A new type of gel electrophoresis separates DNA molecules up to 2000 kb with resolutions exceeding the logarithmic molecular weight dependence of conventional electrophoresis. The technique uses 1.5% agarose, 10 to 20 micrograms of DNA per well, and low ionic strength buffers. It employs alternately pulsed, perpendicularly oriented electrical fields, at least one of which is inhomogeneous. The duration of the applied electrical pulses is varied from 1 sec to 90 sec to achieve optimal separations for DNAs with sizes from 30 to 2000 kb. This pulsed field gradient gel electrophoresis fractionates intact S. cerevisiae chromosomal DNA, producing a molecular karyotype that greatly facilitates the assignment of genes to yeast chromosomes. Each yeast chromosome consists of a single piece of DNA; the chromosome sizes are consistent with the genetic linkage map. We also describe a general method for preparing spheroplasts, and cell lysates, without significant chromosomal DNA breakage.

Microtubule assembly is enhanced by the addition of 1 M sucrose or 4 M glycerol to the reassembly mixture. Tubulin can be purified from guinea pig brain readily and in good yield by two cycles of assembly in glycerol-containing solutions. The tubules assembled in glycerol and sucrose are more stable than tubules formed in the absence of these compounds. Assembly occurs in glycerol or sucrose in the absence of ATP or GTP, but is greatly accelarated by their presence.

Chromosomal aneuploidy is the major reason why couples opt for prenatal diagnosis. Current methods for definitive diagnosis rely on invasive procedures, such as chorionic villus sampling and amniocentesis, and are associated with a risk of fetal miscarriage. Fetal DNA has been found in maternal plasma but exists as a minor fraction among a high background of maternal DNA. Hence, quantitative perturbations caused by an aneuploid chromosome in the fetal genome to the overall representation of sequences from that chromosome in maternal plasma would be small. Even with highly precise single molecule counting methods such as digital PCR, a large number of DNA molecules and hence maternal plasma volume would need to be analyzed to achieve the necessary analytical precision. Here we reasoned that instead of using approaches that target specific gene loci, the use of a locus-independent method would greatly increase the number of target molecules from the aneuploid chromosome that could be analyzed within the same fixed volume of plasma. Hence, we used massively parallel genomic sequencing to quantify maternal plasma DNA sequences for the noninvasive prenatal detection of fetal trisomy 21. Twenty-eight first and second trimester maternal plasma samples were tested. All 14 trisomy 21 fetuses and 14 euploid fetuses were correctly identified. Massively parallel plasma DNA sequencing represents a new approach that is potentially applicable to all pregnancies for the noninvasive prenatal diagnosis of fetal chromosomal aneuploidies.

In a report issued in January 1988, the National Research Council (NRC) Committee on the Mapping and Sequencing of the Human Genome, on which the present authors served, recommended a staged mapping and sequencing project with early emphases on physical mapping of human DNA, mapping and sequencing of the genomes of model organisms, and the development of sequencing technology (1). As the Committee's recommendations on physical mapping are beginning to be implemented on a substantial scale, it is timely to review these recommendations in the light of recent technical advances. In particular, the polymerase chain reaction (PCR) (2), a method that has only come into widespread use during the past 2 years, seems to us to offer a path toward a physical map that largely circumvents two problems that were prominent in the NRC Committee's discussions. One of these was the difficulty of merging mapping data gathered by diverse methods in different laboratories into a consensus physical map. The second was the logistics and expense of managing the huge collections of cloned segments on which the mapping data would depend almost absolutely.

Abstract The circular dichroism (CD) spectra of the four usual deoxymononucleosides, all sixteen deoxydinucleotides, and a number of trinucleotides have been measured. The dimer spectra are quite different from the sum of the spectra of their constituent monomers. This indicates the presence of base‐stacked conformations analogous to those found for ribonucleoside diphosphates. The CD spectra of several deoxytrinucleotide diphosphates and single‐strand f 1 DNA can be calculated fairly well by using a semi‐empirical nearest‐neighbor approach. There is little or no effect of terminal phosphate or of salt concentration on the optical properties of most deoxy oligomers. The possibility of simultaneous analysis of mixtures of deoxypurine or deoxypyrimidine sequence isomers has been examined. This seems to be a viable approach for the analysis of purine runs but cannot promise much success for pyrimidine runs.

Turbidity measurements have been used to study the in vitro assembly and disassembly of porcine neurotubules. All measurements were carried out with tubulin with a purity higher than 80%. Tubules formed by in vitro assembly of this protein are so long that the turbidity is insensitive to length and is a function only of the total mass of high molecular weight material. Porcine tubulin shows a critical concentration for assembly of about 0.2 mg/ml under optimal conditions, pH 6.6, 0.1m-2-(N-morpholino)ethane sulfonic acid, 26 to 37 °C. Under these conditions assembly and disassembly are essentially fully reversible in the presence of excess GTP. The kinetics of assembly show an initial lag and initial rates which are strongly temperature dependent. Our samples show a concentration dependence of no more than second order. The apparent activation enthalpy of assembly is 25 kcal/mol; the apparent reaction enthalpy of assembly for the chain propagation step is 21 kcal/mol. Disassembly kinetics show an apparent negative activation enthalpy of −28 kcal/mol. They are independent of tubule length implying a slow activation step followed by rapid depolymerization. At 20 °C, cycles of polymerization and depolymerization show hysteresis effects in the assembly kinetics though not in disassembly rates or final states. This is most easily explained by postulating a slow reversible inactivation at 4 °C of the initiation complex for tubule assembly. Conditions are reported for producing tubulin in a state which cannot assemble in aqueous buffer unless nucleotides are added. GTP, ATP and ADP, but not GDP, are effective in promoting tubule assembly. An adenylate kinase impurity in our preparation may be the cause of this unusual effect. Whether or not it is actually associated with tubulin or tubules is unknown.

An antigen detection system, termed immuno-polymerase chain reaction (immuno-PCR), was developed in which a specific DNA molecule is used as the marker. A streptavidin-protein A chimera that possesses tight and specific binding affinity both for biotin and immunoglobulin G was used to attach a biotinylated DNA specifically to antigen-monoclonal antibody complexes that had been immobilized on microtiter plate wells. Then, a segment of the attached DNA was amplified by PCR. Analysis of the PCR products by agarose gel electrophoresis after staining with ethidium bromide allowed as few as 580 antigen molecules (9.6 × 10 -22 moles) to be readily and reproducibly detected. Direct comparison with enzyme-linked immunosorbent assay with the use of a chimera-alkaline phosphatase conjugate demonstrates that enhancement (approximately × 10 5 ) in detection sensitivity was obtained with the use of immuno-PCR. Given the enormous amplification capability and specificity of PCR, this immuno-PCR technology has a sensitivity greater than any existing antigen detection system and, in principle, could be applied to the detection of single antigen molecules.

Methylation is one of the major epigenetic processes pivotal to our understanding of carcinogenesis. It is now widely accepted that there is a relationship between DNA methylation, chromatin structure, and human malignancies. DNA methylation is potentially an important clinical marker in cancer molecular diagnostics. Understanding epigenetic modifications in their biological context involves several aspects of DNA methylation analysis. These aspects include the de novo discovery of differentially methylated genes, the analysis of methylation patterns, and the determination of differences in the degree of methylation. Here we present a previously uncharacterized method for high-throughput DNA methylation analysis that utilizes MALDI-TOF mass spectrometry (MS) analysis of base-specifically cleaved amplification products. We use the IGF2/H19 region to show that a single base-specific cleavage reaction is sufficient to discover methylation sites and to determine methylation ratios within a selected target region. A combination of cleavage reactions enables the complete evaluation of all relevant aspects of DNA methylation, with most CpGs represented in multiple reactions. We successfully applied this technology under high-throughput conditions to quantitatively assess methylation differences between normal and neoplastic lung cancer tissue samples from 48 patients in 47 genes and demonstrate that the quantitative methylation results allow accurate classification of samples according to their histopathology.