixed solution obtained in step 3) at 13,200rpm for 30 minutes, precipitate gold particles to which nucleotide oligomers are attached, remove the supernatant, and add 500 ⁇ l of aging buffer to mix. .
- the aging buffer is added slowly and mixed slowly to prevent gold particles from agglomerating with each other.
- gold particles are used as examples of the particles, but the present invention is not limited thereto.
- iron oxide nanoparticles, superparamagnetic nanoparticles, silica nanoparticles, magnetic beads, and iron oxides are used.
- Particles of various sizes and materials known in the art, such as including polymer beads, may be used. That is, any particle that is widely used in the art for therapeutic or research purposes may be used.
- Example 3-3 (Step 3): Nonspecific sequencing of target polynucleotide and improvement of detection sensitivity
- Example 3-1 The target polynucleotide obtained on the basis of symmetrical or asymmetrical Solid Phase-PCR (SP-PCR) in Step 1 of Example 3-1 as described above was modified with thiols as prepared in Example 3-2. Nucleotide oligomers are associated with extension polynucleotides prepared in advance via the gold particles to which they are attached (see FIG. 8).
- SP-PCR Solid Phase-PCR
- the double-chain of the target polynucleotide immobilized on the solid phase surface such as the metal surface in the chip through the SP-PCR process to denature into a single chain.
- the solution in the chip is heated to about 95 ° C. and modified into a single chain, the solution is switched from the state of FIG. 7E to the state of FIG. 8F.
- Example 3 3
- the gold particles to which the nucleotide oligomers modified with thiol prepared in Example 3-2 are attached are prepared by PCR master mix solution ( After addition to i-StarMAX II), the mixed solution is injected into the biosensor chip in which step 2) is completed, and then PCR reaction is performed under the same PCR conditions as in Step 3 of Example 2-3.
- the forward nucleotide oligomer is annealed and extended complementarily with the 3'-GCGCGCGTCGACGTCGAACGAGTAC-5 'sequence added to the 3' end of the target polynucleotide (Fig. 8 (f)). And (g)).
- the heavy forward nucleotide oligomer is annealed and extended to primarily bind the target polynucleotide and the gold particles fixed to the metal surface.
- the reverse nucleotide oligomers of the nucleotide oligomers attached to the gold particles are then annealed and extended at the 3 ′ end of a single chain extension polynucleotide prepared in advance so that the gold particles and the extension polynucleotides are secondarily bound.
- the target polynucleotide immobilized on the metal surface has the effect of extending the base sequence in a nonspecific manner by the polynucleotide for extension through the gold particles.
- an extended nucleotide sequence annealed to the reverse nucleotide oligomer attached to the gold particles can be further extended by using an extension polynucleotide.
- the target polynucleotide may be linked to the polynucleotide for extension through gold particles and may extend the base sequence by a desired base sequence length in a nonspecific manner to improve detection sensitivity.
- the gold particles may be attached with additional reverse nucleotide oligomers complementary to the extension polynucleotide having a sequence other than the extension polynucleotide previously prepared in step 2.
- the target polynucleotide and the extension polynucleotide can be linked through the nucleotide oligomers attached to the gold particles, thereby allowing the target to be non-specifically regardless of the type of the target polynucleotide. Not only can improve the detection sensitivity by extending the nucleotide sequence of the polynucleotide, but also can adjust the number and length of the extension polynucleotide associated with the target polynucleotide can be applied to a variety of target polynucleotides present in a variety of samples There is this.
- the base sequence can be non-specifically extended, thereby improving detection sensitivity or detection reproducibility, and for nanoparticles or extension such as silica particles.
- Attaching a labeling material such as a fluorescent material to the polynucleotide can also enhance the detection signal such as an optical signal.
- SNP monobasic polymorphism
- CYP2C9 * 3 is an allele with an A> C SNP at position 1075 based on the cytochrome overall gene map with a base sequence length of 291 bp.
- Target polynucleotides and primers are prepared using the CYP2C9 * 3 allele type nucleotide sequences well known in the art (see Korean Patent Nos. 10-1024031 and 10-0921793).
- the base sequences of the forward and reverse primers specific for the 5 'end and the 3' end of the target polynucleotide are determined as follows.
- the first zip code sequence (5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3 ') was modified by adding the first zip code sequence to the 5' end of the CYP2C9 * 3 reverse primer (5'-AACGAAAAGGTTGGGGTCAT-3 ').
- a modified first primer of 5′- CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG ACAAACCTTTATAGCCCCAAAC-3 ′ (SEQ ID NO: 8) was prepared.
- CYP2C19 * 2 is an allele with a sequence length of 293 bp (similar in size to CYP2C9 * 3 described above) and an SNP of G> A at position 681, based on the cytochrome total gene map.
- Target polynucleotides and primers are prepared using the CYP2C19 * 2 allele type nucleotide sequence well known in the art (see Korean Patent Nos. 10-1024031 and 10-0921793).
- the base sequences of the forward and reverse primers specific for the 5 'end and the 3' end of the target polynucleotide are determined as follows.
- the first zip code sequence (5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3 ') was modified at the 5' end of the CYP2C19 * 2 reverse primer (5'-AATACGCAAGCAGTCACATAAC-3 ').
- a modified first primer (5'- CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG AATACGCAAGCAGTCACATAAC-3 ') (SEQ ID NO: 11) was prepared.
- CYP2C19 * 3 is an allele with a nucleotide sequence length of 317 bp and a SNP of G> A at position 636 based on the cytochrome overall gene map.
- Target polynucleotides and primers are prepared using the CYP2C19 * 3 allele type nucleotide sequence well known in the art (see Korean Patent Nos. 10-1024031 and 10-0921793).
- the base sequences of the forward and reverse primers specific for the 5 'end and the 3' end of the target polynucleotide are determined as follows.
- the first zip code sequence (5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3 ') was modified at the 5' end of the CYP2C19 * 3 reverse primer (5'-AGAACTTTGCCATCTTTTCCAG-3 ').
- a modified first primer of 5′- CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG AGAACTTTGCCATCTTTTCCAG-3 ′ (SEQ ID NO: 14) was prepared.
- both a forward modified first primer and a reverse modified first primer may be prepared, but for the purpose of performing multiplex PCR on a plurality of target polynucleotides, a selective extension is desired. Only primers in the direction, ie reverse, were modified by adding the first zip code sequence.
- This reverse modified first primer corresponds to the forward modified second primer of the polynucleotide for extension described later, the first zip code sequence of the reverse modified first primer is the second set of the forward modified second primer described later It is designed to be complementary in reverse to the code sequence (ie staggered complementary to each other based on the 5′-3 ′ direction) (see FIG. 10).
- the base sequences of the forward and reverse primers specific for the 5 'end and the 3' end of the extension polynucleotide are determined as follows.
- extension polynucleotide (ES) forward primer ES 1 extension polynucleotide (ES) forward primer:
- a second zip code sequence (5'-CATGAGCAAGCTGCAGCTGCGCGCG-3 ') is provided at the 5' end of the forward primer (5'-GCCATTCTCACCGGATTCAGTCGTC-3 ') of the extension polynucleotide (ES).
- a modified modified second primer (5′- CATGAGCAAGCTGCAGCTGCGCGCGCG GCCATTCTCACCGGATTCAGTCGTC-3 ′) (SEQ ID NO: 4) was prepared.
- both a forward modified second primer and a reverse modified second primer may be prepared, but for the purpose of performing multiplex PCR on a plurality of target polynucleotides, an optional extension is desired. Only the primer in the direction, ie forward, was modified by adding the second zip code sequence.
- This forward modified second primer corresponds to the reverse modified first primer of the target polynucleotide described above, and the second zip code sequence of the forward modified second primer is the first zip code of the reverse modified first primer described above.
- Complementary to the sequence in reverse ie staggered complementary to each other based on the 5′-3 ′ direction) (see FIG. 10).
- Single and multiplex PCR were performed using the forward and reverse primers.
- CYP2C9 * 3, CYP2C19 * 2 and / or CYP2C19 * 3 genome genes (2X PCR Master mix solution (i-StarMAX II) (purchased from Intron Biotechnology, Inc., Seongnam, Gyeonggi-do, Korea) gDNA), the extension polynucleotide (ES) and each of the forward and reverse primers for amplifying them are added in a single PCR composition ratio and multiplex PCR composition ratio as shown in Table 1 below to adjust the total reaction volume to 20 ⁇ l.
- the PCR reaction is carried out under the following conditions, and the temperature is maintained at 4 °C after the PCR reaction.
- step 3 After performing a single PCR and multiplex PCR of step 2), gel electrophoresis (1.5% agarose gel, 2, 5 and 10 ⁇ l of sample and 3 ⁇ l of marker (100bp) loading) was performed. . The result is as shown in the electrophoresis picture on the left of FIG. Bands of these gene amplification products in gel electrophoresis because the size of the cytochrome CYP2C9 * 3 gene (291 bp) and the size of the CYP2C19 * 2 gene (293 bp) are almost the same when the conventional multiplex PCR is used as in this example. could not be distinguished by overlapping.
- Example 4-4 Band discrimination of cytochrome CYP2C9 * 3, CYP2C19 * 2 and CYP2C19 * 3 allele-type amplification and amplification products by multiplex PCR method according to the present invention
- CYP2C9 * 3, CYP2C19 * 2 and / or CYP2C19 * 3 genome genes (2X PCR Master mix solution (i-StarMAX II) (purchased from Intron Biotechnology, Inc., Seongnam, Gyeonggi-do, Korea) gDNA), extended polynucleotides (ES), and forward and reverse primers for amplifying them were added to adjust the total reaction volume to 20 ⁇ L, and then multiplex PCR was performed under the same conditions as in Example 4-3. .
- Example 4-3 is a modified primer modified by adding a zip code sequence as a reverse primer of the CYP2C9 * 3 genomic gene and a forward primer of an extension polynucleotide (ES) as shown in Table 3 below. (SEQ ID NO: 8 and SEQ ID NO: 4, respectively).
- ES extension polynucleotide
- the cytochrome CYP2C9 * 3 genomic gene was used as the reverse primer, and the reverse modified first primer of SEQ ID NO: 8, and the extension polynucleotide (ES) was sequenced as the forward primer.
- a forward modified second primer of number 4 was used. Therefore, in the multiplex PCR of step 2), the cytochrome CYP2C9 * 3 genomic gene is extended and amplified by a dual extension method as illustrated in FIG. 10. That is, when amplifying the cytochrome CYP2C9 * 3 genomic gene in a conventional manner, an amplification product of 316 bp is generated, but when it is amplified by the dual extension method of FIG. 10, a 639 bp amplification product is generated.
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Abstract
Description
본 발명은 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는 방법, 이를 위한 프라이머 조성물 및 표적 폴리뉴클레오티드 검출감도 향상용 키트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 샘플 내에서 표적 폴리뉴클레오티드의 존재여부를 검출하는데 있어서 표적 폴리뉴클레오티드의 검출 감도 또는 검출 재현성을 향상시키는데 필요한 염기서열 길이 만큼 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는 방법, 이를 위한 프라이머 조성물 및 표적 폴리뉴클레오티드 검출감도 향상용 키트에 관한 것이다.The present invention relates to a method for nonspecifically extending the base sequence of a target polynucleotide, a primer composition for the same, and a kit for improving the sensitivity of the target polynucleotide detection, and more particularly, in detecting the presence of a target polynucleotide in a sample. The present invention relates to a method for non-specifically extending the nucleotide sequence of a target polynucleotide by the length of a nucleotide sequence necessary to improve the detection sensitivity or the reproducibility of a target polynucleotide, a primer composition for this, and a kit for improving the detection sensitivity of the target polynucleotide.
또한, 본 발명은 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 목적에 따라 비특이적으로 연장하고, 연장된 표적 폴리뉴클레오티드의 개선된 전기적 특성 변화를 이용하여 표적 폴리뉴클레오티드의 존재여부에 대한 검출 감도 또는 검출 재현성을 향상시킨 전기적 검출 방법에 관한 것이다.In addition, the present invention non-specifically extend the base sequence of the target polynucleotide according to the purpose, and improved detection sensitivity or detection reproducibility for the presence of the target polynucleotide by using the improved electrical property change of the extended target polynucleotide It relates to an electrical detection method.
또한, 본 발명은 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 목적에 따라 비특이적으로 연장하고, 연장된 표적 폴리뉴클레오티드의 향상된 검출감도 및/또는 표지물질의 신호 증강을 이용하여 표적 폴리뉴클레오티드의 존재여부에 대한 검출 감도 또는 검출 재현성을 향상시킨 검출 방법에 관한 것이다. In addition, the present invention non-specifically extend the base sequence of the target polynucleotide according to the purpose, by using the enhanced detection sensitivity of the extended target polynucleotide and / or signal enhancement of the labeling material detection sensitivity to the presence of the target polynucleotide Or a detection method with improved detection reproducibility.
추가로, 본 발명은 다수 개의 유전자 주형들에 대한 멀티플렉스 PCR을 수행하는 경우에도 검출대상이 되는 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장함으로써 표적 폴리뉴클레오티드에 대한 향상된 검출감도를 얻을 수 있고, 다수 개의 대립유전자형을 가진 특정 유전자의 유전자형 분석과 SNP 분석에 있어서 매우 유용하게 활용될 수 있는 검출방법에 관한 것이다.In addition, the present invention can obtain an improved detection sensitivity for the target polynucleotide by non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide to be detected even when performing multiplex PCR on a plurality of gene templates. The present invention relates to a detection method that can be very useful for genotyping and SNP analysis of specific genes with alleles of dogs.
인간의 게놈(genome) 지도가 완성되어 질병에 대한 위험도의 측정, 질병의 진단 또는 예진, 그리고 약물에 대한 반응의 예측을 보다 광범위하게 할 수 있다는 가능성이 제시되었고, 최근에는 다양한 유전자들에 대한 기능들이 밝혀지고 있다. It has been suggested that the human genome map can be completed to make it more extensive to measure risks for disease, diagnose or predict disease, and predict response to drugs. Are revealed.
이러한 다양한 유전자들에 대한 기능 규명에 따라 예를 들어, 특정인의 특정 유전자에 대한 변이분석을 통하여 질병에 대한 위험도가 어느 정도인지 예측하여 질병을 사전에 예방하도록 유도할 수 있다. 또한, 생명체에 감염을 일으키는 다른 감염체, 예를 들어, 바이러스 등의 유전자 변이 분석을 통하여 해당 바이러스가 특정 치료 약물에 대해 내성을 갖는지 여부를 분석할 수 있고, 이러한 유전자형 분석을 통하여 감염체의 특정 치료 약물에 대한 반응, 예를 들어 내성반응을 예측함으로써 환자 개인별 맞춤형 치료방법을 개발할 수 있다.Depending on the function of the various genes, for example, by analyzing the mutation of a specific gene of a specific person can predict the degree of risk for the disease can be induced to prevent the disease in advance. In addition, genetic variation analysis of other infectious agents, such as viruses, that cause infections in living organisms, may be used to analyze whether the virus is resistant to a particular therapeutic drug, and the genotyping may be used to identify specific infectious agents. By predicting the response to a therapeutic drug, for example resistance, the patient can develop a personalized treatment.
그러나, 인간을 비롯한 생명체의 유전자 변이와 질병과의 관계를 명확하게 규명하기 위해서는 많은 수의 염기서열정보를 분석하여야 할 뿐만 아니라, 다양하고 많은 서열의 변이들을 특이도와 민감도를 모두 만족시키면서 정확하고 효과적으로 분석할 수 있어야 한다. However, in order to clarify the relationship between genetic variation and disease in humans and humans, it is necessary not only to analyze a large number of sequence information, but also to accurately and effectively satisfy various specificities and sensitivity while satisfying both specificity and sensitivity. You should be able to analyze it.
일반적으로 분자유전학적 분석이나 임상진단을 위하여 찾고자 하는 DNA 염기서열은 DNA 중합효소를 이용한 중합효소연쇄반응방법(이하, "PCR"이라 함)을 이용하여 증폭한 후, 샘플 내에 그 존재여부를 결정하게 된다. 이러한 PCR 증폭기술을 이용하여 샘플 내에 찾고자 하는 DNA 염기서열, 즉 표적 폴리뉴클레오티드가 존재하는지 여부를 검출하는 다양한 방법들이 개발되어 있다. Generally, DNA sequencing to be searched for molecular genetic analysis or clinical diagnosis is amplified by polymerase chain reaction method using DNA polymerase (hereinafter referred to as "PCR"), and then its presence is determined in the sample. Done. Various methods have been developed using the PCR amplification technique to detect whether a DNA sequence to be found in a sample, that is, whether a target polynucleotide exists.
예를 들어, 검출대상이 되는 표적 폴리뉴클레오티드를 PCR 증폭한 후 증폭된 서열을 각각의 체인으로 분리시킨 다음, 폴리아크릴아마이드 젤에서 전기영동을 수행하는 PCR-SSCP(Orita, M. et.al, Genomics, 1989, 5:8874-8879) 방법이 있으며, 표적 폴리뉴클레오티드에 대해 특이적인 프로브를 사전에 제작하여 유리 슬라이드에 마이크로어레이 장비를 이용하여 집적한 DNA 칩을 준비하고 표적 폴리뉴클레오티드를 형광물질이 표지된 특이적 프라이머를 이용하여 증폭한 후 증폭 산물을 DNA 칩에 혼성화시키고 스캐너로 형광신호를 분석하는 방법 등이 있다. For example, PCR-SSCP (Orita, M. et. Al.), Which performs PCR amplification of a target polynucleotide to be detected, separates amplified sequences into respective chains, and then performs electrophoresis on a polyacrylamide gel. Genomics, 1989, 5: 8874-8879), a probe prepared in advance for a target polynucleotide was prepared in advance, and a DNA chip was prepared by using a microarray device on a glass slide. After amplification using a labeled specific primer, the amplification product is hybridized to a DNA chip, and a fluorescent signal is analyzed by a scanner.
또한, 최근에는 티올기가 부착된 프라이머나 프로브와 같은 올리고뉴클레오티드를 SAM(Self Assembled Method) 방법을 이용하여 금속 전극 표면에 고정한 후 PCR 증폭 반응이나 혼성화 반응을 마이크로플루이딕스 칩 내에서 수행한 후 전기적 변화를 검출하여 샘플 내의 표적 폴리뉴클레오티드 존재여부를 검출하는 다양한 방법들이 개발되었다(대한민국 공개특허공보 제10-2004-0042021호, 대한민국 등록특허 제10-0590546호 등 참조).In addition, recently, oligonucleotides such as primers or probes attached with thiol groups are fixed to the metal electrode surface using the SAM (Self Assembled Method) method, and then electrical changes after PCR amplification reaction or hybridization reaction are performed in the microfluidics chip. Various methods for detecting the presence of a target polynucleotide in a sample have been developed (see Korean Patent Publication No. 10-2004-0042021, Korean Patent Registration No. 10-0590546, etc.).
따라서, 샘플 내의 표적 폴리뉴클레오티드의 존재여부를 민감하면서도 정확하게 검출하기 위해서는 표적 폴리뉴클레오티드에 대한 검출감도의 향상이 중요하다고 할 수 있고, 표적 폴리뉴클레오티드의 증폭에 사용되는 프라이머와 이러한 프라이머에 의해 증폭된 PCR 증폭산물이 검출감도 및 재현성에 대해 미치는 영향도 매우 크다고 할 수 있다. Therefore, it is important to improve the detection sensitivity of the target polynucleotide in order to detect the sensitive and accurate presence of the target polynucleotide in the sample, and the primer used for amplification of the target polynucleotide and the PCR amplified by the primer It can be said that the amplification product has a great influence on the detection sensitivity and reproducibility.
표적 폴리뉴클레오티드의 정확한 검출과 검출 재현성 확보를 위해서는 가능한 검출대상이 되는 PCR 증폭산물의 단일 가닥의 길이가 긴 것이 유리하지만, 변이가 많이 존재하는 유전자 영역에서는 프라이머 설계가 쉽지 않고 프라이머의 비특이적 혼성화에 의한 위양성 산물이 생성되는 문제점이 있기 때문에 특이적인 정방향 프라이머와 역방향 프라이머의 조합에 의해 PCR 증폭산물의 길이를 제한할 수 밖에 없다.In order to ensure accurate detection and reproducibility of the target polynucleotide, it is advantageous that the single strand of the PCR amplification product is as long as possible. Since there is a problem that false-positive products are generated, the length of PCR amplification products is limited by the combination of specific forward and reverse primers.
예를 들어, MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System) 기술을 이용하여 제작된 마이크로플루이딕스 칩에서는 금속 전극 표면에 고정된 프라이머나 프로브를 이용하여 PCR 증폭 반응이나 혼성화 반응이 이루어지고, DNA 농도의 증가 또는 혼성화 여부에 따른 전기적 변화, 즉 임피던스 또는 커패시턴스 변화를 검출하여 샘플 내의 표적 폴리뉴클레오티드 존재여부를 판정한다. 그러나, 금속 전극 표면에 고정된 프라이머나 프로브에 결합되는 표적 폴리뉴클레오티드는 증폭과정에서 특이적 프라이머의 설계 한계로 충분한 길이를 갖지 못하여 PCR 증폭 반응이나 혼성화 반응 후 전기적 검출 감도가 낮고 이로 인해 재현성도 낮은 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, CMOS 및 전기적 검출값의 증폭을 위한 증폭회로가 추가된 센서가 제작되었으나, 제작과정이 복잡하고 상용화하기에는 제조단가가 증가하는 문제가 있을 뿐만아니라 양성 증폭산물의 신호값 이외에 노이즈 값도 함께 증폭되는 문제가 있었다. For example, in microfluidics chips manufactured using MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System) technology, PCR amplification reactions or hybridization reactions are carried out using primers or probes fixed on the metal electrode surface, The presence of a target polynucleotide in the sample is determined by detecting electrical change, ie impedance or capacitance change, with increasing or hybridization. However, the target polynucleotide bound to the primer or probe immobilized on the metal electrode surface does not have a sufficient length due to the design limitation of the specific primer in the amplification process, and thus has low electrical detection sensitivity and low reproducibility after PCR amplification reaction or hybridization reaction. There was a problem. In order to solve this problem, a sensor with an amplification circuit for amplification of CMOS and electrical detection values has been fabricated, but the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost increases to commercialize, as well as the signal value of the positive amplification product. There was a problem that the noise value was also amplified together.
이러한 문제점을 해결하기 위해 대한민국 등록특허 제10-0969667호에서는 유전상수가 큰 레퍼런스 용액을 이용하여 PCR 반응 또는 혼성화 반응의 유무 및 특정 DNA 염기서열의 존재 유무의 검출 감도를 향상시키는 방법을 개시하고 있고, 대한민국 등록특허 제10-0969671호에서는 센싱 금속 전극 표면에 단백질 등의 비특이적 흡착으로 인한 PCR 증폭 방해 및 검출 감도 저하 문제를 해결하기 위해 센싱 금속 전극 표면에 생물친화적인 유전성 박막을 형성한 고감도 바이오 센서를 개시하고 있다. In order to solve this problem, Korean Patent No. 10-0969667 discloses a method of improving the detection sensitivity of PCR reaction or hybridization reaction and the presence of specific DNA sequences using a reference solution having a large dielectric constant. , Korean Patent No. 10-0969671 discloses a high-sensitivity biosensor in which a biocompatible dielectric thin film is formed on a sensing metal electrode surface in order to solve the PCR amplification interference and a decrease in detection sensitivity caused by nonspecific adsorption of proteins on the sensing metal electrode surface. It is starting.
그러나, 이들 종래기술은 완충용액에 의한 검출 재현성 문제와, 센싱 금속 전극으로의 비특이적 흡착 문제에 초점을 맞추고 있는 것으로서, 표적 폴리뉴클레오티드를 원하는 길이만큼 비특이적 방식으로 연장시켜 전기적, 광학적 또는 전기화학적 검출 감도 및 재현성을 개선하고자 한 것은 아니었다. However, these prior arts focus on the problem of reproducibility of detection by buffers and the problem of nonspecific adsorption to sensing metal electrodes, which extends the target polynucleotide in a nonspecific manner by the desired length, thereby providing sensitivity to electrical, optical or electrochemical detection. And not intended to improve reproducibility.
또한, 전술한 DNA 칩 역시 공간적인 문제로 발생하는 POL(Position of label; 표지위치) 효과 때문에 PCR 증폭산물의 염기서열 길이가 짧은 경우 정확한 형광 신호 분석이 어렵게 되는 문제가 있다.In addition, the above-described DNA chip also has a problem that it is difficult to accurately analyze the fluorescence signal if the length of the nucleotide sequence of the PCR amplification product is short due to the effect of the position of label (POL) caused by the spatial problem.
따라서, 본 발명이 속하는 기술분야에서는 샘플 내에서 표적 폴리뉴클레오티드의 존재여부를 검출하는데 있어서 표적 폴리뉴클레오티드의 검출 감도 또는 검출 재현성을 향상시키는데 필요한 염기서열 길이 만큼 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는 새로운 방법의 제공이 요구되고 있다고 할 수 있다.Accordingly, in the art to which the present invention belongs, non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide by the base sequence length necessary to improve the detection sensitivity or detection reproducibility of the target polynucleotide in detecting the presence of the target polynucleotide in the sample. It can be said that the provision of a new method is required.
본 발명은 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는 방법, 이를 위한 프라이머 조성물 및 표적 폴리뉴클레오티드 검출감도 향상용 키트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 샘플 내에서 표적 폴리뉴클레오티드의 존재여부를 검출하는데 있어서 표적 폴리뉴클레오티드의 검출 감도 또는 검출 재현성을 향상시키는데 필요한 염기서열 길이 만큼 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는 방법, 이를 위한 프라이머 조성물 및 표적 폴리뉴클레오티드 검출감도 향상용 키트를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a method for nonspecifically extending the base sequence of a target polynucleotide, a primer composition for the same, and a kit for improving the sensitivity of the target polynucleotide detection, and more particularly, in detecting the presence of a target polynucleotide in a sample. It is an object of the present invention to provide a method for non-specifically extending the base sequence of a target polynucleotide by a base sequence length necessary to improve the detection sensitivity or detection reproducibility of the target polynucleotide, a primer composition, and a kit for improving the detection sensitivity of the target polynucleotide. .
또한, 본 발명의 목적은 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 목적에 따라 비특이적으로 연장하고, 연장된 표적 폴리뉴클레오티드의 개선된 전기적 특성 변화를 이용하여 표적 폴리뉴클레오티드의 존재여부에 대한 검출 감도 또는 검출 재현성을 향상시킨 전기적 검출 방법을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to non-specifically extend the base sequence of the target polynucleotide according to the purpose, and to improve the detection sensitivity or detection reproducibility of the presence of the target polynucleotide by using the improved electrical property change of the extended target polynucleotide. It is to provide an improved electrical detection method.
또한, 본 발명의 목적은 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 목적에 따라 비특이적으로 연장하고, 연장된 표적 폴리뉴클레오티드의 향상된 검출감도 및/또는 표지물질의 신호 증강을 이용하여 표적 폴리뉴클레오티드의 존재여부에 대한 검출 감도 또는 검출 재현성을 향상시킨 검출 방법을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to non-specifically extend the base sequence of the target polynucleotide according to the purpose, and to improve the detection sensitivity of the extended target polynucleotide and / or signal enhancement of the labeling material to determine the presence of the target polynucleotide. A detection method having improved detection sensitivity or detection reproducibility is provided.
추가로, 본 발명의 목적은 다수 개의 유전자 주형들에 대한 멀티플렉스 PCR을 수행하는 경우에도 검출대상이 되는 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장함으로써 표적 폴리뉴클레오티드에 대한 향상된 검출감도를 얻을 수 있고, 다수 개의 대립유전자형을 가진 특정 유전자의 유전자형 분석과 SNP 분석에 있어서 매우 유용하게 활용될 수 있는 검출방법을 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to obtain an improved detection sensitivity for the target polynucleotide by non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide to be detected even when performing multiplex PCR on a plurality of gene templates In addition, the present invention provides a detection method that can be very useful in genotyping and SNP analysis of a specific gene having a large number of allele types.
상기한 기술적 과제를 해결하고 상기한 발명의 목적에 부합되도록 예의 연구를 거듭한 결과, 본 발명자는 표적 폴리뉴클레오티드와 특이적으로 결합하는 제1 프라이머의 말단에 게놈 유전자의 염기서열과 상동성을 갖지 않는 염기서열로서 게놈 유전자와 상보적으로 혼성화되지 않는 제1 비상동성 염기서열[이하, "제1 집코드 서열(zip code sequence)"이라고도 함]을 추가한 변형 제1 프라이머를 설계하고, 표적 폴리뉴클레오티드와 상보적으로 혼성화되지 않는 연장용 폴리뉴클레오티드와 특이적으로 결합하는 제2 프라이머의 말단에 상기 제1 비상동성 염기서열과 역방향으로 상보적인 제2 비상동성 염기서열[이하, "제2 집코드 서열(zip code sequence)"이라고도 함]을 추가한 변형 제2 프라이머를 설계하여 이용할 경우 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 목적에 따라 비특이적으로 연장하여 합성할 수 있는 점에 착안하여 본 발명을 완성하게 되었다. As a result of solving the above technical problem and intensive studies to meet the object of the present invention, the present inventors do not have homology with the nucleotide sequence of the genomic gene at the end of the first primer specifically binding to the target polynucleotide. A modified first primer that adds a first non-homologous sequence (hereinafter also referred to as a "zip code sequence") that does not complementally hybridize with a genomic gene as a non-combined nucleotide sequence, and target poly A second non-homologous sequence complementary to the first non-homologous sequence at the end of a second primer that specifically binds an extension polynucleotide that does not complementally hybridize with the nucleotide [hereinafter referred to as “second zip code Base sequence of the target polynucleotide when designing and using a modified second primer with the addition of a "zip code sequence" The present invention has been completed by focusing on the nonspecific extension and synthesis according to the present invention.
한편, 본 발명의 변형 제1 프라이머 및 변형 제2 프라이머를 이용하여 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는 방법은 본 발명의 실시예에서 일례로서 설명하고 있는 전기적 신호를 이용한 바이오 센서 및 마이크로플루이딕스 칩에만 적용가능한 기술이 아니고, PCR 증폭산물을 이용하여 샘플 내에 표적 폴리뉴클레오티드의 존재 유무 및 단일염기다형성(SNP)을 분석하는 다양한 기술, 예를 들어 PCR-SSCP, 마이크로어레이 칩, 멀티플렉스 PCR, 리얼타임 PCR, RFLP, 전기영동 기술과 같은 기술에 적용될 수 있는 기반기술로서 이해되어야 할 것이다.On the other hand, the method of non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide using the modified first primer and the modified second primer of the present invention biosensors and microfluid using the electrical signal described as an example in the embodiment of the present invention Various techniques for analyzing the presence and presence of target polynucleotides and single nucleotide polymorphisms (SNPs) in a sample using PCR amplification products, but not for Dix chips only, for example PCR-SSCP, microarray chips, multiplex PCR It should be understood as a fundamental technology that can be applied to technologies such as real-time PCR, RFLP, and electrophoresis techniques.
우선, 본 발명의 명세서에서 사용되는 용어를 설명하면 다음과 같다.First, the terms used in the specification of the present invention will be described.
본 발명의 명세서에서 사용되는 "표적 폴리뉴클레오티드"란 시료 내에서 검출하고자 하는 단일 사슬 또는 이중 사슬의 DNA 또는 RNA로서, 단일염기다형성(SNP) 또는 유전자형 분석에 사용되는 특이적인 염기서열 부분을 갖는 폴리뉴클레오티드를 포함한다.As used herein, a "target polynucleotide" is a single- or double-stranded DNA or RNA that is to be detected in a sample, and has a polynucleotide having a specific nucleotide sequence portion used for monobasic polymorphism (SNP) or genotyping. Nucleotides.
본 발명의 명세서에서 사용되는 "연장용 폴리뉴클레오티드"란 "표적 폴리뉴클레오티드"와는 상보적으로 혼성화되지 않고 "표적 폴리뉴클레오티드"의 존재 유무의 검출 감도 또는 재현성 향상을 위해 "표적 폴리뉴클레오티드"를 비특이적으로 연장하는데 사용되는 폴리뉴클레오티드를 의미한다. 예를 들어, 상업적으로 입수할 수 있는 PCR 증폭용 키트에 포함된 DNA 주형이 "연장용 폴리뉴클레오티드"로서 사용될 수 있다.As used herein, "extending polynucleotide" does not hybridize complementarily with "target polynucleotide" and nonspecifically "target polynucleotide" for improved detection sensitivity or reproducibility in the presence or absence of "target polynucleotide". By polynucleotide used to extend. For example, a DNA template included in a commercially available kit for PCR amplification can be used as an "extension polynucleotide."
본 발명의 명세서에서 사용되는 "변형 제1 프라이머"는 표적 폴리뉴클레오티드와 특이적으로 결합하는 제1 프라이머의 말단에 게놈 유전자의 염기서열과 상동성을 갖지 않는 염기서열로서 게놈 유전자와 상보적으로 혼성화되지 않는 제1 비상동성 염기서열[이하, "제1 집코드 서열(zip code sequence)"이라고도 함]을 추가한 프라이머를 의미한다. "변형 제1 프라이머"는 다운스트림 방향으로 표적 폴리뉴클레오티드를 연장하는 정방향의 변형 제1 프라이머와, 업스트림 방향으로 표적 폴리뉴클레오티드를 연장하는 역방향의 변형 제1 프라이머를 포함할 수 있다.As used herein, the "modified first primer" is a nucleotide sequence that does not have homology with the nucleotide sequence of the genomic gene at the end of the first primer specifically binding to the target polynucleotide, and hybridizes complementarily with the genomic gene. It refers to a primer to which the first non-homologous sequence (hereinafter, also referred to as "first zip code sequence") which is not added. A "modified first primer" can include a forward modified first primer that extends a target polynucleotide in a downstream direction, and a reverse modified first primer that extends a target polynucleotide in an upstream direction.
본 발명의 명세서에서 사용되는 "변형 제2 프라이머"는 표적 폴리뉴클레오티드와 상보적으로 혼성화되지 않는 연장용 폴리뉴클레오티드와 특이적으로 결합하는 제2 프라이머의 말단에 상기 변형 제1 프라이머의 제1 비상동성 염기서열과 역방향으로 상보적인 제2 비상동성 염기서열[이하, "제2 집코드 서열(zip code sequence)"이라고도 함]을 추가한 프라이머를 의미한다. "변형 제2 프라이머"는 다운스트림 방향으로 연장용 폴리뉴클레오티드를 연장하는 정방향의 변형 제2 프라이머와, 업스트림 방향으로 연장용 폴리뉴클레오티드를 연장하는 역방향의 변형 제2 프라이머를 포함할 수 있다.As used herein, a "modified second primer" refers to a first non-homologousity of the modified first primer at the end of a second primer that specifically binds to an extension polynucleotide that does not complementally hybridize with the target polynucleotide. It means a primer added with a second non-homologous base sequence (hereinafter also referred to as "zip code sequence") complementary to the base sequence. "Modified second primer" may include a forward modified second primer that extends the extending polynucleotide in the downstream direction, and a reverse modified second primer that extends the extending polynucleotide in the upstream direction.
본 발명에 따라 변형 제1 프라이머와 변형 제2 프라이머를 설계할 경우, 정방향의 변형 제1 프라이머의 제1 집코드 서열은 역방향의 변형 제2 프라이머의 제2 집코드 서열과 역방향으로 상보적이고(즉, 5'-3' 방향을 기준으로 할 때 서로 엇갈리게 상보적임), 역방향의 변형 제1 프라이머의 제1 집코드 서열은 정방향의 변형 제2 프라이머의 제2 집코드 서열과 역방향으로 상보적(즉, 5'-3' 방향을 기준으로 할 때 서로 엇갈리게 상보적임)이게 된다 (도 1 참조).When designing a modified first primer and a modified second primer according to the present invention, the first zip code sequence of the forward modified first primer is complementary in reverse (i.e., the second zip code sequence of the reverse modified second primer) , Alternately complementary to each other based on the 5'-3 'direction, wherein the first zip code sequence of the reverse modified first primer is complementary in reverse (ie, complementary to the second zip code sequence of the forward modified second primer). , Complementary to each other based on the 5'-3 'direction (see FIG. 1).
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는 방법은, Method for non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of one embodiment of the present invention,
(a) 표적 폴리뉴클레오티드와 특이적으로 결합하는 제1 프라이머의 말단에 게놈 유전자의 염기서열과 상동성을 갖지 않는 염기서열로서 게놈 유전자와 상보적으로 혼성화되지 않는 제1 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 서열을 추가한 변형 제1 프라이머를 준비하는 단계와,(a) a first non-homologous sequence not complementarily hybridized with the genomic gene as a base sequence having no homology with the nucleotide sequence of the genomic gene at the end of the first primer specifically binding to the target polynucleotide, or complementary thereto Preparing a modified first primer added with a specific sequence,
(b) 상기 표적 폴리뉴클레오티드와 상보적으로 혼성화되지 않으며, 상기 표적 폴리뉴클레오티드를 비특이적으로 연장하는데 사용되는 연장용 폴리뉴클레오티드를 준비하는 단계와,(b) preparing an extension polynucleotide that is not complementarily hybridized with the target polynucleotide and is used to nonspecifically extend the target polynucleotide;
(c) 상기 연장용 폴리뉴클레오티드와 특이적으로 결합하는 제2 프라이머의 말단에 게놈 유전자의 염기서열과 상동성을 갖지 않는 염기서열로서 게놈 유전자와 상보적으로 혼성화되지 않고 상기 변형 제1 프라이머의 제1 비상동성 염기서열과 역방향으로 상보적인 제2 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 서열을 추가한 변형 제2 프라이머를 준비하는 단계와,(c) a nucleotide sequence having no homology with the nucleotide sequence of the genomic gene at the end of the second primer that specifically binds to the extension polynucleotide, and is not complementarily hybridized with the genomic gene, but not the hybridization of the modified first primer. 1 preparing a second non-homologous sequence complementary to the non-homologous sequence or a modified second primer added with a sequence complementary thereto;
(d) 상기 변형 제1 프라이머를 이용하여 상기 제1 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 염기서열이 상기 표적 폴리뉴클레오티드 말단에 추가되어 연장된 표적 폴리뉴클레오티드를 수득하고, 상기 변형 제2 프라이머를 이용하여 상기 제2 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 염기서열이 상기 연장용 폴리뉴클레오티드 말단에 추가되어 연장된 연장용 폴리뉴클레오티드를 수득하는 단계와,(d) using the modified first primer to add the first non-homologous or complementary sequence to the end of the target polynucleotide to obtain an extended target polynucleotide, and using the modified second primer. Adding a second non-homologous sequence or a base sequence complementary thereto to obtain an extension polynucleotide for extension;
(e) 상기 표적 폴리뉴클레오티드 말단에 추가된 상기 제1 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 염기서열과, 상기 연장용 폴리뉴클레오티드 말단에 추가된 제2 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 서열이 서로 엇갈리게 상보적이 되도록 어닐링시켜 상기 (d) 단계에서 수득된 표적 폴리뉴클레오티드와 연장용 폴리뉴클레오티드를 서로에 대해 연장시키는 단계를 포함한다.(e) the first non-homologous sequence added to the end of the target polynucleotide or the base complementary thereto, and the second non-homologous sequence added to the extension polynucleotide end or the sequence complementary thereto complement Annealing to an enemy to extend the target polynucleotide and the extension polynucleotide obtained in step (d) with respect to each other.
또한, 본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는 방법에 있어서, 상기 (d) 단계에서 수득된 표적 폴리뉴클레오티드는 고체상 표면에 고정될 수 있다. In addition, in the method of non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of one embodiment of the present invention, the target polynucleotide obtained in the step (d) may be immobilized on the solid phase surface.
이와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 상기 (d) 단계에서 수득된 표적 폴리뉴클레오티드 말단과 연장용 폴리뉴클레오티드의 말단이 서로 엇갈리게 상보적이 되면서 어닐링(Annealing)함으로써 표적 폴리뉴클레오티드와 연장용 폴리뉴클레오티드 각각의 DNA 골격(DNA backbone)은 서로에 대해 PCR 증폭 반응의 프라이머로서 기능하게 되고, 서로 엇갈리게 결합된 염기서열을 중심으로 양쪽 방향으로 연장되는 이중 연장반응(Dual-Extension)이 수행된다. 그 결과, 연장용 폴리뉴클레오티드에 의해 비특이적인 방식으로 연장 및 증폭된 표적 폴리뉴클레오티드가 생성된다.According to the method of the present invention, the DNA of each of the target polynucleotide and the extension polynucleotide by annealing (Annealing) while the ends of the target polynucleotide end and the extension polynucleotide obtained in step (d) are complementary to each other. The DNA backbone functions as a primer of a PCR amplification reaction with respect to each other, and a dual-extension is performed extending in both directions about the base sequences staggered to each other. As a result, a target polynucleotide is produced that is extended and amplified in a nonspecific manner by the extending polynucleotide.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는 방법에 있어서, 상기 변형 제1 프라이머로는 정방향 프라이머 5' 말단에 하나의 제1 비상동성 염기서열을 추가하여 변형시킨 정방향의 변형 제1 프라이머, 또는 역방향 프라이머의 5' 말단에 또 다른 제1 비상동성 염기서열을 추가하여 변형시킨 역방향의 변형 제1 프라이머, 또는 이들 모두를 사용할 수 있다. In the method for non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of an embodiment of the present invention, the modified first primer is a forward modification by adding one first non-homologous sequence to the 5 'end of the forward primer The first primer or the reverse modified first primer modified by adding another first non-homologous sequence to the 5 'end of the reverse primer, or both can be used.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는 방법에 있어서, 상기 변형 제2 프라이머로는 역방향 프라이머 5' 말단에 상기 정방향의 변형 제1 프라이머의 제1 비상동성 염기서열과 역방향으로 상보적인 제2 비상동성 염기서열을 추가하여 변형시킨 역방향의 변형 제2 프라이머, 또는 정방향 프라이머 5' 말단에 상기 역방향의 변형 제1 프라이머의 제1 비상동성 염기서열과 역방향으로 상보적인 제2 비상동성 염기서열을 추가하여 변형시킨 정방향의 변형 제2 프라이머, 또는 이들 모두를 사용할 수 있다. In the method of non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of an embodiment of the present invention, the modified second primer is reverse to the first non-homologous sequence of the forward modified first primer at the 5 'end of the reverse primer A reverse second modified primer that is modified by adding a second non-homologous sequence complementary to the second primer, or a second non-complementary complementary to the first non-homologous sequence of the reverse modified first primer at the 5 'end of the forward primer A forward modified second primer or both of which may be modified by adding a homologous base sequence.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는 방법에 있어서, 상기 (d) 단계에서 연장된 연장용 폴리뉴클레오티드는 이중 사슬 형태로 보관되거나, 마그네틱 비드 등을 이용한 PCR 증폭반응을 진행시켜 단일 사슬로 분리되어 보관될 수 있다.In the method for non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of one embodiment of the present invention, the extension polynucleotide extended in step (d) is stored in a double chain form, or PCR amplification reaction using magnetic beads, etc. It can be stored and separated into single chains.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는 방법에 있어서, 상기 정방향의 변형 제1 프라이머와 상기 역방향의 변형 제2 프라이머의 조합, 또는 상기 역방향의 변형 제1 프라이머와 상기 정방향의 변형 제2 프라이머의 조합의 선택에 따라 상기 표적 폴리뉴클레오티드를 한쪽 방향으로만 비특이적으로 연장할 수 있다. 또한, 상기 연장용 폴리뉴클레오티드를 ss-DNA 형태 또는 ds-DNA 형태로 사용하느냐에 따라 표적 폴리뉴클레오티드의 연장 방향을 결정할 수도 있다.In the method of non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of an embodiment of the present invention, a combination of the forward modified first primer and the reverse modified second primer, or the reverse modified first primer and the forward direction Depending on the selection of the combination of modified second primers of the target polynucleotide can be nonspecifically extended in only one direction. In addition, the extension direction of the target polynucleotide may be determined depending on whether the extension polynucleotide is used in ss-DNA form or ds-DNA form.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는 방법에 있어서, 상기 (d) 단계에서 연장된 연장용 폴리뉴클레오티드 외에 다른 서열을 갖는 연장용 폴리뉴클레오티드를 추가로 증폭하여 준비한 후 이를 이용하여 표적 폴리뉴클레오티드를 추가적으로 연장시킬 수 있다. In the method for non-specifically extending the nucleotide sequence of the target polynucleotide of an embodiment of the present invention, the amplification polynucleotide having another sequence in addition to the extension polynucleotide extended in the step (d) is prepared by further amplification Can be used to further extend the target polynucleotide.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는 방법은 상기 (e) 단계에서 연장된 표적 폴리뉴클레오티드를 상기 연장용 폴리뉴클레오티드를 이용하여 추가로 연장하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 경우 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 원하는 길이만큼 비특이적인 방식으로 연장할 수 있게 된다. The method of non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of one embodiment of the present invention may further include extending the target polynucleotide extended in the step (e) by using the extension polynucleotide. . In this case, the nucleotide sequence of the target polynucleotide can be extended in a nonspecific manner by a desired length.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는 방법은, 다수 개의 유전자 주형들에 대한 멀티플렉스 PCR을 수행하는 경우에도 검출대상이 되는 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장함으로써 표적 폴리뉴클레오티드에 대한 향상된 검출감도를 얻을 수 있다. 또한, 다수 개의 대립유전자형을 가진 특정 유전자의 유전자형 분석 및/또는 SNP 분석에 있어서 매우 유용하게 활용될 수 있다. The method of non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of one embodiment of the present invention by non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide to be detected even when performing multiplex PCR on a plurality of gene templates Improved detection sensitivity for the target polynucleotide can be obtained. In addition, it can be very useful in genotyping and / or SNP analysis of a particular gene having a large number of allele types.
본 발명의 다른 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는 방법은, Method for non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of another embodiment of the present invention,
(a) 표적 폴리뉴클레오티드와 특이적으로 결합하는 제1 프라이머의 말단에 게놈 유전자의 염기서열과 상동성을 갖지 않는 염기서열로서 게놈 유전자와 상보적으로 혼성화되지 않는 제1 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 서열을 추가한 변형 제1 프라이머를 준비하는 단계와,(a) a first non-homologous sequence not complementarily hybridized with the genomic gene as a base sequence having no homology with the nucleotide sequence of the genomic gene at the end of the first primer specifically binding to the target polynucleotide, or complementary thereto Preparing a modified first primer added with a specific sequence,
(b) 상기 표적 폴리뉴클레오티드와 상보적으로 혼성화되지 않으며, 상기 표적 폴리뉴클레오티드를 비특이적으로 연장하는데 사용되는 연장용 폴리뉴클레오티드를 준비하는 단계와,(b) preparing an extension polynucleotide that is not complementarily hybridized with the target polynucleotide and is used to nonspecifically extend the target polynucleotide;
(c) 상기 연장용 폴리뉴클레오티드와 특이적으로 결합하는 제2 프라이머의 말단에 게놈 유전자의 염기서열과 상동성을 갖지 않는 염기서열로서 게놈 유전자와 상보적으로 혼성화되지 않고 상기 변형 제1 프라이머의 제1 비상동성 염기서열과 역방향으로 상보적인 제2 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 서열을 추가한 변형 제2 프라이머를 준비하는 단계와,(c) a nucleotide sequence having no homology with the nucleotide sequence of the genomic gene at the end of the second primer that specifically binds to the extension polynucleotide, and is not complementarily hybridized with the genomic gene, but not the hybridization of the modified first primer. 1 preparing a second non-homologous sequence complementary to the non-homologous sequence or a modified second primer added with a sequence complementary thereto;
(d) 상기 변형 제1 프라이머를 이용하여 상기 제1 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 염기서열이 상기 표적 폴리뉴클레오티드 말단에 추가되어 연장된 표적 폴리뉴클레오티드를 수득하고, 상기 변형 제2 프라이머를 이용하여 상기 제2 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 염기서열이 상기 연장용 폴리뉴클레오티드 말단에 추가되어 연장된 연장용 폴리뉴클레오티드를 수득하는 단계와,(d) using the modified first primer to add the first non-homologous or complementary sequence to the end of the target polynucleotide to obtain an extended target polynucleotide, and using the modified second primer. Adding a second non-homologous sequence or a base sequence complementary thereto to obtain an extension polynucleotide for extension;
(e) 상기 표적 폴리뉴클레오티드 말단에 추가된 상기 제1 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 염기서열에 상보적인 정방향 뉴클레오티드 올리고머를 입자 부착을 위한 기능기로 개질하고, 상기 연장용 폴리뉴클레오티드 말단에 추가된 제2 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 서열에 상보적인 역방향 뉴클레오티드 올리고머를 입자 부착을 위한 기능기로 개질하는 단계와,(e) modifying a forward nucleotide oligomer complementary to the first non-homologous sequence or complementary to the target polynucleotide terminus with a functional group for particle attachment, and adding the agent added to the extension polynucleotide terminus. (2) modifying a reverse nucleotide oligomer complementary to a nonhomologous sequence or a sequence complementary thereto to a functional group for particle attachment,
(f) 상기 개질된 정방향 뉴클레오티드 올리고머와 역방향 뉴클레오티드 올리고머를 입자에 부착하는 단계와,(f) attaching the modified forward and reverse nucleotide oligomers to the particles,
(g) 상기 (f) 단계에서 얻은 입자에 부착된 정방향 뉴클레오티드 올리고머는 상기 표적 폴리뉴클레오티드 말단에 추가된 제1 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 염기서열과 상보적으로 어닐링되어 연장되고, 상기 (f) 단계에서 얻은 입자에 부착된 역방향 뉴클레오티드 올리고머는 상기 연장용 폴리뉴클레오티드 말단에 추가된 제2 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 서열과 상보적으로 어닐링되어 연장되는 단계를 포함한다.(g) the forward nucleotide oligomer attached to the particle obtained in step (f) is extended by annealing complementarily with the first non-homologous sequence added to the target polynucleotide termini or a complementary nucleotide sequence, and the (f) The reverse nucleotide oligomer attached to the particle obtained in the step) includes the step of annealing and extending complementarily with a second non-homologous sequence added to the extension polynucleotide terminal or a sequence complementary thereto.
이와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 표적 폴리뉴클레오티드는 입자를 매개로 하여 연장용 폴리뉴클레오티드와 연계되고 염기서열을 비특이적인 방식으로 원하는 염기서열 길이만큼 연장하여 검출감도를 향상시키는 효과를 갖게 된다.According to the method of the present invention, the target polynucleotide is linked to the polynucleotide for extension through the particles and has the effect of improving the detection sensitivity by extending the base sequence by the desired base sequence length in a non-specific manner.
본 발명의 다른 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는 방법은 상기 (g) 단계에서 입자에 부착된 역방향 뉴클레오티드 올리고머가 상기 연장용 폴리뉴클레오티드 말단에 추가된 제2 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 서열과 상보적으로 어닐링되어 연장된 염기서열을 재차 상기 연장용 폴리뉴클레오티드를 이용하여 추가로 연장하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 경우 표적 폴리뉴클레오티드는 입자를 매개로 하여 연장용 폴리뉴클레오티드와 연계되고 염기서열을 원하는 염기서열 길이만큼 연장하여 검출감도를 향상시킬 수 있게 된다. 특히, 상기 입자에 부착된 뉴클레오티드 올리고머의 개수에 따라 상기 표적 폴리뉴클레오티드와 연계되는 상기 연장용 폴리뉴클레오티드의 수를 조정함으로써 검출감도 또는 재현성을 향상시킬 수 있다. The method for non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of another embodiment of the present invention comprises a second non-homologous sequence in which the reverse nucleotide oligomer attached to the particle in step (g) is added to the extension polynucleotide terminal or The nucleotide sequence extended by annealing complementary to the complementary sequence may be further extended using the extension polynucleotide again. In this case, the target polynucleotide is linked with the polynucleotide for extension through the particle, and the base sequence can be extended by the desired length of the base sequence to improve detection sensitivity. In particular, detection sensitivity or reproducibility may be improved by adjusting the number of extension polynucleotides linked to the target polynucleotide according to the number of nucleotide oligomers attached to the particles.
또한, 본 발명의 다른 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는 방법에 있어서, 상기 입자에 부착된 역방향 뉴클레오티드 올리고머는 상기 연장용 폴리뉴클레오티드 외에 다른 서열을 갖는 연장용 폴리뉴클레오티드를 추가로 증폭하여 준비한 후 이러한 추가의 연장용 폴리뉴클레오티드에도 어닐링되어 연장 및 증폭될 수 있다.In addition, in a method of non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of another embodiment of the present invention, the reverse nucleotide oligomer attached to the particle further comprises an extension polynucleotide having a sequence other than the extension polynucleotide. After preparation by amplification, these additional extension polynucleotides can also be annealed to extend and amplify.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하기 위한 프라이머 조성물은,Primer composition for non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of one embodiment of the present invention,
표적 폴리뉴클레오티드와 특이적으로 결합하는 제1 프라이머의 말단에, 게놈 유전자의 염기서열과 상동성을 갖지 않는 염기서열로서 게놈 유전자와 상보적으로 혼성화되지 않는 제1 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 서열을 추가한 변형 제1 프라이머와,A first non-homologous sequence not complementarily hybridized with the genomic gene as a base sequence having no homology with the nucleotide sequence of the genomic gene at the end of the first primer specifically binding to the target polynucleotide, or a sequence complementary thereto And a modified first primer added with,
표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는데 사용되는 연장용 폴리뉴클레오티드와 특이적으로 결합하는 제2 프라이머의 말단에, 게놈 유전자의 염기서열과 상동성을 갖지 않는 염기서열로서 게놈 유전자와 상보적으로 혼성화되지 않고 상기 변형 제1 프라이머의 제1 비상동성 염기서열과 역방향으로 상보적인 제2 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 서열을 추가한 변형 제2 프라이머를 포함한다.A base sequence that does not have homology with the nucleotide sequence of the genomic gene at the end of the second primer that specifically binds to the extending polynucleotide used to nonspecifically extend the base sequence of the target polynucleotide, complementarily with the genomic gene. And a modified second primer which does not hybridize and adds a second non-homologous sequence complementary to the first non-homologous sequence of the modified first primer or a sequence complementary thereto.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하기 위한 프라이머 조성물에 있어서, 상기 변형 제1 프라이머는 정방향 프라이머 5' 말단에 하나의 제1 비상동성 염기서열을 추가하여 변형시킨 정방향의 변형 제1 프라이머, 또는 역방향 프라이머의 5' 말단에 또 다른 제1 비상동성 염기서열을 추가하여 변형시킨 역방향의 변형 제1 프라이머, 또는 이들 모두를 포함한다. In the primer composition for non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of one embodiment of the present invention, the modified first primer is a forward direction modified by adding one first non-homologous sequence to the 5 'end of the forward primer A modified first primer or a reverse modified first primer modified by adding another first non-homologous sequence to the 5 'end of a reverse primer, or both.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하기 위한 프라이머 조성물에 있어서, 상기 변형 제2 프라이머는 역방향 프라이머 5' 말단에 상기 정방향의 변형 제1 프라이머의 제1 비상동성 염기서열과 역방향으로 상보적인 제2 비상동성 염기서열을 추가하여 변형시킨 역방향의 변형 제2 프라이머, 또는 정방향 프라이머 5' 말단에 상기 역방향의 변형 제1 프라이머의 제1 비상동성 염기서열과 역방향으로 상보적인 제2 비상동성 염기서열을 추가하여 변형시킨 정방향의 변형 제2 프라이머, 또는 이들 모두를 포함한다. In the primer composition for non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of one embodiment of the present invention, the modified second primer and the first non-homologous base sequence of the forward modified first primer at the 5 'end of the reverse primer A reverse modified second primer modified by adding a second non-homologous sequence complementary to the reverse direction, or a second complementary reverse to the first non-homologous sequence of the reverse modified first primer at the 5 'end of the forward primer Forward modified second primers modified with the addition of non-homologous sequences, or both.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하기 위한 프라이머 조성물은, 상기 정방향의 변형 제1 프라이머와 상기 역방향의 변형 제2 프라이머의 조합, 또는 상기 역방향의 변형 제1 프라이머와 상기 정방향의 변형 제2 프라이머의 조합으로 사용될 수 있다.Primer composition for non-specifically extending the base sequence of the target polynucleotide of one embodiment of the present invention, the combination of the forward modified first primer and the reverse modified second primer, or the reverse modified first primer and the It can be used in combination with a forward modified second primer.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하기 위한 프라이머 조성물에 있어서, 상기 정방향의 변형 제1 프라이머는 상기 표적 폴리뉴클레오티드를 특이적으로 증폭하고 5' 말단이 고체상 표면에 고정된 프라이머일 수 있다.In a primer composition for non-specifically extending the base sequence of a target polynucleotide of an embodiment of the present invention, the forward modified first primer specifically amplifies the target polynucleotide and a 5 'end is immobilized on a solid phase surface. It may be a primer.
예를 들어, 상기 정방향의 변형 제1 프라이머는 서열번호 1의 염기서열을 갖는 올리고뉴클레오티드일 수 있고, 상기 역방향의 변형 제1 프라이머는 서열번호 2 또는 서열번호 8의 염기서열을 갖는 올리고뉴클레오티드일 수 있다. 또한, 상기 정방향의 변형 제2 프라이머는 서열번호 4의 염기서열을 갖는 올리고뉴클레오티드일 수 있고, 상기 역방향의 변형 제2 프라이머는 서열번호 5의 염기서열을 갖는 올리고뉴클레오티드일 수 있다.For example, the forward modified first primer may be an oligonucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and the reverse modified first primer may be an oligonucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 8 have. In addition, the forward modified second primer may be an oligonucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4, the reverse modified second primer may be an oligonucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드 검출감도 향상용 키트는,Target polynucleotide detection sensitivity improvement kit of one embodiment of the present invention,
DNA 중합효소, dNTPs 및 완충용액과,DNA polymerase, dNTPs and buffers,
표적 폴리뉴클레오티드와 특이적으로 결합하는 제1 프라이머의 말단에, 게놈 유전자의 염기서열과 상동성을 갖지 않는 염기서열로서 게놈 유전자와 상보적으로 혼성화되지 않는 제1 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 서열을 추가한 변형 제1 프라이머와,A first non-homologous sequence not complementarily hybridized with the genomic gene as a base sequence having no homology with the nucleotide sequence of the genomic gene at the end of the first primer specifically binding to the target polynucleotide, or a sequence complementary thereto And a modified first primer added with,
표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장하는데 사용되는 연장용 폴리뉴클레오티드와 특이적으로 결합하는 제2 프라이머의 말단에, 게놈 유전자의 염기서열과 상동성을 갖지 않는 염기서열로서 게놈 유전자와 상보적으로 혼성화되지 않고 상기 변형 제1 프라이머의 제1 비상동성 염기서열과 역방향으로 상보적인 제2 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 서열을 추가한 변형 제2 프라이머와,A base sequence that does not have homology with the nucleotide sequence of the genomic gene at the end of the second primer that specifically binds to the extending polynucleotide used to nonspecifically extend the base sequence of the target polynucleotide, complementarily with the genomic gene. A modified second primer which does not hybridize and adds a second non-homologous sequence complementary to the first non-homologous sequence of the modified first primer or a sequence complementary thereto;
상기 표적 폴리뉴클레오티드와 상보적으로 혼성화되지 않으며 상기 표적 폴리뉴클레오티드를 비특이적으로 연장하는데 사용되는 연장용 폴리뉴클레오티드로서, 상기 변형 제2 프라이머에 의해 상기 제2 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 서열이 추가되는 연장용 폴리뉴클레오티드를 포함한다. An extension polynucleotide that is not complementarily hybridized with the target polynucleotide and is used to nonspecifically extend the target polynucleotide, wherein the second non-homologous sequence or the complementary sequence is added by the modified second primer. Extension polynucleotides.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드 검출감도 향상용 키트에 있어서, 상기 연장용 폴리뉴클레오티드는 이중 사슬 형태로 보관되거나, 마그네틱 비드 등을 이용한 PCR 증폭반응을 진행시켜 단일 사슬로 분리되어 보관될 수 있다.In the target polynucleotide detection sensitivity improving kit of one embodiment of the present invention, the extension polynucleotide may be stored in a double chain form, or separated and stored in a single chain by a PCR amplification reaction using magnetic beads or the like. .
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드 검출감도 향상용 키트는 상기 변형 제2 프라이머에 의해 상기 제2 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 서열이 추가되는 연장용 폴리뉴클레오티드 외에 다른 서열을 갖는 연장용 폴리뉴클레오티드를 추가로 포함할 수 있다.Target polynucleotide detection sensitivity improvement kit of one embodiment of the present invention is an extension polynucleotide having a sequence other than the extension polynucleotide is added to the second non-homologous sequence or a complementary sequence by the modified second primer. It may further include.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드 검출감도 향상용 키트에 있어서, 상기 변형 제1 프라이머는 정방향 프라이머 5' 말단에 하나의 제1 비상동성 염기서열을 추가하여 변형시킨 정방향의 변형 제1 프라이머, 또는 역방향 프라이머의 5' 말단에 또 다른 제1 비상동성 염기서열을 추가하여 변형시킨 역방향의 변형 제1 프라이머, 또는 이들 모두를 포함한다. In the kit for improving detection sensitivity of an exemplary embodiment of the present invention, the modified first primer is a forward modified first primer modified by adding one first non-homologous sequence to the 5 'end of the forward primer, or A reverse modified first primer, or both, modified by adding another first non-homologous sequence to the 5 'end of the reverse primer.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드 검출감도 향상용 키트에 있어서, 상기 변형 제2 프라이머는 역방향 프라이머 5' 말단에 상기 정방향의 변형 제1 프라이머의 제1 비상동성 염기서열과 역방향으로 상보적인 제2 비상동성 염기서열을 추가하여 변형시킨 역방향의 변형 제2 프라이머, 또는 정방향 프라이머 5' 말단에 상기 역방향의 변형 제1 프라이머의 제1 비상동성 염기서열과 역방향으로 상보적인 제2 비상동성 염기서열을 추가하여 변형시킨 정방향의 변형 제2 프라이머, 또는 이들 모두를 포함한다. In the target polynucleotide detection sensitivity improving kit of one embodiment of the present invention, the modified second primer is a second complementary reverse to the first non-homologous sequence of the forward modified first primer at the 5 'end of the reverse primer A reverse modified second primer modified by adding a non-homologous base sequence or a second non-homologous sequence complementary to the first non-homologous base sequence of the reverse modified first primer is added to the 5 'end of the forward primer. And a modified second primer in the forward direction, or both.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드 검출감도 향상용 키트는, 상기 정방향의 변형 제1 프라이머와 상기 역방향의 변형 제2 프라이머의 조합, 또는 상기 역방향의 변형 제1 프라이머와 상기 정방향의 변형 제2 프라이머의 조합으로 준비될 수 있다.The target polynucleotide detection sensitivity improving kit of one embodiment of the present invention includes a combination of the forward modified first primer and the reverse modified second primer, or the reverse modified first primer and the forward modified second primer. It can be prepared in combination.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드 검출감도 향상용 키트에 있어서, 상기 정방향의 변형 제1 프라이머는 상기 표적 폴리뉴클레오티드를 특이적으로 증폭하고 5' 말단이 고체상 표면에 고정된 프라이머일 수 있다.In the kit for detecting sensitivity of a target polynucleotide according to an embodiment of the present invention, the forward modified first primer may be a primer specifically amplifying the target polynucleotide and having a 5 'end fixed to a solid phase surface.
예를 들어, 상기 정방향의 변형 제1 프라이머는 서열번호 1의 염기서열을 갖는 올리고뉴클레오티드일 수 있고, 상기 역방향의 변형 제1 프라이머는 서열번호 2 또는 서열번호 8의 염기서열을 갖는 올리고뉴클레오티드일 수 있다. 또한, 상기 정방향의 변형 제2 프라이머는 서열번호 4의 염기서열을 갖는 올리고뉴클레오티드일 수 있고, 상기 역방향의 변형 제2 프라이머는 서열번호 5의 염기서열을 갖는 올리고뉴클레오티드일 수 있다.For example, the forward modified first primer may be an oligonucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and the reverse modified first primer may be an oligonucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 8 have. In addition, the forward modified second primer may be an oligonucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4, the reverse modified second primer may be an oligonucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5.
본 발명의 일실시예의 표적 폴리뉴클레오티드 검출감도 향상용 키트는, 상기 제1 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 염기서열에 상보적인 정방향 뉴클레오티드 올리고머와 상기 제2 비상동성 염기서열 또는 이에 상보적인 서열에 상보적인 역방향 뉴클레오티드 올리고머가 부착된 입자를 추가로 포함할 수 있다. The target polynucleotide detection sensitivity improving kit of one embodiment of the present invention comprises a forward nucleotide oligomer complementary to the first non-homologous sequence or a nucleotide sequence complementary thereto and the second non-homologous nucleotide sequence or a sequence complementary thereto. It may further comprise a particle to which the reverse nucleotide oligomer is attached.
바람직하게는 상기 정방향 뉴클레오티드 올리고머와 역방향 뉴클레오티드 올리고머는 입자 부착을 위한 기능기로 개질된 후 상기 입자에 부착된다. 그리고, 다수개의 정방향 뉴클레오티드 올리고머와 역방향 뉴클레오티드 올리고머가 상기 입자에 부착되는 것이 더욱 바람직하다.Preferably, the forward nucleotide oligomer and the reverse nucleotide oligomer are attached to the particles after being modified with a functional group for particle attachment. It is further preferred that a plurality of forward nucleotide oligomers and reverse nucleotide oligomers be attached to the particles.
선택적으로, 상기 입자에는 상기 연장용 폴리뉴클레오티드 외에 다른 서열을 갖는 연장용 폴리뉴클레오티드와 상보적인 추가의 뉴클레오티드 올리고머가 부착될 수 있다.Optionally, the particles may be attached with additional nucleotide oligomers complementary to the extending polynucleotide having a sequence other than the extending polynucleotide.
한편, 본 발명에서 사용되는 입자는 골드 파티클, 산화철 나노입자, 초상자성체 나노입자, 실리카 나노입자, 자성 비드 또는 내부에 산화철을 포함하는 폴리머 비드 등일 수 있다. Meanwhile, the particles used in the present invention may be gold particles, iron oxide nanoparticles, superparamagnetic nanoparticles, silica nanoparticles, magnetic beads or polymer beads containing iron oxide therein.
또한, 후술하는 실시예에서 상술하지 않았으나 형광물질과 같은 표지물질을 상기 입자 또는 상기 연장용 폴리뉴클레오티드에 표지하면 표지물질에 의해 검출 신호를 증강하고 표적 폴리뉴클레오티드의 존재여부에 대한 검출 감도 또는 검출 재현성을 향상시킬 수 있다. 입자나 연장용 폴리뉴클레오티드에 표지물질을 표지하는 것은 본 발명의 기술분야에게 알려진 다양한 표지방법을 이용하여 수행할 수 있음을 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 용이하게 이해할 것이다(참고문헌: MANJULA KURELLA et al., DNA Microarray Analysis of Complex Biologic Processes, 2001, Journal of the American Society of Nephrology 12: 1072-1078; Danh V. Nguyen et al., DNA Microarray Experiments: Biological and Technological Aspects, December 2002, BIOMETRICS 58: 701-717).In addition, although not described in detail in the following examples, labeling a label, such as a fluorescent material, on the particles or the polynucleotide for extension, enhances the detection signal by the label and detects or detects reproducibility of the presence of a target polynucleotide. Can improve. It will be readily understood by those skilled in the art that labeling the labeling material on the particles or extension polynucleotides can be carried out using a variety of labeling methods known in the art. (Reference: MANJULA KURELLA et al., DNA Microarray Analysis of Complex Biologic Processes, 2001, Journal of the American Society of Nephrology 12: 1072-1078; Danh V. Nguyen et al., DNA Microarray Experiments: Biological and Technological Aspects, December 2002, BIOMETRICS 58: 701-717).
이 경우, 표지물질은 특정 형광물질에 제한되지 않음은 물론이고, 형광 검출기로서 확인이 가능한 다양한 형광물질이 사용될 수 있으며 효소학적 발색반응 및 동위원소 표지도 가능하다. 예를 들어, 표지물질은 Cy5, Cy3, 비오틴-결합물질, EDANS (5-(2'-아미노에틸)아미노-1-나프탈렌 황산), 테트라메틸로다민(TMR), 테트라메틸로다민 이소시아네이트 (TMRITC), x-로다민 또는 텍사스 레드 등일 수 있으며, 형광물질인 Cy3 또는 Cy5인 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니고 당업계에 알려진 방사성 물질 또는 발광성 물질 등 다양한 표지물질이 사용될 수 있다.In this case, the labeling material is not limited to a specific fluorescent material, as well as a variety of fluorescent materials that can be identified as a fluorescent detector may be used, and enzymatic color reaction and isotopic labeling are also possible. For example, the label is Cy5, Cy3, biotin-binding material, EDANS (5- (2'-aminoethyl) amino-1-naphthalene sulfate), tetramethyltamine (TMR), tetramethyltamine isocyanate (TMRITC ), x-rhodamine or Texas red and the like, and it is preferable that the phosphor is Cy3 or Cy5. However, the present invention is not limited thereto, and various labeling materials such as radioactive materials or light emitting materials known in the art may be used.
본 발명에 따르면, 샘플 내에서 표적 폴리뉴클레오티드의 존재여부를 검출하는데 있어서 표적 폴리뉴클레오티드의 검출 감도 또는 검출 재현성을 향상시키는데 필요한 염기서열 길이 만큼 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장 및 증폭할 수 있다.According to the present invention, in detecting the presence of a target polynucleotide in a sample, the base sequence of the target polynucleotide can be non-specifically extended and amplified by the base sequence length necessary to improve detection sensitivity or detection reproducibility of the target polynucleotide. .
따라서, 본 발명에 따르면 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 목적에 따라 비특이적으로 연장하고, 연장된 표적 폴리뉴클레오티드의 개선된 전기적 특성 변화를 이용하여 표적 폴리뉴클레오티드의 존재여부에 대한 검출 감도 또는 검출 재현성을 향상시킬 수 있다.Therefore, according to the present invention, the base sequence of the target polynucleotide is non-specifically extended according to the purpose, and the detection sensitivity or the detection reproducibility of the presence of the target polynucleotide is improved by using the improved electrical property change of the extended target polynucleotide. You can.
또한, 본 발명에 따르면 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 목적에 따라 비특이적으로 연장하고, 연장된 표적 폴리뉴클레오티드의 향상된 검출감도 및/또는 표지물질의 신호 증강을 이용하여 표적 폴리뉴클레오티드의 존재여부에 대한 검출 감도 또는 검출 재현성을 향상시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, the base sequence of the target polynucleotide is non-specifically extended according to the purpose, and the detection of the presence of the target polynucleotide using the enhanced detection sensitivity of the extended target polynucleotide and / or the signal enhancement of the labeling substance. Sensitivity or detection reproducibility can be improved.
추가로, 본 발명에 따르면 다수 개의 유전자 주형들에 대한 멀티플렉스 PCR을 수행하는 경우에도 검출대상이 되는 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 비특이적으로 연장함으로써 표적 폴리뉴클레오티드에 대한 향상된 검출감도를 얻을 수 있고, 다수 개의 대립유전자형을 가진 특정 유전자의 유전자형 분석과 SNP 분석에 있어서 매우 유용하게 활용될 수 있다.In addition, according to the present invention, even when performing multiplex PCR on a plurality of gene templates, non-specifically extending the base sequence of a target polynucleotide to be detected can obtain an improved detection sensitivity for the target polynucleotide, It can be very useful for genotyping and SNP analysis of specific genes with multiple allele types.
본 발명의 상기 및 다른 기술적 과제와 특징은 다음과 같은 도면을 참조하여 이루어지는 본 발명의 실시예에 대한 설명을 통하여 당업자에게 명확해 질 수 있을 것이다.The above and other technical problems and features of the present invention will be apparent to those skilled in the art through the description of the embodiments of the present invention made with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예의 방법에 따라 정방향의 변형 제1 프라이머와 역방향의 변형 제2프라이머의 조합 그리고 역방향의 변형 제1 프라이머와 정방향의 변형 제2 프라이머의 조합을 설계하는 방법을 설명하는 도면이다.1 illustrates a method of designing a combination of a forward modified first primer and a reverse modified second primer and a combination of a reverse modified first primer and a forward modified second primer according to an embodiment of the present invention. Drawing.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 변형 제1 프라이머를 이용하여 표적 폴리뉴클레오티드를 증폭하는 과정을 설명하는 도면이다.2 is a view for explaining a process of amplifying a target polynucleotide using a modified first primer in Example 1 of the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예의 방법에 따라 증폭되는 표적 폴리뉴클레오티드의 예시로서 제시되는 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 나타낸다.Figure 3 shows the nucleotide sequence of the target polynucleotide shown as an example of the target polynucleotide amplified according to the method of one embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 변형 제2 프라이머를 이용하여 연장용 폴리뉴클레오티드를 증폭하는 과정을 설명하는 도면이다.4 is a view for explaining a process of amplifying a polynucleotide for extension using a modified second primer in Example 1 of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 증폭된 연장용 폴리뉴클레오티드를 이용하여 증폭된 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 연장하는 과정을 설명하는 도면이다.5 is a view for explaining a process of extending the base sequence of the amplified target polynucleotide using the extension polynucleotide amplified in Example 1 of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예 2에서 고체상에 고정된 정방향 프라이머와 역방향의 변형 제1 프라이머를 이용하여 고체상에 고정된 상태로 표적 폴리뉴클레오티드를 연장하여 증폭하고, 미리 준비된 연장용 폴리뉴클레오티드를 이용하여 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 원하는 길이만큼 연장하는 과정을 설명하는 도면이다.FIG. 6 is amplified by extending a target polynucleotide in a fixed state on a solid phase using a forward primer immobilized on a solid phase and a modified first primer in a reverse direction in Example 2 of the present invention, and using a previously prepared extension polynucleotide. It is a figure explaining the process of extending the base sequence of a target polynucleotide by a desired length.
도 7은 본 발명의 실시예 3에서 고체상에 고정된 정방향 프라이머와 역방향의 변형 제1 프라이머를 이용하여 고체상에 고정된 상태로 표적 폴리뉴클레오티드를 연장하여 증폭하는 과정을 설명하는 도면이다.7 is a view illustrating a process of extending and amplifying a target polynucleotide in a fixed state on a solid phase by using a modified first primer in a reverse direction and a forward primer fixed on a solid phase in Example 3 of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예 3에서 티올로 개질된 뉴클레오티드 올리고머들이 부착된 골드 파티클을 매개로 하여, 표적 폴리뉴클레오티드를 연장용 폴리뉴클레오티드와 연계하고 검출감도의 향상을 위해 비특이적인 방식으로 염기서열을 연장하고 증폭하는 과정을 설명하는 도면이다.8 is linked to a target polynucleotide with an extended polynucleotide through a gold particle to which nucleotide oligomers modified with thiols are attached in Example 3 of the present invention, and a sequencing sequence is performed in a nonspecific manner to improve detection sensitivity. A diagram illustrating the process of extension and amplification.
도 9는 도 8의 과정에 따라 증폭된 증폭산물을 도시하는 도면이다.9 is a diagram illustrating an amplified product amplified according to the process of FIG. 8.
도 10은 표적 폴리뉴클레오티드인 싸이토크롬 CYP2C9*3 유전자를 역방향의 변형 제1 프라이머, 정방향의 변형 제2 프라이머 및 연장용 폴리뉴클레오티드를 사용하는 이중 연장 방식(dual extension)에 의해 PCR 증폭하여 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 원하는 길이만큼 연장하는 과정을 설명하는 도면이다. 도 10의 FP는 정방향 프라이머, RP는 역방향 프라이머, Z2 및 Z3는 집코드 서열로서 서로에 대해 역방향으로 상보적(즉, 5'-3' 방향을 기준으로 할 때 서로 엇갈리게 상보적)인 서열이다. FIG. 10 is PCR amplification of the target polynucleotide cytochrome CYP2C9 * 3 gene by dual extension using a reverse modified first primer, a forward modified second primer, and an extension polynucleotide. A diagram illustrating a process of extending the nucleotide sequence by a desired length. FP in FIG. 10 is a forward primer, RP is a reverse primer, Z2 and Z3 are zip code sequences that are complementary to each other in reverse (ie, complementary to each other based on the 5'-3 'direction). .
도 11은 싸이토크롬 CYP2C9*3, CYP2C19*2 및 CYP2C19*3 대립유전자를 종래 방식의 단일 PCR 방법과 멀티플렉스 PCR 방법을 이용하여 증폭한 후 젤 전기영동한 결과를 나타내는 사진(왼쪽)과, 도 10의 이중 연장 방식(dual extension)에 의한 멀티플렉스 PCR 방법을 이용하여 증폭한 후 젤 전기영동한 결과를 나타내는 사진이다(오른쪽). 11 is a photograph (left) showing the results of gel electrophoresis after amplification of the cytochrome CYP2C9 * 3, CYP2C19 * 2 and CYP2C19 * 3 alleles using a single PCR method and multiplex PCR method of the related art; 10 is a photograph showing the results of gel electrophoresis after amplification using the multiplex PCR method by the dual extension method (dual extension) (right).
이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 보다 상세히 기술한다. 본 발명의 하기 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다. 본 발명에 인용된 참고문헌은 본 발명에 참고로서 통합된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. The following examples of the present invention are not intended to limit or limit the scope of the present invention only to embody the present invention. From the detailed description and examples of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains can easily be interpreted as belonging to the scope of the present invention. References cited in the present invention are incorporated herein by reference.
실시예Example
실시예 1: 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열의 연장Example 1: Extension of the nucleotide sequence of the target polynucleotide
실시예 1-1 (단계 1): 변형 제1 프라이머를 이용한 표적 폴리뉴클레오티드의 연장Example 1-1 (Step 1): Extension of Target Polynucleotide Using Modified First Primer
1) 표적 폴리뉴클레오티드와 특이적으로 결합하는 제1 프라이머의 말단에 게놈 DNA의 염기서열과 상동성을 갖지 않는 염기서열로서 게놈 DNA와 상보적으로 혼성화되지 않는 제1 비상동성 염기서열[이하, "제1 집코드 서열(zip code sequence)"이라고도 함]을 추가한 프라이머인 변형 제1 프라이머를 준비한다. 1) A first non-homologous sequence which does not hybridize with the genomic DNA as a base sequence having no homology with the base sequence of the genomic DNA at the end of the first primer specifically binding to the target polynucleotide [hereinafter, " A modified first primer, which is a primer to which the first zip code sequence "is added, is prepared.
2) 이를 위해, 우선 도 3에 도시된 바와 같은 서열번호 3의 염기서열을 갖는 표적 폴리뉴클레오티드를 제작한다. 그리고 나서, 상기 표적 폴리뉴클레오티드의 5' 말단과 3' 말단에 각각 특이적인 정방향 프라이머 및 역방향 프라이머의 염기서열을 결정한다. 그리고, 정방향 프라이머(5'-GCAGCTCCAATGAGAACCTC-3')의 5' 말단에 하나의 제1 집코드 서열(5'-CCCCAAACGTACCAAGCCCGCGTCG-3')을 추가하여 변형시킨 정방향의 변형 제1 프라이머(서열번호 1)를 제작하거나, 역방향 프라이머(5'-AACGAAAAGGTTGGGGTCAT-3')의 5' 말단에 또 다른 제1 집코드 서열(5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3')을 추가하여 변형시킨 역방향의 변형 제1 프라이머(서열번호 2)를 제작한다(도 2 참조). 본 실시예에서는 이들 정방향의 변형 제1 프라이머와 역방향의 변형 제1 프라이머 모두를 제작하였으나, 선택적으로 연장을 원하는 방향의 프라이머만을 집코드 서열을 추가하여 변형시킬 수 있다.2) To this end, first, a target polynucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 as shown in FIG. 3 is prepared. Then, base sequences of the forward and reverse primers specific for the 5 'end and the 3' end of the target polynucleotide are determined, respectively. In addition, the first modified first primer (SEQ ID NO: 1) modified by adding one first zip code sequence (5'-CCCCAAACGTACCAAGCCCGCGTCG-3 ') to the 5' end of the forward primer (5'-GCAGCTCCAATGAGAACCTC-3 '). Or modified by changing another primer (SEQ ID NO: 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3 ') by adding another first zip code sequence (5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3') to the 5 'end of the reverse primer (5'-AACGAAAAGGTTGGGGTCAT-3'). 2) is produced (see Fig. 2). In this embodiment, both of the forward modified first primer and the reverse modified first primer were prepared, but only primers in a desired direction of extension can be modified by adding a zip code sequence.
3) 한편, 집코드 서열은 게놈 DNA의 염기서열에 없는 서열을 갖는 뉴클레오티드 올리고머로서 게놈 DNA와 비특이적으로 혼성화되지 않도록 설계된 서열이다. 후술하는 실시예들에서 사용된 집코드 서열들은 오로지 설명을 위한 예시로서 거론된 것이며 본 발명을 제한하기 위한 것이 아님을 밝혀 둔다. 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 후술하는 실시예들에서 사용된 집코드 서열들 이외에도 당업계에 알려진 다양한 집코드 서열들을 사용하여 프라이머를 변형시킬 수 있음을 용이하게 이해할 것이다(참고문헌: Slentz-Kesler et al., Polymorphism Analysis Using Single Base Chain Extension A Microsphere-Based, Genome Res., 2000, 10: 549-557). 3) Meanwhile, the zip code sequence is a nucleotide oligomer having a sequence which is not in the nucleotide sequence of the genomic DNA and is a sequence designed not to hybridize non-specifically with the genomic DNA. It is noted that the zip code sequences used in the examples which follow are only mentioned for illustrative purposes and are not intended to limit the invention. Those skilled in the art will readily understand that the primers can be modified using various zip code sequences known in the art, in addition to the zip code sequences used in the examples described below (Ref. Slentz- Kesler et al., Polymorphism Analysis Using Single Base Chain Extension A Microsphere-Based, Genome Res., 2000, 10: 549-557).
이러한 집코드 서열로 변형시켜 제작된 변형 제1 프라이머 쌍의 서열은 다음과 같다. 아래의 변형 제1 프라이머 쌍의 염기서열 중 밑줄친 부분은 집코드 서열이다.The sequence of the modified first primer pair produced by modifying the zip code sequence is as follows. The underlined portion of the base sequence of the modified first primer pair below is a zip code sequence.
① 정방향의 변형 제1 프라이머:① the first modified primer in the forward direction:
5'-CCCCAAACGTACCAAGCCCGCGTCGGCAGCTCCAATGAGAACCTC-3' (서열번호 1)5'- CCCCAAACGTACCAAGCCCGCGTCG GCAGCTCCAATGAGAACCTC-3 '(SEQ ID NO: 1)
② 역방향의 변형 제1 프라이머: ② modified first primer in reverse direction:
5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATGAACGAAAAGGTTGGGGTCAT-3' (서열번호 2)5'- CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG AACGAAAAGGTTGGGGTCAT-3 '(SEQ ID NO: 2)
4) 2X PCR 마스터 믹스 용액(Master mix solution)(i-StarMAX II)(대한민국 경기도 성남시 소재의 주식회사 인트론 바이오테크놀로지로부터 구입) 12㎕에 상기 2)과정에서 준비된 증폭대상이 되는 표적 폴리뉴클레오티드(서열번호 3) 1㎕와, 상기 2)과정에서 준비된 변형 제1 프라이머 쌍 (서열번호 1 및 서열번호 2) 2㎕를 넣고, 2차 증류수를 9㎕ 추가하여 총 반응부피를 24㎕로 맞춘다. 그리고 다음의 조건으로 PCR 반응을 수행하고, PCR 반응 후 온도를 4℃로 유지한다.4) 2X PCR master mix solution (i-StarMAX II) (purchased from Intron Biotechnology, Inc., Seongnam, Gyeonggi-do, Korea) 12 μl of target polynucleotide prepared in step 2) (SEQ ID NO: 3) 1 μl, and 2 μl of the modified first primer pair (SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2) prepared in step 2) above, add 9 μl of secondary distilled water to adjust the total reaction volume to 24 μl. And the PCR reaction is carried out under the following conditions, and the temperature is maintained at 4 ℃ after the PCR reaction.
95℃ 5분95
95℃ 30초, 57℃ 30초, 72℃ 30초 (30 사이클)95 ° C 30 seconds, 57 ° C 30 seconds, 72 ° C 30 seconds (30 cycles)
72℃ 5분.72 ° C. 5 minutes.
5) 도 2에서는 상기 4)과정에서 수행되는 PCR 증폭과정과 증폭산물을 개략적으로 설명하고 있는데, 표적 폴리뉴클레오티드를 일반 정방향 및 역방향 프라이머로 증폭하였을 경우에는 표적 폴리뉴클레오티드의 PCR 증폭 산물은 407bp의 염기서열 길이를 가지는 반면에, 본 실시예의 변형 제1 프라이머 쌍을 이용하여 표적 폴리뉴클레오티드를 증폭하였을 경우에는 표적 폴리뉴클레오티드의 PCR 증폭 산물은 5' 말단과 3' 말단에 집코드 서열과 이에 상보적인 서열이 추가로 형성되어(407bp + 25bp + 25bp) 457bp의 염기서열 길이를 갖게 된다. 이때, 본 실시예의 변형 제1 프라이머 쌍을 이용하여 증폭된 표적 폴리뉴클레오티드의 PCR 증폭 산물의 5'말단 및/또는 3'말단에는 임의의 원하고자 하는 염기서열(본 실시예에서는 제1 집코드 서열 또는 이에 상보적인 서열)이 추가적으로 연장되어 생성된다. 이는 후술하는 변형 제2 프라이머의 제2 집코드 서열 또는 이에 상보적인 서열과 결합하게 된다.5) FIG. 2 schematically illustrates the PCR amplification process and the amplification product performed in step 4). When the target polynucleotide is amplified by the general forward and reverse primers, the PCR amplification product of the target polynucleotide is 407bp of base. On the other hand, when the target polynucleotide was amplified using the modified first primer pair of the present embodiment, the PCR amplification product of the target polynucleotide was the zip code sequence at the 5 'end and the 3' end and the sequence complementary thereto. This additional formation (407bp + 25bp + 25bp) will have a nucleotide sequence length of 457bp. At this time, the 5 'end and / or 3' end of the PCR amplification product of the target polynucleotide amplified using the modified first primer pair of the present embodiment any desired base sequence (in this embodiment, the first zip code sequence) Or a sequence complementary thereto) is further extended. This will be combined with the second zip code sequence of the modified second primer described below or a sequence complementary thereto.
실시예 1-2 (단계 2): 변형 제2 프라이머를 이용한 연장용 폴리뉴클레오티드의 연장Example 1-2 (Step 2): Extension of Extension Polynucleotide Using Modified Second Primer
1) 표적 폴리뉴클레오티드와 상보적으로 혼성화되지 않는 연장용 폴리뉴클레오티드를 특이적으로 증폭하는 제2 프라이머의 말단에 변형 제1 프라이머의 제1 비상동성 염기서열과 역방향으로 상보적인 제2 비상동성 염기서열[이하, "제2 집코드 서열(zip code sequence)"이라고도 함]을 추가한 프라이머인 변형 제2 프라이머를 준비한다.1) a second non-homologous sequence complementary to the first non-homologous sequence of the modified first primer at the end of the second primer that specifically amplifies the extension polynucleotide that does not complementally hybridize with the target polynucleotide A modified second primer, which is a primer added with the following (hereinafter also referred to as a "zip code sequence"), is prepared.
2) 본 실시예에서는 Promega 사의 GoTaq® PCR Core System II(Promega, M7665)의 DNA 주형(323bp)을 증폭하여 연장용 폴리뉴클레오티드를 준비하며, 이러한 연장용 폴리뉴클레오티드는 대량으로 제작되어 보관 사용될 수 있다. 한편, 연장용 폴리뉴클레오티드는 실시예 1-1의 단계 1에서 얻은 표적 폴리뉴클레오티드의 PCR 증폭 산물의 말단에 검출 감도 또는 검출 재현성을 향상시키는데 필요한 염기서열 길이 만큼을 연장하고자 할 때 사용된다. 2) In this embodiment, amplified DNA template (323 bp) of Promega's GoTaq ® PCR Core System II (Promega, M7665) is prepared for extension polynucleotides, and such extension polynucleotides can be produced and stored in large quantities. . On the other hand, the extension polynucleotide is used to extend the length of the base sequence necessary to improve the detection sensitivity or detection reproducibility at the end of the PCR amplification product of the target polynucleotide obtained in step 1 of Example 1-1.
3) 변형 제2 프라이머의 제작을 위해 연장용 폴리뉴클레오티드의 5' 말단과 3' 말단에 각각 특이적인 정방향 프라이머 및 역방향 프라이머의 염기서열로서 상기 DNA 주형의 제조사가 제공하는 프라이머 염기서열을 사용한다. 그리고, 정방향 프라이머(5'-GCCATTCTCACCGGATTCAGTCGTC-3')의 5' 말단에 하나의 제2 집코드 서열(5'-CATGAGCAAGCTGCAGCTGCGCGCG-3')을 추가하여 변형시킨 정방향의 변형 제2 프라이머(서열번호 4)를 제작하거나, 역방향 프라이머(5'-AGCCGCCGTCCCGTCAAGTCAG-3')의 5' 말단에 또 다른 제2 집코드 서열(5'-CGACGCGGGCTTGGTACGTTTGGGG-3')을 추가하여 변형시킨 역방향의 변형 제2 프라이머(서열번호 5)를 제작한다(도 4 참조). 본 실시예에서는 이들 정방향의 변형 제2 프라이머와 역방향의 변형 제2 프라이머 모두를 제작하였으나, 선택적으로 연장을 원하는 방향의 프라이머만을 집코드 서열을 추가하여 변형시킬 수 있다.3) A primer base sequence provided by the manufacturer of the DNA template is used as a base sequence of a forward primer and a reverse primer specific for the 5 'end and the 3' end of the extension polynucleotide for the preparation of the modified second primer. The modified second primer (SEQ ID NO: 4) was modified by adding one second zip code sequence (5'-CATGAGCAAGCTGCAGCTGCGCGCG-3 ') to the 5' end of the forward primer (5'-GCCATTCTCACCGGATTCAGTCGTC-3 '). Or modified second primer (SEQ ID NO: 5'-AGCCGCCGTCCCGTCAAGTCAG-3 ') by adding another second zip code sequence (5'-CGACGCGGGCTTGGTACGTTTGGGG-3') to the 5 'end of the reverse primer (SEQ ID NO: 5'-AGCCGCCGTCCCGTCAAGTCAG-3'). 5) is produced (see FIG. 4). In this embodiment, both of the forward modified second primer and the reverse modified second primer were prepared, but only primers in the desired direction of extension can be modified by adding a zip code sequence.
4) 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 정방향의 변형 제2 프라이머의 제2 집코드 서열은 실시예 1-1에서 제작한 역방향의 변형 제1 프라이머의 제1 집코드 서열과 역방향으로 상보적(즉, 5'-3' 방향을 기준으로 할 때 서로 엇갈리게 상보적임)이 되도록 설계하고, 이를 정방향 프라이머의 5' 말단에 추가하여 정방향의 변형 제2 프라이머를 제작할 수 있다. 또한, 역방향의 변형 제2 프라이머의 제2 집코드 서열은 실시예 1-1에서 제작한 정방향의 변형 제1 프라이머의 제1 집코드 서열과 역방향으로 상보적(즉, 5'-3' 방향을 기준으로 할 때 서로 엇갈리게 상보적임)이 되도록 설계하고, 이를 역방향 프라이머의 5' 말단에 추가하여 역방향의 변형 제2 프라이머를 제작할 수 있다. 4) That is, as shown in FIG. 1, the second zip code sequence of the forward modified second primer is complementary in a reverse direction to the first zip code sequence of the reverse modified first primer prepared in Example 1-1. (That is, complementary to each other when based on the 5'-3 'direction), and this can be added to the 5' end of the forward primer to produce a forward modified second primer. Further, the second zip code sequence of the reverse modified second primer is complementary to the first zip code sequence of the forward modified first primer prepared in Example 1-1 (that is, in the 5'-3 'direction). Complementary to each other when used as a reference), and this can be added to the 5 'end of the reverse primer to produce a reverse modified second primer.
이러한 집코드 서열로 변형시켜 제작된 변형 제2 프라이머 쌍의 서열은 다음과 같다. 아래의 변형 제2 프라이머 쌍의 염기서열 중 밑줄친 부분은 집코드 서열이다.The sequence of the modified second primer pair produced by modifying the zip code sequence is as follows. The underlined portion of the base sequence of the modified second primer pair below is a zip code sequence.
① 정방향의 변형 제2 프라이머:① modified second primer in the forward direction:
5'-CATGAGCAAGCTGCAGCTGCGCGCGGCCATTCTCACCGGATTCAGTCGTC-3' (서열번호 4)5'- CATGAGCAAGCTGCAGCTGCGCGCG GCCATTCTCACCGGATTCAGTCGTC-3 '(SEQ ID NO: 4)
② 역방향의 변형 제2 프라이머: ② modified second primer in reverse direction:
5'-CGACGCGGGCTTGGTACGTTTGGGGAGCCGCCGTCCCGTCAAGTCAG-3' (서열번호 5)5'- CGACGCGGGCTTGGTACGTTTGGGG AGCCGCCGTCCCGTCAAGTCAG-3 '(SEQ ID NO: 5)
5) PCR 반응을 수행하기 위해, 2X PCR 마스터 믹스 용액(Master mix solution)(i-StarMAX II)(대한민국 경기도 성남시 소재의 주식회사 인트론 바이오테크놀로지로부터 구입) 12㎕에 증폭대상이 되는 연장용 폴리뉴클레오티드(GoTaq® PCR Core System II의 DNA 주형) 1㎕와, 상기 3)과정에서 준비된 변형 제2 프라이머 쌍 (서열번호 4 및 서열번호 5) 2㎕를 넣고, 2차 증류수를 9㎕ 추가하여 총 반응부피를 24㎕로 맞춘다. 그리고 다음의 조건으로 PCR 반응을 수행하고, PCR 반응 후 온도를 4℃로 유지한다.5) To carry out the PCR reaction, 2X PCR Master mix solution (i-StarMAX II) (purchased from Intron Biotechnology Co., Ltd., Seongnam, Gyeonggi-do, Korea) was extended to 12 μl. and GoTaq ® PCR DNA template) 1㎕ of Core System II, the 3) prepared in process variants a second pair of primers (SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 5), insert the 2㎕, total reaction volume by adding distilled water 9
95℃ 5분95
95℃ 30초, 55℃ 30초, 72℃ 30초 (30 사이클)95 ° C 30 seconds, 55 ° C 30 seconds, 72 ° C 30 seconds (30 cycles)
72℃ 5분.72 ° C. 5 minutes.
6) 도 4에서는 상기 5)과정에서 수행되는 PCR 증폭과정과 증폭산물을 개략적으로 설명하고 있는데, GoTaq® PCR Core System II의 DNA 주형을 일반 정방향 및 역방향 프라이머로 증폭하였을 경우에는 연장용 폴리뉴클레오티드의 PCR 증폭 산물은 323bp의 염기서열 길이를 가지는 반면에, 본 실시예의 변형 제2 프라이머 쌍을 이용하여 연장용 폴리뉴클레오티드를 증폭하였을 경우에는 연장용 폴리뉴클레오티드의 PCR 증폭 산물은 5' 말단과 3' 말단에 집코드 서열과 이에 상보적인 서열이 추가로 형성되어(323bp + 25bp + 25bp) 373bp의 염기서열 길이를 갖게 된다. 이때, 본 실시예의 변형 제2 프라이머 쌍을 이용하여 증폭된 연장용 폴리뉴클레오티드의 PCR 증폭 산물의 5'말단 및/또는 3'말단에는 실시예 1-1에서 얻은 증폭된 표적 폴리뉴클레오티드의 제1 집코드 서열 또는 이에 상보적인 서열과 상보적으로 결합할 수 있는 염기서열(본 실시예에서는 제2 집코드 서열 또는 이에 상보적인 서열)이 추가적으로 연장되어 생성된다.6) In Figure 4 a 5) the process the PCR amplification process, and there is an overview of the amplification product, if hayeoteul amplify the DNA template of GoTaq ® PCR Core System II by the general forward and reverse primers include poly for extended nucleotide is carried out in While the PCR amplification product has a nucleotide sequence length of 323 bp, when the extension polynucleotide is amplified using the modified second primer pair of the present embodiment, the PCR amplification products of the extension polynucleotide are 5 'end and 3' end. An zip code sequence and a sequence complementary thereto are further formed (323 bp + 25 bp + 25 bp) to have a base sequence length of 373 bp. At this time, the first collection of the amplified target polynucleotide obtained in Example 1-1 at the 5 'end and / or 3' end of the PCR amplification product of the extension polynucleotide amplified using the modified second primer pair of the present embodiment A base sequence capable of binding complementarily to a code sequence or a sequence complementary thereto (in this embodiment, a second zip code sequence or a sequence complementary thereto) is further extended.
7) 전술한 바와 같이 증폭되어 연장된 연장용 폴리뉴클레오티드는 DNA 정제를 통하여 373bp의 ds-DNA로 보관되거나, 목적에 따라 마그네틱 비드 등을 이용한 PCR을 진행시켜 ss-DNA로 분리되어 보관될 수 있다. 마그네틱 비드 등을 이용한 ss-DNA 분리방법은 후술하는 실시예 2-2에서 상술된다. 7) As described above, the extended polynucleotides amplified and extended may be stored as 373 bp ds-DNA through DNA purification, or may be separated and stored as ss-DNA by performing PCR using magnetic beads or the like according to the purpose. . The ss-DNA separation method using magnetic beads and the like is described in detail in Example 2-2 described later.
실시예 1-3 (단계 3): 증폭되어 연장된 연장용 폴리뉴클레오티드를 이용한 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열의 연장Example 1-3 (Step 3): Extension of Base Sequence of Target Polynucleotide Using Amplified Extended Polynucleotide
1) 실시예 1-1의 단계 1에서 증폭되어 연장된 표적 폴리뉴클레오티드의 PCR 증폭산물은 정제하여 실시예 1-2의 단계 2에서 증폭되어 연장된 연장용 폴리뉴클레오티드를 이용한 연장반응에 사용할 수 있고, 증폭되어 연장된 표적 폴리뉴클레오티드의 PCR 용액 자체를 이용하여 연장반응에 사용할 수 있다.1) PCR amplification products of the target polynucleotides amplified and extended in step 1 of Example 1-1 can be purified and used for extension reactions using the extended polynucleotides amplified and extended in
2) PCR 반응을 수행하기 위해, 2X PCR 마스터 믹스 용액(Master mix solution)(i-StarMAX II)(대한민국 경기도 성남시 소재의 주식회사 인트론 바이오테크놀로지로부터 구입) 25㎕에, 단계 1에서 증폭되어 연장된 표적 폴리뉴클레오티드의 PCR 증폭 산물 용액 5㎕와, 단계 2에서 증폭되어 연장된 연장용 폴리뉴클레오티드의 PCR 증폭 산물 용액 5㎕를 넣고, 2차 증류수를 15㎕ 추가하여 총 반응부피를 50㎕로 맞춘다. 그리고 다음의 조건으로 PCR 반응을 수행하고, PCR 반응 후 온도를 4℃로 유지한다.2) To carry out the PCR reaction, amplified and extended target in step 1 in 25 μl of 2X PCR Master mix solution (i-StarMAX II) (purchased from Intron Biotechnology, Inc., Seongnam, Gyeonggi-do, Korea) 5 μl of the PCR amplification product solution of polynucleotide and 5 μl of the PCR amplification product solution of the extended polynucleotide amplified and extended in
95℃ 5분95
95℃ 30초, 60℃ 30초, 72℃ 30초 (10 사이클)95 ° C 30 seconds, 60 ° C 30 seconds, 72 ° C 30 seconds (10 cycles)
95℃ 30초, 68℃ 30초, 72℃ 30초 (20 사이클)95 ° C 30 seconds, 68 ° C 30 seconds, 72 ° C 30 seconds (20 cycles)
72℃ 5분. 72 ° C. 5 minutes.
3) 도 5에서는 상기 2)과정에서 수행되는 PCR 증폭과정과 증폭산물을 개략적으로 설명하고 있는데, 단계 1에서 증폭되어 연장된 표적 폴리뉴클레오티드의 PCR 증폭 산물에 단계 2에서 증폭되어 연장된 연장용 폴리뉴클레오티드의 ss-DNA 또는 ds-DNA를 첨가하여 전술한 바와 같은 PCR 조건 하에서 PCR 반응을 진행하면, 증폭되어 연장된 표적 폴리뉴클레오티드에 있어서 정방향의 변형 제1 프라이머의 제1 집코드 서열에 상보적인 3'말단 서열과, 증폭되어 연장된 연장용 폴리뉴클레오티드에 있어서 역방향의 변형 제2 프라이머의 제2 집코드 서열에 상보적인 3'말단 서열이 서로 엇갈리게 상보적이 되면서 어닐링하게 된다. 이는 전술한 바와 같이 본 발명에서는 정방향의 변형 제1 프라이머의 제1 집코드 서열은 역방향의 변형 제2 프라이머의 제2 집코드 서열과 역방향으로 상보적이 되고(즉, 5'-3' 방향을 기준으로 할 때 서로 엇갈리게 상보적임), 역방향의 변형 제1 프라이머의 제1 집코드 서열은 정방향의 변형 제2 프라이머의 제2 집코드 서열과 역방향으로 상보적이 되도록(즉, 5'-3' 방향을 기준으로 할 때 서로 엇갈리게 상보적임) 변형 제1 프라이머와 변형 제2 프라이머를 설계했기 때문이다. 3) FIG. 5 schematically illustrates the PCR amplification process and the amplification product performed in step 2), wherein the extended poly amplified in
4) 도 5에 도시된 바와 같이 증폭되어 연장된 표적 폴리뉴클레오티드의 3' 말단과 증폭되어 연장된 연장용 폴리뉴클레오티드의 3' 말단이 서로 엇갈리게 상보적이 되면서 어닐링(Annealing)함으로써 증폭되어 연장된 표적 폴리뉴클레오티드와 증폭되어 연장된 연장용 폴리뉴클레오티드 각각의 DNA 골격(DNA backbone)은 서로에 대해 PCR 증폭 반응의 프라이머로서 기능하게 되고, 서로 엇갈리게 결합된 염기서열을 중심으로 양쪽 방향으로 연장되는 이중 연장반응(Dual-Extension)이 수행된다. 그 결과, 연장용 폴리뉴클레오티드에 의해 비특이적인 방식으로 연장 및 증폭된 표적 폴리뉴클레오티드가 생성된다.4) Amplified and extended target poly by annealing while the 3 'end of the amplified and extended target polynucleotide and the 3' end of the amplified extended extension polynucleotide are complementary to each other as shown in FIG. The DNA backbone of each of the nucleotides and the extended polynucleotides amplified and extended serves as a primer for PCR amplification with respect to each other, and a double extension reaction is extended in both directions about the base sequences staggered to each other. Dual-Extension) is performed. As a result, a target polynucleotide is produced that is extended and amplified in a nonspecific manner by the extending polynucleotide.
5) 한편, 목적에 따라 단계 1과 단계 2에서 프라이머를 선택적으로 변형시킴으로써 선택적으로 정방향의 변형 제1 프라이머와 역방향의 변형 제2 프라이머, 또는 역방향의 변형 제1 프라이머와 정방향의 변형 제2 프라이머를 제작할 수 있고, 이에 따라 한쪽 방향 (5' 방향 또는 3' 방향)으로만 표적 폴리뉴클레오티드를 연장 증폭할 수 있다. 또한, 단계 2에서 증폭되어 연장된 연장용 폴리뉴클레오티드의 증폭 산물을 ss-DNA 형태 또는 ds-DNA 형태로 첨가하느냐에 따라 표적 폴리뉴클레오티드의 연장 방향을 결정할 수도 있다.5) On the other hand, by selectively modifying the primers in
6) 또한, 단계 2에서 증폭되어 연장된 연장용 폴리뉴클레오티드 외에 다른 서열을 갖는 연장용 폴리뉴클레오티드를 이용하여 표적 폴리뉴클레오티드를 추가적으로 연장시킬 수 있고, 단계 3에서 수득된 연장된 표적 폴리뉴클레오티드를 이용하여 다시 단계 1 부터 단계 3을 반복하면 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 원하는 길이만큼 추가로 연장할 수 있다. 6) In addition, it is possible to further extend the target polynucleotide by using an extension polynucleotide having a sequence other than the extended extension polynucleotide amplified in
7) 한편, 실시예 1-1의 단계 1, 실시예 1-2의 단계 2 및 실시예 1-3의 단계 3은 각각 별개로 수행될 수도 있지만, 동일한 PCR 조건 하에서 한꺼번에 수행될 수 있고 여러 개의 표적 폴리뉴클레오티드들에 대한 멀티플렉스 PCR로 수행될 수도 있다(후술하는 실시예 4 참조). 이때 검출감도를 향상시키고자 하는 표적 폴리뉴클레오티드에 대해 제1 집코드 서열 또는 이에 상보적인 서열이 추가되도록 제1 프라이머를 변형시키면 다른 표적 폴리뉴클레오티드들에 대해 뚜렷하게 구별되는 검출신호를 얻을 수 있다(실시예 4 및 도 11 참조).7) Meanwhile, Step 1 of Example 1-1,
8) 따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 필요한 염기서열 길이 만큼 연장할 수 있고, 특히 연장대상이 되는 표적 폴리뉴클레오티드의 종류에 관계없이 비특이적으로 표적 폴리뉴클레오티드를 연장할 수 있으므로 다양한 샘플 내에 존재하는 다양한 표적 폴리뉴클레오티드에 적용할 수 있는 장점이 있다.8) Therefore, according to one embodiment of the present invention, the base sequence of the target polynucleotide may be extended by the required base sequence length, and in particular, the target polynucleotide may be extended nonspecifically regardless of the type of target polynucleotide to be extended. There is an advantage that can be applied to a variety of target polynucleotides present in a variety of samples.
실시예 2: 고체상에 고정된 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열의 연장Example 2: Extension of Base Sequence of Target Polynucleotide Immobilized on Solid Phase
일례로서, 본 실시예에서는 대칭 또는 비대칭 SP-PCR (Solid Phase-PCR)을 기반으로 하여 목적하는 표적 폴리뉴클레오티드를 증폭한 후, 증폭된 표적 폴리뉴클레오티드를 원하는 길이만큼 비특이적인 방식으로 연장용 폴리뉴클레오티드를 이용하여 연장한다. 금속표면과 같은 고체상 표면에 표적 폴리뉴클레오티드가 고정되는 점을 제외하고는 실시예 1의 방법과 유사하므로 동일한 내용에 대해서는 상세한 설명을 생략한다. As an example, in this embodiment, amplifying a target polynucleotide of interest based on symmetrical or asymmetric solid phase-PCR (SP-PCR), and then extending the amplified target polynucleotide in a nonspecific manner by a desired length. Extend with. Since the target polynucleotide is immobilized on a solid phase surface such as a metal surface, it is similar to the method of Example 1, and thus the detailed description thereof will be omitted.
실시예 2-1 (단계 1): 고체상에 고정된 표적 폴리뉴클레오티드의 생성Example 2-1 (Step 1): Generation of Target Polynucleotide Immobilized on Solid Phase
1) 단계 1에서는 표적 폴리뉴클레오티드와 특이적으로 결합하는 제1 프라이머의 말단에 게놈 DNA의 염기서열과 상동성을 갖지 않는 염기서열로서 게놈 DNA와 상보적으로 혼성화되지 않는 제1 비상동성 염기서열[이하, "제1 집코드 서열(zip code sequence)"이라고도 함]을 추가한 프라이머인 변형 제1 프라이머를 준비한다. 1) In step 1, a base sequence having no homology with the nucleotide sequence of the genomic DNA at the end of the first primer specifically binding to the target polynucleotide, the first non-homologous nucleotide sequence that does not complementally hybridize with the genomic DNA [ Hereinafter, a modified first primer, which is a primer to which "also referred to as a" zip code sequence "" is added, is prepared.
2) 그리고, 일례로서 정방향 프라이머와 역방향 프라이머 중 하나의 프라이머, 예를 들어 정방향 프라이머의 5' 말단에 PEG(폴리에틸렌글리콜) 또는 탄소사슬(-CH2-)의 스페이서를 결합시키고 다시 그 말단에 티올(thiol)기와 같은 기능기를 결합시킨 후, 티올기를 이용한 SAM(Self Assembled Method) 방법을 이용하여 상기 정방향 프라이머를 바이오 센서 칩 내에 형성된 금속 전극 표면과 같은 고체상 표면에 고정시킨다. 당업계에 널리 알려진 MEMS(Micro-Electro-Mechanical-Systems)기술을 이용하여 700㎛ ×700㎛의 크기와 3,000Å의 두께를 갖는 금 박막을 제작하고, 이 위에 정방향 프라이머의 5' 말단을 고정한다. 이러한 금속전극 형성과 뉴클레오티드 올리고머의 금속전극 고정은 당업자라면 공지된 기술에 따라 용이하게 실시할 수 있으므로 그 상세한 설명을 생략한다(대한민국 등록특허 제10-0969667호 및 제10-0969671호 등 참조).2) Then, as an example, one of a forward primer and a reverse primer, for example, a PEG (polyethylene glycol) or a carbon chain (-CH 2- ) spacer is bonded to the 5 'end of the forward primer and thiol at the end thereof. After coupling a functional group such as a thiol group, the forward primer is fixed to a solid phase surface such as a metal electrode surface formed in a biosensor chip using a SAM (Self Assembled Method) method using a thiol group. Using a micro-electro-mechanical-systems (MEMS) technique well known in the art, a gold thin film having a size of 700 μm × 700 μm and a thickness of 3,000 μm is prepared, and the 5 ′ end of the forward primer is fixed thereon. . The metal electrode formation and the metal electrode fixing of the nucleotide oligomer can be easily carried out according to a known technique by those skilled in the art, so the detailed description thereof will be omitted (see Korean Patent Nos. 10-0969667 and 10-0969671, etc.).
3) 변형 제1 프라이머의 제작을 위해 표적 폴리뉴클레오티드의 5' 말단과 3' 말단에 각각 특이적인 정방향 프라이머 및 역방향 프라이머의 염기서열을 결정한다. 그리고, 정방향 프라이머(5'-GCAGCTCCAATGAGAACCTC-3')의 5' 말단에 하나의 제1 집코드 서열(5'-CCCCAAACGTACCAAGCCCGCGTCG-3')을 추가하여 변형시킨 정방향의 변형 제1 프라이머(서열번호 1)를 제작하거나, 역방향 프라이머(5'-AACGAAAAGGTTGGGGTCAT-3')의 5' 말단에 또 다른 제1 집코드 서열(5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3')을 추가하여 변형시킨 역방향의 변형 제1 프라이머(서열번호 2)를 제작할 수 있다. 3) For the preparation of the modified first primer, the base sequences of the forward primer and the reverse primer specific for the 5 'end and the 3' end of the target polynucleotide are determined, respectively. In addition, the first modified first primer (SEQ ID NO: 1) modified by adding one first zip code sequence (5'-CCCCAAACGTACCAAGCCCGCGTCG-3 ') to the 5' end of the forward primer (5'-GCAGCTCCAATGAGAACCTC-3 '). Or modified by changing another primer (SEQ ID NO: 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3 ') by adding another first zip code sequence (5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3') to the 5 'end of the reverse primer (5'-AACGAAAAGGTTGGGGTCAT-3'). 2) can be produced.
4) 다만, 본 실시예에서는 금속 표면과 같은 고체상 표면에 고정되는 프라이머, 즉 정방향의 제1 프라이머는 5'-CCCCAAACGTACCAAGCCCGCGTCG-3'과 같은 집코드 서열을 5'말단에 선택적으로 추가할 수 있으나, 목적하는 표적 폴리뉴클레오티드의 효율적인 증폭을 위해 상기 집코드 서열로 변형하지 않고 표적 폴리뉴클레오티드를 고체상에서 증폭하는 것이 바람직하다. 따라서, 실시예 1-1과 달리 본 실시예 2-1의 단계 1에서 금속 표면과 같은 고체상 표면에 고정되는 정방향의 제1 프라이머는 다음과 같이 집코드로 변형된 서열 또는 변형되지 않은 서열로서 선택적으로 설계될 수 있다. 4) However, in the present embodiment, a primer fixed to a solid surface such as a metal surface, that is, a first primer in a forward direction, may selectively add a zip code sequence such as 5'-CCCCAAACGTACCAAGCCCGCGTCG-3 'to the 5' end. For efficient amplification of the target polynucleotide of interest, it is desirable to amplify the target polynucleotide on a solid phase without modification to the zip code sequence. Accordingly, unlike Example 1-1, the first primer in the forward direction fixed to the solid surface such as the metal surface in step 1 of this Example 2-1 is selected as a zip code modified sequence or an unmodified sequence as follows. It can be designed as.
① 정방향의 변형 제1 프라이머 (밑줄친 부분이 집코드 서열):① forward modified first primer (underlined zip code sequence):
5'-SH-PEG-CCCCAAACGTACCAAGCCCGCGTCGGCAGCTCCAATGAGAACCTC-3' 5'-SH-PEG- CCCCAAACGTACCAAGCCCGCGTCG GCAGCTCCAATGAGAACCTC-3 '
또는 or
② 정방향의 변형되지 않은 제1 프라이머:② forward unmodified first primer:
5'-SH-PEG-GCAGCTCCAATGAGAACCTC-3'5'-SH-PEG-GCAGCTCCAATGAGAACCTC-3 '
5) 또한, 금속 표면과 같은 고체상 표면에 고정되지 않고 자유롭게 PCR 증폭용 완충 용액에 존재하는 역방향의 변형 제1 프라이머는 스페이서와 기능기가 붙어 있지 않은 올리고뉴클레오티드로서, 5' 말단에 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3'과 같은 집코드 서열이 추가되어 설계된 것이다. 5) In addition, the reversely modified first primer that is not fixed to a solid phase surface such as a metal surface and is freely present in the buffer for PCR amplification is an oligonucleotide without a spacer and a functional group, and is 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG- at the 5 'end. It is designed by adding a zip code sequence such as 3 '.
※ 역방향의 변형 제1 프라이머: ※ Reverse Modified First Primer:
5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATGAACGAAAAGGTTGGGGTCAT-3' 5'- CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG AACGAAAAGGTTGGGGTCAT-3 '
6) 한편, 비대칭 SP-PCR 반응을 수행할 경우에는 고체상 표면에 고정되지 않고 자유롭게 PCR 증폭용 완충 용액에 존재하는 정방향의 변형 제1 프라이머 또는 정방향의 변형되지 않은 제1 프라이머도 요구되는데, 이는 고정화된 정방향의 변형 제1 프라이머 또는 고정화된 정방향의 변형되지 않은 제1 프라이머와는 달리 스페이서와 기능기가 붙어 있지 않아 자유롭게 용액 내에 존재하되 비대칭 PCR 반응을 위해 역방향의 변형 제1 프라이머에 비해 상대적으로 낮은 농도, 예를 들어 1:8 또는 1:16 비율로 용액 내에 존재하게 된다.6) On the other hand, when performing an asymmetric SP-PCR reaction, a forward modified first primer or a forward unmodified first primer, which is not fixed to the solid phase surface and is freely present in the buffer for PCR amplification, is required. Unlike the forward modified first primer or the immobilized forward unmodified first primer, the spacer is not attached to the functional group so that it is freely present in the solution, but relatively lower than the reverse modified first primer for the asymmetric PCR reaction. , For example, in a solution in a ratio of 1: 8 or 1:16.
7) 본 실시예에서는 PCR 반응 조성, 반응 시간 및 반응 온도 설정 등의 PCR 반응 조건을 실시예 1-1에서의 PCR 반응 조성, 반응 시간 및 반응 온도 설정 등의 PCR 반응 조건과 동일하게 하여 PCR 반응을 수행한다. 도 6의 (a) 내지 (e)에서는 본 실시예에서 수행되는 PCR 증폭과정과 증폭산물을 개략적으로 설명하고 있다. 본 실시예에 따르면, 고체상 표면에 고정된 정방향의 제1 프라이머 또는 정방향의 변형 제1 프라이머와, 자유로운 역방향의 변형 제1 프라이머를 이용하여 PCR 증폭을 수행함으로써 고체상 표면에 고정된 표적 폴리뉴클레오티드의 PCR 증폭 산물이 생성되는 동시에 그 3'말단에 임의의 원하고자 하는 염기서열(본 실시예에서는 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3'의 집코드 서열에 상보적인 서열인 3'-GCGCGCGTCGACGTCGAACGAGTAC-5')이 추가적으로 연장하여 생성된다(도 6의 (e) 참조). 이는 후술하는 연장용 폴리뉴클레오티드의 증폭과정에서 연장용 폴리뉴클레오티드에 추가적으로 연장되어 생성되는 집코드 서열에 상보적인 서열과 어닐링하게 된다.7) In this embodiment, PCR reaction conditions such as PCR reaction composition, reaction time and reaction temperature setting are the same as PCR reaction conditions such as PCR reaction composition, reaction time and reaction temperature setting in Example 1-1. Do this. 6 (a) to 6 (e) schematically illustrate the PCR amplification process and the amplification products performed in this embodiment. According to this embodiment, PCR of a target polynucleotide immobilized on a solid phase surface is performed by performing PCR amplification using a forward first primer or a forward modified first primer immobilized on a solid phase surface and a free reverse modified first primer. At the same time as the amplification product is generated, any desired base sequence (3'-GCGCGCGTCGACGTCGAACGAGTAC-5 ', which is a complementary sequence to the zip code sequence of 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3' in this example) is further extended. Is generated (see FIG. 6E). This annealed with a sequence complementary to the zip code sequence generated by further extension to the extension polynucleotide in the amplification process of the extension polynucleotide to be described later.
실시예 2-2 (단계 2): 단일 사슬의 연장용 폴리뉴클레오티드의 증폭 및 보관Example 2-2 (Step 2): Amplification and Storage of a Single Chain Extended Polynucleotide
1) 본 실시예는 실시예 1-2의 단계 2와 유사한 방식으로 연장용 폴리뉴클레오티드를 증폭하여 보관한다. 즉, Promega 사의 GoTaq® PCR Core System II의 DNA 주형(323bp)을 증폭하여 연장용 폴리뉴클레오티드를 준비하며, 이러한 연장용 폴리뉴클레오티드는 대량으로 제작되어 보관 사용될 수 있다. 다만, 실시예 1-2의 단계 2와는 달리 증폭된 DNA를 ss-DNA로 보관하는 것이 추천된다. 이는 후술하는 단계 3에서 ds-DNA 보다는 ss-DNA를 이용하여 표적 폴리뉴클레오티드를 비특이적인 방식으로 연장하면 수율 향상과 반응 시간이 단축되는 장점이 있다. 단계 2에서는 증폭된 연장용 폴리뉴클레오티드를 단일 사슬 형태로 분리정제하기 위해 마그네틱 비드(MB)를 사용한다. 이를 설명하면 다음과 같다.1) This example amplifies and stores the extension polynucleotide in a manner similar to step 2 of Example 1-2. That is, the amplification DNA template (323bp) of Promega GoTaq ® PCR Core System II is prepared by amplifying a polynucleotide for extension, and the polynucleotide for extension can be produced and stored in large quantities. However, unlike
2) 우선, 실시예 1-2에서와 같은 방법으로 정방향의 변형 제2 프라이머(서열번호 4)와, 역방향의 변형 제2 프라이머(서열번호 5)를 준비하되, 역방향의 변형 제2 프라이머는 5'-CGACGCGGGCTTGGTACGTTTGGGGAGCCGCCGTCCCGTCAAGTCAG-3'의 5'말단에 스페이서와 티올기를 결합시켜 고정화를 위한 기능기가 있는 5'-SH-PEG-CGACGCGGGCTTGGTACGTTTGGGGAGCCGCCGTCCCGTCAAGTCAG-3'로서 준비한 후, 이를 마그네틱 비드에 고정화한다. 또한, 정방향의 변형 제2 프라이머인 5'-CATGAGCAAGCTGCAGCTGCGCGCGGCCATTCTCACCGGATTCAGTCGTC-3'는 실시예 1-2와 같은 방법으로 준비한다.2) First, in the same manner as in Example 1-2, the forward modified second primer (SEQ ID NO: 4) and the reverse modified second primer (SEQ ID NO: 5) are prepared, but the reverse modified second primer is 5 After preparing with 5'-SH-PEG- CGACGCGGGCTTGGTACGTTTGGGG AGCCGCCGTCCCGTCAAGTCAG-3 ', it is prepared by binding to a spacer and a thiol group at the 5'- end of the'- CGACGCGGGCTTGGTACGTTTGGGG AGCCGCCGTCCCGTCAAGTCAG-3 ', and then the magnetized to be magnetic. In addition, 5′- CATGAGCAAGCTGCAGCTGCGCGCG GCCATTCTCACCGGATTCAGTCGTC-3 ′, which is a forward modified second primer, is prepared in the same manner as in Example 1-2.
3) 본 실시예에서는 PCR 반응 조성, 반응 시간 및 반응 온도 설정 등의 PCR 반응 조건을 실시예 1-2에서의 PCR 반응 조성, 반응 시간 및 반응 온도 설정 등의 PCR 반응 조건과 동일하게 하여 PCR 반응을 수행할 수 있다. 즉, 증폭대상이 되는 연장용 폴리뉴클레오티드(GoTaq® PCR Core System II의 DNA 주형)(323bp), 마그네틱 비드에 고정된 역방향의 변형 제2 프라이머, 자유로운 정방향의 변형 제2 프라이머를 2X PCR 마스터 믹스 용액(Master mix solution)(i-StarMAX II)(대한민국 경기도 성남시 소재의 주식회사 인트론 바이오테크놀로지로부터 구입)에 넣은 후 실시예 1-2와 같은 PCR 조건 하에서 대칭적 PCR 반응 또는 비대칭적 PCR 반응을 수행한다. 3) In the present embodiment, PCR reaction conditions such as PCR reaction composition, reaction time, and reaction temperature setting are the same as PCR reaction conditions such as PCR reaction composition, reaction time, and reaction temperature setting in Example 1-2. Can be performed. That is, the extended polynucleotide for which the amplification target (GoTaq ® PCR Core System II the DNA template) (323bp), the reverse fixed to the magnetic bead modification of the second primer, the free forward modification of the second primer 2X PCR master mix solution (I-StarMAX II) (purchased from Intron Biotechnology Co., Ltd., Seongnam-si, Gyeonggi-do, Korea) and then subjected to symmetric PCR or asymmetric PCR under the same PCR conditions as in Example 1-2.
4) 상기 3)번 과정에서 30사이클의 PCR 반응 과정이 끝난 후, 자석을 이용하여 마그네틱 비드를 PCR 튜브 아래쪽으로 당겨 고정시킨 후, 상층액을 조심스럽게 제거한다.4) After 30 cycles of the PCR reaction process in step 3), the magnetic beads are fixed by pulling down the PCR tube using a magnet, and then the supernatant is carefully removed.
5) 그리고 나서, 다시 1X PBS 버퍼를 PCR 튜브에 채운 후, 상기 4)번 과정을 2회 더 실행하고, 마지막으로 3차 증류수를 PCR 튜브에 채운다.5) Then, after filling the PCR tube with 1X PBS buffer again, the process 4) is performed twice more, and finally, the tertiary distilled water is filled into the PCR tube.
6) 총 3회에 걸쳐 버퍼 교환 작업과 최종적인 3차 증류수로의 교체작업이 끝난 후, PCR 튜브로부터 자석을 제거함으로써 PCR 튜브 내의 3차 증류수에는 마크네틱 비드에 고정된 PCR 증폭산물이 자유롭게 떠 있는 상태로 존재하게 된다. 이러한 PCR 튜브를 약 95℃로 가열하고, 약 95℃에서 온도를 유지하면서 고주파처리(sonication)를 10초 동안 실시한다. 6) After the buffer exchange and the final replacement of the tertiary distilled water three times in total, by removing the magnet from the PCR tube, the PCR amplification product immobilized on the magnetic beads floats freely in the tertiary distilled water in the PCR tube. Will exist. This PCR tube is heated to about 95 ° C., and sonication is carried out for 10 seconds while maintaining the temperature at about 95 ° C.
7) 계속 약 95℃의 항온을 유지하면서 다시 자석을 이용하여 마그네틱 비드를 PCR 튜브 바닥으로 끌어 당겨서 고정시킨 후, PCR 튜브의 상층액을 조심스럽게 분리한다. 이와 같이 분리된 연장용 폴리뉴클레오티드는 증폭된 ss-DNA로서 후술하는 단계 3에서의 반응에 필요한 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3' 서열을 추가적으로 갖는다(도 6의 (f) 참조). 이러한 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3' 서열은 전술한 정방향의 변형 제2 프라이머의 집코드 서열인 5'-CATGAGCAAGCTGCAGCTGCGCGCG-3'에 대해 엇갈리는 방식으로 상보적인 서열이다.7) While maintaining the constant temperature of about 95 ℃ by using a magnet to pull the magnetic beads to the bottom of the PCR tube to fix it, carefully remove the supernatant of the PCR tube. The extended polynucleotide thus separated additionally has a 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3 'sequence required for the reaction in
8) 상기 3)번 과정 부터 7)번 과정까지를 반복하여 연장용 폴리뉴클레오티드의 ss-DNA를 대량으로 생산하고 최대한 미량의 물기가 존재할 때까지 진공건조를 수행한 후, UV-vis 스펙트로미터(UV-vis Spectrometer)를 이용하여 ss-DNA 농도를 측정하고, 단계 3에서의 사용을 위해 보관한다.8) Repeat steps 3) to 7) to produce a large amount of ss-DNA of the extension polynucleotide and perform vacuum drying until there is a minimum amount of water, and then UV-vis spectrometer ( UV-vis Spectrometer) is used to measure ss-DNA concentrations and store for use in
실시예 2-3 (단계 3): 고체상에 고정된 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열의 연장Example 2-3 (Step 3): Extension of Base Sequence of Target Polynucleotide Immobilized on Solid Phase
1) 전술한 바와 같이 실시예 2-1의 단계 1에서 대칭 또는 비대칭 SP-PCR (Solid Phase-PCR)을 기반으로 하여 목적하는 표적 폴리뉴클레오티드를 증폭한 후, 증폭된 표적 폴리뉴클레오티드를 실시예 2-2의 단계 2에서 제작하여 보관한 연장용 폴리뉴클레오티드를 이용하여 원하는 염기서열 길이만큼 연장한다. 바이오 센서 칩 내에 형성된 금속표면과 같은 고체상 표면에 표적 폴리뉴클레오티드가 고정되는 점을 제외하고는 실시예 1-3의 방법과 유사하므로 동일한 내용에 대해서는 상세한 설명을 생략한다. 1) As described above, after amplifying a target polynucleotide of interest based on symmetrical or asymmetrical Solid Phase-PCR (SP-PCR) in Step 1 of Example 2-1, the amplified target polynucleotide was used as Example 2 Using the extended polynucleotide prepared and stored in
2) 실시예 2-1의 단계 1에서 SP-PCR로 증폭되어 칩 내의 금속 표면과 같은 고체상 표면에 고정된 표적 폴리뉴클레오티드의 이중 사슬을 단일 사슬로 변성시킨다. 이때 칩 내의 용액을 약 95℃로 가열하여 단일사슬로 변성시키면 도 6의 (e) 상태에서 도 6의 (f) 상태로 전환된다. 2) In step 1 of Example 2-1, the double chain of the target polynucleotide amplified with SP-PCR and immobilized on a solid phase surface such as a metal surface in a chip is denatured into a single chain. At this time, when the solution in the chip is heated to about 95 ° C. and modified into a single chain, the solution is switched from the state of FIG. 6E to the state of FIG. 6F.
3) 그리고, 금속 표면에 고정되어 있는 단일 사슬의 표적 폴리뉴클레오티드만을 남기고 변성 과정에 의해 금속 표면으로부터 이탈된 ss-DNA는 약 90℃ 이상에서 세척용 버퍼로 세척하여 완전히 제거한다.3) The ss-DNA separated from the metal surface by the denaturation process leaving only a single chain target polynucleotide fixed on the metal surface is completely removed by washing with a washing buffer at about 90 ° C. or higher.
4) 그리고 나서, 질소 가스로 바이오 센서 칩 내에 존재하는 모든 용액을 배출시켜 제거한 후, 실시예 2-2의 단계 2를 통해 사전에 준비된 연장용 폴리뉴클레오티드의 단일 가닥을 최종 농도가 2μM가 되도록 PCR 마스터 믹스 용액(Master mix solution)(i-StarMAX II)에 첨가한 후, 이 혼합용액을 실시예 2-1의 단계 1의 과정이 완료된 바이오 센서 칩 내로 주입한 후 실시예 1-3의 단계 3과 동일한 PCR 조건으로 PCR 반응을 수행한다. 3'-GCGCGCGTCGACGTCGAACGAGTAC-5' 서열(5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3'의 집코드 서열에 상보적인 서열)이 3' 말단에 추가된 표적 폴리뉴클레오티드는 이러한 추가 서열에 의해 연장용 폴리뉴클레오티드의 단일 사슬의 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3' 서열과 5'→3' 방향을 기준으로 할 때 서로 엇갈리게 상보적이 되면서 어닐링하게 된다. 4) Then, after draining and removing all the solutions present in the biosensor chip with nitrogen gas, PCR was performed to remove the single strand of extension polynucleotide prepared in advance through
5) 즉, 전술한 바와 같은 PCR 조건 하에서 PCR 반응을 진행하면, 도 6 (e) 및 (f)에 도시된 바와 같이 금속 표면에 고정된 표적 폴리뉴클레오티드 단일사슬의 3' 말단과, 증폭되어 연장된 연장용 폴리뉴클레오티드의 단일 사슬의 3'말단이 서로 엇갈리게 상보적이 되면서 어닐링(Annealing)함으로써 표적 폴리뉴클레오티드와 연장용 폴리뉴클레오티드 각각의 DNA 골격(DNA backbone)은 서로에 대해 PCR 증폭 반응의 프라이머로서 기능하게 되고, 서로 엇갈리게 결합된 염기서열을 중심으로 양쪽 방향으로 연장되는 이중 연장반응(Dual-Extension)이 수행된다. 그 결과, 연장용 폴리뉴클레오티드에 의해 비특이적인 방식으로 연장된 표적 폴리뉴클레오티드가 생성된다.5) That is, when the PCR reaction is carried out under the PCR conditions as described above, the 3 'end of the target polynucleotide single chain immobilized on the metal surface as shown in Fig. 6 (e) and (f), amplified and extended By annealing the 3 'ends of a single chain of extended polynucleotides complementarily complementary to each other, the DNA backbone of each of the target polynucleotide and the extending polynucleotide functions as a primer of PCR amplification reaction to each other. Dual-extension is performed extending in both directions about the base sequences staggered to each other. As a result, a target polynucleotide is produced that is extended in a nonspecific manner by the polynucleotide for extension.
6) 또한, 실시예 1의 경우와 같이 단계 2에서 증폭되어 연장된 연장용 폴리뉴클레오티드 외에 다른 서열을 갖는 연장용 폴리뉴클레오티드를 이용하여 표적 폴리뉴클레오티드를 추가적으로 연장시킬 수 있고, 단계 3에서 수득된 연장된 표적 폴리뉴클레오티드를 이용하여 다시 단계 1 부터 단계 3을 반복하면 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 원하는 길이만큼 추가로 연장할 수 있다.6) In addition, as in the case of Example 1, it is possible to further extend the target polynucleotide using an extension polynucleotide having a sequence other than the extension polynucleotide amplified and extended in
7) 따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면 바이오 센서 칩 내의 금속 표면에 고정되어 연장된 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 필요한 염기서열 길이 만큼 연장할 수 있고, 특히 연장대상이 되는 표적 폴리뉴클레오티드의 종류에 관계없이 비특이적으로 표적 폴리뉴클레오티드를 연장할 수 있으므로 다양한 샘플 내에 존재하는 다양한 표적 폴리뉴클레오티드에 적용할 수 있는 장점이 있다. 특히, 본 발명의 일실시예에 따르면, 바이오 센서 칩 내에서 PCR 증폭을 수행하는 경우에도 PCR 증폭 대상과 무관하게 비특이적으로 표적 증폭 산물의 길이를 충분히 길게 할 수 있어 증폭 전후의 전하의 차이가 커지고 이에 따라 전기적 검출 감도 또는 검출 재현성을 향상시킬 수 있다.7) Accordingly, according to one embodiment of the present invention, the base sequence of the extended target polynucleotide fixed to the metal surface in the biosensor chip can be extended by the required base sequence length, and in particular, the type of target polynucleotide to be extended. Regardless of whether the target polynucleotide can be extended non-specifically, there is an advantage that it can be applied to various target polynucleotides present in various samples. In particular, according to one embodiment of the present invention, even when PCR amplification is performed in the biosensor chip, the length of the target amplification product can be sufficiently long to be non-specifically irrespective of the PCR amplification target, thereby increasing the difference in charge before and after amplification. Thereby, electrical detection sensitivity or detection reproducibility can be improved.
실시예 3: 나노입자를 이용하여 표적 폴리뉴클레오티드의 검출감도를 향상시키는 방법Example 3 Method of Enhancing Sensitivity of Target Polynucleotide Using Nanoparticles
일례로서, 본 실시예에서는 대칭 또는 비대칭 SP-PCR (Solid Phase-PCR)을 기반으로 하여 목적하는 표적 폴리뉴클레오티드를 확보하고, 골드 파티클과 같은 나노입자를 매개로 연장용 폴리뉴클레오티드를 표적 폴리뉴클레오티드와 연계시킨 후 염기서열을 원하는 염기서열 길이만큼 비특이적인 방식으로 연장하여 검출감도를 향상시킨다. 골드 파티클과 같은 나노입자를 매개로 연장용 폴리뉴클레오티드를 표적 폴리뉴클레오티드와 연계하는 점을 제외하고는 실시예 2의 방법과 유사하므로 동일한 내용에 대해서는 상세한 설명을 생략한다. 한편, 본 실시예에서는 표적 폴리뉴클레오티드가 금속 표면에 고정된 프라이머에 의해 증폭되는 PCR 반응 칩의 예를 설명하였으나, 본 발명의 방법은 표적 폴리뉴클레오티드가 금속 표면에 고정된 프로브와 혼성화 반응을 하는 혼성화 반응 칩에도 적용가능하다. As an example, in the present embodiment, a target polynucleotide of interest is secured based on symmetrical or asymmetric solid phase-PCR (SP-PCR), and the polynucleotide for extension is extended to the target polynucleotide through nanoparticles such as gold particles. After linking, the nucleotide sequence is extended in a nonspecific manner by the desired nucleotide length to improve detection sensitivity. Except for linking the extension polynucleotide with the target polynucleotide through a nanoparticle, such as gold particles, it is similar to the method of Example 2, the detailed description thereof will be omitted. Meanwhile, in the present embodiment, an example of a PCR reaction chip in which a target polynucleotide is amplified by a primer immobilized on a metal surface has been described, but the method of the present invention hybridizes the hybridization reaction of the target polynucleotide with a probe immobilized on a metal surface. It is also applicable to the reaction chip.
실시예 3-1: 단계 1 및 단계 2의 수행 Example 3-1: Performing Step 1 and
고체상 표면에 고정된 표적 폴리뉴클레오티드를 수득하는 과정은 실시예 2-1과 실질적으로 동일한 과정을 거쳐 수행되고(도 7 참조), 단일 사슬의 연장용 폴리뉴클레오티드의 증폭 및 보관 과정 역시 실시예 2-2와 실질적으로 동일한 과정을 거쳐 수행된다. 따라서, 단계 1 및 단계 2에 대한 상세한 설명은 생략한다.Obtaining the target polynucleotide immobilized on the surface of the solid phase is carried out substantially the same process as in Example 2-1 (see Fig. 7), and amplification and storage of the single chain extension polynucleotide is also performed in Example 2- The process is carried out substantially the same as 2. Therefore, detailed description of step 1 and
실시예 3-2: 티올로 개질된 뉴클레오티드 올리고머를 골드 파티클에 부착하는 과정Example 3-2 Attaching Thiol Modified Nucleotide Oligomers to Gold Particles
본 실시예에서는 금속표면 상에 고정된 표적 폴리뉴클레오티드의 단일 사슬의 3' 말단과, 증폭되어 연장된 연장용 폴리뉴클레오티드의 단일사슬의 3'말단이 서로 엇갈리게 상보적이 되도록 어닐링시키지 않고, 골드 파티클과 같은 나노입자를 매개로 하여 연장용 폴리뉴클레오티드를 금속표면 상에 고정된 표적 폴리뉴클레오티드와 연계시킨다. 이러한 기능을 하는 골드 파티클은 티올로 개질된 뉴클레오티드 올리고머를 아래와 같이 부착시켜 준비한다. In this embodiment, the 3 'end of the single chain of the target polynucleotide immobilized on the metal surface and the 3' end of the single chain of the amplified extended polynucleotide are not annealed so as to be complementarily complementary to each other. Through the same nanoparticles, the extension polynucleotide is linked with the target polynucleotide immobilized on the metal surface. Gold particles having this function are prepared by attaching thiol-modified nucleotide oligomers as follows.
1) 우선, 골드 파티클에 부착되는 뉴클레오티드 올리고머를 티올로 개질한다. 이를 위해 실시예 2-1의 단계 1에서 증폭된 표적 폴리뉴클레오티드의 3' 말단에 추가적으로 연장된 서열인 3'-GCGCGCGTCGACGTCGAACGAGTAC-5'(5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3'의 집코드 서열에 상보적인 서열)에 상보적인 정방향 뉴클레오티드 올리고머 염기서열을 결정하고, 실시예 2-2의 단계 2에서 대량으로 증폭된 단일 사슬의 연장용 폴리뉴클레오티드의 3' 말단에 추가적으로 연장된 서열인 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3'에 상보적인 역방향 뉴클레오티드 올리고머 염기서열을 결정한 후 각각의 뉴클레오티드 올리고머를 제작한다. 그런 다음, 티올기를 5'말단에 부착하여 개질된 각각의 뉴클레오티드 올리고머로 제작한다. 그런 다음, 이들 뉴클레오티드 올리고머를 DTT(Dithiothreitol)로 환원 처리하여 이들 뉴클레오티드 올리고머 사이에 존재하는 이황화결합(disulfide bond)을 -SH기("-S-S-"→"-SH")로 전환시킴으로써 티올기의 기능기가 부착된 뉴클레오티드 올리고머를 수득한다. 한편, 뉴클레오티드 올리고머는 티올기 이외에도 다양한 나노입자 부착을 위한 기능기, 예를 들어 전도성 폴리머와 같은 기능기로 개질될 수 있다. 1) First, nucleotide oligomers attached to gold particles are modified with thiols. For this purpose 3'-GCGCGCGTCGACGTCGAACGAGTAC-5 '(sequence complementary to the zip code sequence of 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3'), which is an extended sequence further to the 3 'end of the target polynucleotide amplified in step 1 of Example 2-1 The nucleotide oligomeric sequence complementary to the above was determined, and 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3 ', which was an extended sequence at the 3' end of the single chain extension polynucleotide amplified in bulk in
2) 상업적으로 입수가능한 직경 20nmm의 골드 파티클 콜로이드(골드 클로라이드 농도 0.01%, 용량 100ml; 영국에 소재하는 BBInternational로 부터 구입) 450㎕를 상기 1)번 과정에서 티올로 개질되고 최종 농도가 1μM로 조정된 뉴클레오티드 올리고머 50㎕와 혼합하여 전체 부피가 500㎕가 되도록 한다. 그리고, 혼합용액을 25℃에서 24시간 동안 인큐베이션하면서 100rpm으로 지속적으로 교반하여 골드 파티클 콜로이드에 뉴클레오티드 올리고머를 고정화시킨다. 2) 450 μl of commercially available gold particle colloid (0.01% gold chloride concentration, 100 ml volume; purchased from BBInternational, UK) was modified with thiol in step 1) and the final concentration was adjusted to 1 μM. 50 μl of the total volume is mixed with 50 μl of the prepared nucleotide oligomer. Then, the mixed solution is incubated at 25 ° C. for 24 hours and continuously stirred at 100 rpm to immobilize the nucleotide oligomer to the gold particle colloid.
3) 그리고 나서, 상기 혼합용액에 에이징 버퍼(Aging Buffer)(0.1M Nacl + 0.01M 소듐 포스페이트) 500㎕를 첨가하고 실온에서 40시간 동안 인큐베이션한다. 또한, 50mM 소듐 포스페이트(sodium phosphate)와 1M NaCl로 이루어진 SPSC 버퍼(pH 6.5)로 씻어내어 골드 파티클에 비-공유적으로 결합된 뉴클레오티드 올리고머들을 제거한다.3) Then, 500 μl of Aging Buffer (0.1 M Nacl + 0.01 M sodium phosphate) is added to the mixed solution and incubated at room temperature for 40 hours. It is also washed with 50 mM sodium phosphate and 1 M NaCl in SPSC buffer (pH 6.5) to remove nucleotide oligomers that are non-covalently bound to the gold particles.
4) 상기 3)번 과정을 통해 얻은 혼합용액을 30분 동안 13,200rpm으로 원심분리한 후 뉴클레오티드 올리고머들이 부착된 골드 파티클들을 침전시킨 다음 상층액을 제거하고, 재차 에이징 버퍼 500㎕를 첨가하여 혼합한다. 4) After centrifuging the mixed solution obtained in step 3) at 13,200rpm for 30 minutes, precipitate gold particles to which nucleotide oligomers are attached, remove the supernatant, and add 500 μl of aging buffer to mix. .
5) 상기 4)번 과정을 2회 반복하여 티올로 개질된 뉴클레오티드 올리고머들이 부착된 골드 파티클들을 수득한다.5) The above 4) process is repeated twice to obtain gold particles to which nucleotide oligomers modified with thiol are attached.
6) 테스트를 위해 전체 용량을 반분한 250㎕를 취하고 UV-vis 스펙트로미터로 골드 파티클의 흡광파장을 측정한다. 티올로 개질된 뉴클레오티드 올리고머가 골드 파티클에 부착되기 전과 후의 흡광파장을 비교하면 티올로 개질된 뉴클레오티드 올리고머가 골드 파티클에 부착됨으로써 흡광파장이 장파장 쪽으로 이동하게 된다(대한민국 등록특허 제10-0590546호 참조). 따라서, 혼합용액의 색상의 차이로 티올로 개질된 뉴클레오티드 올리고머가 골드 파티클에 부착된 정도를 확인할 수 있으며, 부착이 잘 된 경우 적색으로 보이게 된다. 다만, 색상은 pH나 염에 따라 바뀔 수 있다. 한편, UV-vis 스펙트로미터에 의해 티올로 개질된 뉴클레오티드 올리고머들이 골드 파티클에 부착된 정도를 확인할 때, 골드 파티클들이 서로 뭉치게 되는 현상을 방지하기 위해 에이징 버퍼를 조금씩 넣고 섞으면서 천천히 첨가하도록 한다. 6) Take 250 µl of the total volume for the test and measure the absorption wavelength of the gold particles with UV-vis spectrometer. Comparing the absorption wavelength before and after the thiol-modified nucleotide oligomer is attached to the gold particle, the absorption wavelength is shifted toward the longer wavelength by attaching the thiol-modified nucleotide oligomer to the gold particle (see Korean Patent No. 10-0590546). . Therefore, the degree of attachment of the nucleotide oligomer modified with thiol to the gold particles due to the difference in the color of the mixed solution can be seen, and if the adhesion is well, it will appear red. However, the color may change depending on pH or salt. On the other hand, when checking the degree of attachment of nucleotide oligomers modified with thiol to the gold particles by UV-vis spectrometer, the aging buffer is added slowly and mixed slowly to prevent gold particles from agglomerating with each other.
7) 본 실시예를 통해 수득된 티올로 개질된 뉴클레오티드 올리고머들이 부착된 골드 파티클들의 혼합용액은 후술하는 단계 3에서의 사용 전에 버퍼를 1X PBS 버퍼로 교체한 후 30분 동안 13,200rpm으로 원심분리하고, 상층액을 제거한 다음 1X PBS 버퍼 250㎕를 첨가한다. 그리고 이 과정을 1회 더 반복한 후 1X PBS 버퍼를 첨가하여 전체 용량을 250㎕로 맞춘다.7) The mixed solution of the gold particles to which the nucleotide oligomers modified with thiol obtained through this Example were attached was centrifuged at 13,200 rpm for 30 minutes after replacing the buffer with 1X PBS buffer before use in
8) 한편, 본 실시예에서는 입자의 일례로서 골드 파티클을 사용하였지만, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니고, 예를 들어 산화철 나노입자, 초상자성체 나노입자, 실리카 나노입자, 자성 비드, 내부에 산화철을 포함하는 폴리머 비드 등과 같이 당업계에 알려진 다양한 크기와 재질의 입자를 사용할 수 있다. 즉, 치료목적 또는 연구목적으로 당업계에서 널리 사용되고 있는 입자라면 어느 것이라도 사용이 가능하다. 8) Meanwhile, in the present embodiment, gold particles are used as examples of the particles, but the present invention is not limited thereto. For example, iron oxide nanoparticles, superparamagnetic nanoparticles, silica nanoparticles, magnetic beads, and iron oxides are used. Particles of various sizes and materials known in the art, such as including polymer beads, may be used. That is, any particle that is widely used in the art for therapeutic or research purposes may be used.
실시예 3-3 (단계 3): 표적 폴리뉴클레오티드에 대한 비특이적인 염기서열 연장 및 이를 통한 검출감도의 향상Example 3-3 (Step 3): Nonspecific sequencing of target polynucleotide and improvement of detection sensitivity
1) 전술한 바와 같이 실시예 3-1의 단계 1에서 대칭 또는 비대칭 SP-PCR (Solid Phase-PCR)을 기반으로 하여 확보된 표적 폴리뉴클레오티드는 실시예 3-2에서 준비된 바와 같은 티올로 개질된 뉴클레오티드 올리고머들이 부착된 골드 파티클을 매개로 하여 미리 준비된 연장용 폴리뉴클레오티드와 연계된다(도 8 참조). 1) The target polynucleotide obtained on the basis of symmetrical or asymmetrical Solid Phase-PCR (SP-PCR) in Step 1 of Example 3-1 as described above was modified with thiols as prepared in Example 3-2. Nucleotide oligomers are associated with extension polynucleotides prepared in advance via the gold particles to which they are attached (see FIG. 8).
2) 이를 위해 SP-PCR 과정을 통해 칩 내의 금속 표면과 같은 고체상 표면에 고정된 표적 폴리뉴클레오티드의 이중 사슬을 단일 사슬로 변성시킨다. 이때 칩 내의 용액을 약 95℃로 가열하여 단일사슬로 변성시키면 도 7의 (e) 상태에서 도 8의 (f) 상태로 전환된다. 2) For this purpose, the double-chain of the target polynucleotide immobilized on the solid phase surface such as the metal surface in the chip through the SP-PCR process to denature into a single chain. At this time, when the solution in the chip is heated to about 95 ° C. and modified into a single chain, the solution is switched from the state of FIG. 7E to the state of FIG. 8F.
3) 그리고, 실시예 2-3과 같은 방식과 조건으로 PCR 반응을 수행하는데, 실시예 3-2에서 준비된 티올로 개질된 뉴클레오티드 올리고머들이 부착된 골드 파티클을 PCR 마스터 믹스 용액(Master mix solution)(i-StarMAX II)에 첨가한 후, 이 혼합용액을 상기 2)번 과정이 완료된 바이오 센서 칩 내로 주입한 후 실시예 2-3의 단계 3과 동일한 PCR 조건으로 PCR 반응을 수행한다. 이때, 골드 파티클에 부착된 뉴클레오티드 올리고머들 중 정방향 뉴클레오티드 올리고머는 표적 폴리뉴클레오티드의 3' 말단에 추가된 3'-GCGCGCGTCGACGTCGAACGAGTAC-5' 서열과 상보적으로 결합하여 어닐링되고 연장된다(도 8의 (f) 및 (g) 참조).3) And the PCR reaction is carried out in the same manner and in the same manner as in Example 2-3, the gold particles to which the nucleotide oligomers modified with thiol prepared in Example 3-2 are attached are prepared by PCR master mix solution ( After addition to i-StarMAX II), the mixed solution is injected into the biosensor chip in which step 2) is completed, and then PCR reaction is performed under the same PCR conditions as in
4) 또한, 실시예 2-2와 같이 사전에 준비된 연장용 폴리뉴클레오티드의 단일 가닥을 PCR 마스터 믹스 용액(Master mix solution)(i-StarMAX II)에 첨가한 후, 이 혼합용액을 상기 3)번 과정이 완료된 바이오 센서 칩 내로 주입한 후 실시예 2-3의 단계 3과 동일한 PCR 조건으로 PCR 반응을 수행한다. 이때, 골드 파티클에 부착된 뉴클레오티드 올리고머들 중 역방향 뉴클레오티드 올리고머는 연장용 폴리뉴클레오티드의 3' 말단에 추가된 5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3' 서열과 상보적으로 결합하여 어닐링되고 연장된다(도 8의 (h) 및 도 9 참조).4) In addition, after adding a single strand of the extension polynucleotide prepared in advance as in Example 2-2 to the PCR master mix solution (i-StarMAX II), the mixed solution was added to step 3). After the process is injected into the completed biosensor chip, the PCR reaction is performed under the same PCR conditions as in
5) 즉, 전술한 바와 같은 PCR 조건 하에서 PCR 반응을 진행하면, 도 8의 (f)에 도시된 바와 같이 금속 표면에 고정된 표적 폴리뉴클레오티드의 3' 말단에, 골드 파티클에 부착된 뉴클레오티드 올리고머들 중 정방향 뉴클레오티드 올리고머가 어닐링되어 연장됨으로써 금속 표면에 고정된 표적 폴리뉴클레오티드와 골드 파티클이 1차적으로 결합하게 된다. 그리고 나서, 골드 파티클에 부착된 뉴클레오티드 올리고머들 중 역방향 뉴클레오티드 올리고머는 사전에 준비된 단일 사슬의 연장용 폴리뉴클레오티드의 3'말단에 어닐링되고 연장됨으로써 골드 파티클과 연장용 폴리뉴클레오티드가 2차적으로 결합된다. 그 결과, 금속 표면에 고정된 표적 폴리뉴클레오티드는 골드 파티클을 매개로 하여 연장용 폴리뉴클레오티드에 의해 비특이적인 방식으로 염기서열이 연장되는 효과를 갖게 된다.5) In other words, when the PCR reaction is performed under the PCR conditions as described above, nucleotide oligomers attached to the gold particles at the 3 'end of the target polynucleotide fixed to the metal surface as shown in (f) of FIG. The heavy forward nucleotide oligomer is annealed and extended to primarily bind the target polynucleotide and the gold particles fixed to the metal surface. The reverse nucleotide oligomers of the nucleotide oligomers attached to the gold particles are then annealed and extended at the 3 ′ end of a single chain extension polynucleotide prepared in advance so that the gold particles and the extension polynucleotides are secondarily bound. As a result, the target polynucleotide immobilized on the metal surface has the effect of extending the base sequence in a nonspecific manner by the polynucleotide for extension through the gold particles.
6) 또한, 골드 파티클에 부착된 역방향 뉴클레오티드 올리고머에 어닐링되어 연장된 염기서열은 연장용 폴리뉴클레오티드를 이용하여 추가로 연장될 수 있다. 이러한 경우 표적 폴리뉴클레오티드는 골드 파티클을 매개로 하여 연장용 폴리뉴클레오티드와 연계되고 비특이적인 방식으로 염기서열을 원하는 염기서열 길이만큼 연장하여 검출감도를 향상시킬 수 있다. 특히, 골드 파티클에 부착된 뉴클레오티드 올리고머의 개수에 따라 표적 폴리뉴클레오티드와 연계되는 연장용 폴리뉴클레오티드의 수를 조정함으로써 검출감도 또는 검출 재현성을 향상시킬 수 있다. 뿐만아니라, 골드 파티클에는 단계 2에서 미리 준비된 연장용 폴리뉴클레오티드 외에 다른 서열을 갖는 연장용 폴리뉴클레오티드와 상보적인 추가의 역방향 뉴클레오티드 올리고머가 부착될 수 있다.6) In addition, an extended nucleotide sequence annealed to the reverse nucleotide oligomer attached to the gold particles can be further extended by using an extension polynucleotide. In this case, the target polynucleotide may be linked to the polynucleotide for extension through gold particles and may extend the base sequence by a desired base sequence length in a nonspecific manner to improve detection sensitivity. In particular, by adjusting the number of extension polynucleotides associated with the target polynucleotide according to the number of nucleotide oligomers attached to the gold particles, detection sensitivity or detection reproducibility can be improved. In addition, the gold particles may be attached with additional reverse nucleotide oligomers complementary to the extension polynucleotide having a sequence other than the extension polynucleotide previously prepared in
7) 따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면 골드 파티클에 부착된 뉴클레오티드 올리고머들을 매개로 하여 표적 폴리뉴클레오티드와 연장용 폴리뉴클레오티드를 연계시킬 수 있고, 이를 통해 표적 폴리뉴클레오티드의 종류에 관계없이 비특이적으로 표적 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 연장하여 검출감도를 향상시킬 수 있을 뿐만아니라 표적 폴리뉴클레오티드와 연계되는 연장용 폴리뉴클레오티드의 수와 길이를 조정할 수 있으므로 다양한 샘플 내에 존재하는 다양한 표적 폴리뉴클레오티드에 적용할 수 있는 장점이 있다. 특히, 본 발명의 일실시예에 따르면, 입자에 부착되는 다수개의 올리고머를 이용하여 염기서열을 비특이적으로 연장하고 이를 통해 검출 감도 또는 검출 재현성을 향상시킬 수 있으며, 실리카 입자와 같은 나노입자나 연장용 폴리뉴클레오티드에 형광물질과 같은 표지물질을 부착하면 광학적 신호와 같은 검출 신호의 증강도 도모할 수 있다.7) Thus, according to one embodiment of the present invention, the target polynucleotide and the extension polynucleotide can be linked through the nucleotide oligomers attached to the gold particles, thereby allowing the target to be non-specifically regardless of the type of the target polynucleotide. Not only can improve the detection sensitivity by extending the nucleotide sequence of the polynucleotide, but also can adjust the number and length of the extension polynucleotide associated with the target polynucleotide can be applied to a variety of target polynucleotides present in a variety of samples There is this. In particular, according to an embodiment of the present invention, by using a plurality of oligomers attached to the particles, the base sequence can be non-specifically extended, thereby improving detection sensitivity or detection reproducibility, and for nanoparticles or extension such as silica particles. Attaching a labeling material such as a fluorescent material to the polynucleotide can also enhance the detection signal such as an optical signal.
실시예 4: 표적 폴리뉴클레오티드인 싸이토크롬 유전자의 대립유전자형 분석과 SNP 분석방법Example 4 Allele and SNP Analysis of the Cytochrome Gene as a Target Polynucleotide
본 실시예에서는 중요 약물대사에 관여하는 것으로 알려진 싸이토크롬 계열의 CYP2C9 및 CYP2C19 유전자의 대립유전자형 분석 및 단일염기다형성(이하, SNP라고 함) 분석에 본 발명이 유용하게 사용될 수 있음을 검증하고자 한다.In this example, it is intended to verify that the present invention can be usefully used for allele type analysis and monobasic polymorphism (hereinafter referred to as SNP) analysis of the cytochrome family CYP2C9 and CYP2C19 genes known to be involved in important drug metabolism. .
실시예 4-1: 표적 폴리뉴클레오티드 증폭을 위한 프라이머 서열결정 및 준비Example 4-1 Primer Sequencing and Preparation for Target Polynucleotide Amplification
(1) CYP2C9*3 대립유전자형 증폭을 위한 프라이머 서열결정 및 준비(1) Primer sequencing and preparation for CYP2C9 * 3 allele type amplification
CYP2C9*3은 291bp의 염기서열 길이를 갖고 싸이토크롬 전체 유전자 지도를 기준으로 1075번째 위치에서 A>C의 SNP를 갖는 대립유전자형이다. 당업계에 널리 알려진 CYP2C9*3 대립유전자형의 염기서열을 이용하여 표적 폴리뉴클레오티드와 프라이머를 준비한다(대한민국 등록번호 제10-1024031호 및 제10-0921793호 참조). CYP2C9 * 3 is an allele with an A> C SNP at position 1075 based on the cytochrome overall gene map with a base sequence length of 291 bp. Target polynucleotides and primers are prepared using the CYP2C9 * 3 allele type nucleotide sequences well known in the art (see Korean Patent Nos. 10-1024031 and 10-0921793).
그리고, 상기 표적 폴리뉴클레오티드의 5' 말단과 3' 말단에 각각 특이적인 정방향 프라이머 및 역방향 프라이머의 염기서열을 다음과 같이 결정한다. The base sequences of the forward and reverse primers specific for the 5 'end and the 3' end of the target polynucleotide are determined as follows.
① CYP2C9*3 정방향 프라이머:① CYP2C9 * 3 forward primer:
5'-GAGCCACATGCCCTACAC-3' (서열번호 6)5'-GAGCCACATGCCCTACAC-3 '(SEQ ID NO: 6)
② CYP2C9*3 역방향 프라이머: ② CYP2C9 * 3 reverse primer:
5'-ACAAACCTTTATAGCCCCAAAC-3' (서열번호 7)5'-ACAAACCTTTATAGCCCCAAAC-3 '(SEQ ID NO: 7)
또한, 실시예 1에서 설명한 바와 같이, 상기 CYP2C9*3 역방향 프라이머(5'-AACGAAAAGGTTGGGGTCAT-3')의 5' 말단에 제1 집코드 서열(5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3')을 추가하여 변형시킨 역방향의 변형 제1 프라이머(5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATGACAAACCTTTATAGCCCCAAAC-3')(서열번호 8)를 제작한다. In addition, as described in Example 1, the first zip code sequence (5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3 ') was modified by adding the first zip code sequence to the 5' end of the CYP2C9 * 3 reverse primer (5'-AACGAAAAGGTTGGGGTCAT-3 '). A modified first primer of 5′- CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG ACAAACCTTTATAGCCCCAAAC-3 ′ (SEQ ID NO: 8) was prepared.
(2) CYP2C19*2 대립유전자형 증폭을 위한 프라이머 서열결정 및 준비(2) Primer sequencing and preparation for CYP2C19 * 2 allele type amplification
CYP2C19*2는 293bp의 염기서열 길이를 갖고(전술한 CYP2C9*3과 크기 유사), 싸이토크롬 전체 유전자 지도를 기준으로 681번째 위치에서 G>A의 SNP를 갖는 대립유전자형이다. 당업계에 널리 알려진 CYP2C19*2 대립유전자형의 염기서열을 이용하여 표적 폴리뉴클레오티드와 프라이머를 준비한다(대한민국 등록번호 제10-1024031호 및 제10-0921793호 참조). CYP2C19 * 2 is an allele with a sequence length of 293 bp (similar in size to CYP2C9 * 3 described above) and an SNP of G> A at position 681, based on the cytochrome total gene map. Target polynucleotides and primers are prepared using the CYP2C19 * 2 allele type nucleotide sequence well known in the art (see Korean Patent Nos. 10-1024031 and 10-0921793).
그리고, 상기 표적 폴리뉴클레오티드의 5' 말단과 3' 말단에 각각 특이적인 정방향 프라이머 및 역방향 프라이머의 염기서열을 다음과 같이 결정한다. The base sequences of the forward and reverse primers specific for the 5 'end and the 3' end of the target polynucleotide are determined as follows.
① CYP2C19*2 정방향 프라이머:① CYP2C19 * 2 forward primer:
5'-CCAGAGCTTGGCATATTGTATC-3' (서열번호 9)5'-CCAGAGCTTGGCATATTGTATC-3 '(SEQ ID NO: 9)
② CYP2C19*2 역방향 프라이머: ② CYP2C19 * 2 reverse primer:
5'-AATACGCAAGCAGTCACATAAC-3' (서열번호 10)5'-AATACGCAAGCAGTCACATAAC-3 '(SEQ ID NO: 10)
또한, 실시예 1에서 설명한 바와 같이, 상기 CYP2C19*2 역방향 프라이머(5'-AATACGCAAGCAGTCACATAAC-3')의 5' 말단에 제1 집코드 서열(5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3')을 추가하여 변형시킨 역방향의 변형 제1 프라이머(5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATGAATACGCAAGCAGTCACATAAC-3')(서열번호 11)를 제작한다. In addition, as described in Example 1, the first zip code sequence (5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3 ') was modified at the 5' end of the CYP2C19 * 2 reverse primer (5'-AATACGCAAGCAGTCACATAAC-3 '). A modified first primer (5'- CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG AATACGCAAGCAGTCACATAAC-3 ') (SEQ ID NO: 11) was prepared.
(3) CYP2C19*3 대립유전자형 증폭을 위한 프라이머 서열결정 및 준비(3) Primer sequencing and preparation for CYP2C19 * 3 allele type amplification
CYP2C19*3은 317bp의 염기서열 길이를 갖고 싸이토크롬 전체 유전자 지도를 기준으로 636번째 위치에서 G>A의 SNP를 갖는 대립유전자형이다. 당업계에 널리 알려진 CYP2C19*3 대립유전자형의 염기서열을 이용하여 표적 폴리뉴클레오티드와 프라이머를 준비한다(대한민국 등록번호 제10-1024031호 및 제10-0921793호 참조). CYP2C19 * 3 is an allele with a nucleotide sequence length of 317 bp and a SNP of G> A at position 636 based on the cytochrome overall gene map. Target polynucleotides and primers are prepared using the CYP2C19 * 3 allele type nucleotide sequence well known in the art (see Korean Patent Nos. 10-1024031 and 10-0921793).
그리고, 상기 표적 폴리뉴클레오티드의 5' 말단과 3' 말단에 각각 특이적인 정방향 프라이머 및 역방향 프라이머의 염기서열을 다음과 같이 결정한다. The base sequences of the forward and reverse primers specific for the 5 'end and the 3' end of the target polynucleotide are determined as follows.
① CYP2C19*3 정방향 프라이머:① CYP2C19 * 3 forward primer:
5'-CACCCTGTGATCCCACTTTC-3' (서열번호 12)5'-CACCCTGTGATCCCACTTTC-3 '(SEQ ID NO: 12)
② CYP2C19*3 역방향 프라이머: ② CYP2C19 * 3 reverse primer:
5'-AGAACTTTGCCATCTTTTCCAG-3' (서열번호 13)5'-AGAACTTTGCCATCTTTTCCAG-3 '(SEQ ID NO: 13)
또한, 실시예 1에서 설명한 바와 같이, 상기 CYP2C19*3 역방향 프라이머(5'-AGAACTTTGCCATCTTTTCCAG-3')의 5' 말단에 제1 집코드 서열(5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3')을 추가하여 변형시킨 역방향의 변형 제1 프라이머(5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATGAGAACTTTGCCATCTTTTCCAG-3')(서열번호 14)를 제작한다. In addition, as described in Example 1, the first zip code sequence (5'-CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG-3 ') was modified at the 5' end of the CYP2C19 * 3 reverse primer (5'-AGAACTTTGCCATCTTTTCCAG-3 '). A modified first primer of 5′- CGCGCGCAGCTGCAGCTTGCTCATG AGAACTTTGCCATCTTTTCCAG-3 ′ (SEQ ID NO: 14) was prepared.
한편, 본 실시예 4-1에서는 정방향의 변형 제1 프라이머와 역방향의 변형 제1 프라이머 모두를 제작할 수 있으나, 여러 개의 표적 폴리뉴클레오티드들에 대한 멀티플렉스 PCR을 수행할 목적으로, 선택적으로 연장을 원하는 방향, 즉 역방향의 프라이머만을 제1 집코드 서열을 추가하여 변형시켰다. 이러한 역방향의 변형 제1 프라이머는 후술하는 연장용 폴리뉴클레오티드의 정방향의 변형 제2 프라이머와 대응되며, 역방향의 변형 제1 프라이머의 제1 집코드 서열은 후술하는 정방향의 변형 제2 프라이머의 제2 집코드 서열에 대해 역방향으로 상보적(즉, 5'-3' 방향을 기준으로 할 때 서로 엇갈리게 상보적임)이 되도록 설계된다(도 10 참조). Meanwhile, in Example 4-1, both a forward modified first primer and a reverse modified first primer may be prepared, but for the purpose of performing multiplex PCR on a plurality of target polynucleotides, a selective extension is desired. Only primers in the direction, ie reverse, were modified by adding the first zip code sequence. This reverse modified first primer corresponds to the forward modified second primer of the polynucleotide for extension described later, the first zip code sequence of the reverse modified first primer is the second set of the forward modified second primer described later It is designed to be complementary in reverse to the code sequence (ie staggered complementary to each other based on the 5′-3 ′ direction) (see FIG. 10).
실시예 4-2: 연장용 폴리뉴클레오티드 증폭을 위한 프라이머 서열 결정 및 준비Example 4-2 Primer Sequencing and Preparation for Extension Polynucleotide Amplification
본 실시예에서는 연장용 폴리뉴클레오티드로서 Promega 사의 GoTaq® PCR Core System II(Promega, M7665)의 DNA 주형(323bp)을 사용한다. 이러한 연장용 폴리뉴클레오티드의 증폭 및 보관에 대해서는 실시예 1-2 및 실시예 2-2에 상세히 설명되어 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다. In this embodiment, using the DNA template (323bp) of GoTaq ® PCR Core System II (Promega , M7665) Promega Corporation as a polynucleotide for extension. Amplification and storage of such extension polynucleotides are described in detail in Examples 1-2 and 2-2, and thus description thereof is omitted.
그리고, 상기 연장용 폴리뉴클레오티드의 5' 말단과 3' 말단에 각각 특이적인 정방향 프라이머 및 역방향 프라이머의 염기서열을 다음과 같이 결정한다. The base sequences of the forward and reverse primers specific for the 5 'end and the 3' end of the extension polynucleotide are determined as follows.
① 연장용 폴리뉴클레오티드(ES) 정방향 프라이머:① extension polynucleotide (ES) forward primer:
5'-GCCATTCTCACCGGATTCAGTCGTC-3' (서열번호 15)5'-GCCATTCTCACCGGATTCAGTCGTC-3 '(SEQ ID NO: 15)
② 연장용 폴리뉴클레오티드(ES) 역방향 프라이머: ② extension polynucleotide (ES) reverse primer:
5'-AGCCGCCGTCCCGTCAAGTCAG-3' (서열번호 16)5'-AGCCGCCGTCCCGTCAAGTCAG-3 '(SEQ ID NO: 16)
또한, 실시예 2에서 설명한 바와 같이, 상기 연장용 폴리뉴클레오티드(ES)의 정방향 프라이머(5'-GCCATTCTCACCGGATTCAGTCGTC-3')의 5' 말단에 제2 집코드 서열(5'-CATGAGCAAGCTGCAGCTGCGCGCG-3')을 추가하여 변형시킨 정방향의 변형 제2 프라이머(5'-CATGAGCAAGCTGCAGCTGCGCGCGGCCATTCTCACCGGATTCAGTCGTC-3')(서열번호 4)를 제작한다.In addition, as described in Example 2, a second zip code sequence (5'-CATGAGCAAGCTGCAGCTGCGCGCG-3 ') is provided at the 5' end of the forward primer (5'-GCCATTCTCACCGGATTCAGTCGTC-3 ') of the extension polynucleotide (ES). In addition, a modified modified second primer (5′- CATGAGCAAGCTGCAGCTGCGCGCG GCCATTCTCACCGGATTCAGTCGTC-3 ′) (SEQ ID NO: 4) was prepared.
한편, 본 실시예 4-2에서는 정방향의 변형 제2 프라이머와 역방향의 변형 제2 프라이머 모두를 제작할 수 있으나, 여러 개의 표적 폴리뉴클레오티드들에 대한 멀티플렉스 PCR을 수행할 목적으로, 선택적으로 연장을 원하는 방향, 즉 정방향의 프라이머만을 제2 집코드 서열을 추가하여 변형시켰다. 이러한 정방향의 변형 제2 프라이머는 앞서 설명한 표적 폴리뉴클레오티드의 역방향의 변형 제1 프라이머와 대응되며, 정방향의 변형 제2 프라이머의 제2 집코드 서열은 앞서 설명한 역방향의 변형 제1 프라이머의 제1 집코드 서열에 대해 역방향으로 상보적(즉, 5'-3' 방향을 기준으로 할 때 서로 엇갈리게 상보적임)이 된다(도 10 참조). Meanwhile, in Example 4-2, both a forward modified second primer and a reverse modified second primer may be prepared, but for the purpose of performing multiplex PCR on a plurality of target polynucleotides, an optional extension is desired. Only the primer in the direction, ie forward, was modified by adding the second zip code sequence. This forward modified second primer corresponds to the reverse modified first primer of the target polynucleotide described above, and the second zip code sequence of the forward modified second primer is the first zip code of the reverse modified first primer described above. Complementary to the sequence in reverse (ie staggered complementary to each other based on the 5′-3 ′ direction) (see FIG. 10).
실시예 4-3: 싸이토크롬 CYP2C9*3, CYP2C19*2 및 CYP2C19*3 대립유전자형을 종래의 단일 PCR 방법과 멀티플렉스 PCR 방법을 이용하여 증폭Example 4-3 Amplification of Cytochrome CYP2C9 * 3, CYP2C19 * 2 and CYP2C19 * 3 Alleles Using Conventional Single PCR and Multiplex PCR Methods
1) 본 실시예에서는 실시예 4-1 및 실시예 4-2에서 준비된 CYP2C9*3 게놈 유전자, CYP2C19*2 게놈 유전자, CYP2C19*3 게놈 유전자, 연장용 폴리뉴클레오티드(ES) 그리고 이들을 증폭하기 위한 각각의 정방향 프라이머 및 역방향 프라이머를 이용하여 단일 PCR(single PCR)과 멀티플렉스 PCR(multiplex PCR)을 수행하였다.1) In the present embodiment, the CYP2C9 * 3 genomic gene, CYP2C19 * 2 genomic gene, CYP2C19 * 3 genomic gene, extension polynucleotide (ES) prepared in Examples 4-1 and 4-2, and amplification thereof, respectively. Single and multiplex PCR were performed using the forward and reverse primers.
2) 이를 위해 2X PCR 마스터 믹스 용액(Master mix solution)(i-StarMAX II)(대한민국 경기도 성남시 소재의 주식회사 인트론 바이오테크놀로지로부터 구입)에 CYP2C9*3, CYP2C19*2 및/또는 CYP2C19*3 게놈 유전자(gDNA), 연장용 폴리뉴클레오티드(ES) 그리고 이들을 증폭하기 위한 각각의 정방향 프라이머 및 역방향 프라이머 등을 아래의 표 1과 같은 단일 PCR 조성비 및 멀티플렉스 PCR 조성비로 추가하여 총 반응부피를 20㎕로 맞춘다. 그리고 다음의 조건으로 PCR 반응을 수행하고, PCR 반응 후 온도를 4℃로 유지한다.2) To this end, the CYP2C9 * 3, CYP2C19 * 2 and / or CYP2C19 * 3 genome genes (2X PCR Master mix solution (i-StarMAX II) (purchased from Intron Biotechnology, Inc., Seongnam, Gyeonggi-do, Korea) gDNA), the extension polynucleotide (ES) and each of the forward and reverse primers for amplifying them are added in a single PCR composition ratio and multiplex PCR composition ratio as shown in Table 1 below to adjust the total reaction volume to 20 μl. And the PCR reaction is carried out under the following conditions, and the temperature is maintained at 4 ℃ after the PCR reaction.
95℃ 5분 95
95℃ 30초, 57℃ 90초, 72℃ 60초 (35 사이클)95 ° C 30 seconds, 57 ° C 90 seconds, 72 ° C 60 seconds (35 cycles)
72℃ 7분.72 ° C. 7 minutes.
표 1Table 1
3) 상기 2)번 과정의 단일 PCR과 멀티플렉스 PCR을 수행한 후 젤 전기영동(1.5% 아가로오즈 겔, 2, 5 및 10㎕의 시료와 3㎕의 마커(100bp) 로딩)을 수행하였다. 그 결과는 도 11의 왼쪽의 전기영동 사진에 도시된 바와 같다. 본 실시예와 같이 종래 방식의 멀티플렉스 PCR을 사용할 경우 싸이토크롬 CYP2C9*3 유전자의 크기(291bp)와 CYP2C19*2 유전자의 크기(293bp)가 거의 같기 때문에 젤 전기영동에서 이들 유전자 증폭산물의 밴드가 겹쳐서 구별할 수 없었다. 3) After performing a single PCR and multiplex PCR of step 2), gel electrophoresis (1.5% agarose gel, 2, 5 and 10 μl of sample and 3 μl of marker (100bp) loading) was performed. . The result is as shown in the electrophoresis picture on the left of FIG. Bands of these gene amplification products in gel electrophoresis because the size of the cytochrome CYP2C9 * 3 gene (291 bp) and the size of the CYP2C19 * 2 gene (293 bp) are almost the same when the conventional multiplex PCR is used as in this example. Could not be distinguished by overlapping.
실시예 4-4: 본 발명에 따른 멀티플렉스 PCR 방법에 의한 싸이토크롬 CYP2C9*3, CYP2C19*2 및 CYP2C19*3 대립유전자형 증폭 및 증폭산물의 밴드 구별Example 4-4: Band discrimination of cytochrome CYP2C9 * 3, CYP2C19 * 2 and CYP2C19 * 3 allele-type amplification and amplification products by multiplex PCR method according to the present invention
1) 우선, 본 실시예에서는 실시예 4-1 및 실시예 4-2에서 준비된 CYP2C9*3 게놈 유전자, CYP2C19*3 게놈 유전자, 연장용 폴리뉴클레오티드(ES) 그리고 이들을 증폭하기 위한 각각의 정방향 프라이머 및 역방향 프라이머를 이용하여 실시예 4-3과 동일한 조건으로 단일 PCR을 수행하였다. 단일 PCR 조성비는 아래의 표 2와 같다. 본 과정의 단일 PCR을 수행한 후 젤 전기영동(1.5% 아가로오즈 겔, 2, 5 및 10㎕의 시료와 3㎕의 마커(100bp) 로딩)을 수행하였다. 그 결과는 도 11의 오른쪽의 전기영동 사진에 도시된 바와 같다. 1) First, in this embodiment, the CYP2C9 * 3 genomic gene, CYP2C19 * 3 genomic gene, extension polynucleotide (ES) prepared in Examples 4-1 and 4-2, and respective forward primers for amplifying them, and Single PCR was performed under the same conditions as in Example 4-3 using the reverse primer. Single PCR composition ratio is shown in Table 2 below. After performing a single PCR of the procedure, gel electrophoresis (1.5% agarose gel, 2, 5 and 10 μl of sample and 3 μl of marker (100bp) loading) was performed. The result is as shown in the electrophoresis picture of the right side of FIG.
표 2TABLE 2
2) 또한, 2X PCR 마스터 믹스 용액(Master mix solution)(i-StarMAX II)(대한민국 경기도 성남시 소재의 주식회사 인트론 바이오테크놀로지로부터 구입)에 CYP2C9*3, CYP2C19*2 및/또는 CYP2C19*3 게놈 유전자(gDNA), 연장용 폴리뉴클레오티드(ES) 그리고 이들을 증폭하기 위한 각각의 정방향 프라이머 및 역방향 프라이머 등을 추가하여 총 반응부피를 20㎕로 맞춘 후 실시예 4-3과 동일한 조건으로 멀티플렉스 PCR을 수행하였다. 단, 실시예 4-3과 다른 점은 아래의 표 3에 도시된 바와 같이 CYP2C9*3 게놈 유전자의 역방향 프라이머와 연장용 폴리뉴클레오티드(ES)의 정방향 프라이머로서 집코드 서열이 추가되어 변형된 변형 프라이머(각각 서열번호 8과 서열번호 4)가 사용된다는 점이다.2) CYP2C9 * 3, CYP2C19 * 2 and / or CYP2C19 * 3 genome genes (2X PCR Master mix solution (i-StarMAX II) (purchased from Intron Biotechnology, Inc., Seongnam, Gyeonggi-do, Korea) gDNA), extended polynucleotides (ES), and forward and reverse primers for amplifying them were added to adjust the total reaction volume to 20 µL, and then multiplex PCR was performed under the same conditions as in Example 4-3. . However, the difference from Example 4-3 is a modified primer modified by adding a zip code sequence as a reverse primer of the CYP2C9 * 3 genomic gene and a forward primer of an extension polynucleotide (ES) as shown in Table 3 below. (SEQ ID NO: 8 and SEQ ID NO: 4, respectively).
표 3TABLE 3
3) 즉, 상기 2)번의 멀티플렉스 PCR에서 싸이토크롬 CYP2C9*3 게놈 유전자는 역방향 프라이머로서 서열번호 8의 역방향의 변형 제1 프라이머를 사용하였고, 연장용 폴리뉴클레오티드(ES)는 정방향 프라이머로서 서열번호 4의 정방향의 변형 제2 프라이머를 사용하였다. 따라서, 상기 2)번 과정의 멀티플렉스 PCR에서는 싸이토크롬 CYP2C9*3 게놈 유전자가 도 10에 설명된 바와 같은 이중 연장 방식(dual extension)에 의해 연장되어 증폭하게 된다. 즉, 싸이토크롬 CYP2C9*3 게놈 유전자를 종래 방식으로 증폭할 경우 316bp의 증폭산물이 생성되지만, 도 10의 이중 연장 방식(dual extension)에 의해 증폭할 경우에는 639bp의 증폭산물이 생성된다.3) That is, in the multiplex PCR of 2), the cytochrome CYP2C9 * 3 genomic gene was used as the reverse primer, and the reverse modified first primer of SEQ ID NO: 8, and the extension polynucleotide (ES) was sequenced as the forward primer. A forward modified second primer of number 4 was used. Therefore, in the multiplex PCR of step 2), the cytochrome CYP2C9 * 3 genomic gene is extended and amplified by a dual extension method as illustrated in FIG. 10. That is, when amplifying the cytochrome CYP2C9 * 3 genomic gene in a conventional manner, an amplification product of 316 bp is generated, but when it is amplified by the dual extension method of FIG. 10, a 639 bp amplification product is generated.
4) 이러한 상기 3)번의 증폭결과를 확인하기 위해 상기 2)번 과정의 멀티플렉스 PCR을 수행한 후 젤 전기영동(1.5% 아가로오즈 겔, 2, 5 및 10㎕의 시료와 3㎕의 마커(100bp) 로딩)을 수행하였다. 그 결과는 도 11의 오른쪽의 전기영동 사진에 도시된 바와 같다. 종래 방식의 멀티플렉스 PCR을 사용할 경우 싸이토크롬 CYP2C9*3 유전자의 크기(291bp)와 CYP2C19*2 유전자의 크기(293bp)가 거의 같기 때문에 젤 전기영동에서 이들 유전자 증폭산물의 밴드가 겹쳐서 구별할 수 없는 반면에, 도 10의 이중 연장 방식(dual extension)을 활용한 멀티플렉스 PCR로 증폭한 경우에는 싸이토크롬 CYP2C9*3 유전자가 비특이적으로 연장되었기 때문에 CYP2C9*3 유전자 밴드가 CYP2C19*2 유전자 밴드로부터 쉽게 분리되어 분석이 가능함을 알 수 있었다(오른쪽). 4) gel electrophoresis (1.5% agarose gel, 2, 5 and 10 μl sample and 3 μl marker) after performing multiplex PCR of step 2) to confirm the amplification result of step 3). (100 bp) loading). The result is as shown in the electrophoresis picture of the right side of FIG. Using conventional multiplex PCR, the cytochrome CYP2C9 * 3 gene size (291bp) and the CYP2C19 * 2 gene size (293bp) are almost the same, so that the bands of these gene amplification products can be distinguished in gel electrophoresis. On the other hand, when amplified by multiplex PCR using the dual extension of FIG. 10, the CYP2C9 * 3 gene band was removed from the CYP2C19 * 2 gene band because the cytochrome CYP2C9 * 3 gene was nonspecifically extended. It can be seen that it can be easily separated and analyzed (right).
5) 따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면 다수 개의 유전자 주형들에 대한 멀티플렉스 PCR을 수행하는 경우에도 검출대상이 되는 표적 폴리뉴클레오티드에 대한 염기서열의 비특이적 연장이 가능하며 이에 따라 표적 폴리뉴클레오티드에 대한 향상된 검출감도를 얻을 수 있으며, 이러한 이중 연장 방식(dual extension)을 활용한 멀티플렉스 PCR은 다수 개의 대립유전자형을 가진 특정 유전자의 유전자형 분석과 SNP 분석에 있어서 매우 유용하게 활용될 수 있다.5) Therefore, according to one embodiment of the present invention, even when performing multiplex PCR on a plurality of gene templates, non-specific extension of a nucleotide sequence to a target polynucleotide to be detected is possible, and accordingly, Improved detection sensitivity can be obtained, and multiplex PCR using this dual extension can be very useful for genotyping and SNP analysis of specific genes having multiple alleles.
이상 본 발명을 상기 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art can make modifications and changes without departing from the spirit and scope of the present invention, and it will be appreciated that such modifications and changes also belong to the present invention.
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