WO2003066890A2 - Method for determining the methylation pattern of dna - Google Patents

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WO2003066890A2
WO2003066890A2 PCT/EP2003/001035 EP0301035W WO03066890A2 WO 2003066890 A2 WO2003066890 A2 WO 2003066890A2 EP 0301035 W EP0301035 W EP 0301035W WO 03066890 A2 WO03066890 A2 WO 03066890A2
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Jochen Muth
Andreas Kappel
Heike Behrensdorf
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Nanogen Recognomics Gmbh
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813Hybridisation assays
    • C12Q1/6827Hybridisation assays for detection of mutation or polymorphism

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the methylation pattern of DNA, in particular using electronically addressable biochips.
  • the methylation of DNA plays an important role in nature.
  • the activity of genes is regulated with the help of the methylation of individual cytosines in the DNA.
  • the methylation rate and the methylation pattern in DNA there is great interest in methods with which such methylations can be easily detected. For this reason, several methods have now been developed which are suitable for determining the methylation rate and the methylation pattern in DNA.
  • restriction enzymes that cannot recognize methylated sites as substrates (e.g. described in Analysis of DNA methylation and DNAse I sensitivity in gene-specific regions of chromatin; Ginder, G ⁇ rdon; Methods Hematol. Vol. 20 1989 p. 111 -123). With these methods, however, only methylations that occur at the restriction sites can be detected.
  • methylation of DNA sequences is determined using PCR (MethylLight: a high-througput assay to measure DNA methylation; Cindy A. Eads, Kathleen D. Danenberg, Kazuyuki Kawakami, et. Al .; Nucleic Acids Rearch 2000 Vol. 28. No 8.).
  • PCR Method of PCR
  • a corresponding dye-labeled sample must be synthesized for each methylation position, which is technically very complex.
  • the methylation of DNA can also be determined quantitatively by chemical reactions with chloroacetaldehyde.
  • the detection of methylation is carried out in this method using a spectrometer in the range between 300 and 400 nm.
  • the methylation pattern is determined using bisulfite SSCP, whereby unmethylated cytosine is converted to uracil.
  • the sequence of the DNA sample examined can then be determined with the aid of a DNA sequencer (Quantitative DNA Methylation analysis by fluorescent ploymerase chain reaction Single Strand conformation polymorphism using an automated DNA sequencer; Hiromu Suzuki, Fumio Itoh, Minoru Toyota Tekefumi KiKuchi Electrophoresis 200021, 904-908).
  • the invention is therefore based on the object of providing a simple method for determining the methylation pattern of DNA sequences.
  • the task is solved by a process that comprises the following process steps:
  • starting DNA means a DNA or a DNA fragment with a known sequence, the methylation pattern of which is to be determined.
  • ctor DNA includes DNA polynucleotides that are complementary to partial sequences of the starting DNA sequence, all guanine bases preferably being replaced by adenine bases.
  • spatially resolved fixation means that a specific detector DNA sequence can be assigned a defined location on a carrier.
  • the carrier can be loaded passively, for example using pipetting devices or actively, via electronic addressing Methods for the production of such carriers are known to the person skilled in the art, and corresponding methods for producing electronically addressable carrier surfaces are described, for example, in Radtkey et al., Nucl. Acids Res. 28, 2000, e17; RG Sonowsky et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1119-1123; 1994 PN Gilles et al., Nature Biotechnol. 17, 365-370, 1999, the production itself also being able to be carried out by means of electronic addressing.
  • the starting DNA to be examined can e.g. B. a gene or gene fragment isolated from the cell nucleus, the nucleotide sequence of which is known.
  • the starting DNA can be further fragmented for better handling.
  • the fragmentation can be unspecific e.g. B. by shear forces or specifically z. B. done by a restriction digest.
  • the DNA fragments thus obtained can then be denatured for chemical conversion.
  • the chemical conversion of unmethylated cytosine in the starting DNA sequences is preferably carried out using bisulfites, whereby Methylcytosine is not implemented in the reaction.
  • the DNA sequence treated in this way can now be hybridized with a detector DNA sequence, it being possible for the detector DNA sequence to be complementary to the chemically untreated starting sequence.
  • the hybridization of the chemically treated DNA sequence with the detector DNA sequence consequently results in guanine / uracil mismatches at the sequence positions at which an unmethylated cytosine was present in the starting sequence.
  • detector DNA sequences are used whose sequence is complementary to the chemically untreated starting sequence, the guanine bases being replaced by adenine bases. Adenine / methylcytosine mismatches are thus obtained when the detector DNA sequence is hybridized with the chemically treated DNA sequence.
  • This variant of the method is particularly suitable for determining the methylation pattern of low-methylated DNA sequences, as are usually found in mammals or plants. Mammalian DNA has a methylation rate of 3 to 10%, that of plants up to 50%. Viruses, on the other hand, have a degree of methylation of up to 100%.
  • the direct detection of the non-methylated cytosines via the corresponding guanine / uracil mismatches can also be advantageous. It is also possible to carry out both process variants in parallel.
  • detector DNA sequences z. B synthetically accessible polynucleotides, preferably with a length between 5 and 100, particularly preferably between 12 and 35 nucleotides, can be used.
  • the detector DNA sequences can be derived directly from the known starting DNA sequence.
  • the individual detector DNA sequences can overlap, so that ultimately a mismatch that occurs can always be assigned to a specific location within the starting DNA sequence.
  • the mismatches can finally be identified with mismatching substances, such as. B. mutS can be demonstrated.
  • the chemical conversion of non-methylated cytosine bases in DNA sequences is preferably carried out on single strands which, for. B. can be obtained by denaturing double-stranded DNA samples in alkaline. The converted DNA can then, if necessary, be worked up further, ie separated, denatured, neutralized, precipitated and desalted.
  • the DNA to be converted containing methylated cytosine bases is dissolved in water and then in the alkaline solution by adding a sodium bisulfite hydroquinone solution elevated temperature with exclusion of light after the reaction is complete, the DNA obtained can be purified by chromatography.
  • the hybridization of the chemically converted DNA nucleotides with the detector DNA can take place on any surface to which the hybrids can be bound in a spatially resolved manner.
  • the hybridization itself can take place passively or actively electronically accelerated, as z. B. is possible with a chip from Nanogen Inc. (San Diego / USA).
  • the electronic addressing is carried out by applying an electrical field, preferably between 1.5 V and 2.5 V with an addressing time between 1 and 3 minutes. Due to the electrical charge of the nucleotide sequences to be addressed, their migration is greatly accelerated by applying an electric field.
  • the addressing can take place in a spatially resolved manner, addressing being carried out successively at different zones of the chip surface. You can send to the different addressing and hybridization conditions can be set in individual locations.
  • both the guanine / uracil and the adenine / methylcytosine mismatches can be detected with substrates that recognize mismatches.
  • suitable substrates are e.g. B. base mismatch binding proteins such as mutS or mutY, preferably from E.coli, T. thermophilus or T.aquaticus, MSH 1 to 6, preferably from S.cerevisiae, S1 nuclease, T4 endonuclease, thymine cosylase, cleavase or fusion proteins containing one Domain of these base mismatch binding proteins.
  • the protein which recognizes mismatches can also contain polymeric markers (J. Biotechnol. 35, 165-189, 1994), metal markers, enzymatic or radioactive markings or quantum dots (Science Vol 281, 2016, Sep 25, 1998 ) contain.
  • the enzyme label can z. B. be a direct enzyme coupling or an enzyme substrate transfer or an enzyme complementation. Chloramphenicol acetyl transferase, alkaline phosphatase, luciferase or peroxidase are particularly suitable for enzymatic labeling.
  • substrate marking with dyes which absorb or emit light in the range between 400 and 800 nm is preferred.
  • fluorescent dyes suitable for labeling are especially Cy TM 3, Cy TM 5 (from Amersham Pharmacia), Oregon Green 488, Alexa Fluor 488, Alexa Fluor 532, Alexa Fluor 546, Alexa Fluor 594, Alexa Fluor 647, Bodipy 558/568 , Bodipy 650/665, Bodipy 564/570 (e.g. from Mobitec, Germany), S 0535, S 0536 (e.g. from FEW, Germany), Dy-630-NHS, Dy-635 -NHS, EVOblue30-NHS (e.g.
  • labeled antibodies can also be used directly against mutS or against a fused peptide domain, e.g. B. MBP are directed.
  • the fluorescence signals obtained can be directly translated into the corresponding methylation pattern in the cases in which exactly one possible mismatch can occur at each location on the support.
  • several potential mismatch positions cytosines in the corresponding partial sequence of the starting DNA
  • detector DNA sequences which overlap in their sequence. The evaluation is then carried out according to the “clustering analysis” method (described in Eisen, MB, Spellman, PT, Brown PO, Botstein D 1998, Cluster analysis and display of genome wide expression pattern, Proc. Natl.
  • the specificity of the measurement of mismatches with mutS, a preferred mismatching substrate, can be further increased by the addition of surfactants or by the addition of BSA that blocks non-specific binding sites on the hybrids.
  • MutS also has the advantage that measurements can also be carried out under low salt conditions up to a salt concentration of 10 mM.
  • any single-stranded nucleotide sequences fixed on the support after the hybridization step can be broken down by adding a nuclease, preferably a mung bean nuclease or S1 nuclease.
  • a nuclease preferably a mung bean nuclease or S1 nuclease.
  • the methylation pattern of DNA fragments with known sequences can be determined simply and quickly.
  • the measuring time can be reduced further and the reliability of the measurement can be improved by the very good electrical controllability of the hybridization.
  • the carriers once covered with detector DNA are also reusable, the measured DNA can simply be dehybridized and washed off the surface. This enables a high sample throughput with an occupied carrier.
  • Step I) shows the chemical conversion of starting DNA oligonucleotides.
  • the oligonucleotides are shown in dashed lines, the left oligonucleotide containing a methylcytosine ( 5m C), the right oligo in the same place an unmethylated cytosine (C).
  • the unmethylated cytosine bases are converted into uracil.
  • the oligonucleotides are then applied to a chip surface which contains detector DNA with an adenine base at the position on the detector DNA oligonucleotide which is complementary to the 5m C and C positions (step II)).
  • Step III) shows the hybridization of the applied oligonucleotides with the detector DNA sequence, wherein in the presence of a methylcytosine at this position a mismatch occurs which can be detected with fluorescent-labeled mutS.
  • the oligonucleotides Seq. ID No. 1, 2 and 3 (0.05 ⁇ mol scale) diluted with water so that a final concentration of 10 picomoles / 1 ⁇ l is obtained.
  • the aqueous solution was then dissolved in 50 mM histidine buffer 1: 100.
  • the methyl modified bases are marked as 5m C.
  • the reaction is completed by adding 3 M NaOH to the oligonucleotide fraction obtained to a final NaOH concentration of 0.3 M at 37 ° C.
  • the chemically converted DNA oligonucleotides obtained are then purified again by chromatography on a NAP5 column and desalted. 50 ul of the desalted solution were diluted with 50 ul 100 mM histidine solution. DNA oligonucleotides are obtained whose unmethylated cytosine bases have been converted into uracil.
  • the corresponding Alexa Fluor 647 succinimidyl ester is non-specifically covalently linked to protein lysine residues via a nucleophilic substitution reaction in accordance with the FluoroLink TM product specification protocol, Amersham Pharmacia Biotech, Little Chalfont, UK.
  • the fluorescence labeling of mutS is carried out by incubation with a large excess of fluorophore under strongly basic conditions (0.1 M Na 2 C03, pH 9.3).
  • the fluorescence-labeled mutS obtained is purified by gel permeation chromatography.

Abstract

The invention relates to a method for determining the methylation pattern in DNA-sequences whereby non-methylated cytosine in the DNA-sequence is chemically converted to uracil and the thus treated DNA-sequence is hybridised by a detector-DNA-sequence. The hybrids are fixed in a locally dissolved manner on a surface. Subsequently, the detection of guanine/uracil-mispairing occurs by using substances detected by said mispairings.

Description

Verfahren zur Bestimmung des Methylierungsmusters von DNAMethod for determining the methylation pattern of DNA
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Methylierungsmusters von DNA insbesondere unter Verwendung von elektronisch adressierbaren Biochips.The present invention relates to a method for determining the methylation pattern of DNA, in particular using electronically addressable biochips.
Die Methylierung von DNA spielt in der Natur eine wichtige Rolle. Insbesondere die Aktivität von Genen wird mit Hilfe der Methylierung von einzelnen Cytosinen in der DNA reguliert. Um die Aktivität und Regulation einzelner Gene besser beurteilen zu können, besteht ein großes Interesse an Verfahren, mit denen sich solche Methylierungen einfach nachweisen lassen. Aus diesem Grunde wurden inzwischen mehrere Methoden entwickelt, die zur Bestimmung der Methylierungsrate und des Methylierungsmusters in der DNA geeignet sind.The methylation of DNA plays an important role in nature. In particular, the activity of genes is regulated with the help of the methylation of individual cytosines in the DNA. In order to be able to better assess the activity and regulation of individual genes, there is great interest in methods with which such methylations can be easily detected. For this reason, several methods have now been developed which are suitable for determining the methylation rate and the methylation pattern in DNA.
Eine Methode benutzt Restriktionsenzyme, die methylierte Schnittstellen nicht als Substrat erkennen können (z. B. beschrieben in Analysis of DNA methylation and DNAse I sensitivity in gene-specific regions of chromatin; Ginder, Gσrdon; Methods Hematol. Bd. 20 1989 S. 111-123). Mit diesen Verfahren können allerdings nur Methylierungen aufgespürt werden, die an den Restriktionsschnittstellen auftreten.One method uses restriction enzymes that cannot recognize methylated sites as substrates (e.g. described in Analysis of DNA methylation and DNAse I sensitivity in gene-specific regions of chromatin; Ginder, Gσrdon; Methods Hematol. Vol. 20 1989 p. 111 -123). With these methods, however, only methylations that occur at the restriction sites can be detected.
Darüber hinaus gibt es weitere Verfahren, bei denen mit Hilfe der PCR die Methylierung von DNA-Sequenzen ermittelt wird (MethylLight: a high-througput assay to measure DNA methylation; Cindy A. Eads, Kathleen D. Danenberg, Kazuyuki Kawakami, et. al.; Nucleic Acids Rearch 2000 Vol. 28. No 8.). Bei diesem Verfahren muss allerdings für jede Methylierungsposition eine entsprechende Farbstoff markierte Probe synthetisiert werden, was technisch sehr aufwendig ist. Neben den beschriebenen biotechnologischen Ansätzen kann auch durch die chemische Umsetzungen mit Chloroacetaldehyd die Methylierung von DNA quantitativ bestimmt werden. Der Nachweis der Methylierung erfolgt bei diesem Verfahren mit Hilfe eines Spektrometers im Bereich zwischen 300 und 400 nm. (Quantification of 5- Methylcytosine in DNA by the Chloroacetaidehyde Reaction; Biotechniques 27, 744-752 October 1999, Oakeley E.J, Schmitt F, Jost J.P.)In addition, there are other methods in which the methylation of DNA sequences is determined using PCR (MethylLight: a high-througput assay to measure DNA methylation; Cindy A. Eads, Kathleen D. Danenberg, Kazuyuki Kawakami, et. Al .; Nucleic Acids Rearch 2000 Vol. 28. No 8.). With this method, however, a corresponding dye-labeled sample must be synthesized for each methylation position, which is technically very complex. In addition to the biotechnological approaches described, the methylation of DNA can also be determined quantitatively by chemical reactions with chloroacetaldehyde. The detection of methylation is carried out in this method using a spectrometer in the range between 300 and 400 nm. (Quantification of 5-methylcytosine in DNA by the Chloroacetaidehyde Reaction; Biotechniques 27, 744-752 October 1999, Oakeley EJ, Schmitt F, Jost JP )
Bei einer alternativen Methode wird das Methylierungsmuster mit Hilfe von Bisulfit SSCP ermittelt, wobei nicht methyliertes Cytosin in Uracil umgewandelt wird. Mit Hilfe eines DNA- Sequenzers kann dann die Sequenz der untersuchten DNA- Probe bestimmt werden (Quantitative DNA Methylation analysis by fluorescent ploymerase chain reaction Single Strand conformation polymorphism using an automated DNA sequencer; Hiromu Suzuki, Fumio Itoh, Minoru Toyota Tekefumi KiKuchi Electrophoresis 200021, 904-908).In an alternative method, the methylation pattern is determined using bisulfite SSCP, whereby unmethylated cytosine is converted to uracil. The sequence of the DNA sample examined can then be determined with the aid of a DNA sequencer (Quantitative DNA Methylation analysis by fluorescent ploymerase chain reaction Single Strand conformation polymorphism using an automated DNA sequencer; Hiromu Suzuki, Fumio Itoh, Minoru Toyota Tekefumi KiKuchi Electrophoresis 200021, 904-908).
Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde ein einfaches Verfahren zur Bestimmung des Methylierungsmusters von DNA-Sequenzen bereitzustellen.The invention is therefore based on the object of providing a simple method for determining the methylation pattern of DNA sequences.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, dass folgende Verfahrensschritte umfasst:The task is solved by a process that comprises the following process steps:
ä) Chemische Umwandlung von in Ausgangs-DNA enthaltenem nicht methylierten Cytosin zu Uracil, wobei die Sequenz der Ausgangs-DNA bekannt ist, b) Hybridisierung von einzelsträngigen, nach Schritt a) behandelter DNA mit einzelsträngigen Detektor-DNA-Sequenzen, die komplementär zur Sequenz der Ausgang-DNA oder deren Teilsequenzen sind, wobei die Guaninbasen gegen Adeninbasen ausgetauscht sein können, c) Fixierung von einzelsträngiger Detektor-DNA oder von einzelsträngigen nach Schritt a) behandelten DNA-Sequenzen vor oder während der Hybridisierung oder von Heteroduplices aus Detektor-DNA und nach Schritt a) behandelter DNA nach oder während der Hybridisierung, wobei die Fixierung ortsaufgelöst auf einem Träger erfolgt, so dass jeder Detektor-DNA-Sequenz ein bestimmter Ort zuzuordnen ist, d) Inkubation mit einem Guanin/Uracil- oder Adenin/Methylcytosin-ä) Chemical conversion of unmethylated cytosine contained in starting DNA to uracil, the sequence of the starting DNA being known, b) hybridization of single-stranded DNA treated according to step a) with single-stranded detector DNA sequences which are complementary to the sequence the starting DNA or partial sequences thereof, whereby the guanine bases can be exchanged for adenine bases, c) fixation of single-stranded detector DNA or of single-stranded DNA sequences treated after step a) before or during hybridization or of heteroduplicates from detector DNA and DNA treated after step a) after or during the hybridization, the fixation being spatially resolved is carried out on a support so that each detector DNA sequence can be assigned a specific location, d) incubation with a guanine / uracil or adenine / methylcytosine
Fehlpaarungen erkennenden Substrat und Detektion der Substratbindungen.Mismatch-detecting substrate and detection of the substrate bonds.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Ausgangs-DNA", eine DNA oder ein DNA-Fragment mit bekannter Sequenz verstanden, dessen Methylierungsmuster bestimmt werden soll.For the purposes of the present invention, the term “starting DNA” means a DNA or a DNA fragment with a known sequence, the methylation pattern of which is to be determined.
Unter dem Begriff „Detektor-DNA" fallen DNA-Polynucleotide, die zu Teilsequenzen der Ausgangs-DNA-Sequenz komplementär sind, wobei bevorzugt alle Guaninbasen gegen Adeninbasen ausgetauscht sind.The term “detector DNA” includes DNA polynucleotides that are complementary to partial sequences of the starting DNA sequence, all guanine bases preferably being replaced by adenine bases.
Der Begriff der „ortsaufgelösten" Fixierung besagt, dass einer bestimmten Detektor-DNA-Sequenz ein definiert Ort auf einem Träger zugeordnet werden kann. Die Beladung des Trägers kann dabei passiv, z. B. unter Einsatz von Pipettiergeräten oder aktiv, über elektronische Adressierung erfolgen. Verfahren zu Herstellung solcher Träger sind dem Fachmann bekannt. Zur Herstellung elektronisch adressierbarer Trägeroberfläche sind entsprechende Verfahren z. B. in Radtkey et al., Nucl. Acids Res. 28, 2000, e17; R.G. Sonowsky et al., Proc. Natl. Acad. Sei. USA, 1119-1123; 1994 P.N. Gilles et al., Nature Biotechnol. 17, 365-370, 1999 beschrieben, wobei auch die Herstellung selbst mittels elektronischer Adressierung durchgeführt werden kann.The term “spatially resolved” fixation means that a specific detector DNA sequence can be assigned a defined location on a carrier. The carrier can be loaded passively, for example using pipetting devices or actively, via electronic addressing Methods for the production of such carriers are known to the person skilled in the art, and corresponding methods for producing electronically addressable carrier surfaces are described, for example, in Radtkey et al., Nucl. Acids Res. 28, 2000, e17; RG Sonowsky et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1119-1123; 1994 PN Gilles et al., Nature Biotechnol. 17, 365-370, 1999, the production itself also being able to be carried out by means of electronic addressing.
Die zu untersuchende Ausgangs-DNA kann z. B. ein, aus dem Zellkern isoliertes, Gen oder Genfragment sein, dessen Nucleotidsequenz bekannt ist. Die Ausgangs-DNA kann zur besseren Handhabung weiter fragmentiert werden. Die Fragmentierung kann unspezifisch z. B. durch Scherkräfte oder spezifisch z. B. durch einen Restriktionsverdau erfolgen. Die so erhaltenen DNA-Fragmente können anschließend für die chemische Umwandlung denaturiert werden.The starting DNA to be examined can e.g. B. a gene or gene fragment isolated from the cell nucleus, the nucleotide sequence of which is known. The starting DNA can be further fragmented for better handling. The fragmentation can be unspecific e.g. B. by shear forces or specifically z. B. done by a restriction digest. The DNA fragments thus obtained can then be denatured for chemical conversion.
Die chemische Umwandlung von nicht methyliertem Cytosin in den Ausgangs- DNA-Sequenzen erfolgt dabei bevorzugt durch Verwendung von Bisulfiten, wobei Methylcytosin bei der Reaktion nicht umgesetzt wird. Die so behandelte DNA- Sequenz kann nun mit einer Detektor-DNA-Sequenz hybridisiert werden, wobei die Detektor-DNA-Sequenz komplementär zu der chemisch unbehandelten Ausgangssequenz sein kann. Bei der Hybridisierung der chemisch behandelten DNA-Sequenz mit der Detektor-DNA-Sequenz ergeben sich folglich Guanin/Uracil-Fehlpaarungen an den Sequenz-Positionen, an denen in der Ausgangssequenz ein nicht methyliertes Cytosin vorhanden war.The chemical conversion of unmethylated cytosine in the starting DNA sequences is preferably carried out using bisulfites, whereby Methylcytosine is not implemented in the reaction. The DNA sequence treated in this way can now be hybridized with a detector DNA sequence, it being possible for the detector DNA sequence to be complementary to the chemically untreated starting sequence. The hybridization of the chemically treated DNA sequence with the detector DNA sequence consequently results in guanine / uracil mismatches at the sequence positions at which an unmethylated cytosine was present in the starting sequence.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden allerdings Detektor-DNA- Sequenzen verwendet deren Sequenz komplementär zu der chemisch unbehandelten Ausgangssequenz ist, wobei die Guaninbasen durch Adeninbasen ersetzt sind. Bei der Hybridisierung der Detektor-DNA-Sequenz mit der chemisch behandelten DNA-Sequenz werden somit Adenin/Methylcytosin-Fehlpaarungen erhalten. Diese Verfahrensvariante eignet sich insbesondere zur Bestimmung des Methylierungsmusters von gering methylierten DNA-Sequenzen, wie sie zumeist bei Säugern oder Pflanzen vorkommen. Säuger DNA weist eine Methylierungsrate von 3 bis 10 % auf, die von Pflanzen bis zu 50 %. Viren weisen demgegenüber einen Methyl ierungsgrad von bis zu 100 % auf, hier kann auch der direkte Nachweis der nicht methyliert vorliegenden Cytosine über die entsprechenden Guanin/Uracil-Fehlpaarungen vorteilhaft sein. Auch die parallele Durchführung beider Verfahrensvarianten ist möglich.In a preferred embodiment, however, detector DNA sequences are used whose sequence is complementary to the chemically untreated starting sequence, the guanine bases being replaced by adenine bases. Adenine / methylcytosine mismatches are thus obtained when the detector DNA sequence is hybridized with the chemically treated DNA sequence. This variant of the method is particularly suitable for determining the methylation pattern of low-methylated DNA sequences, as are usually found in mammals or plants. Mammalian DNA has a methylation rate of 3 to 10%, that of plants up to 50%. Viruses, on the other hand, have a degree of methylation of up to 100%. Here, the direct detection of the non-methylated cytosines via the corresponding guanine / uracil mismatches can also be advantageous. It is also possible to carry out both process variants in parallel.
Als Detektor-DNA-Sequenzen können z. B. synthetisch zugängliche Polynucleotide, bevorzugt mit einer Länge zwischen 5 und 100, besonders bevorzugt zwischen 12 und 35 Nucleotiden, verwendet werden. Die Detektor- DNA-Sequenzen lassen sich dazu aus der bekannten Ausgangs-DNA-Sequenz direkt ableiten. Die einzelnen Detektor-DNA Sequenzen können sich dabei überlappen, so dass letztlich immer eine auftretende Fehlpaarung einem bestimmten Ort innerhalb der Ausgangs-DNA-Sequenz zugeordnet werden kann.As detector DNA sequences z. B. synthetically accessible polynucleotides, preferably with a length between 5 and 100, particularly preferably between 12 and 35 nucleotides, can be used. For this purpose, the detector DNA sequences can be derived directly from the known starting DNA sequence. The individual detector DNA sequences can overlap, so that ultimately a mismatch that occurs can always be assigned to a specific location within the starting DNA sequence.
Die Fehlpaarungen können schließlich mit Fehlpaarung erkennenden Substanzen, wie z. B. mutS nachgewiesen werden. Die chemische Umwandlung nicht methylierter Cytosinbasen in DNA-Sequenzen erfolgt bevorzugt an Einzelsträngen, die z. B. durch Denaturierung von doppelsträngigen DNA-Proben im alkalischen gewonnen werden können. Die umgewandelte DNA kann dann, falls nötig, weiter aufgearbeitet, dass heißt abgetrennt, erneut denaturiert, neutralisiert, prezipitiert und entsalzt werden.The mismatches can finally be identified with mismatching substances, such as. B. mutS can be demonstrated. The chemical conversion of non-methylated cytosine bases in DNA sequences is preferably carried out on single strands which, for. B. can be obtained by denaturing double-stranded DNA samples in alkaline. The converted DNA can then, if necessary, be worked up further, ie separated, denatured, neutralized, precipitated and desalted.
Verfahren zur chemischen Umwandlung von Cytosin in Uracil sind z. B. beschrieben in „Bisulfite methylation analsis of Single DNA-Strand", Tech. Tips Online 1998 BioMednet; Kimberely D Tremblay, Deaprtment of Biology, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104 USA und in "Promoter methylation analysis on microdissected paraffin-embedeed tissues using bisulfite treatment and PCR-SSCP", Biotechniques 30: 66-72 (January 2001) S. 66-72. Dabei wird die umzuwandelnde methylierte Cytosinbasen enthaltende DNA in Wasser gelöst und anschließend durch Zugabe einer Natriumbisulfit-Hydroquinon-Lösung im alkalischen unter erhöhter Temperatur unter Lichtausschluss umgesetzt. Nach Abschluss der Umsetzung kann die erhaltene DNA chromatographisch gereinigt werden.Methods for the chemical conversion of cytosine to uracil are e.g. B. described in "Bisulfite methylation analsis of Single DNA-Strand", Tech. Tips Online 1998 BioMednet; Kimberely D Tremblay, Deaprtment of Biology, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104 USA and in "Promoter methylation analysis on microdissected paraffin-embedeed tissues using bisulfite treatment and PCR-SSCP ", Biotechniques 30: 66-72 (January 2001) pp. 66-72. The DNA to be converted containing methylated cytosine bases is dissolved in water and then in the alkaline solution by adding a sodium bisulfite hydroquinone solution elevated temperature with exclusion of light after the reaction is complete, the DNA obtained can be purified by chromatography.
Die Hybridisierung der chemisch umgewandelten DNA-Nucleotide mit der Detektor-DNA kann an jeder Oberfläche stattfinden, an die die Hybride ortsaufgelöst gebunden werden können. Dazu stehen bekannte Möglichkeiten, wie z. B. die Anbindung von Nucleinsäuren über Disulfidbrücken an Goldoberflächen oder die Bindung von biotinylierten Nukleinsäuren an mit Avidin belegte Oberflächen zur Verfügung. Die Hybridisierung selbst kann passiv oder aktiv elektronisch beschleunigt erfolgen, wie dies z. B. mit einem Chip der Firma Nanogen Inc. (San Diego/USA) möglich ist. Die elektronische Adressierung erfolgt dabei durch Anlegen eines elektrischen Feldes, bevorzugt zwischen 1,5 V und 2,5 V bei einer Adressierungsdauer zwischen 1 bis 3 Minuten. Aufgrund der elektrischen Ladung der zu adressierenden Nucleotidsequenzen wird deren Wanderung durch Anlegen eines elektrischen Feldes stark beschleunigt. Die Adressierung kann dabei ortsaufgelöst erfolgen, wobei an unterschiedlichen Zonen der Chipoberfläche nacheinander adressiert wird. Dabei können an den einzelnen Orten unterschiedliche Adressierungs- und Hybridisierungsbedingungen eingestellt werden.The hybridization of the chemically converted DNA nucleotides with the detector DNA can take place on any surface to which the hybrids can be bound in a spatially resolved manner. There are known options such. For example, the binding of nucleic acids via disulfide bridges to gold surfaces or the binding of biotinylated nucleic acids to surfaces covered with avidin are available. The hybridization itself can take place passively or actively electronically accelerated, as z. B. is possible with a chip from Nanogen Inc. (San Diego / USA). The electronic addressing is carried out by applying an electrical field, preferably between 1.5 V and 2.5 V with an addressing time between 1 and 3 minutes. Due to the electrical charge of the nucleotide sequences to be addressed, their migration is greatly accelerated by applying an electric field. The addressing can take place in a spatially resolved manner, addressing being carried out successively at different zones of the chip surface. You can send to the different addressing and hybridization conditions can be set in individual locations.
Nach erfolgter Hybridisierung können sowohl die Guanin/Uracil- als auch die Adenin/Methylcytosin-Fehlpaarungen mit Fehlpaarungen erkennenden Substraten nachgewiesen werden. Geeignete Substrate sind z. B. Basenfehlpaarungen bindende Proteine wie mutS oder mutY, bevorzugt aus E.coli, T. thermophilus oder T.aquaticus, MSH 1 bis 6, bevorzugt aus S.cerevisiae, S1-Nuclease, T4- Endonuclease, Thyminglykosylase, Cleavase oder Fusionsproteine enthaltend eine Domäne dieser Basenfehlpaarungen-bindenden Proteine.After hybridization, both the guanine / uracil and the adenine / methylcytosine mismatches can be detected with substrates that recognize mismatches. Suitable substrates are e.g. B. base mismatch binding proteins such as mutS or mutY, preferably from E.coli, T. thermophilus or T.aquaticus, MSH 1 to 6, preferably from S.cerevisiae, S1 nuclease, T4 endonuclease, thymine cosylase, cleavase or fusion proteins containing one Domain of these base mismatch binding proteins.
Das Fehlpaarungen erkennende Protein kann außer farbstofftragenden, lumineszierenden und fluoreszierenden Gruppen auch polymere Marker (J. Biotechnol. 35, 165-189, 1994), Metallmarker, enzymatische oder radioaktive Markierungen oder Quantum dots (Science Vol 281 , 2016, 25.Sep. 1998) enthalten. Die Enzymmarkierung kann dabei z. B. eine direkte Enzymkupplung oder ein Enzymsubstrattransfer oder eine Enzym-Komplementation sein. Zur enzymatischen Markierung eignen sich vor allem die Chloramphenicol- Acetyltransferase, die alkalische Phosphatase, die Luciferase oder die Peroxydase.In addition to dye-bearing, luminescent and fluorescent groups, the protein which recognizes mismatches can also contain polymeric markers (J. Biotechnol. 35, 165-189, 1994), metal markers, enzymatic or radioactive markings or quantum dots (Science Vol 281, 2016, Sep 25, 1998 ) contain. The enzyme label can z. B. be a direct enzyme coupling or an enzyme substrate transfer or an enzyme complementation. Chloramphenicol acetyl transferase, alkaline phosphatase, luciferase or peroxidase are particularly suitable for enzymatic labeling.
Insbesondere die Substratmarkierung mit Farbstoffen, die im Bereich zwischen 400 und 800 nm Licht absorbieren oder emittieren ist bevorzugt. Unter den zur Markierung geeigneten Fluoreszenzfarbstoffen sind vor allem Cy™3, Cy™5 (von Amersham Pharmacia), Oregon Green 488, Alexa Fluor 488, Alexa Fluor 532, Alexa Fluor 546, Alexa Fluor 594, Alexa Fluor 647, Bodipy 558/568, Bodipy 650/665, Bodipy 564/570 (z. B. von der Firma Mobitec, Deutschland), S 0535, S 0536 (z. B. von der Firma FEW, Deutschland), Dy-630-NHS, Dy-635-NHS, EVOblue30-NHS (z. B. von der Firma Dynomics, Deutschland), FAR-BIue, FAR- Fuchsia (z. B. von der Firma Medway, Schweiz), Atto 650 (von der Firma Atto Tech, Deutschland), FITC oder Texas Red zu bevorzugen. Neben den direkt markierten Substraten können auch markierte Antikörper verwendet werden, die direkt gegen mutS oder gegen eine fusionierte Peptiddomäne, wie z. B. MBP, gerichtet sind.In particular, substrate marking with dyes which absorb or emit light in the range between 400 and 800 nm is preferred. Among the fluorescent dyes suitable for labeling are especially Cy ™ 3, Cy ™ 5 (from Amersham Pharmacia), Oregon Green 488, Alexa Fluor 488, Alexa Fluor 532, Alexa Fluor 546, Alexa Fluor 594, Alexa Fluor 647, Bodipy 558/568 , Bodipy 650/665, Bodipy 564/570 (e.g. from Mobitec, Germany), S 0535, S 0536 (e.g. from FEW, Germany), Dy-630-NHS, Dy-635 -NHS, EVOblue30-NHS (e.g. from Dynomics, Germany), FAR-BIue, FAR-Fuchsia (e.g. from Medway, Switzerland), Atto 650 (from Atto Tech, Germany) , FITC or Texas Red. In addition to the directly labeled substrates, labeled antibodies can also be used directly against mutS or against a fused peptide domain, e.g. B. MBP are directed.
Da jedem Ort der Trägeroberfläche eine definierte Nucleotidsequenz zugeordnet werden kann, kann aus den erhaltenen Fluoreszenzsignalen, in den Fällen in denen an jedem Ort auf dem Träger genau eine mögliche Fehlpaarung auftreten kann, direkt in das entsprechende Methylierungsmuster übersetzt werden. In der Regel sind aber an jedem Ort auf der Trägeroberfläche mehrere potentielle Fehlpaarungspositionen (Cytosine in der entsprechende Teilsequenz der Ausgangs-DNA) enthalten. Zur Ermittlung des Methylierungsmusters anhand der Fluoreszenzsignale ist es dann zweckmäßig sich in ihrer Sequenz überlappende Detektor-DNA-Sequenzen einzusetzen. Die Auswertung erfolgt dann nach der „Clustering analysis" -Methode (beschrieben in Eisen, M.B, Spellman, PT, Brown P.O. , Botstein D 1998, Cluster analysis and display of genome wide expression pattern, Proc. Natl. Acad Sei USA95, 14863-14868; Review: Discovering Pattern in Microarray Dat Molecular Diagnosis Vol. 5 No. 4 2000 Harry Burke .S349) oder der "Principal Components analysis"-Methode (beschrieben in Hilsenbeck SG, Friederichs WE, Schiff R., Statistical analysis of array expression data as applied to the problem of tamoxifen resistance J. Natl Cancer Institut 1999 91 453-459).Since a defined nucleotide sequence can be assigned to each location on the support surface, the fluorescence signals obtained can be directly translated into the corresponding methylation pattern in the cases in which exactly one possible mismatch can occur at each location on the support. As a rule, however, several potential mismatch positions (cytosines in the corresponding partial sequence of the starting DNA) are contained at every location on the carrier surface. To determine the methylation pattern on the basis of the fluorescence signals, it is then expedient to use detector DNA sequences which overlap in their sequence. The evaluation is then carried out according to the “clustering analysis” method (described in Eisen, MB, Spellman, PT, Brown PO, Botstein D 1998, Cluster analysis and display of genome wide expression pattern, Proc. Natl. Acad Sei USA95, 14863- 14868; Review: Discovering Pattern in Microarray Dat Molecular Diagnosis Vol. 5 No. 4 2000 Harry Burke .S349) or the "Principal Components analysis" method (described in Hilsenbeck SG, Friederichs WE, Schiff R., Statistical analysis of array expression data as applied to the problem of tamoxifen resistance J. Natl Cancer Institut 1999 91 453-459).
Die Spezifität der Messung von Fehlpaarungen mit mutS, einem bevorzugten Fehlpaarungen erkennenden Substrat kann weiter durch die Zugabe von Tensiden oder durch Zugabe von BSA, dass unspezifische Bindungsstellen an den Hybriden blockiert erhöht werden. MutS besitzt darüber hinaus den Vorteil, dass eine Messung auch unter Niedrigsalzbedingungen bis zu einer Salzkonzentration von 10 mM erfolgen kann.The specificity of the measurement of mismatches with mutS, a preferred mismatching substrate, can be further increased by the addition of surfactants or by the addition of BSA that blocks non-specific binding sites on the hybrids. MutS also has the advantage that measurements can also be carried out under low salt conditions up to a salt concentration of 10 mM.
Um die Zuverlässigkeit des Verfahrens weiter zu verbessern können durch einen Zwischenschritt etwaige, nach dem Hybrdisierungsschritt auf dem Träger fixierte, einzelsträngige Nucleotidsequenzen durch Zugabe einer Nuclease, bevorzugt einer Mung Bean Nuclease oder S1 -Nuclease, abgebaut werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Methylierungsmuster von DNA- Fragmenten mit bekannter Sequenzen einfach und schnell bestimmt werden. Insbesondere durch die Verwendung von aktiven, elektronisch adressierbaren Chips kann die Messdauer weiter gesenkt und die Zuverlässigkeit der Messung, durch die sehr gute elektrische Kontrollierbarkeit der Hybridisierung, verbessert werden. Die einmal mit Detektor-DNA belegten Träger sind darüber hinaus wiederverwendbar, die gemessene DNA kann einfach dehybridisiert und von der Oberfläche abgewaschen werden. Dies ermöglicht einen hohen Probendurchsatz mit einem belegten Träger.In order to further improve the reliability of the method, any single-stranded nucleotide sequences fixed on the support after the hybridization step can be broken down by adding a nuclease, preferably a mung bean nuclease or S1 nuclease. With the method according to the invention, the methylation pattern of DNA fragments with known sequences can be determined simply and quickly. In particular, by using active, electronically addressable chips, the measuring time can be reduced further and the reliability of the measurement can be improved by the very good electrical controllability of the hybridization. The carriers once covered with detector DNA are also reusable, the measured DNA can simply be dehybridized and washed off the surface. This enables a high sample throughput with an occupied carrier.
Zur Erläuterung des beanspruchten Verfahrens sind die einzelnen Verfahrensschritte in Fig. 1 beispielhaft schematisch wiedergegeben. In Schritt I) ist die chemische Umsetzung von Ausgangs-DNA-Oligonucleotiden gezeigt. Die Oligonucleotide sind strichförmig dargestellt, wobei das linke Oligonucleotid ein Methylcytosin (5mC), das rechte Oligo an der gleichen Stelle ein nicht methyliertes Cytosin (C) enthält. Bei der Umsetzung werden die nicht methylierten Cytosinbasen in Uracil umgewandelt. Im Anschluss werden die Oligonucleotide auf eine Chipoberfläche aufgetragen, die Detektor-DNA mit einer Adeninbase an der zu den Positionen 5mC und C komplementären Stelle auf dem Detektor-DNA- Oligonucleotid, enthält (Schritt II)). Schritt III) zeigt die Hybridisierung der aufgetragenen Oligonucleotide mit der Detektor-DNA-Sequenz, wobei im Falle des Vorhandenseins eines Methylcytosins an dieser Position eine Fehlpaarung entsteht, die mit fluoreszenzmarkierten mutS detektiert werden kann.To explain the claimed method, the individual method steps are shown schematically in FIG. 1 as an example. Step I) shows the chemical conversion of starting DNA oligonucleotides. The oligonucleotides are shown in dashed lines, the left oligonucleotide containing a methylcytosine ( 5m C), the right oligo in the same place an unmethylated cytosine (C). During the reaction, the unmethylated cytosine bases are converted into uracil. The oligonucleotides are then applied to a chip surface which contains detector DNA with an adenine base at the position on the detector DNA oligonucleotide which is complementary to the 5m C and C positions (step II)). Step III) shows the hybridization of the applied oligonucleotides with the detector DNA sequence, wherein in the presence of a methylcytosine at this position a mismatch occurs which can be detected with fluorescent-labeled mutS.
Ausführungsbeispiele:EXAMPLES
Nachweis von Methyierten C-Bausteinen in DNA auf einem aktiven elektrischen Chips und dem Enzym MutS:Detection of methylated C building blocks in DNA on an active electrical chip and the enzyme MutS:
In einem ersten Versuch wird gezeigt, dass mit Hilfe des beanspruchten Verfahrens die Detektion von Adenin/Methylcytosin-Fehlpaarungen mit fluoreszenzmarkiertem mutS als Fehlpaarungen erkennendes Substrat gelingt. Wobei zur Hybridisierung.In a first experiment it is shown that the detection of adenine / methylcytosine mismatches with the aid of the claimed method fluorescent-labeled mutS succeeds as a substrate that recognizes mismatches. For hybridization.
Dazu wurden die Oligonucleotide Seq. ID No. 1, 2 und 3 (0.05 μMol Maßstab) mit Wasser verdünnt, so dass eine Endkonzentration 10 picomol / 1 μl vorliegt. Die wässrige Lösung wurde anschließend in 50 mM Histidin Puffer 1 : 100 gelöst.For this, the oligonucleotides Seq. ID No. 1, 2 and 3 (0.05 μmol scale) diluted with water so that a final concentration of 10 picomoles / 1 μl is obtained. The aqueous solution was then dissolved in 50 mM histidine buffer 1: 100.
Eingesetzte Oligonucleotide:Oligonucleotides used:
1) Detektor-DNA mit Biotin am 5 '-Ende (sense+2A (5'~biotinyliert)) AAACATACAA AAATTAAAAT ACAAATCATC TCTAACCA (Seq. ID No. 1)1) Detector DNA with biotin at the 5 ' end (sense + 2A (5' ~ biotinylated)) AAACATACAA AAATTAAAAT ACAAATCATC TCTAACCA (Seq. ID No. 1)
2) Modell-Verbindungen um MutS-Bindung zu evaluieren (5Λ-CY3 markiert) TGGTTAGAGA TGATTTGTA5mC TTTAATTTTT GTATGT (Seq. ID No. 2) TGGTTAGAGA TGATTTGTAT TTTAATTTTT GTATGT (Seq. ID No. 3)2) Model compounds to evaluate MutS binding (5 Λ -CY3 marked) TGGTTAGAGA TGATTTGTA 5m C TTTAATTTTT GTATGT (Seq. ID No. 2) TGGTTAGAGA TGATTTGTAT TTTAATTTTT GTATGT (Seq. ID No. 3)
Die methylmodifizierten Basen sind als 5mC gekennzeichnet.The methyl modified bases are marked as 5m C.
Adressierung auf elektrisch adressierbaren Chip mit Hydrogel-Layer: Das biotinylierte Oligo wurde mit 2 V für 60 s auf die Elektroden des Chips (Nanogen Inc.) an zwei getrennte Orte auf der Oberfläche des Chips adressiert und fixiert. Die Hybridisierung der komplementären DNA-Oligos erfolgte ortsaufgelöst bei 2 V für 120 s in Histidin Puffer. Der Chip wurde für 10 min mit Puffer A ( 20 mM Tris/HCL pH, 7.6, 50 mM KCI, 5 mM Mg CI2, 0.01 % Tween/20, 1 % BSA) gewaschen.Addressing on an electrically addressable chip with a hydrogel layer: The biotinylated oligo was addressed and fixed at 2 V for 60 s on the electrodes of the chip (Nanogen Inc.) at two separate locations on the surface of the chip. The complementary DNA oligos were hybridized in a spatially resolved manner at 2 V for 120 s in histidine buffer. The chip was washed for 10 min with buffer A (20 mM Tris / HCl pH, 7.6, 50 mM KCI, 5 mM Mg CI2, 0.01% Tween / 20, 1% BSA).
0.5 μg Alexa Fluor 647 (der Firma Mobitec, Deutschland), markiertes mutS wurden in 100 μl Puffer A aufgenommen. Der Chip wird mit dem gelösten mutS für 45 Minuten inkubiert. Nach 45 Minuten wird der Chip mit 10 ml Puffer A ohne BSA gespült und im Anschluss die Fluoreszenz mit einem Scanner bestimmt. Das Ergebnis ist in Fig. 2 dargestellt. Die Fluoreszenz zweier unabhängig voneinander vorgenommenen Messungen lag an dem Ort an dem die Hybridisierung von Seq. ID No. 1 und 2 zu einer Adenin/Methylcytosin- Fehlpaarung führte (Balken 1 in Fig. 2) bei 60.3 (Spot 1) und 55, 7 (Spot 2), die Fluoreszenz lag an den Orten an denen keine Fehlpaarung vorlag bei 47.9 (Spot 3) und 29.5 (Spot 4). In Fig. 2 sind die entsprechenden Mittelwerte der beiden Messungen abgebildet.0.5 μg Alexa Fluor 647 (from Mobitec, Germany), labeled mutS were taken up in 100 μl buffer A. The chip is incubated with the dissolved mutS for 45 minutes. After 45 minutes, the chip is rinsed with 10 ml of buffer A without BSA and the fluorescence is then determined using a scanner. The result is shown in Fig. 2. The fluorescence of two measurements taken independently of one another was at the location where the hybridization of Seq. ID No. 1 and 2 led to an adenine / methylcytosine mismatch (bar 1 in Fig. 2) at 60.3 (spot 1) and 55, 7 (spot 2), the fluorescence was at the locations where there was no mismatch at 47.9 (spot 3 ) and 29.5 (Spot 4). The corresponding mean values of the two measurements are shown in FIG.
Chemische Modifkation von Cytosin-Bausteinen zu Uracil-Bausteinen:Chemical modification of cytosine building blocks to uracil building blocks:
10 μg bzw. 5 μg bzw. 1 μg eines Oligonucleotides Seq. ID No. 410 μg or 5 μg or 1 μg of an oligonucleotide Seq. ID No. 4
TGGCTAGAGA TGATCCGCA5mC TTTAACTTCC GTATGC (Seq. ID No. 4) (Ausgangs-DNA-Oligo, das chemisch behandelt wurde (5 -CY3 markiert))TGGCTAGAGA TGATCCGCA 5m C TTTAACTTCC GTATGC (Seq. ID No. 4) (starting DNA oligo that has been chemically treated (5 -CY3 labeled))
mit einem Methylcytosin-Baustein wurden in 100 μl Wasser gelöst. Anschließend erfolgte die Zugabe von 10 μl 3 N wässriger NaOH-Lösung. Die 110 μl Lösung wurde 30 min. auf 42° C erhitzt und im Anschluss in 1020 μl 40.5 %iger Natriumbisulfit- (pH 5) und 60 μl 10 mM Hydroquinon-Lösung aufgenommen. Nach Zugabe von weiteren 10 μl Wasser wurde das Gemisch für 16-18 Stunden bei 55 °C unter Lichtausschluss erhitzt. Anschließend wurden 500 μl der entsprechenden Lösung auf einer NAP5-Säule (Pharmacia) pipettiert, die nach Herstellerangaben konditioniert wurde. Das entsprechende Oligonucleotid wurde mit 800 μl Wasser eluiert. Die Umsetzung wird durch Zusatz 3 M NaOH zu der erhaltenen Oligonucleotid-Fraktion bis zu einer NaOH-Endkonzentration von 0,3 M bei 37 °C vervollständigt. Danach werden die erhaltenen chemisch umgewandelten DNA-Oligonucleotide nochmals durch Chromatographie an einer NAP5-Säule gereinigt und entsalzt. 50 μl der entsalzten Lösung wurden mit 50 μl 100 mM Histidin-Lösung verdünnt. Es werden DNA-Oligonucleotide erhalten deren nicht methylierten Cytosinbasen in Uracil umgewandelt wurden. Herstellung der 40.5 %igen Natriumbisulfit-Lösung (Sigma, S-8890, 8.1g/20 ml): Dazu wurde die Festsubstanz in 17 ml kalten Wasser gelöst und mit 10 N NaOH- Lösung auf einen pH-Wert von 5 eingestellt und anschließend auf 20 ml aufgefüllt. Als Hydroquinon-Lösung wurde eine 10 mM (Sigma H-9003) Lösung verwendet. (Die chemische Umwandlung von Cytosin in Uracil ist z. B. beschrieben in „Bisulfite methylation analsis of Single DNA-Strand", Tech. Tips Online 1998 BioMednet; Kimberely D Tremblay, Deaprtment of Biology, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104 USA und in "Promoter methylation analysis on microdissected paraffin-embedeed tissues using bisulfite treatment and PCR- SSCP", Biotechniques 30: 66-72 (January 2001 ) S. 66-72)with a methylcytosine building block were dissolved in 100 ul water. Then 10 μl of 3 N aqueous NaOH solution were added. The 110 ul solution was 30 min. heated to 42 ° C and then taken up in 1020 μl 40.5% sodium bisulfite (pH 5) and 60 μl 10 mM hydroquinone solution. After adding a further 10 μl of water, the mixture was heated at 55 ° C. for 16-18 hours with the exclusion of light. 500 μl of the corresponding solution were then pipetted onto a NAP5 column (Pharmacia), which was conditioned according to the manufacturer's instructions. The corresponding oligonucleotide was eluted with 800 ul water. The reaction is completed by adding 3 M NaOH to the oligonucleotide fraction obtained to a final NaOH concentration of 0.3 M at 37 ° C. The chemically converted DNA oligonucleotides obtained are then purified again by chromatography on a NAP5 column and desalted. 50 ul of the desalted solution were diluted with 50 ul 100 mM histidine solution. DNA oligonucleotides are obtained whose unmethylated cytosine bases have been converted into uracil. Preparation of the 40.5% sodium bisulfite solution (Sigma, S-8890, 8.1 g / 20 ml): For this purpose, the solid substance was dissolved in 17 ml of cold water and adjusted to a pH of 5 with 10 N NaOH solution and then to Replenished 20 ml. A 10 mM (Sigma H-9003) solution was used as the hydroquinone solution. (The chemical conversion of cytosine to uracil is described, for example, in "Bisulfite methylation analsis of Single DNA-Strand", Tech. Tips Online 1998 BioMednet; Kimberely D Tremblay, Deaprtment of Biology, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104 USA and in "Promoter methylation analysis on microdissected paraffin-embedeed tissues using bisulfite treatment and PCR-SSCP", Biotechniques 30: 66-72 (January 2001) pp. 66-72)
Unspezifische Markierung von mutS mit Alexa Fluor 647Non-specific labeling of mutS with Alexa Fluor 647
Für die Konjugation wird der entsprechende Alexa Fluor 647 Succinimidylester über eine nukleophile Substitutionsreaktion an Proteinlysinreste unspezifisch kovalent gemäß dem FluoroLink™ product specification protocol, Amersham Pharmacia Biotech, Little Chalfont, UK geknüpft. Dabei erfolgt die Fluoreszenzmarkierung von mutS durch Inkubation mit einem großen Uberschuss an Fluorophor unter stark basischen Bedingungen (0,1 M Na2C03, pH 9,3). Das erhaltene fluoreszenzmarkierte mutS wird gelpermeationschromatographisch gereinigt. For conjugation, the corresponding Alexa Fluor 647 succinimidyl ester is non-specifically covalently linked to protein lysine residues via a nucleophilic substitution reaction in accordance with the FluoroLink ™ product specification protocol, Amersham Pharmacia Biotech, Little Chalfont, UK. The fluorescence labeling of mutS is carried out by incubation with a large excess of fluorophore under strongly basic conditions (0.1 M Na 2 C03, pH 9.3). The fluorescence-labeled mutS obtained is purified by gel permeation chromatography.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Verfahren zur Bestimmung des Methylierungsmusters von DNA umfassend folgende Verfahrensschritte: a) Chemische Umwandlung der Ausgangs-DNA mit bekannter Sequenz, wobei darin enthaltenes nicht methyliertes Cytosin in Uracil umgesetzt wird, b) Hybridisierung von einzelsträngigen, nach Schritt a) behandelter DNA mit einzelsträngigen Detektor-DNA-Sequenzen die komplementär zur Ausgangs-DNA-Sequenz oder deren Teilsequenzen sind, wobei die Guaninbasen gegen Adenin ausgetauscht sein können, c) Fixierung von einzelsträngigen Detektor-DNA-Sequenzen oder von einzelsträngigen nach Schritt a) behandelten DNA-Sequenzen vor oder während der Hybridisierung oder von Heteroduplices aus Detektor- und nach Schritt a) behandelten DNA-Sequenzen nach oder während der Hybridisierung, wobei die Fixierung ortsaufgelöst auf einem Träger erfolgt, so dass jeder Detektor-DNA-Sequenz ein bestimmter Ort zuzuordnen ist, d) Inkubation mit einem Guanin/Uracil- oder Adenin/Methylcytosin- Fehlpaarungen erkennenden Substrat und Detektion der Substratbindungen.1. A method for determining the methylation pattern of DNA comprising the following process steps: a) chemical conversion of the starting DNA with a known sequence, the unmethylated cytosine contained therein being converted into uracil, b) hybridization of single-stranded DNA treated according to step a) with single-stranded DNA Detector DNA sequences which are complementary to the starting DNA sequence or partial sequences thereof, it being possible for the guanine bases to be replaced by adenine, c) fixation of single-stranded detector DNA sequences or of single-stranded DNA sequences treated according to step a) before or during the hybridization or of heteroduplexes from the detector sequences and DNA sequences treated according to step a) after or during the hybridization, the fixation being spatially resolved on a support, so that each detector DNA sequence can be assigned a specific location, d) incubation with a guanine / uracil or adenine / methylcytosine mismatch ends substrate and detection of the substrate bonds.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridisierung elektronisch beschleunigt erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the hybridization takes place electronically accelerated.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung von einzelsträngigen Detektor-DNA-Sequenzen oder einzelsträngigen nach Schritt a) behandelten DNA-Sequenzen vor oder während der Hybridisierung oder von Heteroduplices aus Detektor- und nach Schritt a) behandelten DNA-Sequenzen nach oder während der Hybridisierung ortsaufgelöst auf einem elektronisch adressierbare Oberfläche erfolgt.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the fixation of single-stranded detector DNA sequences or single-stranded DNA sequences treated after step a) before or during the hybridization or of heteroduplexes from the detector and after step a) treated DNA sequences after or during the Hybridization takes place in a spatially resolved manner on an electronically addressable surface.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Umwandlung des nicht methylierten Cytosins mit einem Bisulfit erfolgt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the chemical conversion of the non-methylated cytosine is carried out with a bisulfite.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Träger fixierten einzelsträngigen Nucleotidsequenzen, die nicht hybridisiert vorliegen, durch Zugabe einer Nuclease abgebaut werden.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the single-stranded nucleotide sequences fixed on the support, which are not hybridized, are broken down by adding a nuclease.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass als Detektor-DNA DNA-Sequenzen mit einer Länge von 5 bis 100 Nucleotiden verwendet werden.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that DNA sequences with a length of 5 to 100 nucleotides are used as detector DNA.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass als Detektor-DNA überlappende DNA-Sequenzen verwendet werden. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that overlapping DNA sequences are used as detector DNA.
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