DE3910151A1 - 5'-bromo-2'-desoxyuridinmarkierte dna- oder rna- sonden - Google Patents
5'-bromo-2'-desoxyuridinmarkierte dna- oder rna- sondenInfo
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Description
Die Technik der Anwendung von synthetischer oder genomischer
DNA bzw. RNA zur medizinisch-biologischen Diagnose von DNA-
bzw. RNA-bedingten Vorgängen in der Zelle bzw. zum direkten
Nachweise von DNA- bzw. RNA über einen sog.
Hybridisierungsvorgang wird in den letzten 10 Jahren immer
häufiger verwendet. Dabei nutzt man die Tatsache aus, daß DNA
bzw. RNA als Träger der genetischen Information Polyanionen
darstellen, bei denen an einer Phosphatribose- oder
Desoxyphosphatribose-Matrix die eigentlichen Träger der
Erbinformation, die Purine Adenin und Guanin und die
Pyrimidine Thymidin bzw. Uracil und Cytosin gebunden sind,
wobei die Aufeinanderfolge dieser Nukleotide die eigentliche
Erbinformation bedingen. Diese heterozyklischen Verbindungen
können über van der Waalsche Kräfte die Heterodimeren
Adenosin-Thymidin (bzw. Thymidin-Uridin) und Guanosin-
Cytosin bilden. Die Bindung ist abhängig von Natrium- bzw.
Kaliumionen und kann zu einem thermodynamisch stabilen
Komplex führen, wenn mehr als 10-15 passende Paarungen in
direkter Reihenfolge vorhanden sind. Die Stabilität dieser
Doppelstränge ist abhängig von der Basenfolge und davon, ob
sich Ribose oder Desoxyribose im Molekül befinden. Der
Vorgang der Trennung dieser Doppelstränge in Einzelstränge
kann durch Hitze und/oder hohe Salzkonzentrationen bewirkt
werden. Als Hybridisierung wird jener Vorgang bezeichnet,
wenn die Bildung solcher DNA- bzw. RNA-Doppelstränge durch
passende Einzelstränge herbeigeführt wird, die aus
unterschiedlichen Quellen stammen. Die Methode der DNA- bzw.
RNA-Hybridisierung wird seit ca. 20 Jahren angewandt, um mit
gut charakterisierten Suchnukleinsäuren (Molekularsonden, DNA-
bzw. RNA-Proben) entsprechende Sequenzen in biologischem
Material nachzuweisen. Die Hybridisierung kann auf festem
Trägermaterial, in der Zelle direkt oder in Lösung
durchgeführt werden.
Die Herstellung von solchen Suchproben kann über
verschiedenste Wege erfolgen. Dabei ist es von großer
Bedeutung, daß diese Proben eine entsprechend hohe Spezifität
haben und als solche einwandfrei nachzuweisen sind. Sie
können über chemische Methoden, über enzymatische Methoden
oder über rekombinante Plasmidvektoren o. ä. hergestellt
werden, wobei als Ausgangsmaterial sowohl genomische DNA oder
RNA verwendet werden kann als auch künstlich hergestellte
Nukleotidsequenzen. Von entscheidender Bedeutung ist die
Markierung dieser Suchproben, wobei es prinzipiell zwei
Methoden gibt:
1. Die Markierung dieser Suchproben in vivo, d. h. als metabolische Markierung z. B. von eingebauten DNA- bzw. RNA- Bruchstücken in Plasmidvektoren in Bakterien vor allem mittels radioaktiver Precursormoleküle. Hier wird neben anderen Nukleotiden auch als nicht-radioaktive Base 5′-Bromdesoxyuridin verwendet. Die in vivo-Markierung hat große Nachteile, ist umständlich zu handhaben und wird heute kaum mehr zur Markierung solcher Proben verwendet.
2. Die Markierung der Proben nachträglich in vitro. Der älteste Weg dieser Markierung ist die Verwendung bakterieller DNA- bzw. RNA-abhängiger DNA- bzw. RNA-Polymerasen, um z. B. aus einer viralen, einsträngigen DNA eine komplementäre RNA abzulesen oder umgekehrt.
1. Die Markierung dieser Suchproben in vivo, d. h. als metabolische Markierung z. B. von eingebauten DNA- bzw. RNA- Bruchstücken in Plasmidvektoren in Bakterien vor allem mittels radioaktiver Precursormoleküle. Hier wird neben anderen Nukleotiden auch als nicht-radioaktive Base 5′-Bromdesoxyuridin verwendet. Die in vivo-Markierung hat große Nachteile, ist umständlich zu handhaben und wird heute kaum mehr zur Markierung solcher Proben verwendet.
2. Die Markierung der Proben nachträglich in vitro. Der älteste Weg dieser Markierung ist die Verwendung bakterieller DNA- bzw. RNA-abhängiger DNA- bzw. RNA-Polymerasen, um z. B. aus einer viralen, einsträngigen DNA eine komplementäre RNA abzulesen oder umgekehrt.
Eine inzwischen klassische Methode ist die der Nick-
Translation. Hierbei werden in eine doppelsträngige DNA durch
sehr geringe Mengen von DNAse kleine Brüche induziert. Durch
den Einsatz von DNA-Polymerase I aus E. coli werden nun
diese Brüche vom 5′OH-Ende in Richtung 3′OH-Ende der DNA
erweitert und am freien 3′OH-Ende des Bruches wird unter
Verwendung radioaktiv markierter Nukleosidtriphosphate oder
anderer geeigneter markierter Basen ein neuer Strang
synthetisiert. Dieses Verfahren ist in den letzten Jahren
weiter modifiziert worden, wobei vor allem der Einbau von
nicht radioaktiv markierten Basenanaloga in die DNA eine
zunehmende Rolle spielte. In einer kürzlich veröffentlichten
Arbeit wurde gezeigt, daß auch BrdUrd mittels diese Methode
(Nick-Translation) in die DNA eingebaut werden kann und
mittels monoklonaler Antikörper und konventioneller
immunhistologischer Techniken nachgewiesen werden
kann. Allerdings ist hierbei die Nachweisempfindlichkeit
deutlich geringer als bei der radioaktiven Markierung.
Eine weitere Methode ist die Verwendung von RNA und der
Reverse Transcriptase, die aus dem RNA-Molekül eine c-DNA
bilden kann, wobei dann die unmarkierte RNA später durch eine
RNAse zerstört wird. Weiterhin können radioaktiv markierte
Jodisotope in Gegenwart von Thallium in Einzelstrang-DNA
bzw. -RNA eingebaut werden.
Photoaktivierbare Substanzen können ebenfalls in einer
direkten Reaktion in die Einzelstrang-DNA bzw. in die -RNA
eingebaut werden, so z. B. Photobiotin oder ähnliche
Substanzen.
Weiterhin kann Cytosin in einer Einzelstrang-DNA bzw. in der
-RNA chemisch so modifiziert werden, daß antigene Gruppen,
die als Signaltransducer wirken können, in das Molekül
eingebaut und später über Antikörper nachgewiesen werden
können.
Eine alternative Methode basiert auf der Verwendung von
unmarkierter rekombinanter DNA als Hybridisierungsprobe und
der Verwendung einer zweiten markierten Probe, die eine
Sequenz erkennt, die allen spezifischen Suchproben gemeinsam
ist. Dabei wird in einem zweiten Hybridisierungsschritt die
markierte Nukleinsäure verwendet.
Weiterhin wurde versucht, die Such-DNA bzw. -RNA am
3′OH-Ende der Kette zu markieren, wobei bisher
Dinitrophenolderivate, Fluorescein- oder
Tetramethylrhodaminadenosinderivate benutzt wurden. Eine
weitere Methode der endständigen 3′OH-Markierung umfaßt
die Benutzung von poly-A-Sequenzen, die mit Hilfe der
Terminaltransferase (E.C. 2.7.7.31), ATP und
einer Polynukleotidphosphorylase (E.C. 2.7.7.8) bis zu 8000
Adenosinmonophosphat(AMP)-Moleküle anhängen kann. Die Probe
wird danach mittels einer Polynukleotidphosphorylase vom ADP
befreit und das freigesetzte ADP mittels Pyruvate Kinase
(E.C. 2.7.1.40) und Phosphoenolpyruvat zu ATP umgesetzt. Das
entstandene ATP kann mittels Luciferin und Luciferasereaktion
quantifiziert werden.
Die vorstehend aufgeführten Nachweismethoden haben in der
Regel eine Empfindlichkeit von attomolar bis femtamolar,
wobei bisher die radioaktiv markierten Proben den nicht
radioaktiv markierten Proben in der Empfindlichkeit überlegen
waren.
Allerdings müssen die radioaktiv markierten Proben einer
längeren Inkubationszeit zur Erkennung mittels
Autoradiographie unterworfen werden, während nicht radioaktiv
markierte Proben eine kürzere Zeit zu ihrer Quantifizierung
benötigen. Doch gab es bisher noch keine Möglichkeit,
einzelne DNA- bzw. RNA-Moleküle mittels solcher Methoden
direkt nachzuweisen. Auch im täglichen Routineeinsatz
erwiesen sich die bisherigen Verfahren als noch nicht
praktikabel, da sie entweder zu lange dauerten (das
autoradiographische Verfahren kann sich über Wochen
hinziehen), hohe Auflagen hinsichtlich der Laborausstattung
bedingten oder zu wenig empfindlich (besonders bei den nicht
radioaktiven Proben) waren.
Weiterhin waren bestimmte nicht radioaktiv markierte Proben
störanfällig, da sie entweder Moleküle enthielten (wie z. B.
Biotin), die endogen auch in der Zelle sich befinden (zu hohe
Hintergrundsreaktion) oder die bei er Hybridisierung der
Einzelstränge störten (so z. B. der hydrophobe Spacer bei den
biotinylierten oder digoxigenierten Proben). Weiterhin waren
die Nachweisgrenzen der nichtradioaktiv markierten Proben
durch die Tatsache limitiert, daß sich die nachzuweisenden
Basenanaloga innerhalb der Doppelhelix nach der
Hybridisierung befanden und so einem Nachweis, z. B. mittels
Antikörpertechnik o. ä. schwer zugänglich waren.
3) Beschreibung und Vorteile des zu schützenden Verfahrens:
Es wird hier ein Verfahren beschrieben, das es ermöglicht, in matrizen-unabhängiger enzymkatalysierter Reaktion terminal BrdUrd-Einheiten an einzelsträngige Oligonukleotide zum Zwecke der Sondenmarkierung anzubringen. Es beruht auf der Umsetzung eines Oligonukleotids (vorzugsweise eines chemisch synthetisierten oder aus biologicher DNA oder RNA ausgeschnittenen Oligonukleotids) mit 5-Bromo-2′-desoxyuridin-5′-triphosphat vorzugsweise unter Katalyse durch Desoxynukleotidylterminaltransferase. Dabei stellte es sich heraus, daß das Enzym, - es war bisher nur für den Einbau mit strukturell unmodifizierten Nukleotiden verwendet worden -, schnell und effizient die BrdUrd- Einheiten an die Oligonukleotide 3′terminal einbaut und zwar je nach Reaktionszeit und Substratkonzentration zwischen ca. 10 und 70 BrdUrd-Reste.
Es wird hier ein Verfahren beschrieben, das es ermöglicht, in matrizen-unabhängiger enzymkatalysierter Reaktion terminal BrdUrd-Einheiten an einzelsträngige Oligonukleotide zum Zwecke der Sondenmarkierung anzubringen. Es beruht auf der Umsetzung eines Oligonukleotids (vorzugsweise eines chemisch synthetisierten oder aus biologicher DNA oder RNA ausgeschnittenen Oligonukleotids) mit 5-Bromo-2′-desoxyuridin-5′-triphosphat vorzugsweise unter Katalyse durch Desoxynukleotidylterminaltransferase. Dabei stellte es sich heraus, daß das Enzym, - es war bisher nur für den Einbau mit strukturell unmodifizierten Nukleotiden verwendet worden -, schnell und effizient die BrdUrd- Einheiten an die Oligonukleotide 3′terminal einbaut und zwar je nach Reaktionszeit und Substratkonzentration zwischen ca. 10 und 70 BrdUrd-Reste.
Alternativ können chemosynthetisch Bromdesoxyuridylat- oder
andere immunogene Nukleotideinheiten an den 3′- oder
5′-Terminus einer Oligonukleotidkette angefügt werden. Dies
erfolgt durch Einsetzen eines geeigneten, von
5-Brom-2′-desoxyuridin oder einem anderen erfindungsgemäß
z. B. 5-Brom-5′-di(anisyl-)phenylmethyl-uridin-3′(-methoxy-
oder β-cyanoethoxy-)phosphorigsäure-(N,N′-diisopropyl-)amid,
in die chemische Oligonukleotidsynthese, vorzugsweise an
fester Phase.
Folgende Reaktionsbeispiele werden nachfolgend aufgeführt:
a) Herstellung und Nachweis von Oxytocin-RNA in Nervenzellen:
1. Beispiel: Markierung einer synthetischen Oxytocinprobe:
Ein typischer Reaktionsansatz sieht folgendermaßen aus:
Es werden zunächst in geeignete Reaktionsgefäße folgende Reagenzien eingesetzt:
5 µl Reaktionspuffer (z. B.: Cacodylatpuffer 100 mM, der noch zusätzlich 100 mg/ml Rinderserumalbumin, 1 mMol CoCl2 und 1 mM β-Mercaptoethanol enthält)
5 µl BrdUrd-Triphosphat-Lösung (zwischen 1 mM und 1 nM je nach Erfordernis)
5 µl nicht markierte Oxytocin-Probe (zwischen 100 µmol und 1 picomol)
1-1000 Einheiten einer terminalen Desoxynucleotid transferase.
Die Reaktionslösung wird bei 37°C für 1 bis 60 min in einem Gesamtvolumen von 25 µl inkubiert und die Reaktion wird anschließend durch Erhitzen gestoppt.
Die Trennung des nicht eingebauten BrdUrd-triphosphats wird an Sephadex G-50 vorgenommen, wobei als Eluat 10 µM Tris- 1 mM EDTA pH 7,5 verwendet wird.
Nach der Reinigung wird die markierte Probe auf konventionelle Art (Erhitzen der nachzuweisenden DNA- oder RNA-Proben oder Denaturierung mittels Säuren und anschließende Rehybridisierung mit der markierten Probe) in situ mit der zu detektierenden Oxytocin-RNA in Nervenzellen hybridisiert. Der Nachweis der Proben erfolgt mittels eines monoklonalen Antikörpers gegen Bromdesoxyuridin und nachfolgender immunhistochemischer Detektierung, wobei ein biotinylierter Anti-Maus-Antikörper, verwendet wird. Anschließend wird mit Streptavidinperoxidase inkubiert und die Peroxidase wird mit 3,3′-Diaminobenzidin und H2O2 nachgewiesen.
Die nachgewiesene Empfindlichkeit liegt in der gleichen Größenordnung wie dies bei 32P-markierten Oxytocin-DNA- Proben der Fall ist, wobei die subzelluläre Auflösung nach der immunhistochemischen Färbung besser ist als die Auflösung der radioaktiv-markierten Probe nach erfolgter autoradiographischer Erkennung.
2. Beispiel: Vergleich der Empfindlichkeit von 32Phosphor- markierten und mit BrdUrd-markierten synthetischen ras- Probe mittels Dot-Blot-Verfahrens:
Zu diesem Zwecke wird eine synthetische Oligonukleotidprobe (ras-Gen, 20 Basenpaare) entweder mit 32P markiert oder mittels Terminaltransferasereaktion (s. o.) mit BrdUrd markiert. Nach ca. 60 min Inkubationszeit waren ca. 70 BrdUrd-Moleküle am 3′-OH-Ende der synthetischen Probe fixiert, was durch konventionelle DNA-Elektrophorese gezeigt werden konnte.
Nun wurden entweder die radioaktiv markierten Proben oder die mit BrdUrd-markierten Proben auf eine Biodyne®-Membran (Fa. Pall) mit einer in Zellen amplifizierten DNA, die das ras-Gen codiert, hybridisiert. Es wurden verschiedene Verdünnungen der zellulären DNA auf die Membran aufgetragen (von 10 µg DNA pro Membran bis 0,5 pg DNA), um die Empfindlichkeitsgrenzen der jeweiligen Nachweismethoden zu testen. Während bei der radioaktiven Probe die Membranen einer Autoradiographie unterzogen wurden, wurden die mit BrdUrd-markierten DNA-Hybride zunächst mit einem monoklonalen Antikörper gegen BrdUrd und anschließend mit einem biotinylierten Anti-Maus-Antikörper inkubiert. Nach dieser Inkubation wurde Streptavidin-markierte Peroxidase zugesetzt und der Komplex wurde mittels 3,3- Diaminobenzidin/H2O2 nachgewiesen. Dabei stellte es sich heraus, daß die Empfindlichkeit der beiden Proben identisch waren. Bei beiden Proben waren noch 50 pg DNA/ml nachweisbar.
a) Herstellung und Nachweis von Oxytocin-RNA in Nervenzellen:
1. Beispiel: Markierung einer synthetischen Oxytocinprobe:
Ein typischer Reaktionsansatz sieht folgendermaßen aus:
Es werden zunächst in geeignete Reaktionsgefäße folgende Reagenzien eingesetzt:
5 µl Reaktionspuffer (z. B.: Cacodylatpuffer 100 mM, der noch zusätzlich 100 mg/ml Rinderserumalbumin, 1 mMol CoCl2 und 1 mM β-Mercaptoethanol enthält)
5 µl BrdUrd-Triphosphat-Lösung (zwischen 1 mM und 1 nM je nach Erfordernis)
5 µl nicht markierte Oxytocin-Probe (zwischen 100 µmol und 1 picomol)
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Die Reaktionslösung wird bei 37°C für 1 bis 60 min in einem Gesamtvolumen von 25 µl inkubiert und die Reaktion wird anschließend durch Erhitzen gestoppt.
Die Trennung des nicht eingebauten BrdUrd-triphosphats wird an Sephadex G-50 vorgenommen, wobei als Eluat 10 µM Tris- 1 mM EDTA pH 7,5 verwendet wird.
Nach der Reinigung wird die markierte Probe auf konventionelle Art (Erhitzen der nachzuweisenden DNA- oder RNA-Proben oder Denaturierung mittels Säuren und anschließende Rehybridisierung mit der markierten Probe) in situ mit der zu detektierenden Oxytocin-RNA in Nervenzellen hybridisiert. Der Nachweis der Proben erfolgt mittels eines monoklonalen Antikörpers gegen Bromdesoxyuridin und nachfolgender immunhistochemischer Detektierung, wobei ein biotinylierter Anti-Maus-Antikörper, verwendet wird. Anschließend wird mit Streptavidinperoxidase inkubiert und die Peroxidase wird mit 3,3′-Diaminobenzidin und H2O2 nachgewiesen.
Die nachgewiesene Empfindlichkeit liegt in der gleichen Größenordnung wie dies bei 32P-markierten Oxytocin-DNA- Proben der Fall ist, wobei die subzelluläre Auflösung nach der immunhistochemischen Färbung besser ist als die Auflösung der radioaktiv-markierten Probe nach erfolgter autoradiographischer Erkennung.
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Zu diesem Zwecke wird eine synthetische Oligonukleotidprobe (ras-Gen, 20 Basenpaare) entweder mit 32P markiert oder mittels Terminaltransferasereaktion (s. o.) mit BrdUrd markiert. Nach ca. 60 min Inkubationszeit waren ca. 70 BrdUrd-Moleküle am 3′-OH-Ende der synthetischen Probe fixiert, was durch konventionelle DNA-Elektrophorese gezeigt werden konnte.
Nun wurden entweder die radioaktiv markierten Proben oder die mit BrdUrd-markierten Proben auf eine Biodyne®-Membran (Fa. Pall) mit einer in Zellen amplifizierten DNA, die das ras-Gen codiert, hybridisiert. Es wurden verschiedene Verdünnungen der zellulären DNA auf die Membran aufgetragen (von 10 µg DNA pro Membran bis 0,5 pg DNA), um die Empfindlichkeitsgrenzen der jeweiligen Nachweismethoden zu testen. Während bei der radioaktiven Probe die Membranen einer Autoradiographie unterzogen wurden, wurden die mit BrdUrd-markierten DNA-Hybride zunächst mit einem monoklonalen Antikörper gegen BrdUrd und anschließend mit einem biotinylierten Anti-Maus-Antikörper inkubiert. Nach dieser Inkubation wurde Streptavidin-markierte Peroxidase zugesetzt und der Komplex wurde mittels 3,3- Diaminobenzidin/H2O2 nachgewiesen. Dabei stellte es sich heraus, daß die Empfindlichkeit der beiden Proben identisch waren. Bei beiden Proben waren noch 50 pg DNA/ml nachweisbar.
Die Vorteile dieser Methode gegenüber den bisherigen nicht-
radioaktiv markierten Verfahren sind nachfolgende:
1. Das endständige Bromdesoxyuridin wird von der Terminaltransferase oder von anderen geeigneten Enzymen wie ein normales Nukleotid an das 3′-OH- bzw. an das 5′-OH-Ende der Probe eingebaut und in bestimmten Grenzen kann die Anzahl der Bromdesoxyuridinmoleküle durch Variation der Inkubationszeit und -temperatur vorherbestimmt werden.
2. Weiterhin wird die Reaktion der Terminaltransferase oder der anderen Transferasen nicht durch Spacer oder andere große Molekülteile des einzubauenden Nukleotidanalogons behindert, so daß ein bessere Ausbeute und besseres Handhaben der Terminaltransferase-Reaktion gewährleistet ist.
3. Auf chemischem Wege ist ebenfalls ein besserer Einbau via Phosphoramidatester möglich, da keine hydrophoben Anteile und keine weiteren sterisch wirksamen Substituierungen des Basenanalogons die Reaktion behindern.
4. Weiterhin stören die BrdUrd-Moleküle nicht bei der nachfolgenden Hybridisierung, noch ist zu erwarten, daß die Poly-BrdUrd-Kette am Ende mit anderen Sequenzen der nachzuweisenden DNA bzw. RNA hybridisiert noch daß sie bei der spezifischen Hybridisierung überhaupt stören könnte.
5. Ferner kann in bestimmten Grenzen durch das Anbringen von BrdUrd an das Ende eine Empfindlichkeitssteigerung erreicht werden, da die BrdUrd-Moleküle nicht, wie bei der ungerichteten in vivo- bzw. in vitro-Markierung, innerhalb des Moleküls liegen und so bei der Hybridisierungsreaktion nicht innerhalb der Doppelhelix zu liegen kommen, wo sie sehr schwer vom Antikörper detektiert werden können, sondern daß die BrdUrd-Moleküle außerhalb des Hybridisierungsbereiches liegen und so weder sterisch noch anders die Hybridisierungsreaktion stören können und einer Erkennung durch den Antikörper leichter zugänglich sind. Die hinreichende Bereitstellung von BrdUrd-Einheiten an das Ende der Oligonukleotidkette hat auch zur Folge, daß eine hinreichende Anzahl von Bindungsstellen für den Antikörper bereitstehen, was die Detektion z. B. gegenüber einer Anbindung eines einzigen Biotinrests vereinfacht.
6. Darüber hinaus führt es zu einer erheblichen Empfindlichkeitssteigerung gegenüber den bisherigen nicht- radioaktiven Verfahren und zu einer gleichwertigen Empfindlichkeit wie bei den radioaktiv markierten Proben, ohne daß hier die langen Autoradiographiezeiten in Kauf genommen werden müssen. Weiterhin wird jede Interferenz mit natürlich in den Zellen oder im Gewebe vorkommenden Molekülen (wie z. B. Biotin) vollständig vermieden, da BrdUrd bzw. andere immunogene Basenanaloga normal nicht vorkommen.
1. Das endständige Bromdesoxyuridin wird von der Terminaltransferase oder von anderen geeigneten Enzymen wie ein normales Nukleotid an das 3′-OH- bzw. an das 5′-OH-Ende der Probe eingebaut und in bestimmten Grenzen kann die Anzahl der Bromdesoxyuridinmoleküle durch Variation der Inkubationszeit und -temperatur vorherbestimmt werden.
2. Weiterhin wird die Reaktion der Terminaltransferase oder der anderen Transferasen nicht durch Spacer oder andere große Molekülteile des einzubauenden Nukleotidanalogons behindert, so daß ein bessere Ausbeute und besseres Handhaben der Terminaltransferase-Reaktion gewährleistet ist.
3. Auf chemischem Wege ist ebenfalls ein besserer Einbau via Phosphoramidatester möglich, da keine hydrophoben Anteile und keine weiteren sterisch wirksamen Substituierungen des Basenanalogons die Reaktion behindern.
4. Weiterhin stören die BrdUrd-Moleküle nicht bei der nachfolgenden Hybridisierung, noch ist zu erwarten, daß die Poly-BrdUrd-Kette am Ende mit anderen Sequenzen der nachzuweisenden DNA bzw. RNA hybridisiert noch daß sie bei der spezifischen Hybridisierung überhaupt stören könnte.
5. Ferner kann in bestimmten Grenzen durch das Anbringen von BrdUrd an das Ende eine Empfindlichkeitssteigerung erreicht werden, da die BrdUrd-Moleküle nicht, wie bei der ungerichteten in vivo- bzw. in vitro-Markierung, innerhalb des Moleküls liegen und so bei der Hybridisierungsreaktion nicht innerhalb der Doppelhelix zu liegen kommen, wo sie sehr schwer vom Antikörper detektiert werden können, sondern daß die BrdUrd-Moleküle außerhalb des Hybridisierungsbereiches liegen und so weder sterisch noch anders die Hybridisierungsreaktion stören können und einer Erkennung durch den Antikörper leichter zugänglich sind. Die hinreichende Bereitstellung von BrdUrd-Einheiten an das Ende der Oligonukleotidkette hat auch zur Folge, daß eine hinreichende Anzahl von Bindungsstellen für den Antikörper bereitstehen, was die Detektion z. B. gegenüber einer Anbindung eines einzigen Biotinrests vereinfacht.
6. Darüber hinaus führt es zu einer erheblichen Empfindlichkeitssteigerung gegenüber den bisherigen nicht- radioaktiven Verfahren und zu einer gleichwertigen Empfindlichkeit wie bei den radioaktiv markierten Proben, ohne daß hier die langen Autoradiographiezeiten in Kauf genommen werden müssen. Weiterhin wird jede Interferenz mit natürlich in den Zellen oder im Gewebe vorkommenden Molekülen (wie z. B. Biotin) vollständig vermieden, da BrdUrd bzw. andere immunogene Basenanaloga normal nicht vorkommen.
4) Die Verwendung dieser so markierten Proben soll folgende
Gebiete umfassen:
- a) Nachweis von definierten Gensegmenten bei molekularbiologischen und gentechnologischen Arbeiten,
- b) bei der Untersuchung von Geneexpressionen,
- c) bei der Untersuchung von Genmobilität,
- d) bei der Untersuchung des Genotyps,
- e) bei der Erkennung von Erbkrankheiten,
- f) bei der Typisierung von individuellen Erbanlagen (z. B. HLA-Typisierung, in der Kriminalistik o. ä.),
- g) beim quantitativen und qualitativen Nachweis von Krankheitserregern,
- h) beim Nachweis pathologischer Vorgänge innerhalb der zellulären DNA bzw. RNA,
- i) bei der Erkennung sonstiger biologischer Vorgänge innerhalb der Zelle, die auf DNA- bzw. RNA-Ebene ablaufen,
- j) bei der Reinigung von Viren oder von anderen nukleinsäurehaltigen biologischen oder anderen Proben, die synthetische oder genomische DNA- bzw. RNA enthalten,
- k) insbesondere ist die Anwendung solcher Proben bei der Erstellung von sog. Genbibliotheken angezeigt, wobei damit eine einzelne interessierende Gensequenz detektiert werden kann,
- l) weiterhin ist die Verwendung solcher Proben bei der Festphasensequenzierung von DNA oder RNA bzw. bei der Herstellung von größeren synthetischen Nukleotidketten vorgesehen,
- m) bei der Anwendung von BrdUrd und anderen immunogenen Nukleotidanaloga als Amplifizierungseinheiten in der sog. Polymerase-Kettenreaktion (PCR-Methode).
Literatur:
1. Zur Hybridisierung allgemein:
1. Zur Hybridisierung allgemein:
- a) J. Stavrianopoulos, Y. Heuy-Lan and N. E. Kelker: Europ. Patent Application EP 01 33 473 A2 from 04. 07. 1984,
- b) J. A. Matthews and L. J. Kricka: Analytical Strategies for the Use of DNA Probes. Analytical Biochemistry 169 (1988) 1-25,
- c) H. U. Wolf, et. al.: Möglichkeiten und Grenzen der Diagnostik mit DNA-Proben. Lab. med. 10 (1986) 229-234.
2. Zur BrdUrd-Markierung:
- a) G. Niedobitek, T. Finn, H. Herbst, G. Börnhöft, J. Gerdes and H. Stein: Detection of Viral DNA by In-Situ Hybridisation Using Bromodeoxyuridine Labeld DNA Probes. Am. J. Pathology 131 (1988) 1-4,
- b) H. Sakamoto et. al.: 5-Bromodeoxyuridine in Vivo Labeling of M13 DNA, and its Use as a Non-radioactive Probe for Hybridization Experiments. Molec. and Cell. Probes 1 (1987) 109-120,
- c) H. Seliger et. al.: in: Chemical and Enzymatic Synthesis of Gene Fragments. (H. G. Gassen und A. Lang; eds.) Verlag Chemie Weinheim, 1982, 81-96.
3. Zur Oxytocin- bzw. ras-DNA:
- a) G. F. Jirikowski et al.: In Situ Hybridization with Complementary Synthetic Oligonucleotide and Immuncytochemistry: A Combination of Methods to Study Transcripton and Secretion of Oxytocin by Hypothalamic Neurons. Molec. and Cellular Probes 2 (1988) 59-64,
- b) K. B. Mullis, and F. A. Falloona: In Methods in Enzymology Vol. 155 (1987) 335.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von DNA- bzw. RNA-
Molekularsonden, die mit 5′-Bromo-2′-desoxyuridin (BrdUrd)
oder anderen immunogen strukturell modifizierten
Nukleotidbasenanaloga am 3′- bzw. 5′-OH-Ende der DNA- bzw.
RNA-Kette mit beliebig vielen Molekülen markiert sind. Dabei
wird unter Molekularsonden jede Art von DNA- oder RNA-
Fragmenten verstanden, die eine geeignete biologische
Information und eine geeignete Länge für die Hybridisierung
an biologische RNA oder DNA besitzen.
Dabei ist es gleichgültig, auf welchem Wege die BrdUrd-
Moleküle oder die anderen halogenierten Nukleotidbasenanaloga
eingebaut werden, entweder enzymatisch oder via chemische
Synthese, zum Beispiel über die Ankondensation von
aktivierbaren Nukleotidsynthons.
2. Die Verwendung dieser nach 1 markierten Molekularsonden
für medizinisch-biologische Zwecke, vor allem zur Diagnose
von pathologischen Vorgängen, zur Erkennung von
Infektionskrankheiten, zur Bestimmung genetisch bedingter
Krankheiten, zur Diagnose individueller Merkmale und zur
Analyse des Genoms aus tierischem, pflanzlichem und
menschlichem Zellmaterial. Dabei sollen die so markierten
Molekularsonden sowohl direkt (Dot-Blot-Analysen oder
in-situ-Hybridisierungen) als auch indirekt (als Amplimer in
der sog. Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR-Methode)) zum
Nachweis der Ziel-DNA oder -RNA eingesetzt werden.
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
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|---|---|
| DE3910151A1 true DE3910151A1 (de) | 1990-10-04 |
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