JPH0359914B2 - - Google Patents

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JPH0359914B2
JPH0359914B2 JP59501526A JP50152684A JPH0359914B2 JP H0359914 B2 JPH0359914 B2 JP H0359914B2 JP 59501526 A JP59501526 A JP 59501526A JP 50152684 A JP50152684 A JP 50152684A JP H0359914 B2 JPH0359914 B2 JP H0359914B2
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benzoyl
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Jerii Eru Ruusu
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MOREKYURAA BAIOSHISUTEMUZU Inc
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    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
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    • B65H2557/30Control systems architecture or components, e.g. electronic or pneumatic modules; Details thereof
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Description

請求の範囲 1 式: [式中、R′は水素またはヒドロキシ、 Bはピリミジン塩基またはプリン塩基、 Rは、着色、蛍光、発光もしくは放射活性グル
ープまたはリガンド認識グループとして機能する
少なくとも1個のリポーターグループまたは固形
担体と既に結合しているかまたはそれらと結合し
得るリンカーアームである] で示されるヌクレオチド残基を少なくとも1つ予
め選択された位置に有する、基本的に200ヌクレ
オチドを越えない予め選択された配列からなる実
質上純粋な一本鎖オリゴヌクレオチド。 2 該リンカーアームが立体的に耐容し得る部位
に結合している特許請求の範囲第1項記載の実質
上純粋な一本鎖オリゴヌクレオチド。 3 式中、Bがピリミジン塩基であり、そのC5
位に該リンカーアームが結合している特許請求の
範囲第1項記載の実質上純粋な一本鎖オリゴヌク
レオチド。 4 式中、Bがプリン塩基であり、そのC8位に
該リンカーアームが結合している特許請求の範囲
第1項記載の実質上純粋な一本鎖オリゴヌクレオ
チド。 5 該予め選択された配列の長さが、約10〜約40
ヌクレオチドである特許請求の範囲第1項記載の
実質上純粋な一本鎖オリゴヌクレオチド。 6 式: [C2B式中、R′は水素またはヒドロキシ、 Bはピリミジン塩基またはプリン塩基、 Rは、着色、蛍光、発光もしくは放射活性グル
ープまたはリガンド認識グループとして機能する
少なくとも1個のリポーターグループまたは固形
担体と既に結合しているかまたはそれらと結合し
得るリンカーアームである] で示されるヌクレオチド残基を少なくとも1つ予
め選択された位置に有する、基本的に200ヌクレ
オチドを越えない予め選択された配列からなる実
質上純粋な一本鎖オリゴヌクレオチドの化学的合
成法であつて、予め選択された配列を有する、
200ヌクレオチド未満の実質上純粋な一本鎖オリ
ゴヌクレオチドに、選択した反応性ヌクレオチド
を段階的に付加することからなり、該ヌクレオチ
ドまたは該オリゴヌクレオチドは3′または5′ヒド
ロキシ基に結合した反応性のリン含有基を含有
し、該反応性ヌクレオチドのうち少なくとも1個
は、式: [式中、R′、BおよびRは前記の定義と同意
義である] で示されるヌクレオチド残基を形成することので
きるヌクレオチドであることを特徴とする方法。 技術分野 本発明は、細胞系または細胞不含系に於いて、
問題としている相補的な核酸配列の固定、位置づ
け、および検出に有用な一本鎖オリゴヌクレオチ
ドであつて、その塩基に、1またはそれ以上の検
出可能なリポーターグループとして機能し得る置
換基が結合しているか、または1またはそれ以上
の検出可能なリポーターグループが結合してい
る、1またはそれ以上のヌクレオチド単位を含ん
でいる、長さが200塩基単位以下の定まつた配列
の1本鎖オリゴヌクレオチドに関する。 発明の背景 ニツクトランスレーシヨン法(P.Rigbyら、J.
Mol.Biol.113:237−251、1977年)またはギヤツ
プ充填反応(G.Bourguignonら、J.Virol.20:290
−306、1976年)による2本鎖DNAへの放射性同
位元素の挿入を含む先行技術を用いて、標識した
2本鎖デオキシポリヌクレオチドを酵素を用いて
製造する方法は確立されている。具体的には、
DNaseにより切り目をつくり、DNAポリメラー
ゼを用いてDNA鎖に沿つて翻訳させる。このニ
ツクトランスレーシヨン過程では、大腸菌からの
DNAポリメラーゼ(Pol I)は、添加したデオ
キシヌクレオシド三燐酸の存在下で、2本鎖
DNAの1本鎖の切れ目領域の3′水酸基末端方向
へヌクレオチドを縮合していく。同時に、この酵
素は切れ目の5′末端からヌクレオチドを除去して
いく。もし添加するこの三燐酸体の1またはそれ
以上を、例えば32P燐酸で標識しておくと、Pol
Iによる新しい鎖にこの標識が導入される。ギヤ
ツプ充填法によれば、制限酵素で切断した後のく
ぼんだ末端をPol Iからのクレノー断片または
T4DNAポリメラーゼを用いて充填することがで
きる。 ニツクトランスレーシヨンおよびギヤツプ充填
法のいずれによつても、標識された2本鎖の
DNAが得られる。この生成物の長さはDNase
Iをどれくらい反応に加えるかによる。通常、標
識の30%が導入され、鎖の長さが400〜800ヌクレ
オチド単位になる様に行なう。生成物の長さは、
400〜800単位の範囲内では予測できない程度に不
均質である。標識したヌクレオチドと同様に酵素
を保存するために、通常各反応容器中、1マイク
ログラムのDNAだけを標識する。 C−5位を炭素鎖で修飾したピリミジン塩基を
持つた2本鎖ポリヌクレオチドが同様の方法で酵
素的に製造されている。これは、J.Sagiら
(Biochem.Biosphys.Acta.606:196−201、1980
年)によつて報告されているホモポリマーのプラ
イマー鋳型の酵素的伸長法、またはP.Langerら
(Proc.Nat.Acad.Sci.USA 78:6633−6637、
1981年)によつて報告されているビオチンに共有
結合した2′−デオキシウリジン5′−三燐酸を使つ
て、DNAポリメラーゼによりニツクトランスレ
ーシヨン/ギヤツプ充填することによつて行なわ
れた。このビオチンは、アビジンのための認識部
位として機能し得る。 Rigbyら、BourguignonらおよびLangerらに
よつて記載されている酵素法によつて、同様の物
理的特性を持つた生成物が得られる。この酵素法
によつて製造されたポリヌクレオチドは、長さが
400〜800単位であり、出発物質として2本鎖ポリ
ヌクレオチドを必要とし、全ゆる場合に2本鎖ポ
リヌクレオチドを生産し、そして、予め選択され
た部位を標識化することができない。 更に、全ての酵素法は、ポリヌクレオチドの両
方の鎖を修飾し、生成した鎖を互いに分離するこ
とができない。この方法によれば、酵素は全ての
単位を、修飾した単位で置き換えるか、あるい
は、修飾されたヌクレオシド三燐酸および天然の
ヌクレオシド三燐酸の混合物を添加した場合は、
修飾された単位をランダムに挿入していく。更
に、Langerらの酵素法では、螢光性、発光性ま
たは抗原性のレポーターグループを挿入したポリ
ヌクレオチドを製造することはできない。この技
術のいずれを用いても、レポーターグループを持
つた、あるいは持たない、定まつた長さの、定ま
つた配列または一本鎖特性のオリゴヌクレオチド
を製造することはできない。更にまた、この先行
技術の方法では、レポーターグループが付着した
修飾された塩基を、ポリヌクレオチドの予め定め
られた位置に挿入することもできない。 C−8位を修飾されたアデニン塩基を取り入れ
た2本鎖ポリヌクレオチドも酵素法で製造されて
いる。これは、C.Vincentら(Nucl.Acids
Res.10:6787−6796、1982年)によつて報告され
ている様に、DNAフラグメントに8−アミノヘ
キシルアミノ−ATP(リボヌクレオチド)を挿入
することにより行なわれた。しかしこの方法は範
囲が限定されており、アデニンリボヌクレオチド
の三燐酸により3′−末端だけを標識することがで
きる。修飾したピリミジンヌクレオシドは挿入す
ることができない。更に、他の酵素法と同様、2
本鎖ポリヌクレオチドの両鎖が標識され、定まつ
た配列の短い(<100単位)オリゴヌクレオチド
を製造することができない。 上記の先行技術としての酵素法は、置換された
ヌクレオチド5′−三燐酸の化学合成が必要であ
り、次いで酵素的な認識およびこの非天然の基質
の、切目をつけた2本鎖DNAへの挿入が必要で
ある。この様な方法は、予め選択した長さまたは
配列のポリヌクレオチドを製造することができ
ず、かつ、ここで使用するポリメラーゼや
DNaseは高価なものである。更に、これらの方
法は時間がかかり、非能率なものであり、高い酵
素活性を必要とし、2本鎖DNAに限定されてい
る。ほんの少量の、即ち数マイクログラムのはつ
きりしないポリヌクレオチド、通常制限フラグメ
ント、が生産されるだけであるので、これらを天
然起源のものから煩雑な方法で分離しなくてはな
らない。更に、DNAポリメラーゼは、螢光また
はジニトロフエニルの様な潜在的に有用なリポー
ターグループを認識したり挿入したりできないの
で、このポリヌクレオチド生成物においては、達
成し得る修飾の範囲が著しく制限される。 限られた生物学的応用のために、長いポリリボ
ヌクレオチド分子(RNA)の3′末端に1つの螢
光分子を取りつける方法がJ.G.J.Baumanらによ
つて開示されている(J.Histochem.
Cytochem.29:238、1981年)。この方法も、酵素
法を使つて天然の起源から煩雑な方法で分離した
極く少量(マイクログラム量)のRNAを使用し
ており、この方法には2′および3′の水酸基が必要
であるのでDNAに応用することやできない。ま
た、DNAに比較してRNAが化学的に遥かに不安
定であることが、この方法によつて製造されたポ
リリボヌクレオチドの応用範囲を狭くしている。 天然の核酸塩基を持つた、定まつた列のオリゴ
ヌクレオチドの非酵素的合成法は、S.A.Narang
ら(Meth.Enzymol 65:610、1980年)、R.
Letsinger(J.Org.Chem・45:2715、1980年)、
M.Matteucciら(J.Amer.Chem.Soc.103:3185、
1982年)およびG.Alvarado−Urbinaら
(Science 214:270、1981年)により報告され、
またはまとめられている。この様な合成法は、通
常、活性化したヌクレオチドモノマーを、生長す
るヌクレオチド鎖の遊離水酸基−含有末端単位と
カツプリングさせることにより鎖伸長を行なうも
のである。このカツプリングは、Narangらによ
つてまとめられているホスフエート・トリエステ
ル法、あるいはホスフアイト・トリエステル法の
1つと同様、燐含有基を介して行なわれる。後者
の内、LetsingerらおよびAlvarado−Urbinaら
の方法はホスホクロリダイトの化学を使用し、
Matt−eucciらの方法はホスホアミダイトの化学
を使用している。 上記のオリゴヌクレオチドの化学合成では、修
飾されていない、即ち天然の核酸塩基だけを挿入
するのであるから、その目的生成物は短かいフラ
グメントにあり、修飾されていない、即ち天然の
RANまたはDNAに似ている。この様な合成の目
的生成物は、標識もリポーターグループでも挿入
していないという点に注意すべきである。 ホモポリマーポリヌクレオチドの直接的な修飾
は、ポリウリジル酸系で報告されている(Bigge
ら、J.Carb.,Nucleosides,Nucleotides8:259、
1981年)。しかし報告された方法は範囲が限定さ
れており、有用な生成物を製造し得ない。その処
置法は、著しいポリヌクレオチドの開裂と破壊を
引き起し、除去できない金属イオン類が混在した
生成物が得られ、しかもこの方法は、DNAポリ
ヌクレオチドのシトシン残基だけを修飾できるに
過ぎない。更にこの方法は、特定の長さの定まつ
た配列のオリゴヌクレオチドを製造することがで
きず、チミンまたはプリン塩基を修飾することが
できず、そして予め選択した部位を修飾すること
ができない。 以上の記載から明らかな様に、従来、定まつた
配列のポリヌクレオチドは、既述した様な欠点、
特に時間、費用、生成物の長さ、配列および収率
に関する欠点を持つた酵素法によつてのみ生産さ
れて来た。更に、この様な方法は2本鎖生成物を
生産し得るに過ぎない。2本鎖ポリヌクレオチド
は、溶液中でアルカリまたは熱により変性し、短
時間、鎖を自然に分離することができる。しか
し、個々の1本鎖を物理的に、互いに分離するこ
とはできず、そしてまた、変性条件を取り除く
と、急速に自然の2本鎖の形に戻る。ハイブリダ
イゼーシヨンを行なうための条件は、自然復帰の
ための条件でもあるので、変性したポリヌクレオ
チドをハイブリダイゼーシヨンの条件下に置く
と、このポリヌクレオチドはその元の2本鎖配置
に戻る。従つて、どちらか一方の鎖と標的ポリヌ
クレオチドとのハイブリダイゼーシヨンは、もう
一方の鎖との競合によつて制限を受ける。 ヌクレオシドの修飾は、例えば抗ウイルス性C
−5置換ピリミジンヌクレオシドの合成
(Bergstromら、J.Amer.Chem.Soc.98:1587−
1589、1976年;Ruthら、J.Org.Chem.43:2870−
2876、1978年;およびBergstromら、米国特許第
4247544並びに4267171号参照)またはC−8置換
アデニン誘導体の合成(Zappelliら、米国特許第
4336188並びに4199498号参照)において行なわれ
ている。これらのヌクレオシドおよびLangerら
およびD.Wardによつて報告されているもの(ヨ
ーロツパ特許出願第0063879号)は、本発明方法
に於いては有用でない。この様な報告されている
ヌクレオシドは、望ましくない部位での反応性が
高く、これを化学的方法によるオリゴヌクレオチ
ドの合成に使用すると、望ましくない副産物が得
られたり、コントロールできない合成が行なわれ
たり、所望の生成物が得られなかつたりする。更
に、上記のヌクレオシドは、置換基中に適当な部
位を持つておらず、リポーターグループを結合さ
せて修飾することができず、また、マスク(遮
蔽)した反応性官能基も持つていない。この様な
ヌクレオシドは、いずれも本発明方法に於いては
有用でない。 リポーターグループを持つた、あるいは持つて
いない、何らかの修飾された塩基が導入されてい
る定められた配列のオリゴヌクレオチドの化学合
成について記載された先行技術は全くない。 危険な、そして不安定な放射性同位元素を含ん
でいない、高品質の標識された一定配列の1本鎖
オリゴヌクレオチドの速やかな出現が待たれてお
り、この要求を満たすことが本発明の主たる目的
である。この目的が、予測可能な、優れた製品を
高収率で与える化学的方法、即ち非酵素的方法に
より達成された。更に詳しくは、本発明方法は、
定められた配列のオリゴヌクレオチド中への、多
種多様の選択された検出可能なリポーターグルー
プを修飾されたヌクレオチドの化学的導入を達成
したものであり、この様なオリゴヌクレオチド
は、例えば、問題としている相補配列に同定、位
置づけ、分離そして/または定量に有用である。 本発明のもう1つの目的は、標識した、定めら
れた配列の1本鎖オリゴヌクレオチドの化学的合
成に有用な新規なヌクレオチドを提供するもので
ある。 本発明方法は、標識した、定められた配列のオ
リゴヌクレオチドの新規な化学合成法であり、
種々の面で先行技術の酵素法に優るものである。
更に詳しくは、従来の酵素法による2本鎖性の、
不均質な予測不能な400〜10000塩基単位のものの
生産とは異なり、本発明方法は、好ましくは200
塩基単位以下の、均質な、予測可能な様に定めら
れた長さの、標識された、定められた配列の1本
鎖オリゴヌクレオチドの合成を可能にするもので
ある。 本発明方法によつて製造される生成物の収量
は、先行技術の酵素法によつて得られる2〜3マ
イクログラムの収量と違つて、数百〜数万マイク
ログラムのオーダーである。更に、本発明方法で
得られるオリゴヌクレオチドは、酵素法で得られ
る2本鎖と違つて、1本鎖である。オリゴヌクレ
オチド生成物が1本鎖形態であることは、2本鎖
ポリヌクレオチドの再ハイブリダイゼーシヨンに
つきものの相補鎖からの競合を回避できるのであ
る。 本発明の説明 本発明は、約200塩基単位の長さより短い、定
められた配列の1本鎖オリゴヌクレオチドであつ
て、1種またはそれ以上の検出可能なリポーター
グループとして機能し得るか、あるいはまた、1
種またはそれ以上の検出可能なリポーターグルー
プと結合し得る置換基が、その塩基の立体的に耐
容性のある部位(例えばピリミジンのC−5、プ
リンのC−8)に結合している様なヌクレオチド
単位を少なくとも1個含んでいる1本鎖オリゴヌ
クレオチドを提供するものである。さらに具体的
には、本発明は、式 [式中、R′は水素またはヒドロキシ、 Bはピリミジン塩基またはプリン塩基、 Rは、着色、蛍光、発光もしくは放射活性グル
ープまたはリガンド認識グループとして機能する
少なくとも1個のリポーターグループまたは固形
担体と既に結合しているかまたはそれらと結合し
得るリンカーアームである] で示されるヌクレオチド残基を少なくとも1つ予
め選択された位置に有する、基本的に200ヌクレ
オチドを越えない予め選択された配列からなる実
質上純粋な一本鎖オリゴヌクレオチドに関するも
のである。本発明はまた、定められた配列の1本
鎖オリゴヌクレオチドの化学的合成法、即ち、非
酵素的合成法を提供するものであり、該方法は、
活性化されたヌクレオチドモノマーと、伸長しつ
つあるヌクレオチド鎖の遊離の水酸基を持つた端
末単位とをカツプリングさせることからなり、該
モノマーおよび端末単位の少なくとも一方が、そ
の塩基の立体的に耐容性のある部位に、1種また
はそれ以上の検出可能なリポーターグループとし
て機能し得る、あるいは1種またはそれ以上の検
出可能なリポーターグループと結合し得る置換基
が結合することによつて修飾されていることを特
徴とするものである。 本発明方法によつて製造されるオリゴヌクレオ
チドは、1種またはそれ以上のピリミジンを塩基
とする、またはプリン塩基とする単位を含んでい
て、その単位はリボヌクレオチドであつてもデオ
キシリボヌクレオチドであつてもよく、その合成
前に、リポーターグループが結合する特定のヌク
レオチド単位と同様、そのリポーターグループ
も、予め選択される。 本発明を実施する上の最も好ましい態様 本発明の定められた配列の1本鎖オリゴヌクレ
オチドを合成するための好ましい化学的方法は、
活性化されたヌクレオチドモノマーと、伸長しつ
つあるヌクレオチド鎖の、遊離の水酸基を持つた
端末単位の少なくとも一方が、その塩基の立体的
に耐容性のある部位に、1種またはそれ以上の検
出可能なリポーターグループとして機能し得る、
あるいは1種またはそれ以上の検出可能なリポー
ターグループと結合し得る置換基が結合すること
によつて修飾されているという特徴を有する該ヌ
クレオチドモノマーと該端末単位をカツプリング
させることからなる。 リポーターグループと結合し得る本発明に於け
る置換基は、一般的に求核性の性質を示すもので
あると言うことができる。この様な置換基の例と
しては、第1級アミン、芳香族アミン、カルボン
酸、水酸基などを含んでいるものが挙げられる。 ヌクレオチドモノマーおよび端末単位の塩基
は、目的生成物であるオリゴヌクレオチド中に希
望する予め定められたヌクレオチド単位の配列が
得られる様に選択される。この様な塩基はプリン
類であるアデニン(A)、グアニン(G)、またはヒポキ
サンチン(H)の形をとるか、あるいはピリミジン類
であるウラシル(U)、シトシン(C)、またはチミ
ン(T)の形をとることができる。この様な塩基
はまた、天然から単離し得るその他の塩基の形を
とつていてもよい。 ヌクレオチド単位上の立体的に耐容性のある部
位とは、その単位の核酸塩基上の位置であつて、
その位置に、置換基が結合することによつて該単
位が修飾されるものであり、その際、生成物であ
るオリゴヌクレオチドと相補的核酸成分とのハイ
ブリダイゼーシヨンが重大な妨害を受けず、そし
て該置換基が1若しくはそれ以上のリポーターグ
ループとして機能したり、あるいは1若しくはそ
れ以上のリポーターグループに結合するのが立体
的に妨げられない様な位置であると定義すること
ができる。立体的に耐容性のある部位はプリン類
のC−8位、ピリミジン類のC−5位である。本
発明のオリゴヌクレオチドは、ハイブリダイゼー
シヨン用のプロープとして特に有用であるので、
置換基および/またはリポーターグループを取り
付ける修飾は、特定のハイブリダイゼーシヨンに
必要なピリミジンまたはプリン塩基上の部位で行
なわれてはいけない。修飾されてはいけない部位
には、アデニン塩基のN1およびN6、グアニン塩
基のN1,N2およびO6、シトシン塩基のN3および
N4などが含まれる。一般的に、ヘテロ原子(N
またはO)への置換は避けるべきである。 リポーターグループとは、芳香族および/また
は多環式グループであつてよく、適当な物理的ま
たは化学的検出系あるいは検出法によつて容易に
測定または検出し得る物理的あるいは化学的特性
を持つた化学的グループであると定義することが
できる。本発明に於けるオリゴヌクレオチドに有
用なリポーターグループは容易に検出できる。容
易な検出能は、色の変化、発光、螢光または放射
活性の様な特性によつて与えられる。あるいはま
た、リポーターグループがリガンド認識部位とし
て機能し得ることによつても、検出能は得られ
る。この様なグループは、機能的には着色、発
光、螢光、放射活性またはリガンド認識グループ
と呼ばれる。この様なグループの中には、通常の
検出技術、例えば比色検出、分光光度検出、螢光
検出または放射活性検出などによつて検出するの
に適したもの、あるいは、この様な通常の検出法
によつて検出できるグループを含んでいる特定の
リガンド−リガンド複合体の形成に関与し得るも
のなどがある。 本明細書においては、リポーターグループは、
適当な測定法または検出法を使つて容易に測定ま
たは検出できる物理的、化学的またはその他の特
性を持つた置換基であると定義される。ここで定
義されたリポーターグループには、適当な測定法
または検出法を使つて容易に測定または検出でき
る物理的、化学的またはその他の特性を持つた反
応生成物または複合体を最終的に与える1若しく
はそれ以上の相互作用、を開始させることができ
る置換基も含まれる。 この様なグループ、反応生成物または複合体が
持つている、あるいは引き起す測定可能な、ある
いは検出可能な特性の例は、色の変化、発光、螢
光または放射活性である。この様な特性は通常の
比色計、分光光度計、螢光分析計または放射活性
感応計を使つて測定または検出することができ
る。 ここで定義したリポーターグループによつて開
始され得る相互作用には、例えば比色法、分光光
度法、螢光法または放射活性検出法などによつて
容易に検出し得るグループまたは複合体を生成す
る適当に特異的で選択的なリガンド−リガンド相
互作用が含まれる。この様な相互作用は、タンパ
ク質−リガンド、酵素−基質、抗原−抗体、炭水
化物−レクチン、タンパク質−補助因子、タンパ
ク質−作動因子、核酸−核酸または核酸−リガン
ド相互作用などの形をとることがある。このリガ
ンド−リガンド相互作用の例として、ジニトロフ
エニル−ジニトロフエニル抗体、ビオチン−アビ
ジン、オリゴヌクレオチド−相補性オリゴヌクレ
オチド、DNA−DNA、RNA−DNAおよび
NADH−デヒドロゲナーゼなどが挙げられる。
当業者であれば、その他の有用な相互作用につい
ても思い浮ぶことであろう。 本発明方法に於いては、選択されたリポーター
グループ(群)は、ヌクレオチド鎖の端末単位に
カツプリングさせる前のヌクレオチドモノマーに
取り付けてもよいが、オリゴヌクレオチド生成物
ができ上つた後に、取り付けることもできる。オ
リゴヌクレオチド生成物におけるヌクレオチド単
位の配列は、その最終的な用途のための正確な特
異性を持つたオリゴヌクレオチドが得られる様
に、予め選定しておく。本発明のオリゴヌクレオ
チドは、組換えDNAおよび核酸の再ハイブリダ
イゼーシヨン技術が関与するその他の計画を行な
うのに有用である。その様な用途として、細胞系
または細胞不含系において注目している相補配列
の同定、位置づけ、分離および/または定量など
が挙げられる。更に詳しくは、その様な用途に
は、核酸成分のハイブリダイゼーシヨンが関与す
る全ゆる基礎的な生物学的操作または診断的応
用、あるいは、立体的に耐容性のある部位の修飾
によつてオリゴヌクレオチド生成物を固形担体に
結合させた場合の、アフイニテイークロマトグラ
フイーによる相補配列に精製(その後検出するか
否かは不間)が含まれる。 オリゴヌクレオチド生成物中のヌクレオチド単
位はプリンまたはピリミジンを塩基とするもので
あり、修飾された塩基を持つた単位とまざり合つ
た天然の塩基を持つた単位を含んでいてもよい。
この様な単位はリボヌクレオチド、またはデオキ
シリボヌクレオチドである。カツプリング工程
は、3′位が活性化されたモノマー単位と、伸長し
つつあるヌクレオチド鎖の端末単位の遊離の5′ヒ
ドロキシをカツプリングさせるのが好ましい。あ
るいは、5′位を活性化したモノマー単位を、ヌク
レオチド鎖の端末単位の遊離の3′ヒドロキシとカ
ツプリングさせることもできる。この端末単位
は、ヌクレオチドモノマーがカツプリングする時
の、伸長するヌクレオチド鎖の最初の単位、即ち
唯一の単位であるか、あるいは複数個のヌクレオ
チド単位群の端末の1つである。 本発明方法により、以下の一般式で示される定
まつた配列のオリゴヌクレオチドが生産される。 式中、nは1〜約199、好ましくは約5〜約60、
最も好ましくは約10〜約40、R′は水素またはヒ
ドロキシ、Bは天然に存在するプリンまたはピリ
ミジン塩基であるアデニン、グアニン、シトシ
ン、ウラシル、チミンまたはその他の天然に存在
する塩基であり、天然に存在する塩基を持つたヌ
クレオチド単位は、それぞれ修飾された塩基
(Bm)を持つた1またはそれ以上のヌクレオチド
単位と混じり合つている。修飾されたピリミジン
塩基(Pym)は、C−5位が置換されたものであ
り、その典型的な例は以下の一般式で示されるウ
ラシルおよびシトシン塩基である: 修飾されたプリン塩基(Pum)はC−8位が置
換されており、その代表例は以下の一般式で示さ
れる修飾されたアデニンおよびグアニン塩基であ
る: 置換基Rは、1またはそれ以上のリポーターグ
ループとして機能し得る、あるいは1またはそれ
以上のリポーターグループに結合し得るという特
徴を持つている。修飾されたピリミジン塩基で
は、置換基Rは2またはそれ以上の炭素原子を含
んでおり、一方、修飾されたプリン塩基では、R
は1またはそれ以上の炭素原子を含んでいる。こ
れに関し、Rは以下の官能化された炭素鎖の1つ
の形をとるのが好ましい: R=−CH=CR1R2、−CH2CHR1R2、−
CHR1R2
Claim 1 Formula: [wherein R' is hydrogen or hydroxy, B is a pyrimidine or purine base, and R is already bound to at least one reporter group or solid support that functions as a colored, fluorescent, luminescent or radioactive group or a ligand recognition group. or a linker arm capable of joining them] substantially pure consisting essentially of a preselected sequence of not more than 200 nucleotides having at least one nucleotide residue in a preselected position. single-stranded oligonucleotide. 2. The substantially pure single-stranded oligonucleotide of claim 1, wherein the linker arm is attached to a sterically acceptable site. 3 In the formula, B is a pyrimidine base, and its C5
2. The substantially pure single-stranded oligonucleotide according to claim 1, wherein said linker arm is attached to said position. 4. The substantially pure single-stranded oligonucleotide according to claim 1, wherein B is a purine base, and the linker arm is bonded to the C8 position. 5 The length of the preselected sequence is about 10 to about 40
A substantially pure single-stranded oligonucleotide according to claim 1, which is a nucleotide. 6 Formula: [wherein R' is hydrogen or hydroxy, B is a pyrimidine or purine base, and R is already associated with at least one reporter group or solid support that functions as a colored, fluorescent, luminescent or radioactive group or a ligand recognition group; a linker arm which is attached or capable of being attached to them] consisting essentially of a preselected sequence of not more than 200 nucleotides, having at least one nucleotide residue in a preselected position. A method for the chemical synthesis of pure single-stranded oligonucleotides having a preselected sequence,
consisting of the stepwise addition of selected reactive nucleotides to a substantially pure single-stranded oligonucleotide of less than 200 nucleotides, wherein the nucleotide or oligonucleotide has a reactive nucleotide attached to a 3' or 5' hydroxy group. containing a phosphorus-containing group, at least one of the reactive nucleotides having the formula: [wherein R', B and R have the same meanings as defined above] A method characterized in that the nucleotide is a nucleotide capable of forming a nucleotide residue represented by: TECHNICAL FIELD The present invention relates to the use of cell-based or cell-free systems.
A single-stranded oligonucleotide useful for immobilizing, positioning, and detecting complementary nucleic acid sequences of interest, the bases of which have substituents attached thereto that can function as one or more detectable reporter groups. single-stranded oligonucleotides of defined sequence, up to 200 base units in length, containing one or more nucleotide units, or having one or more detectable reporter groups attached thereto; Regarding. BACKGROUND OF THE INVENTION Nick translation method (P. Rigby et al., J.
Mol. Biol. 113:237-251, 1977) or gap-filling reactions (G. Bourguignon et al., J. Virol. 20: 290).
Methods for the enzymatic production of labeled double-stranded deoxypolynucleotides have been established using prior art techniques involving the insertion of radioactive isotopes into double-stranded DNA by the authors (B.-306, 1976). in particular,
A cut is made with DNase, and DNA polymerase is used to translate along the DNA strand. In this nitrogen translation process, the
DNA polymerase (Pol I) produces double strands in the presence of added deoxynucleoside triphosphates.
Nucleotides are condensed toward the 3' hydroxyl end of the single-stranded DNA break region. At the same time, the enzyme removes nucleotides from the 5' end of the break. If one or more of the triphosphates added are labeled, for example with 32P phosphate, Pol
This label is introduced into the new strand by I. According to the gap-filling method, the concave end after cutting with a restriction enzyme is inserted into the Klenow fragment from Pol I or the Klenow fragment from Pol I.
It can be filled in using T4 DNA polymerase. Both the nick translation and gap filling methods are used to
DNA is obtained. The length of this product is DNase
It depends on how much I is added to the reaction. Typically, 30% of the label is introduced and the chain length is 400-800 nucleotide units. The length of the product is
There is unpredictable heterogeneity within the 400-800 unit range. To conserve the enzyme as well as the labeled nucleotides, typically only 1 microgram of DNA is labeled in each reaction vessel. Double-stranded polynucleotides having a pyrimidine base modified with a carbon chain at the C-5 position have been enzymatically produced in a similar manner. This is based on J. Sagi et al. (Biochem. Biosphys. Acta. 606: 196-201, 1980
enzymatic extension of homopolymer primer templates as reported by P. Langer et al. (Proc. Nat. Acad. Sci. USA 78:6633-6637,
This was done by nick translation/gap filling with DNA polymerase using 2'-deoxyuridine 5'-triphosphate covalently linked to biotin as reported by (1981). This biotin can serve as a recognition site for avidin. Enzymatic methods described by Rigby et al., Bourguignon et al., and Langer et al. yield products with similar physical properties. The polynucleotide produced by this enzymatic method has a length of
400-800 units, requires double-stranded polynucleotides as starting material, produces double-stranded polynucleotides in all cases, and cannot label preselected sites. Furthermore, all enzymatic methods modify both strands of the polynucleotide and the resulting strands cannot be separated from each other. According to this method, the enzyme replaces all units with modified units or, if a mixture of modified and natural nucleoside triphosphates is added,
Insert modified units randomly. Furthermore, the enzymatic method of Langer et al. cannot produce polynucleotides into which fluorescent, luminescent, or antigenic reporter groups have been inserted. Using none of these techniques is it possible to produce oligonucleotides of defined length, defined sequence or single-stranded character with or without reporter groups. Furthermore, this prior art method also does not allow insertion of a modified base with a reporter group attached at a predetermined position in a polynucleotide. Double-stranded polynucleotides incorporating a modified adenine base at the C-8 position have also been produced by enzymatic methods. This is based on C. Vincent et al. (Nucl. Acids
Res. 10:6787-6796, 1982) by inserting 8-aminohexylamino-ATP (ribonucleotide) into the DNA fragment. However, this method is limited in scope and can only label the 3'-end with the triphosphate of the adenine ribonucleotide. Modified pyrimidine nucleosides cannot be inserted. Furthermore, like other enzymatic methods, 2
Both strands of a full-stranded polynucleotide are labeled, making it impossible to produce short (<100 units) oligonucleotides of defined sequence. The prior art enzymatic method described above requires chemical synthesis of the substituted nucleotide 5'-triphosphate, followed by enzymatic recognition and conversion of this non-natural substrate into nicked double-stranded DNA. Insertion is required. Such methods cannot produce polynucleotides of a preselected length or sequence, and the polymerases and
DNase is expensive. Furthermore, these methods are time-consuming, inefficient, require high enzymatic activity, and are limited to double-stranded DNA. Since only small amounts, ie a few micrograms, of unobtrusive polynucleotides, usually restriction fragments, are produced, they must be separated from their natural sources by complicated methods. Furthermore, the inability of DNA polymerases to recognize or insert potentially useful reporter groups such as fluorescent or dinitrophenyl severely limits the range of modifications that can be achieved in this polynucleotide product. For limited biological applications, a method for attaching a single fluorescent molecule to the 3' end of a long polyribonucleotide molecule (RNA) has been disclosed by JGJ Bauman et al. (J. Histochem.
Cytochem.29:238, 1981). This method also uses very small amounts (microgram quantities) of RNA, which is cumbersomely isolated from natural sources using enzymatic methods, and requires 2' and 3' hydroxyl groups. Therefore, it cannot be applied to DNA. Additionally, the chemically much greater instability of RNA compared to DNA limits the range of applications for polyribonucleotides produced by this method. A non-enzymatic method for the synthesis of defined sequences of oligonucleotides with natural nucleobases is available from SANarang.
(Meth.Enzymol 65:610, 1980), R.
Letsinger (J.Org.Chem・45:2715, 1980),
M. Matteucci et al. (J. Amer. Chem. Soc. 103:3185,
(1982) and G. Alvarado-Urbina et al. (Science 214:270, 1981),
or summarized. Such synthetic methods typically effect chain elongation by coupling activated nucleotide monomers with free hydroxyl-containing terminal units of the growing nucleotide chain. This coupling is accomplished via a phosphorus-containing group, similar to the phosphate triester method or one of the phosphite triester methods summarized by Narang et al. Of the latter, the methods of Letsinger et al. and Alvarado-Urbina et al. use phosphochloridite chemistry;
The method of Matt-eucci et al. uses phosphoramidite chemistry. In the chemical synthesis of oligonucleotides described above, only unmodified, i.e., natural, nucleobases are inserted, so the desired product is in short fragments and unmodified, i.e., natural, nucleobases.
Similar to RAN or DNA. It should be noted that the target product of such a synthesis does not insert either a label or a reporter group. Direct modification of homopolymeric polynucleotides has been reported with polyuridylic acid systems (Bigge et al.
et al., J. Carb., Nucleosides, Nucleotides 8:259,
(1981). However, the reported methods are limited in scope and cannot produce useful products. The treatment method causes significant polynucleotide cleavage and destruction, resulting in a product contaminated with metal ions that cannot be removed, and the method can only modify cytosine residues of DNA polynucleotides. . Furthermore, this method cannot produce oligonucleotides of specific length and defined sequence, cannot modify thymine or purine bases, and cannot modify preselected sites. As is clear from the above description, conventional polynucleotides with fixed sequences have the disadvantages mentioned above.
It has been produced only by enzymatic methods, which have drawbacks, particularly regarding time, cost, product length, sequence, and yield. Furthermore, such methods can only produce double-stranded products. Double-stranded polynucleotides can be denatured in solution with alkali or heat, allowing the strands to spontaneously separate for a short period of time. However, the individual single strands cannot be physically separated from each other, and once the denaturing conditions are removed, they rapidly revert to their natural double-stranded form. The conditions for hybridization are also the conditions for spontaneous reversion, so when a denatured polynucleotide is placed under hybridization conditions, it returns to its original double-stranded configuration. . Hybridization of either strand with the target polynucleotide is therefore limited by competition with the other strand. Modifications of nucleosides can include, for example, antiviral C
-Synthesis of 5-substituted pyrimidine nucleosides (Bergstrom et al., J.Amer.Chem.Soc.98:1587-
1589, 1976; Ruth et al., J.Org.Chem.43:2870−
2876, 1978; and Bergstrom et al., U.S. Pat.
4247544 and 4267171) or the synthesis of C-8 substituted adenine derivatives (Zappelli et al., U.S. Pat.
4336188 and 4199498). These nucleosides and those reported by Langer et al. and D. Ward (European Patent Application No. 0063879) are not useful in the method of the present invention. Such reported nucleosides have high reactivity at undesired sites, and their use in the synthesis of oligonucleotides by chemical methods may result in undesirable by-products or uncontrolled synthesis. The desired product may not be obtained. Furthermore, the above nucleosides do not have suitable sites in their substituents, cannot be modified by attaching reporter groups, and do not have masked reactive functional groups. None of these nucleosides are useful in the method of the invention. There is no prior art describing the chemical synthesis of oligonucleotides of defined sequence into which some modified bases have been introduced, with or without a reporter group. The rapid emergence of high-quality labeled single-stranded oligonucleotides of a certain sequence that does not contain dangerous and unstable radioactive isotopes is awaited, and meeting this need is the main objective of the present invention. It is. This objective has been achieved by chemical, ie non-enzymatic, methods which give predictable, superior product yields. More specifically, the method of the present invention includes:
The chemical incorporation of nucleotides modified with a wide variety of selected detectable reporter groups into oligonucleotides of defined sequence has been achieved, and such oligonucleotides have e.g. Useful for identifying, locating, separating and/or quantifying complementary sequences. Another object of the invention is to provide novel nucleotides useful for the chemical synthesis of labeled, single-stranded oligonucleotides of defined sequence. The method of the present invention is a novel chemical synthesis method for labeled oligonucleotides of a defined sequence,
It is superior to prior art enzymatic methods in various aspects.
More specifically, double-stranded,
Unlike the heterogeneous and unpredictable production of 400 to 10,000 base units, the method of the present invention preferably produces 200
It allows the synthesis of subbase unit, homogeneous, predictably defined length, labeled, single stranded oligonucleotides of defined sequence. The product yields produced by the process of the invention are on the order of hundreds to tens of thousands of micrograms, as opposed to the 2-3 microgram yields obtained by prior art enzymatic methods. Furthermore, the oligonucleotide obtained by the method of the present invention is single-stranded, unlike the double-stranded oligonucleotide obtained by the enzymatic method. The single-stranded form of the oligonucleotide product avoids competition from complementary strands associated with rehybridization of double-stranded polynucleotides. DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides single-stranded oligonucleotides of defined sequence less than about 200 base units in length that can function as one or more detectable reporter groups or alternatively ,1
Substituents capable of binding the species or more detectable reporter groups are attached to a sterically tolerable position of the base (e.g. C-5 of a pyrimidine, C-8 of a purine). Single-stranded oligonucleotides containing at least one nucleotide unit are provided. More specifically, the present invention provides the formula [wherein R' is hydrogen or hydroxy, B is a pyrimidine or purine base, and R is already bound to at least one reporter group or solid support that functions as a colored, fluorescent, luminescent or radioactive group or a ligand recognition group. or a linker arm capable of joining them] substantially pure consisting essentially of a preselected sequence of not more than 200 nucleotides having at least one nucleotide residue in a preselected position. It concerns single-stranded oligonucleotides. The present invention also provides a method for chemically, i.e., non-enzymatically, synthesizing single-stranded oligonucleotides of defined sequence, the method comprising:
It consists of coupling an activated nucleotide monomer with a free hydroxyl terminal unit of a growing nucleotide chain, wherein at least one of the monomer and the terminal unit has a sterically tolerable base. A certain site is modified by attachment of a substituent that can function as one or more detectable reporter groups or bind to one or more detectable reporter groups. It is characterized by: The oligonucleotide produced by the method of the present invention contains one or more pyrimidine-based or purine-based units, and the unit may be a ribonucleotide or a deoxyribonucleotide. The reporter group may also be preselected prior to its synthesis, as well as the specific nucleotide unit to which it will bind. MOST PREFERRED EMBODIMENTS FOR CARRYING OUT THE INVENTION A preferred chemical method for synthesizing the defined sequence single-stranded oligonucleotides of the present invention is
The activated nucleotide monomer and at least one of the free hydroxyl terminal units of the growing nucleotide chain are detectable at one or more sterically tolerant sites of the base. can function as a reporter group,
Alternatively, it consists of coupling the terminal unit with the nucleotide monomer characterized in that it has been modified by attachment of a substituent capable of binding to one or more detectable reporter groups. It can be said that the substituent in the present invention that can bind to a reporter group generally exhibits nucleophilic properties. Examples of such substituents include those containing primary amines, aromatic amines, carboxylic acids, hydroxyl groups, and the like. The nucleotide monomers and bases of the terminal units are selected so as to obtain the desired predetermined sequence of nucleotide units in the desired product oligonucleotide. Such bases may take the form of the purines adenine (A), guanine (G), or hypoxanthine (H), or the pyrimidines uracil (U), cytosine (C), or thymine (T). ) can take the form. Such bases may also take the form of other bases that can be isolated from nature. A sterically tolerated site on a nucleotide unit is a position on the nucleobase of that unit that
The unit is modified by bonding a substituent at that position, and in this case, hybridization between the product oligonucleotide and the complementary nucleic acid component is not significantly hindered. , and can be defined as a position where the substituent is not sterically hindered from functioning as one or more reporter groups or from binding to one or more reporter groups. The sterically tolerated sites are the C-8 position of purines and the C-5 position of pyrimidines. Since the oligonucleotides of the present invention are particularly useful as probes for hybridization,
Modifications to attach substituents and/or reporter groups must not be made at sites on the pyrimidine or purine bases required for specific hybridization. Sites that should not be modified include adenine bases N 1 and N 6 , guanine bases N 1 , N 2 and O 6 , and cytosine bases N 3 and
Includes N4 etc. Generally, a heteroatom (N
or O) should be avoided. Reporter groups may be aromatic and/or polycyclic groups having physical or chemical properties that are readily measurable or detectable by suitable physical or chemical detection systems or methods. can be defined as a chemical group. Reporter groups useful in oligonucleotides in the present invention can be easily detected. Easy detectability is provided by properties such as color change, luminescence, fluorescence or radioactivity. Alternatively, detectability is also provided by the ability of the reporter group to function as a ligand recognition site. Such groups are functionally referred to as colored, luminescent, fluorescent, radioactive or ligand recognition groups. Among such groups are those which are suitable for detection by conventional detection techniques, such as colorimetric, spectrophotometric, fluorescent or radioactive detection, or which do not require such conventional detection. These include those that may be involved in the formation of specific ligand-ligand complexes containing groups that can be detected by the method. As used herein, the reporter group is
Defined as a substituent that has physical, chemical, or other properties that can be readily measured or detected using appropriate measurement or detection methods. A reporter group as defined herein includes a reaction product or complex that ultimately has a physical, chemical or other property that can be easily measured or detected using an appropriate assay or detection method. Substituents capable of initiating or further interactions are also included. Examples of measurable or detectable properties possessed or caused by such groups, reaction products or complexes are color change, luminescence, fluorescence or radioactivity. Such properties can be measured or detected using conventional colorimeter, spectrophotometer, fluorometer or radioactivity sensitive meter. Interactions that can be initiated by reporter groups as defined herein include producing groups or complexes that can be easily detected, e.g. by colorimetric, spectrophotometric, fluorescent or radioactive detection methods. Appropriately specific and selective ligand-ligand interactions are involved. Such interactions may take the form of protein-ligand, enzyme-substrate, antigen-antibody, carbohydrate-lectin, protein-cofactor, protein-agonist, nucleic acid-nucleic acid or nucleic acid-ligand interactions, etc. . Examples of this ligand-ligand interaction include dinitrophenyl-dinitrophenyl antibody, biotin-avidin, oligonucleotide-complementary oligonucleotide, DNA-DNA, RNA-DNA, and
Examples include NADH-dehydrogenase.
Other useful interactions will occur to those skilled in the art. In the method of the present invention, the selected reporter group(s) may be attached to the nucleotide monomer before coupling to the terminal unit of the nucleotide chain, but it may also be attached after the oligonucleotide product is completed. can. The sequence of nucleotide units in the oligonucleotide product is preselected to yield an oligonucleotide with the correct specificity for its ultimate use. The oligonucleotides of the invention are useful in carrying out other projects involving recombinant DNA and nucleic acid rehybridization techniques. Such uses include identifying, positioning, separating and/or quantifying complementary sequences of interest in cell or cell-free systems. More specifically, such applications include all basic biological manipulations or diagnostic applications that involve hybridization of nucleic acid components or by modification of sterically tolerable sites. Purification (with or without subsequent detection) of complementary sequences by affinity chromatography is included when the oligonucleotide product is bound to a solid support. The nucleotide units in the oligonucleotide product are purine or pyrimidine based and may include units with natural bases mixed with units with modified bases.
Such units are ribonucleotides or deoxyribonucleotides. Preferably, the coupling step couples the monomer unit activated at the 3' position with the free 5' hydroxy of the terminal unit of the growing nucleotide chain. Alternatively, a monomer unit activated at the 5' position can be coupled with the free 3' hydroxy of the terminal unit of the nucleotide chain. This terminal unit is either the first or only unit of a growing nucleotide chain when the nucleotide monomers are coupled together, or one of the terminals of a group of nucleotide units. The method of the present invention produces oligonucleotides with a defined sequence represented by the following general formula. In the formula, n is 1 to about 199, preferably about 5 to about 60,
Most preferably from about 10 to about 40, R' is hydrogen or hydroxy and B is a naturally occurring purine or pyrimidine base such as adenine, guanine, cytosine, uracil, thymine or any other naturally occurring base; Each nucleotide unit with a base present is intermixed with one or more nucleotide units each with a modified base (B m ). Modified pyrimidine bases (Py m ) are those substituted at the C-5 position, typical examples of which are the uracil and cytosine bases of the following general formula: Modified purine bases ( Pum ) are substituted at the C-8 position, representative examples of which are modified adenine and guanine bases of the following general formula: The substituent R has the characteristic that it can function as one or more reporter groups or can bind to one or more reporter groups. In modified pyrimidine bases, the substituent R contains two or more carbon atoms, whereas in modified purine bases, R
contains one or more carbon atoms. In this regard, R preferably takes the form of one of the following functionalized carbon chains: R=-CH= CR1R2 , -CH2CHR1R2 , -
CHR1R2 ,

【式】または[expression] or

【式】 上記式中、R1は水素またはアルキル、R2はア
ルキル、アルケニル、アリールまたは官能化され
たアルキル、アルケニル、アリール(ここで官能
基には1またはそれ以上のアミン、アミド、ニト
リル、カルボン酸、カルボン酸エステル、ヒドロ
キシ、ジニトロフエニル、アミノベンゼンスルホ
ネートなどが含まれる)、Zは窒素、酸素または
硫黄の如き多価ヘテロ原子である。更に、R2
固形担体あるいは、例えば着色、螢光、発光、放
射活性またはリガンド認識基として機能する1ま
たはそれ以上のリポーターグループに結合してい
てよい。機能的な螢光基には、フルオレセイン、
ローダミンなど、およびそれらの付加物が挙げら
れる。機能的な発光基には、ルミノール、アクリ
ジン、ルシフエリン、ジオキセタン、ジオキサミ
ドなど、およびそれらの付加物が挙げられる。リ
ガント認識基には、蛋白質とのリガンド様相互作
用によつて認識し得る、あるいはその様なリガン
ド様相互作用を誘導し得るビタミン(例えばビオ
チン、イミノビオチンまたはデスチオビオチン)、
抗原、例えばジニトロフエノール、炭水化物およ
びその他の官能基またはその様な基の付加物が含
まれる。核酸と相互作用し得るもう1つのオリゴ
ヌクレオチドは、リガン様相互作用を誘導し得る
基の例である。リガンド認識基はまた、認識によ
つて着色が生じる場合は、機能的な着色リポータ
ーグループとしても役立つ。例えば、ジニトロフ
エニルをリポーターグループとして使用した場
合、検出系として、色変化を生じるパーオキシダ
ーゼと結合した抗ジニトロフエニル抗体を用いた
既知の検出系を使用することができる。機能的な
放射活性基は、選ばれたリポーターグループ中に
放射活性要素を含んでいる。 本明細書に於いて、プリンまたはピリミジン塩
基という表現を使用する場合は、その様な塩基の
類似体をも含んでいるものとする。この様な類似
体には、デアザアデノシン(ツベルシジン、ホル
ミシンなど)の様なプリン塩基類似体、デアザウ
ラシル、デアザシトシン、アザウラシル、アザシ
トシンなどの様なピリミジン塩基の類似体が挙げ
られる。 式のオリゴヌクレオチドは、以下の式で示さ
れるモノマーヌクレオチド類似体単位から、化学
合成により製造するのが最もよい: ここでR6=メチル、クロロフエニル;X=ク
ロロ、ジアルキルアミノ、モルホリノ 上記式中、R3はトリチル(トリフエニルメチ
ル)、ジメトキシトリチル、または5′−ヒドロキ
シの為のその他の適当なマスキング基であり、B
およびR′は、適切ならばマスクされており、
はオリゴヌクレオチド生成物の合成に於ける鎖伸
長に際し、ヌクレオチド間結合形成に適した燐含
有基である。ヌクレオチド間結合形成に適した燐
含有基の好ましいものはアルキルホスホモノク
ロリダイトまたはアルキルホスホモノアミダイト
である。あるいは、ホスフエートトリエステルを
この目的に使用してもよい。このモノマー単体は
また、3′−ヒドロキシに結合したR3および5′−ヒ
ドロキシに結合したを持ついてもよい。 一般に、「マスキング基」または「ブロツキン
グ基」という用語は、完全な官能基の化学反応性
を変化させ、望ましくない反応を起さない様に、
その官能基に第2の部分を結合させて、その官能
基を化学的に修飾することまたは「ブロツク」す
ることの機能的な表現である。この様な修飾は可
逆的であり、適当な処理によつてもとの官能基に
変換することができる。多くの場合、この様なマ
スキングは、形の上では構造的な機能性の相互変
換である。例えば第1級アミンはアセチル化によ
つてマスクされて置換アミドとなり、これはその
後適当な加水分解によつて第1級アミンにもどす
ことができる。 式の化合物には、その許容し得る共役酸塩も
含まれる。この様な塩の製造に使用し得る共役酸
は非反応性のカチオンを含むものであり、例えば
窒素含有塩基、例えばアンモニウム塩、モノー、
ジー、トリーまたはテトラー置換アミン塩など、
あるいは適当な金属塩、例えばナトリウム、カリ
ウムなどの塩である。 以下に本発明の製造工程を概説し、図式的に例
示する。その後、本発明をより具体的に例示し、
詳細な説明を挙げる。本発明はピリミジンを塩基
とするヌクレオチド単位およびプリンを塩基とす
るヌクレオチド単位の両者を含んでいるオリゴヌ
クレオチドに関するものであるので、合成過程で
ピリミジンおよびプリンを塩基とする両化合物を
使用するものを例示する。例示した個々のピリミ
ジンおよびプリンを塩基とする化合物は、それぞ
れピリミジンおよびプリン群の一例に過ぎず、そ
れらは、適当であるかまたは所望の場合、その製
造工程およびオリゴヌクレオチド生成物におい
て、それぞれの群の他のもので置き換え得るもの
と理解されるべきである。大部分に於いて、デオ
キシリボヌクレオチドを示したが、本発明はリボ
ヌクレオチドをも意図するものであると理解され
るべきであり、オリゴヌクレオチド生成物中に於
いてリボヌクレオチド化合物が必要である場合
は、デオキシリボヌクレオチド化合物をリボヌク
レオチド化合物で置き換えることができる。 本発明のより重要な点は、新規なオリゴヌクレ
オチドの合成法に於ける中間体として必須である
新しいヌクレオチド群を提供することである。こ
の様なヌクレオチドは全て、官能化された炭素鎖
と1またはそれ以上のアミドからなる置換基によ
つて修飾された塩基を持つており、このアミドの
窒素は、この塩基の立体的に耐容し得る部位に、
炭素鎖を介して結合している。ピリミジンを基礎
とするヌクレオシドの場合は、炭素鎖はC−5位
に結合しており、プリンを基礎とするヌクレオシ
ドの場合は、炭素鎖は多価ヘテロ原子、例えば窒
素、酸素または硫黄を介してC−8位で結合して
いる。更に、この様なヌクレオシドは、オリゴヌ
クレオチドの化学合成に適した、例えばジメトキ
シトリチルの様な基で、5′位(または3′位)が化
学的にブロツクされている。 この新規なヌクレオシド群に於いて、置換基は −CH2CHR1CoH2oY、−CH=CR1CoH2oY、
[Formula] In the above formula, R 1 is hydrogen or alkyl, R 2 is alkyl, alkenyl, aryl or a functionalized alkyl, alkenyl, aryl (where the functional group includes one or more amines, amides, nitriles, carboxylic acids, carboxylic esters, hydroxy, dinitrophenyl, aminobenzenesulfonates, etc.), Z is a polyvalent heteroatom such as nitrogen, oxygen or sulfur. Furthermore, R 2 may be bound to a solid support or to one or more reporter groups that function as, for example, colored, fluorescent, luminescent, radioactive or ligand recognition groups. Functional fluorescent groups include fluorescein,
rhodamine, etc., and adducts thereof. Functional luminescent groups include luminol, acridine, luciferin, dioxetane, dioxamide, etc., and adducts thereof. Ligand recognition groups include vitamins (e.g. biotin, iminobiotin or desthiobiotin) that can be recognized by or can induce ligand-like interactions with proteins;
Antigens such as dinitrophenol, carbohydrates and other functional groups or adducts of such groups are included. Another oligonucleotide that can interact with nucleic acids is an example of a group that can induce ligand-like interactions. Ligand recognition groups also serve as functional colored reporter groups when recognition results in coloration. For example, when dinitrophenyl is used as a reporter group, a known detection system using an anti-dinitrophenyl antibody coupled to peroxidase that causes a color change can be used as the detection system. A functional radioactive group includes a radioactive element in a selected reporter group. In this specification, when the expression purine or pyrimidine base is used, analogs of such bases are also included. Such analogs include purine base analogs such as deazaadenosine (tubercidin, formicin, etc.), pyrimidine base analogs such as deazauracil, deazacytosine, azauracil, azacytosine, etc. Oligonucleotides of the formula are best prepared by chemical synthesis from monomeric nucleotide analog units of the formula: where R 6 = methyl, chlorophenyl; , B
and R′ are masked if appropriate;
is a phosphorus-containing group suitable for internucleotide bond formation during chain elongation in the synthesis of oligonucleotide products. Preferred phosphorus-containing groups suitable for internucleotide bond formation are alkylphosphomonochloridites or alkylphosphomonoamidites. Alternatively, phosphate triesters may be used for this purpose. The monomer may also have R 3 attached to the 3'-hydroxy and R 3 attached to the 5'-hydroxy. In general, the term "masking group" or "blocking group" refers to a group that changes the chemical reactivity of an intact functional group and prevents undesired reactions from occurring.
It is a functional expression of chemically modifying or "blocking" a functional group by attaching a second moiety to that functional group. Such modification is reversible and can be converted to the original functional group by appropriate treatment. In many cases, such masking is an interconversion of structure to functionality in form. For example, a primary amine can be masked by acetylation to a substituted amide, which can then be converted back to the primary amine by appropriate hydrolysis. The compounds of formula also include their acceptable conjugate salts. Conjugate acids that can be used to prepare such salts are those containing non-reactive cations, such as nitrogen-containing bases such as ammonium salts, mono-,
such as g-, tri- or tetra-substituted amine salts,
Alternatively, it is a suitable metal salt, such as a sodium or potassium salt. The manufacturing process of the present invention will be outlined below and illustrated schematically. After that, the present invention is illustrated more specifically,
Give a detailed explanation. Since the present invention relates to an oligonucleotide containing both a pyrimidine-based nucleotide unit and a purine-based nucleotide unit, examples are given of oligonucleotides that use both pyrimidine- and purine-based compounds in the synthesis process. do. The individual pyrimidine and purine-based compounds exemplified are only examples of the pyrimidine and purine groups, respectively, and they may be incorporated into the respective groups in their manufacturing processes and oligonucleotide products, if appropriate or desired. It should be understood that others may be substituted. Although for the most part deoxyribonucleotides are shown, it should be understood that the invention also contemplates ribonucleotides, and if ribonucleotide compounds are required in the oligonucleotide product. , deoxyribonucleotide compounds can be replaced by ribonucleotide compounds. A more important point of the present invention is to provide a new group of nucleotides that are essential as intermediates in a new method of synthesizing oligonucleotides. All such nucleotides have a base modified by a functionalized carbon chain and one or more amide substituents, the amide nitrogen being a sterically tolerable base. In the part where you get it,
Bonded through carbon chains. In the case of pyrimidine-based nucleosides, the carbon chain is attached at the C-5 position; in the case of purine-based nucleosides, the carbon chain is linked via a polyvalent heteroatom, e.g. nitrogen, oxygen or sulfur. It is bonded at the C-8 position. Additionally, such nucleosides are chemically blocked at the 5' (or 3') position with a group such as dimethoxytrityl, which is suitable for chemical synthesis of oligonucleotides. In this new group of nucleosides, the substituents are -CH 2 CHR 1 C o H 2o Y, -CH=CR 1 C o H 2o Y,

【式】または[expression] or

【式】から選ばれる。ここに 於いてR1は水素またはC1-6低級アルキル、Yは
1またはそれ以上のアミド、置換アミド、置換ア
ミノまたは置換アミノアルキルフエニル基であ
る。より詳しくは、Yは1またはそれ以上の
Selected from [formula]. Here, R 1 is hydrogen or C 1-6 lower alkyl, and Y is one or more amide, substituted amide, substituted amino or substituted aminoalkylphenyl group. More specifically, Y is one or more

【式】(Xは水素、弗素または塩素)を 含んでいてもよい。これらのヌクレオチドおよび
そのマスクされたものの合成は、実施例,,
,,,,,XIIおよびに記載してあ
る。好ましいヌクレオシドは、ピリミジンヌクレ
オシドのC−5に置換基
[Formula] (X is hydrogen, fluorine or chlorine) may be included. Synthesis of these nucleotides and their masked versions is described in Examples,
, , , , , XII and. Preferred nucleosides include a substituent at C-5 of the pyrimidine nucleoside.

【式】(n=3〜12、Y は[Formula] (n=3-12, Y teeth

【式】)を持つている。最も好ましい のは、ピリミジン塩基がウラシルであるヌクレオ
シドである。 本発明方法は、選択したヌクレオシドの製造か
ら開始することができる。一般に、最も好ましい
ヌクレオシドは以下の如くして製造するのが最も
よい。Bergs−tromおよびRuthの方法〔J.Amer.
Chem.Soc.96:1587(1976)〕により、2′−デオキ
シウリジンから5−(メチル3−アクリリル)−
2′−デオキシウリジンを製造する。次いでこのヌ
クレオシドをピリジン中、1.05当量のジメトキシ
トリチルクロリドで処理して5′ヒドロキシをジメ
トキシトリチル(DMT)で保護する。2%のト
リエチルアミンを含有するクロロホルム中の0〜
10%メタノールのグラジエントで溶出するシリカ
クロマトグラフイーにより、得られた生成物を精
製する。精製した5′−DMT−5−(メチル3−ア
クリリル)−2′−デオキシウリジンを、周囲温度
にて、1N KOHで24時間処理し、メチルエステ
ルを加水分解する。得られた5′−DMT−5−(3
−アクリリル)−2′−デオキシウリジンを、ピリ
ジン中の過剰のジシクロヘキシルカルボジイミド
およびヒドロキシベンズトリアゾールで処理す
る。4時間後、2〜5倍過剰量の1,7−ジアミ
ノヘプタンを加え、反応物を一夜攪拌する。12〜
20時間後、10〜20倍過剰量の無水トリフルオロ酢
酸を加え、反応物を室温で4時間攪拌する。2%
のトリエチルアミンを含有するクロロホルム中の
0〜10%メタノールのグラジエンで溶出するシリ
カクロマトグラフイー、次いで1%のトリエチル
アミンを含むメタノールを溶出するセフアデツク
スLH−20を用いた排斥クロマトグラフイーによ
り、生成物を精製する。適切なフラクシヨンを集
めると、5′DMT−5−〔N−(7−トリフルオロ
アセチルアミノヘプチル)−1−アクリルアミド〕
−2′−デオキシウリジンが得られる。この生成物
は、実施例およびに記載したホスホクロ
リダイト法によるオリゴヌクレオチド合成に適切
である。別法として、この化合物は実施例およ
びに記載した方法を組み合せて製造することも
できる。この方法に於けるジアミノヘプタンを他
のジアミノアルカン(例えばジアミノプロパン、
ジアミノヘキサン、ジアミノドデカン)で置き換
えると、nが3,6または12であり、Rが
[Formula]). Most preferred are nucleosides where the pyrimidine base is uracil. The method of the invention can begin with the production of a selected nucleoside. Generally, the most preferred nucleosides are best prepared as follows. Bergs-trom and Ruth's method [J. Amer.
Chem.Soc.96:1587 (1976)], 5-(methyl-3-acrylyl)-
Produce 2'-deoxyuridine. The nucleoside is then treated with 1.05 equivalents of dimethoxytrityl chloride in pyridine to protect the 5' hydroxy with dimethoxytrityl (DMT). 0 in chloroform containing 2% triethylamine
The product obtained is purified by chromatography on silica, eluting with a gradient of 10% methanol. Purified 5'-DMT-5-(methyl 3-acrylyl)-2'-deoxyuridine is treated with 1N KOH at ambient temperature for 24 hours to hydrolyze the methyl ester. The obtained 5′-DMT-5-(3
-acrylyl)-2'-deoxyuridine is treated with excess dicyclohexylcarbodiimide and hydroxybenztriazole in pyridine. After 4 hours, a 2-5 fold excess of 1,7-diaminoheptane is added and the reaction is stirred overnight. 12~
After 20 hours, a 10-20 fold excess of trifluoroacetic anhydride is added and the reaction is stirred at room temperature for 4 hours. 2%
The product was purified by chromatography on silica eluting with a gradient of 0-10% methanol in chloroform containing 1% triethylamine, followed by exclusion chromatography using a Sephadex LH-20 eluting with methanol containing 1% triethylamine. refine. Collecting the appropriate fractions yields 5′DMT-5-[N-(7-trifluoroacetylaminoheptyl)-1-acrylamide].
-2'-deoxyuridine is obtained. This product is suitable for oligonucleotide synthesis by the phosphochloridite method as described in Examples and . Alternatively, this compound can be prepared by combining the methods described in the Examples and Sections. Diaminoheptane in this method can be used with other diaminoalkanes (e.g. diaminopropane, diaminopropane,
diaminohexane, diaminododecane), n is 3, 6 or 12, and R is

【式】である長 さの置換基を持つた他の化合物が得られる。この
様な2つのヌクレオシド、1つはピリミジン(ウ
ラシル)を塩基とし、他方はプリン(アデニン)
を塩基とするものを、この方法を例示する後記の
図式の最初に示した。次いで、反応1に示す様
に、例えばアデニンを基礎とするヌクレオシドの
6位のアミンにベンゾイル基(Bz)を結合させ
ることによつて、ヌクレオシドの塩基上の反応部
位にをマスクする。この様なマスキングについて
は、「Synthetic Procedures in Nucleic Acid
Chemistry」、第1巻、W.ZorbachおよびR.
Tipson 編、Wiley−Int−erscience,N.Y.,
1968に一般的に記載されている。反応1に示す様
に、例えば、トリフルオロアセチル基(Ac)を
結合させることによつて置換基上の非保護アミン
をマスクする。 次いで、ヌクレオシドの選択した3′または5′ヒ
ドロキシを、ジメトキシトリチル(DMT)基を
結合させることによつてマスクする。後に示す反
応2に於いては、5′−ヒドロキシをマスクし、
3′ヒドロキシを遊離、即ち反応し得る様にしてお
く。あるいはまた、3′ヒドロキシをマスクし、
5′ヒドロキシを遊離にしておいてもよい。 次いでこのヌクレオシドを、好ましくはその
3′ヒドロキシに、活性化部分を含んでいる燐含有
基を結合させることによつて、活性化されたヌク
レオチドモノマーに変換する。この修飾されたヌ
クレオシドを適当にブロツクする場合は、
Letsingerら、Matteucciらによつて記載された
方法、またはNarangによつてまとめられた方法
の改良法をオリゴヌクレオチド合成に使用するこ
とができる。Letsingerらによつて記載されてい
る様なホスホクロリダイト化学を用いる方法は実
施例−に詳しく述べてある。ホスホアミ
ダイト化学を使用するには、Dorperらの改良法
〔Nucleic Acids Res.11:2575(1983)〕と同様、
Matteucciらの方法の修正法を使用し、保護され
た、修飾されたヌクレオシドをメチルクロロ
(N,N−ジイソプロピル)ホスホアミデートま
たはメチルクロロ−ホスホモルホリデートでホス
フイチル化する。あるいは、保護され、修飾され
たヌクレオシドを室温でトリメチルホスフエート
中、1.2当量のクロロフエニルジクロロホスフエ
ートでホスホリル化し、次いで水に入れて、修飾
されたヌクレオシドの3′−クロロフエニルホスフ
エート付加物を得ることができる。この様な付加
物は、Narangらによつて例示的にまとめられて
いる様に、ホスホトリエステル・アプローチの修
飾に有用である。反応3の図式は、塩素が活性化
部分として機能するホスホモノクロリダイト基を
ヌクレオシドの3′ヒドロキシに結合させることに
よる、式の活性化モノマーヌクレオチド単位の
合成を示している。 選択された活性化ヌクレオシドモノマー、即ち
ウラシルを塩基とするモノマーまたはアデニンを
塩基とするモノマーの、伸長しつつあるヌクレオ
チド鎖の端末単位へのカツプリング即ち縮合は、
図式の反応4に示してある。ヌクレオチド鎖は、
その右側末端に、天然に存在する基およびその
3′ヒドロキシに結合したマスキング基R4または固
形の担体を持つたヌクレオシド単位を含む様に描
いてある。例示した鎖はまた、天然に存在する塩
基を持つた1またはそれ以上(n′)のヌクレオチ
ド単位を含んでおり、この単位はヌクレオシド単
位の5′ヒドロキシに結合しており、ヌクレオチド
単位の末端のものは5′位に遊離のヒドロキシを持
つている。このカツプリング反応に於いて、モノ
マーの塩素が端末単位の遊離ヒドロキシの水と反
応して除去され、かして、図示した様に端末単位
の酸素がモノマーの燐にカツプリングし、このモ
ノマーがヌクレオチド鎖の新しい端末単位とな
る。 次いでDMT5′ブロツキング基を除去し、さら
に活性化ヌクレオチドモノマー単位を次々とカツ
プリングさせてヌクレオチド鎖を伸長させ得る様
にする。鎖に付加するヌクレオチド単位は予め選
択することができ、天然に存在する塩基または修
飾された塩基のいずれかである。天然に存在する
塩基を持つた1またはそれ以上(n″)のヌクレオ
チド単位を付加することによる更なる鎖の伸長を
図止の反応4aに示す。 選択された長さ及び配列のオリゴヌクレオチド
を合成したら、その端末単位からDMT基を除去
し、マスクした反応性基を脱マスクする。反応性
基が脱マスクされた修飾されたウラシルおよびア
デニン塩基の例を反応5に図式的に示す。鎖の最
初のヌクレオチド単位が固形担体R4に結合して
いる場合は、その固形担体から鎖をり離す。脱マ
スクの適切な順序は予め選択することができる。 修飾された塩基の置換基が、オリゴヌクレオチ
ド生成物の意図する用途に於いてリポーターグル
ープとして機能し得ない場合は、反応6に例示し
た様に、適当なリポーターグループR5をその様
な置換基に結合させることができる。反応6は、
塩基のそれぞれの置換基に結合したリポーターグ
ループを持つたそれぞれの塩基を示している。 上記式中、例えば、オリゴヌクレオチド生成物
中のBmは以下の通りである: オリゴヌクレオチド生成物に、各種の有用なリ
ポーターグループ(R5)を結合することができ
る。例えば: リポーターグループを持つたオリゴヌクレオチ
ド生成物(R5=ビオチンまたはフルオレセイ
ン) 本発明の工程を一般的に説明し、図式化して示
したが、その説明した各反応について、以下によ
り詳細に説明する。 反応1について、シトシンのN4、アデニンの
N6、グアニンのN2、および修飾された塩基のア
ルキルまたはアリールアミンの様な化学的に反応
性のあるアミンの、適当なマスキング基によるマ
スキングは、アルコール類、ピリジン類、ルチジ
ン類、クロロホルムの様な適当な溶媒中、ヌクレ
オシドを過剰量の適当な酸無水物と、0℃110℃
の範囲の温度、通常20℃〜80℃で、約1〜24時間
反応させることにより好適に実施することができ
る。適当な酸無水物には無水酢酸、無水トリフル
オロ酢酸、無水安息香酸、無水アニス酸などがあ
る。好ましいのは無水酢酸、無水トリフルオロ酢
酸、無水安息香酸および無水イソ酪酸である。 反応2に於ける5′−ヒドロキシのマスキング
は、ヌクレオシドをやや過剰量の適当な酸に不安
定なマスキング剤、例えばトリチルクロライド、
モノメトキシトリチルクロライド、ジメトキシト
リチルクロライド(DMTCl)トリメトキシトリ
チルクロライドなどと反応させることにより好都
合に行なうことができる。好ましいのはジメトキ
シトリチルクロライドである。典型的な反応は、
例えばピリジン類、ルチジン類、トリアルキルア
ミン類などの適当な溶媒中、−20℃〜120℃の範囲
の温度、通常20℃〜100℃の温度で約1〜48時間
反応させることである。好ましい反応では、ピリ
ジン中のDMTCl1.1当量を使用し、室温で約2時
間反応させる。 上記の各反応のそれぞれの生成物は、それを次
の反応の出発物質として使用する前に、分離/お
よびまたは単離するのが一般的に好ましい。分離
および単離は、例えば蒸発、過、結晶化、カラ
ムクロマトグラフイー、薄層クロマトグラフイー
などの適当な精製法によつて行なうことができ
る。典型的な分離および単離法の具体的な例につ
いては、後記の適当な実施例を参照することがで
きる。しかし、勿論その他の同等の分離法を採用
することもできる。また、典型的な反応条件(例
えば温度、モル比、反応時間)が与えられてはい
るが、その様な範囲以上または以下の条件も、通
常好適性には劣るものの、使用し得るということ
も理解されねばならない。 反応3に示したホスフアイト体への活性化は、
ヌクレオシド化合物を、適当な溶媒中、−90℃〜
60℃の温度で、1分〜2時間、適当なホスフイチ
ル化剤で処理することにより、最も好適に行なう
ことができる。好適なホスフイチル化剤には、メ
チルホスホジクロリダイト、o−クロロフエニル
ホスホジクロリダイト、p−クロロフエニルホス
ホジクロリダイト、メチルホスホ(ジアルキルア
ミノ)モノクロリダイトなどが含まれる。適切な
溶媒としては、0〜20%の適当な塩基(通常1〜
5容量%)、例えばルチジン類、コリジン類、ト
リアルキルアミンなどを含有しているピリジン、
ルチジン類、アセトニトリル、テトラヒドロフラ
ン、ジオキサン、クロロホルムなどが挙げられ
る。好ましいホスフイチル化剤はメチルホスホジ
クロリダイト、o−クロロフエニルホスホジクロ
リダイト、およびメチルホスホ(ジ−イソプロピ
ルアミノ)−モノクロリダイトである。好ましい
ホスフイチル化条件は、5%の2,6−ルチジン
を含有しているアセトニトリルまたはピリジン中
の0.9当量のメチルホスホジクロリダイトを用い
て5〜10分間、室温またはそれ以下で行なうこと
である。 伸長しつつあるヌクレオチド鎖に、修飾された
ヌクレオチドモノマー体を化学的に挿入して、一
定のヌクレオチド配列を作成する例は反応4およ
び4aに示してある。典型的な条件は、適当な溶
媒中、−20℃〜50℃、好ましくは周囲温度で、約
1〜60分間行なうことである。好適な溶媒混合物
は、0〜20%の適当な塩基(通常1〜5容量%)、
例えばルチジン類、コリジン類、トリアルキルア
ミン類などを含有しているピリジン、ルチジン
類、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、ジオ
キサン、クロロホルムなどである。伸長しつつあ
る鎖は溶解性であるか、非溶解性であるか、また
は当技術分野で知られている適当な化学的方法に
よつて適当な固形担体に結合されているかであ
る。固形担体に結合しているのが好ましい。更
に、伸長しつつある鎖は、既に1またはそれ以上
の修飾されたヌクレオシド体を含有している場合
もあれば、そうでない場合もある。 反応4で伸長しつつある鎖に活性化モノマーを
縮合させた後、その最初の生成物を適当な試薬で
処理して中間体ホスフアイトトリエステルの酸化
を行ない、要すればオリゴヌクレオチドの未反応
の5′−ヒドロキシをブロツクするためにキヤツピ
ングを行ない、5′−DMT基を除去する。ホスフ
アイトトリエステルの酸化は、適当な溶媒、例え
ばテトラヒドロフラン/水/ルチジン混合物中
で、0.1〜5重量/容量%のヨウ素で処理するこ
とにより行なうことができる。未反応の5′−ヒド
ロキシの化学的キヤツピングは、例えばテトラヒ
ドロフラン/ルチジン混合物中、無水酢酸および
4−ジメチルアミノピリジンを使つてアセチル化
またはアシル化することで達成し得る。5′−ブロ
ツキング基、通常DMT、の除去は、非プロトン
性溶媒中緩和な有機酸で、例えばクロロホルム酢
酸またはジクロロメタン中の1〜5容量%のジク
ロロ酢酸またはトリクロロ酢酸で処理することに
より、最も都合よく行なうことができる。DMT
を除去された伸長しつつあるヌクレオチド鎖は、
活性化されたモノマーによる次の反応で更に伸長
するための受容体となり、その結果、反応4aに
示す様に、所望の長さおよび配列にオリゴヌクレ
オチドが得られる。 所望の配列のオリゴヌクレオチドが製造された
ら、反応5を行なつてオリゴヌクレオチド生成物
を得る。この目的で、チオフエノール処理をして
ホスフエートトリエステルからメチルマスキング
基を除去し、適当な水性アルカリまたはアンモニ
ア処理をして保護されたアミンからベンゾイル、
アセチル、イソブチル、トリフルオロアセチルま
たはその他の基を除去し、そして/または固形担
体から生成物を脱離させる。オリゴヌクレオチド
生成物からのDMTの除去は、周囲温度〜40℃に
於いて、水性酢酸の様な緩和な酸で10〜60分間適
当に処理することにより行なう。この様な反応
は、最後の精製段階で、あるいはその前に行なう
ことができる。最後の精製は適当な方法、例えば
ポリアクリルアミドゲル電気泳動、高圧液体クロ
マトグラフイー(HPLC)、DEAE−セルロース
上の逆相またはアニオン交換、またはこれらの方
法の組合せによつて行なう。 ここに述べたオリゴヌクレオチドの合成法は、
修飾されたデオキシリボヌクレオシド(R′はH)
または修飾されたリボヌクレオシド(R′はヒド
ロキシ)にも利用できる。リボヌクレオシドを使
用する場合は、適当なマスキング基、例えばシリ
ルエーテルで与えられるもの、によつて2′−ヒド
ロキシをマスクする。アラビノースおよび3′−デ
オキシリボースを含むその他のリボース体も、所
望のオリゴヌクレオチドを製造する方法に使用す
ることができる。 ヌクレオチド塩基を修飾する置換基は、それ自
体が1またはそれ以上のリポーターグループとし
て機能してもよい。その例は、ジニトロフエニル
基を含んでいる置換基である。置換基がリポータ
ーグループとして機能し得ない場合は、鎖伸長の
カツプリング反応の前または後で、1またはそれ
以上のリポーターグループと結合することができ
なければならない。選択されたオリゴヌクレオチ
ド生成物は、適当な試剤と反応してその様なリポ
ーターグループと結合する。例えば、修飾された
塩基をオリゴヌクレオチドに挿入し、その置換基
のR2が1またはそれ以上の1級アミンを含んで
いる場合は、適当な緩和な条件を用いてアミン−
反応性基、例えばイソシアネート、イソチオシア
ネート、活性カルボン酸共役体、エクスポキシド
または活性芳香族化合物とカツプリングさせてア
ミド、ウレア、チオウレア、アミンまたは芳香族
アミン結合を生成させる。例えば、反応5の図式
に示した様に、1級アミンを持つた置換基で修飾
されたウラシルまたはアデニン塩基を含んでいる
オリゴヌクレオチドは、フルオレセイン・イソチ
オシアネートの様な適当な試剤と反応させて、反
応6に示した様に、置換基に結合したリポーター
グループR5(フルオレセイン)を得ることができ
る。同様にして結合することができるその他のリ
ポーターグループには、多種多様の有機部分、例
えばフルオレセイン類、ローダミン類、アクリジ
ニウム塩類、ジニトロフエニル類、ベンゼンスル
ホニル類、レミノール類、ルシフエリン類、ビオ
チン類、ビタミン類、炭水化物などが含まれる。
好適な活性リポーターグループは市販のものを使
用できるが、例えば「Bioluminescence and
Chemiluminescence」に一般的に記載されてい
るタイプの方法〔M.DeLucaおよびW.McElroy
編、Acad.Press、ニユーヨーク(1981)〕、D.
RoswellらまたはH.Schroederらの方法〔Meth
Enzymol.LX11、1978〕およびそこに引用され
ている文献の方法によつて合成することができ
る。 典型的には、リポーターグループの付加は、望
ましくは水性溶媒中、R2がCoH2oNH2である修飾
された塩基の置換基を、過剰の選択されたリポー
ターグループと、約−20℃〜50℃(好ましくは20
℃〜40℃)の範囲の温度で1〜24時間反応させる
ことによつて達成するのが好都合である。好適な
溶媒は水性緩衝液および0〜50%の有機溶媒、例
えば低級アルコール、テトラヒドロフラン、ジメ
チルホルムアミド、ピリジなどである。好ましい
リポーターグループ反応体には、フルオレセイ
ン・イソチオシアネート類、ジニトロフエニルイ
ソチオシアネート類、フルオロジニトロベンゼ
ン、N−ヒドロキシスクシンイミジルビオチン、
N−ヒドロキシスクシンイミジルジニトロベンゾ
エート、イソチオシアネート類、例えばアミノブ
チルエチルイソルミノールイソチオシアネートな
ど、カルボキシフルオレセインの活性エステル、
ローダミン、ビオチン付加物、ジオキセタン類、
ジオキサミド類、カルボキシアクリジン類、炭水
化物などが含まれる。 更に、オリゴヌクレオチド生成物が、Rが1ま
たはそれ以上のカルボン酸を含んでいる修飾され
た塩基を含有している場合は、例えば1級アルキ
ルアミン類と緩和に縮合させてアミド結合を生成
させ得る。典型的には、これは、望ましくは水性
溶媒中、オリゴヌクレオチドを、1級アミンを含
有している過剰のリポーターグループと、水溶性
カルボジイミドの様な適当な縮合剤の存在下で、
約−20℃〜50℃(好ましくは20℃〜40℃)の範囲
の温度で、6〜72時間反応させて行なうのが好都
合である。この種の反好ましいリポーターグルー
プには、(アミノアルキル)−アミノ−ナフタレン
−1,2−ジカルボン酸ヒドラジド類、アミノ−
フルオレセイン類、アミノローダミン類、アミノ
アルキルルミノール類、アミノアルキルアミノベ
ンゼンスルホニル付加物、アミノ糖類などが含ま
れる。更に、最初のオリゴヌクレオチド生成物の
化学合成を、置換基がその様なリポーターグルー
プを含んでいる修飾されたヌクレオチドモノマー
を用いて行なつてもよい。その様なグルプをマス
クする必要がある場合には、カツプリング反応の
間に適当にマスクされる。一方、ある種のリポー
ターグループはマスキングを必要としない。例え
ば、マスキングされていないニトロフエニル付加
物は、カツプリング反応中、悪影響を受けること
なく修飾されたヌクレオチドモノマー上に存在し
得る。 訪発明方法で使用されるリポーターグループ
は、通常芳香族系、多芳香族系、環系、および多
環系の有機部分を含んでおり、これは更に、窒
素、酸素、硫黄の様なヘテロ原子を含むことによ
つて官能化されているものである。 オリゴヌクレオチド生成物は1つのタイプ以上
の修飾、または1つ以上の修飾された塩基を含む
ことができる。このタイプのオリゴヌクレオチド
の例は、以下の構造式で示されるものである: 上記式中、Cmは5−(3−アミノプロピル)シ
トシン、Umは5−〔N−(4−アミノブチル)−1
−アクリルアミド〕ウラシル、Amは8−〔6−
2,4−ジニトロフエニル〕−アミノヘキシル〕
アミノアデニンである。この生成物を更にフルオ
レセイソ・イソチオシアネートと反応させて修飾
し、CmおよびUm上にフルオレセインリポーター
グループを付与する。 この様なオリゴヌクレオチド生成物は、本発明
方法によつて可能となつたオリゴヌクレオチド生
成物中の修飾された、および修飾されていないヌ
クレオチド単位の選択の多様性を示している。よ
り詳細に述べると、この様なオリゴヌクレオチド
は、同じか、または異なつたタイプのリポーター
グループ機能を提供する置換基によつてその塩基
が修飾されている1種以上のヌクレオチド単位を
用いる例を示している。また、その塩基が、リポ
ーターグループが結合している置換基によつて修
飾されている単位、即ちCmおよびUmが例示され
ており、一方Amは、その塩基が、それ自体にジ
ニトロフエニル基を含んでいるがためにリポータ
ーグループとして機能し得る置換基によつて修飾
されている単位の例である。更にこの様なオリゴ
ヌクレオチドは、それが同じタイプの1以上のヌ
クレオチド単位を含有し得ること、および修飾さ
れた塩基を持つた単位と混合した、非修飾塩基を
持つた単位を含有し得ることを示している。 反応6に示した様に、置換基の1級アミンにリ
ポーターグループを結合させる代りに、2者択一
的にこの様なアミンまたはその他の基を、適当に
活性化された固形担体に結合させることができ
る。こうすることによつて、修飾された塩基を介
してその様な担体に共有結合している一定のオリ
ゴヌクレオチド配列が得られる。この様な固形担
体は、相補的な核酸成分の検出および単離に有用
である。あるいはまた、修飾されたヌクレオチド
モノマーを、鎖伸長カツプリング反応4の前に固
形担体とカツプリングさせ、それによつてカツプ
リング反応中にその様なモノマーのための固形担
体を提供してもよい。 当業者が本発明を実施し得る様に、以下に具体
的な実施例を挙げる。この実施例は本発明の範囲
を制限するものと解釈してはならず、単に本発明
の例示であり、代表例であると解釈すべきであ
る。構造を明らかにする為に、前記の工程の図式
を参照するとよい。 実施例 この実施例では修飾されたヌクレオシド前駆
体、5−(3−トリフルオロアセチルアミノプロ
ペニル)−2′−デオキシウリジンの合成について
説明する。 5−クロロマーキユリー−2′−デオキシウリジ
ン(3.6g、7.8mmol)をメタノール200mlに懸濁
する。N−アリルトリフルオロアセトアミド
(6.8ml、55mmol)を加え、次いでメタノール中
の0.2Nリチウムテトラクロロパラジウム酸塩41
mlを加える。室温で18時間攪拌した後、この反応
物を重力過して黒色固型のパラジウムを除去
し、黄色のメタノール性液を200mgづつのホウ
水素化ナトリウムで5回処理し、次いで減圧濃縮
して固型の残留物を得る。残留物をシリカゲル上
フラツシユ・カラムクロマトグラフイーにかけ、
クロロホルム中のメタノール15容量%混液で溶離
して精製する。生成物が適当に精製されている画
分を合わせて減圧濃縮し、5−(3−トリフルオ
ロアセチルアミノプロペニル)−2′−デオキシウ
リジンの結晶2.4gを得る。UVλnax291nm
(ε7800)、λnio266nm(ε(4400);TLC(シリカ、
クロロホルム中メタノール15容量%溶液で溶離)
Rf=0.4。 実施例 この実施例では修飾されたヌクレオシド前駆体
5−〔N−(トリフルオロアセチルアミノヘプチ
ル)−1−アクリルアミド〕−2′−デオキシウリジ
ンの合成について説明する。 5−クロロマーキユリー−2′−デオキシウリジ
ン(3.6g、7.8mmol)をメタノール200mlに懸濁
する。N−(7−トリフルオロアセチルアミノヘ
プチル)−アクリルアミド(55mmol)を加え、
次いでメタノール中の0.2Nリチウムテトラクロ
ロパラジウム酸塩41mlを加える。室温で18時間攪
拌した後、この反応物を重力過して黒色固型の
パラジウムを除く。黄色のメタノール性液を
200mgづつのホウ水素化ナトリウムで5回処理し、
次いで減圧濃縮して固型の残留物を得る。残留物
をシリカゲル上フラツシユ・カラムクロマトグラ
フイーにかけ、クロロホルム中のメタノール10容
量%混液で容離して精製する。生成物が適当に精
製されている画分を合わせて減圧濃縮し、5−
〔N−(7−トリフルオロアセチルアミノヘプチ
ル)−1−アクリルアミド〕−2′−デオキシウリジ
ンの結晶2.8gを得る。UVλnax302nm(ε18000)、
λnio230nm、280nm;TLC(シリカ、クロロホル
ム中メタノール15容量%混液で溶離する)Rf
0.3。 実施例 この実施例では、反応で示した如く、5′−ジメ
トキシトリチル−5−(3−トリフルオロアセチ
ルアミノプロペニル)−2′−デオキシウリジンの
製造のための、5′−ヒドロキシのマスキングにつ
いて説明する。 5−(3−トリフルオロアセチルアミノプロペ
ニル)−2′−デオキシウリジン(2.4g)を2回、
ピリジンから完全に蒸発させ、次いでピリジン40
ml中で攪拌する。ジメトキシトリチル(DMT)
クロライド(2.3g、6.6mmol)を加え、この混
合物を室温で4時間攪拌する。薄層クロマトグラ
フイー(シリカ上、クロロホルム中のメタノール
10容量%混液で溶離する)によつて反応の完了を
確認した後、この反応物を濃縮して残留固型物を
得る。この残留物をシリカ上カラムクロマトグラ
フイーにかけ、流速の速い不純物をクロロホルム
で全て溶離してしまつてから、生成物をクロロホ
ルム中のメタノール5容量%混液で溶離する。次
いでこの残留物を濃縮し、5′−ジメトキシトリチ
ル−5−(3−トリフルオロアセチルアミノプロ
ペン−1−イル)−2′−デオキシウリジンを、白
色のふわふわした(毛羽立つた)固形物(4g)
として得る。この生成物は熱時分解する;
UVλnax291nm、λnio266nm;(TLC(シリカ、ク
ロロホルム中メタノール10容量%混液で溶離す
る):Rf0.6である。 実施例 この実施例では5′−ジメトキシトリチル−5−
(3−トリフルオロアセチルアミノプロピル)−
2′−デオキシウリジンを得るための、環外二重結
合に対する水素添加、並びに5′−ヒドロキシのマ
スキングについて説明する。 実施例およびのヌクレオシド前駆体の合
成、並びに5′−ヒドロキシマスキングを繰返す
〔ただし、DMTクロライドの添加前に、精製5
−(3−トリフルオロアセチルアミノプロペニル)
−2′−デオキシウリジンをメタノール中、10%パ
ラジウム−炭素触媒上、室温で攪拌しながら2大
気圧の水素で処理する〕ことにより、5′−ジメト
キシトリチル−5−(3−トリフルオロアセチル
アミノプロピル)−2′−デオキシウリジンを製造
する。 実施例からにおいては、その他の修飾され
たウラシルヌクレオシドの合成、次いで、反応2
で示したヒドロキシのマスキングについて説明す
る。 実施例 N−アリルトリフルオロアセトアミドを下記の
化合物群(番号)に置き換え、実施およ
びの操作を繰返してヌクレオシド前駆体の合
成、並びに5′ヒドロキシのマスキングを行ない、
それぞれ、下記の化合物群(番号、1′8′)を得
る:即ち、以下の化合物に置き換える: 1 N−(3−ブテニル)トリクロロアセトアミ
ド 2 N−(5−ヘキセニル)トリフルオロアセチ
ルアミド 3 N−(2−メチル−2−プロペニル)トリフ
ルオロアセトアミド 4 N−(4−エテニルフエニルメチル)トリフ
ルオロアセトアミド 5 N−(1−メチル−3−ブテニル)トリフル
オロアセトアミド 6 N−(12−トリクロロアミノドデシル)アク
リルアミド 7 (ペルトリフルオロアセチルポリリシル)ア
クリルアミド 8 N−(3−トリフルオロアセチルアミドプロ
ピル)アクリルアミド、そして以下の化合物を
得る: 1′ 5′−ジメトキシトリチル−5−(4−トリク
ロロアセチルアミノブテン−1−イル)−2′−
デオキシウリジン 2′ 5′−ジメトキシトリチル−5−(6−トリフ
ルオロアセチルアミノヘキセン−1−イル)−
2′−デオキシウリジン 3′ 5′−ジメトキシトリチル−5−(3−トリフ
ルオロアセチルアミノ−2−メチルプロペン−
1−イル)−2′−デオキシウリジン 4′ 5′−ジメトキシトリチル−5−〔2−(4−ト
リフルオロアセチルアミノメチルフエニル)エ
テン−1−イル〕−2′−デオキシウリジン 5′ 5′−ジメトキシトリチル−5−(4−トリフ
ルオロアセチルアミノ−4−メチルブテン−1
−イル)−2′−デオキシウリジン 6′ 5′−ジメトキシトリチル−5−〔N−(12−ト
リクロロアセチルアミノドデシル)−1−アク
リルアミド〕−2′−デオキシウリジン 7′ 5′−ジメトキシトリチル−5−〔N−(ペルト
リフルオロアセチルポリリシル)−1−アクリ
ルアミド〕−2′−デオキシウリジン 8′ 5′−ジメトキシトリチル−5−〔N−(3−ト
リクロロアセチルアミノプロピル)−アクリル
アミド〕−2′−デオキシウリジン 実施例 5−(3−トリフルオロアセチルアミノプロペ
ニル)−2′−デオキシウリジンを下記の5−置換
−2′−デオキシウリジン類(番号、18)に置
換え、実施例の5′ヒドロキシのマスキング操作
を繰返すことにより、下記の生成物群(9′18′
を製造する。即ち、以下の化合物に置き換える: 9 5−(プロペン−1−イル)−2′−デオキシウ
リジン 10 5−(カルブトキシエチル)−2′−デオキシウ
リジン 11 5−(3−カルブメトキシルプロパン−1−
イル)−2′−デオキシウリジン 12 5−(4−カルブメトキシ−2−メチルブテ
ン−1−イル)−2′−デオキシウリジン 13 5−(3−シアノプロペン−1−イル)−2′−
デオキシウリジン 14 5−(4−シアノ−2−メチルブテン−1−
イル)−2′−デオキシウリジン 15 5−〔2−(4−カルブメトキシフエニル)エ
テン−1−イル〕−2′−デオキシウリジン 16 5−(4−アセトキシブテン−1−イル)−
2′−デオキシウリジン 17 5−(4−アセトキシブタン−1−イル)−
2′−デオキシウリジン、そして以下の5′−ジメ
トキシトリチル−5−アルキル−2′−デオキシ
ウリジン類を得る: 9′ 5′−ジメトキシトリチル−5−(プロペン−
1−イル)−2′−デオキシウリジン 10′ 5′−ジメトキシトリチル−5−(2−カルブ
メトキシエチル)−2′−デオキシウリジン 11′ 5′−ジメトキシトリチル−5−(3−カルブ
メトキシプロパン−1−イル)−2′−デオキシ
ウリジン 12′ 5′−ジメトキシトリチル−5−(4−カルブ
メトキシ−2−メチルブテン−1−イル)−
2′−デオキシウリジン 13′ 5′−ジメトキシトリチル−5−(3−シアノ
プロペン−1−イル)−2′−デオキシウリジン 14′ 5′−ジメトキシトリチル−5−(4−シアノ
−2−メチルブテン−1−イル)−2′−デオキ
シウリジン 15′ 5′−ジメトキシトリチル−5−〔2−(4−
カルブメトキシフエニル)エテン−1−イル〕
−2′−デオキシウリジン 16′ 5′−ジメトキシトリチル−5−(4−アセト
キシブテン−1−イル)−2′−デオキシウリジ
ン 17′ 5′−ジメトキシトリチル−5−(4−アセト
キシブタン−1−イル)−2′−デオキシウリジ
ン 18′ 5′−ジメトキシトリチル−5−〔4−(2,
4−ジニトロフエニル)ブチル〕−2′−デオキ
シウリジン 実施例 5−クロロマーキユリー−2′−デオキシウリジ
ンを5−クロロマーキユリーウリジンで置き換え
て実施例−のヌクレオシド前駆体の合成およ
び5′−ヒドロキシのマスキング法を繰返して行な
うことにより、対応する5′−ジメトキシトリチル
−5−置換ウリジン類を製造する。 実施例−XIは修飾されたシトシンヌクレオシ
ドの合成を例示するものである。シトシンヌクレ
オシド類は、アデノシンヌクレオシド類と同様
に、ウラシルヌクレオシド類と異なり、塩基部分
の上に反応性基を持つているので、その様な反応
性基を、望ましくない反応から防御するためにマ
スクする。これらの実施例では、反応2における
5′−ヒドロキシのマスキングと同様、反応1で示
したシトシンの塩基部分にある反応性基のマスキ
ングについて説明する。 実施例 5−(3−トリフルオロアセチルアミ
ノプロペニル)−N4−ベンゾイル−2′−デオキ
シウリジン 5−クロロマ−キユリー−2′−デオキシウリジ
ンを5−クロロマ−キユリー−2′−デオキシシチ
ジンで置換え、実施例のヌクレオシド前駆体の
合成方法を繰返して行ない5−(3−トリフルオ
ロアセチルアミノプロペニル)−2′−デオキシシ
チジン(UVλnax287nm)を製造する。精製5−
(3−トリフルオロアセチルアミノプロペニル)−
2′−デオキシシチジン(1.3g、4.6mmol)を無水
エタノール80ml中で攪拌し、無水ベンゾイル
(1.5g、7mmol)を加え、この反応物を還流させ
る。更に、1.5gづつの無水ベンゾイルを1時間
毎に5回加える。薄層クロマトグラフイー〔シリ
カプレート、n−ブタノール/メタノール/濃
NH4OH/水(60:20:1:20)で溶離する〕に
より反応の終了を判定した後(6−10時間の間)、
この反応混合物を冷却し、減圧濃縮して半固型物
を得る。この固型物をエーテルと共に3回こね、
デカントし、乾燥する。この粗生成物を水から再
結晶し、クロマトグラフ的に純粋なN4−ベンゾ
イル−5−(3−トリフルオロアセチルアミノプ
ロペニル)−2′−デオキシシチジンを白色固型物
として得る。この生成物は120℃以上で分解す
る;UVnax=311nm。 実施例 5′−ジメトキシトリチル−5−(3−
トリフルオロアセチルアミノプロペニル)−N4
−ベンゾイル−2′−デオキシシチジン 5−(3−トリフルオロアセチルアミノプロペ
ニル)−2′−デオキシウリジンを5−(3−トリフ
ルオロアセチルアミノプロペニル)−N4−ベンゾ
イル−2′−デオキシシチジンで置換え、実施例
の5′−ヒドロキシのマスキング操作を繰返すこと
により、5′−ジメトキシトリチル−5−(3−ト
リフルオロアセチルアミノプロペニル)−N4−ベ
ンゾイル−2′−デオキシシチジンを製造する。 実施例 N−アリルトリフルオロアセトアミドを実施例
のN−アルキルトリフルオロアセトアミド類に
置換え、実施例およびのヌクレオシド前駆体
の合成および5′ヒドロキシのマスキング操作を繰
返すことにより、対応する5′−ジメトキシトリチ
ル−5−(トリフルオロアセチル)アミノアルキ
ル)−N4−ベンゾイル−2′−デオキシシチジン類
を製造する。即ち、以下の化合物群である。 5′−ジメトキシトリチル−5−(4−トリフル
オロアセチルアミノブテン−1−イル)−N4−ベ
ンゾイル−2′−デオキシシチジン 5′−ジメトキシトリチル−5−(6−トリフル
オロアセチルアミノヘキセン−1−イル)−N4
ベンゾイル−2′−デオキシシチジン 5′−ジメトキシトリチル−5−(3−トリフル
オロアセチルアミノ−2−メチルプロペン−1−
イル)−N4−ベンゾイル−2′−デオキシシチジン 5′−ジメトキシトリチル−5−〔2−(4−トリ
フルオロアセチルアミノメチルフエニル)エテン
−1−イル〕−N4−ベンゾイル−2′−デオキシシ
チジン 5′−ジメトキシトリチル−5−(4−トリフル
オロアセチルアミノ−4−メチルブテン−1−イ
ル)−N4−ベンゾイル−2′−デオキシシチジン 5′−ジメトキシトリチル−5−〔N−(12−トリ
フルオロアセチルアミノドデシル)−1−アクリ
ルアミド〕−N4−ベンゾイル−2′−デオキシシチ
ジン 5′−ジメトキシトリチル−5−〔N−(ペルトリ
フルオロアセチルポリリシル)−1−アクリルア
ミド〕−N4−ベンゾイル−2′−デオキシシチジン 実施例XI 5′−ジメトキシトリチル−N4−ベン
ゾイル−5−(2−カルブメトキシエテニル)−
2′−デオキシシチジンの合成 5−(2−カルブメトキシエテニル)−2′−デオ
キシシチジン(0.82g、2.6mmol)を無水エタノ
ール50ml中で攪拌する。無水安息香酸(500mg、
2.2mmol)を加え、この反応物を加熱還流させ
る。更に、500mgづつの無水安息香酸を1時間毎
に5回加える。薄層クロマトグラフイーで反応の
完了を判定した後(通常、6−8時間)、この反
応物を冷却し、減圧蒸留して黄色の半固型物質を
得る。シリカゲルを用いたクロマトグラフイーに
かけ、メタノール/クロロホルムの1:19から
1:3に至る直線的な割合の混合物で溶離し、適
当な画分を合わせて蒸発させることによりN4
ベンゾイル−5−(2−カルブメトキシエテニル)
−2′−デオキシシチジンを無晶形の白色固形物質
として得る。UVλnax296nm、λnio270nm。この
固型物を完全に乾燥させ、ピリジン20mlに溶か
す。ジメトキシトリチルクロライド(1.1当量)
を加え、この反応物を周囲温度で6時間攪拌す
る。濃縮して固型物を得、次いでこれをシリカゲ
ル上カラムクロマトグラフイーにかけ、クロロホ
ルム中のメタノール10%混液で溶離して5′−ジメ
トキシトリチル−N4−ベンゾイル−5−(2−カ
ルブメトキシエテニル)−2′−デオキシシチジン
を、灰色がかつた白色のふわふわした固型物とし
て得る。 実施例 XII 5−(2−カルブメトキシエテニル)−2′−デオ
キシシチジンを下記の化合物群(番号1927
で)で置換え、実施例XIのヌクレオシド前駆体の
合成法を繰返して行なうことにより、それぞれ対
応する下記の化合物群(番号19′から27′まで)を
得る。即ち、次の化合物群で置き換える: 19 5−(2−カルブメトキシエチル)−2′−デオ
キシシチジン 20 5−(3−カルブメトキシプロパン−1−イ
ル)−2′−デオキシシチジン 21 5−(4−カルブメトキシ−2−メチルブテ
ン−1−イル)−2′−デオキシシチジン 22 5−(3−シアノプロペン−1−イル)−2′−
デオキシシチジン 23 5−(4−シアノ−2−メチルブテン−1−
イル)−2′−デオキシシチジン 24 5−〔2−(4−カルブメトキシフエニル)エ
テン−1−イル)−2′−デオキシシチジン 25 5−(4−アセトキシブテン−1−イル)−
2′−デオキシシチジン 26 5−(4−アセトキシブタン−1−イル)−
2′−デオキシシチジン 27 5−〔4−(2,4−ジニトロフエニル)ブチ
ル〕−2′−デオキシシチジン そして次の5′−ジメトキシトリチル−N4−ベン
ゾイル−5−アルキル−2′−デオキシシチジン類
を得る: 19′ 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(2−カ
ルブメトキシエテン−1−イル))−2′−デオキ
シシチジン 20′ 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(3−カ
ルブメトキシプロパン−1−イル)−2′−デオ
キシシチジン 21′ 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(4−カ
ルブメトキシ−2−メチルブテン−1−イル)
−2′−デオキシシチジン 22′ 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(3−シ
アノプロペン−1−イル)−2′−デオキシシチ
ジン 23′ 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(4−シ
アノ−2−メチルブテン−1−イル)−2′−デ
オキシシチジン 24′ 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−〔2(4−
カルブメトキシフエニル)エテン−1−イル〕
−2′−デオキシシチジン 25′ 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(4−ア
セトキシブテン−1−イル)−2′−デオキシシ
チジン 26′ 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(4−ア
セトキシブタン−1−イル)−2′−デオキシシ
チジン 27′ 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−〔4−
(2,4−ジニトロフエニル)ブチル〕−2′−デ
オキシシチジン 同様に、その他の酸無水物、例えば無水酢酸、
アニソイル無水物またはトリル無水物を用いるこ
とにより、実施例およびXIにおいて、ベンゾイ
ルがアセチルまたはアシルで置き換えられてた形
のN4−アシルまたはN4−アセチル−5−アルキ
ル−2′−デオキシシチジンが、それぞれ、製造さ
れる。 実施例 5−クロロマ−キユリー−2′−デオキシシチジ
ンを5−クロロマ−キユリーシチジンに置換え、
実施例からのヌクレオシド前駆体の合成法お
よび5′−ヒドロキシのマスキング法を繰返すこと
により、対応する5′−ジメトキシトリチル−N4
−ベンゾイル−5−置換シチジン類を製造する。 実施例 この実施例は、アデニンヌクレオシドの反応性
塩基部分のマスキングおよび5′ヒドロキシのマス
キングを例示するものである。 N6−ベンゾイル−8−(6−アミノヘキシル)
アミノ−2′−デオキシシアデノシン(4mmol)を
無水エタノール60ml中で攪拌する。トリフルオロ
酢酸無水物(6mmol)を加え、この反応物を室
温で攪拌する。更に1時間毎にトリフルオロ酢酸
無水物を、2部加える。4時間後、反応物を濃縮
して固型残留物を得、これを一夜凍結乾燥する。
このN6−ベンゾイル−8−(6−トリフルオロア
セチルアミノヘキシル)アミノ−2′−デオキシア
デノシン粗生成物を完全に乾燥し、2回、ピリジ
ン中から固型残留物になるまで濃縮する。この固
型物質を攪拌下、ピリジン40mlに入れ、ジメトキ
シトリチルクロライド(6.5mmol)を加える。4
時間後、反応物を濃縮して固型残留物を得る。こ
れをシリカゲル上、カラムクロマトグラフイーに
かけ、クロロホルム中のメタノール含量が0から
15%の間である多段グラデイエント溶離を行な
い、5′−ジメトキシトリチル−N6−ベンゾイル
−8−(6−トリフルオロアセチルアミノヘキシ
ル)アミノ−2′−デオキシアデノシンを灰白色の
固型物として得る。 実施例からは、図表の反応3の如く、
5′位がマスクされた5−置換−ヌクレオシドおよ
び天然起源のヌクレオシドを活性化して、各々対
応するホスホモノクロリダイト類
(phosphomonochloridites)とすることに関す
る。 実施例 5′−DMT−5−(3−トリフルオロ
アセチルアミノプロパン−1−イル)−2′−デ
オキシウリジンの3′−ホスホモノクロリダイト
の製造 乾燥5′−DMT−5−(3−トリフルオロアセチ
ルアミノプロパン−1−イル)−2′−デオキシウ
リジン(1.54g、2.2mmol)を、残留する水およ
び溶媒を除去するために、いずれも12時間以上を
要して3回、ベンゼン20ml中から凍結乾燥する。
得られた非常にふわふわした白色粉末を、減圧下
のままで窒素雰囲気中に移し、2,6−ルチジン
を5容量%含有する無水アセトニトリル中に、最
終濃度が30mMとなる様に溶かす。窒素雰囲気
下、激しく攪拌しながらメチルホスホジクロリダ
イト(1.0当量)の巨大丸薬を迅速にシリンジ
(注射器)で加える。この反応物を窒素雰囲気下、
約1分間渦巻き状に操作する。次いで、得られた
粗5′−DMT−5−(3−トリフルオロアセチルア
ミノプロパン−1−イル)−2′−デオキシウリジ
ン3′−メチルホスホモノクロリダイトの反応溶液
を、更に精製することなく、デオキシオリゴヌク
レオチドの合成(実施例)にそのまま用い
る。この物の31P−NMR(CH3CN/CDCl3)は、
通常、40−70mol%が所望の生産物であることを
示している(167.5ppm)。残りは、ビス−3′,
3′−〔5′DMT−5−(3−トリフルオロアセチル
アミノプロパン−1−イル)−2′−デオキシウリ
ジリル〕メチルホスフアイト(140ppm)と、
5′−DMT−5−(3−トリフルオロアセチルアミ
ノプロパン−1−イル)−2′−デオキシウリジン
3′−メチルホスホネート(9.5ppm)で構成され、
この後者の化合物は、反応系中の水の存在を反映
した量だけ生成される。 実施例 天然起源の2′−デオキシヌクレオシ
ドの3′−ホスホモノクロリダイト類の製造 5′−DMT−5−(3−トリフルオロアセチルア
ミノプロパン−1−イル)−2′−デオキシウリジ
ンを、 5′−DMT−2′−デオキシチミジン 5′−DMT−N4−ベンゾイル−2′−デオキシシ
チジン 5′−DMT−N6−ベンゾイル−2′−デオキシア
デノシン 5′−DMT−N2−イソブチリル−2′−デオキシ
グアノシン で置換え、実施例の操作を繰返すことによ
り、下記の対応するホスホモノクロリダイト類を
製造する。即ち、 5′−DMT−2′−デオキシチミジン3′−メチルホ
スホモノクロリダイト 5′−DMT−N4−ベンゾイル−2′−デオキシシ
チジン3′−メチルホスホモノクロリダイト 5′−DMT−N6−ベンゾイル−2′−デオキシア
デノシン3′−メチルホスホモノクロリダイト 5′−DMT−N6−ベンゾイル−2′−デオキシア
デノシン3′−メチルホスホモノクロリダイト 5′−DMT−N2−イソブチリル−2′−デオキシ
グアノシン3′−メチルホスホモノクロリダイト 実施例 メチルホスホジクロリダイトを、−クロロフ
エニルホスホジクロリダイトで置き換え、実施例
およびのホスホモノクロリダイトの合成
法を繰返すことにより、対応する5′−DMT−ヌ
クレオシド3′−ホスホモノクロリダイト類、即
ち、 5′−DMT−5−(3−トリフルオロアセチルア
ミノプロピル)−2′−デオキシウリジン3′−
クロロフエニルホスホモノクロリダイト 5′−DMT−2′−デオキシチミジン3′−−クロ
ロフエニルホスホモノクロリダイト、 5′−DMT−N4−ベンゾイル−2′−デオキシシ
チジン3′−−クロロフエニルホスホモノクロリ
ダイト 5′−DMT−N6−ベンゾイル−2′−デオキシア
デノシン−3′−−クロロフエニルホスホモノク
ロリダイト 5′−DMT−N2−イソブチリル−2′−デオキシ
グアノシン3′−−クロロフエニルホスホモノク
ロリダイトを得る。 同様に、−クロロフエニルホスホジクロリダ
イトを用いることにより、類似物質の3′−−ク
ロロフエニルホスホモノクロリダイト付加物が製
造される。−クロロフエニルホスホモノクロリ
ダイト生成物の〔32P〕NMR(CH3CNCDCl3
は、160.7、160.5ppm(ジアステレオマー)であ
る。 実施例−は、図表の反応4および5
に示した如く、修飾された塩基が組み込まれたオ
リゴヌクレオチド類の化学合成を例示するもので
ある。 実施例 5−(3−アミノプロピル)−ウラシ
ルおよび天然起源のヌクレオチド単位を含有す
るデオキシオリゴヌクレオチド類の合成 デオキシオリゴヌクレオチド合成の直前に、実
施例およびのホスホモノクロリダイトの
合成操作を行ない、その生成物をそのまま無水ア
セトニトリル/5容量%2,6−ルチジン中に
30mMの粗3′−メチルホスホモノクロリダイトを
含んだものとして使用する。 固体の担体(5−DMT−N6−ベンゾイル−
2′−デオキシアデノシン3′−サクシンアミドプロ
ピル・シリカ250mg、20μ当量)を適当な反応フ
ロー容器(ガラスまたはテフロン 製のカラムま
たは漏斗)に入れる。この固体担体は、予め、ア
セトニトリル/5容量%ルチジン、テトラヒドロ
フラン/水/ルチジン中に沃素2w/v%を含む
もので2分間、アセトニトリル/5%ルチジン、
クロロホルム、クロロホルム中にジクロル酢酸を
4容量%含むもので2.5分間、そしてアセトニト
リル/5%ルチジンで順次処理して予めコンデイ
シヨンを調整しておく。この場合、各処理は所望
に応じて総容量5−15mlを2または3回に分けて
用いるかあるいは定常的に流すか、そのいずれで
もよい。 デオキシオリゴヌクレオチドは反応4に従い、
所望の活性化された5′−DMT−ヌクレオチド
3′メチルホスホモノクロリダイトモノマーを連続
的に添加し、伸長しつつあるヌクレオチド鎖の端
末単位(これは、最初、この鎖の唯一の単位であ
る。つまり、固体担体を含んでいるデオキシアデ
ノシンを塩基とする単位である。)の遊離の5′−
水酸基にこれを結合させることで合成される。付
加は、実施例およびの中から選択した
30mMの粗モノクロリダイト10mlを、鎖上の脱保
護されたばかりの、5′ヒドロキシと2〜3部づつ
に分けるか、または定常的に流し、2〜6分間反
応させることにより行なう。1つの完全な試薬サ
イクルが後に続く所の最初のホスホモノクロリダ
イト付加は次の連続処理で構成される: −5′−DMT−5−(3−トリフルオロアセチル
アミノプロピル)−2′−デオキシウリジン3′−メ
チルホスホモノクロリダイト、 −アセトニトリル/ルチジン洗浄、 −無水酢酸/ルチジン/テトラヒドロフラン
(1:3:2)中0.3M4−ジメチルアミノピリジ
ンにより5分間キヤツピングする、 −アセトニトリル/5%ルチジン洗浄、 −テトラヒドロフラン/水/ルチジン(6:
2:1)中2%沃素で2分間、酸化する、 −アセトニトリル/5%ルチジン洗浄、 −クロロホルム洗浄、 −クロロホルム中4容量%ジクロル酢酸で2.5
分間処理してDMTを除去する、 −クロロホルム洗浄、 −アセトニトリル/ルチジン洗浄。 上記のサイクルを、各回毎に、5′−DMT−5
−(3−トリフルオロアセチルアミノプロピル)−
2′−デオキシウリジン3′−メチルホスホモノクロ
リダイトを下記の3′−メチルホスホモノクロリダ
イト類の中の異なつたもので置換え、13回繰返し
て行なう。ただし最終試薬サイクルではジクロル
酢酸処理は除外する: 5′−DMT−2′−デオキシチミジン3′−メチルホ
スホモノクロリダイト 5′−DMT−5−(3−ト
リフルオロアセチルアミノプロピル)−2′−デオ
キシウリジン3′−メチルホスホモノクロリダイト 5′−DMT−N6−ベンゾイル−2′−デオキシア
デノシン3′−メチルホスホモノクロリダイト 5′−DMT−N4−ベンゾイル−2′−デオキシシ
チジン3′−メチルホスホモノクロリダイト 5′−DMT−N2−イソブチリル−2′−デオキシ
グアノシン3′−メチルホスホモノクロリダイト 5′−DMT−5−(3−トリフルオロアセチルア
ミノプロピル)−2′−デオキシウリジン3′−メチ
ルホスホモノクロリダイト 5′−DMT−2′−デオキシチミジン3′−メチルホ
スホモノクロリダイト 5′−DMT−5−(3−トリフルオロアセチルア
ミノプロピル)−2′−デオキシウリジン3′−メチ
ルホスホモノクロリダイト 5′−DMT−デオキシチミジン3′−メチルホス
ホモノクロリダイト 5′−DMT−5−(3−トリフルオロアセチルア
ミノプロピル)−2′−デオキシウリジン3′−メチ
ルホスホモノクロリダイト 5′−DTM−N2−イソブチリル−2′−デオキシ
グアノシン3′−メチルホスホモノクロリダイト 5′−DMT−N6−ベンゾイル−2′−デオキシア
デノシン3′−メチルホスホモノクロリダイト 5′−DMT−N4−ベンゾイル−2′−デオキシシ
チジン3′−メチルホスホモノクロリダイト 担体を移し、濃水酸化アンモニウム2mlで、周
囲温度において4時間処理し、この担体から生成
物を放出させる。上清を取除き固型物を濃水酸化
アンモニウム0.5mlで3回洗浄し、これらの上清
を合わせて密封し、一夜50℃で加熱する。透明な
黄色の上清を完全に凍結乾燥する。一次精製は、
RP−8(C−8)カラム上、PH9.8の25mM酢酸
アンモニウム中のアセトニトリルの割合が0−30
容量%である様なグラデイエント溶離(60分間)
による、逆相高速液体クロマトグラフイー
(HPLC)で行なう。約40分後に鋭いピークを示
して溶離する5′−DMT−末端化生成物を集め
る;もつと短い鎖を持つものは、キヤツプされた
ものもされていないものも、共に25分より以前に
溶離してしまう。集めた生成物を蒸留して固形残
留物を得、これを80%酢酸で周囲温度において20
分間処理(DMTを除くため)した後、凍結乾燥
して固型物残渣を得、これを少量の水性緩衝液に
溶かす。生産物は一般に、HPLC後において90%
以上の均質性がある。更に、これを通常の20%ポ
リアクリルアミドゲル(厚さ1〜6mm)上、電気
泳動にかけ、適当な生成物バンド(生成物は、通
常、同様の長さの修飾されていないデオキシオリ
ゴヌクレオチド類よりもゆつくり泳動する)を切
り取り、抽出することにより、なお一層精製され
る。こうして製造された精製(純化)5−アミノ
プロピル−ウラシル−含有ペンタデカデオキシオ
リゴヌクレオチド生成物を以下に図式的に示す
〔図中Um=5−(3アミノプロピル)ウラシル〕。 従来のアンモニアによるオリゴヌクレオチドの
脱保護によれば、置換基上のマスキング基である
トリフルオロアセチル基も除去されてしまつたこ
とに注目されたい。次いで、このオリゴヌクレオ
チドの長さおよび配列の決定を、適当なプロトコ
ール(例えば、そのヌクレオチド単位に含まれる
塩基が修飾されていない様な、従来技術に属する
オリゴヌクレオチド類の長さおよび配列を決定す
るために既に用いられたプロトコール等)を利用
して、32P−キナーゼ法および配列決定により行な
うことができる。 同様に、本発明で採用したメチルホスホモノク
ロリダイト付加物の順序および数を計画的に変化
させることにより、選択された長さおよび塩基配
列において異なる、他の5−(修飾された)ウラ
シル−含有デオキシオリゴヌクレオチド類が製造
される。また、実施例およびのヌクレオ
シド3′−メチルホスホモノクロリダイト付加物を
相当する実施例の3′−−または−クロロ
フエニルホスホモノクロリダイト付加物に置換え
ると共に、クロロフエニル保護基を除くためにピ
リジニウムオキシメート処理を行なう(デオキシ
オリゴヌクレオチド合成の終りであつて、濃水酸
化アンモニウム処理の前)ことによつても、同じ
デオキシオリゴヌクレオチド生成物が得られる。 実施例 5′−DMT−5−(3−トリフルオロアセチルア
ミノプロピル)−2′−デオキシウリジンを下記の
5′−DMT−5−アルキル−2′−デオキシウリジ
ン類(番号2836)で置換え、実施例−
のホスホモノクロリダイトおよびデオキシオリゴ
ヌクレオチドの合成法を繰返すことにより、それ
ぞれに対応する、ウラシル塩基Umを持つ下記の
オリゴヌクレオチド類(番号28′36′)が製造さ
れる。即ち、下記の化合物に置き換えると: 28 5′−ジメトキシトリチル−5−(3−トリフ
ルオロアセチルアミノプロペン−1−イル)−
デオキシウリジン 29 5′−ジメトキシトリチル−5−(4−トリフ
ルオロアセチルアミノブタン−1−イル)−
2′−デオキシウリジン 30 5′−ジメトキシトリチル−5−(4−トリフ
ルオロアセチルアミノブテン−1−イル)−
2′−デオキシウリジン 31 5′−ジメトキシトリチル−5−(6−トリフ
ルオロアセチルアミノヘキサン−1−イル)−
2′−デオキシウリジン 32 5′−ジメトキシトリチル−5−(6−トリフ
ルオロアセチルアミノヘキセン−1−イル)−
2′−デオキシウリジン 33 5′−ジメトキシトリチル−5−(2−トリフ
ルオロアセチルアミノプロパン−2−イル)−
2′−デオキシウリジン 34 5′−ジメトキシトリチル−5−(3−トリフ
ルオロアセチルアミノ−2−メチル−プロペン
−1−イル)−2′−デオキシウリジン 35 5′−ジメトキシトリチル−5−(3−トリフ
ルオロアセチルアミノ−2−メチル−プロパン
−1−イル)−2′−デオキシウリジン 36 5′−ジメトキシトリチル−5−〔2−(4−ト
リクルオロアセチルアミノメチルフエニル)エ
テン−1−イル〕−2′−デオキシウリジン 37 5′−ジメトキシトリチル−5−〔N−(ペルト
リフルオロアセチルポリリシル)−1−アクリ
ルアミド〕−2′−デオキシウリジン 38 5′−DMT−5−〔N−(7−トリフルオロア
セチルアミノヘプチル)−1−アクリルアミド〕
−2′−デオキシウリジン、 Umが下記のものである実施例の生成物に
相当するデオキシヌクレオチド類が製造される。 28′ 5−(3−アミノプロペン−1−イル)ウラ
シル 29′ 5−(4−アミノブタン−1−イル)ラウシ
ル 30′ 5−(4−アミノブテン−1−イル)ラウシ
ル 31′ 5−(6−アミノヘキサン−1−イル)ラウ
シル 32′ 5−(6−アミノヘキセン−1−イル)ラウ
シル 33′ 5−(3−アミノプロパン−2−イル)ラウ
シル 34′ 5−(3−アミ−2−メチルプロペン−1−
イル)ラウシル 35′ 5−(3−アミノ−2−メチルプロパン−1
−イル)ラウシル 36′ 5−〔2−(4−アミノエチルフエニル)エ
テン−1−イル〕ラウシル 37′ 5−〔N−(ポリリシル)−1−アクリルアミ
ド〕ラウシル 38′ 5−〔N−(7−アミノヘプチル)−1−アク
リルアミド〕ラウシル。 同様に、他の5′−DMT−5(アシルアミノアル
キル)−2′−デオキシウリジン類を用いれば、類
似のデオキシオリゴヌクレオチド類が製造され
る。 実施例 5′−DMT−5−(3−アセチルアミノプロピ
ル)−2′−デオキシウリジンを下記の5−置換−
2′−デオキシウリジン類(番号3746)に置換え
て実施例〜のホスホモノクロリダイトお
よびデオキシオリゴヌクレオチドの合成法を繰返
すことにより、それぞれ、下記の対応する、Um
ウラシル塩基を持つたオリゴヌクレオチド類(番
37′46′を製造する。即ち、次の化合物に置換
える。 37′ 5′−DMT−5−(プロペン−1−イル)−
2′−デオキシウリジン 38 5′−DMT−5−(2−カルブメトキシエチ
ル)−2′−デオキシウリジン 39 5′−DMT−5−(3−カルブメトキシプロパ
ン−1−イル)−2′−デオキシウリジン 40 5′−DMT−5−(4−カルブメトキシ−2−
メチルブテン−1−イル)−2′−デオキシウリ
ジン 41 5′−DMT−5−(3−シアノプロペン−1−
イル)−2′−デオキシウリジン 42 5′−DMT−5−(4−シアノ−2−メチルブ
テン−1−イル)−2′−デオキシウリジン 43 5′−DMT−5−〔2−(4−カルブメトキシ
フエニル)エテン−1−イル)−2′−デオキシ
ウリジン 44 5′−DMT−5−(4−アセトキシブテン−1
−イル)−2′−デオキシウリジン 45 5′−DMT−5−(4−アセトキシブタン−1
−イル)−2′−デオキシリジン 46 5′−DMT−5−〔4−(2,4−ジニトロフ
エニル)ブチル〕−2′−デオキシウリジン。 そしてUmが以下のものである生成物を得る。 37′ 5−(プロペン−1−イル)ウラシル 38′ 5−(2−カルボキシエチル)ウラシル 39′ 5−(3−カルボキシプロパン−1−イル)
ウラシル 40′ 5−(4−カルボキシ−2−メチルブテン−
1−イル)ウラシル 41′ 5−(3−シアノプロペン−1−イル)ウラ
シル 42′ 5−(4−シアノ−2−メチルブテン−1−
イル)ウラシル 43′ 5−〔2−(4−カルボキシフエニル)エテ
ン−1−イル〕ウラシル 44′ 5−(4−ヒドロキシブテン−1−イル)ウ
ラシル 45′ 5−(4−ヒドロキシブタン−1−イル)ウ
ラシル 46′ 5−〔4−(2,4−ジニトロフエニル)ブ
チル〕ウラシル 注:46′は、直接リポーターグループとして機能
する、即ち、抗ジニトロフエニル抗体のリガンド
として用い得る。同様に、他の適当な5′−DMT
−5−アルキル−2′−デオキシウリジン類を用い
れば類似のデオキシオリゴヌクレオチド類が製造
される。 実施例 XI 5′−DMT−5−(3−トリフルオロアセチルア
ミノプロピル)−2′−デオキシウリジンを5′−
DMT−N4−ベンゾイル−5−(3−トリクロロ
アセチルアミノプロピル)−2′−デオキシシチジ
ンで置換え、実施例−の操作を繰返すこ
とにより、実施例と同様(ただしUm〔5−
(3−アミノプロピル)−ウラシル〕が5−(3−
アミノプロピル)シトシン類で置換えられた)、
デオキシオリゴヌクレオチドが製造される。例え
ば、式: (式中、Cmは5−(3−アミノプロピル)シト
シンを表わす) で示される化合物である。 実施例 XII 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(3−トリ
クロロアセチルアミノプロピル)−2′−デオキシ
シチジンを下記の化合物群(番号4757)で置き
換えて実施例XIのデオキシリボヌクレオチド合
成法を繰返すことにより、それぞれ、下記のCm
シトシン塩基類(番号47′57′)を持つた、対応
するオリゴヌクレオチド類が製造される。即ち、
以下の化合物に置換える。 47 5−DMT−N4−ベンゾイル−5−(3−ト
リフルオロアセチルアミノプロペン−1−イ
ル)−2′−デオキシシチジン 48 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(4−ト
リフルオロアセチルアミノブタン−1−イル)
−2′−デオキシシチジン 49 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(4−ト
リフルオロアセチルアミノブテン−1−イル)
−2′−デオキシシチジン 50 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(6−ト
リフルオロアセチルアミノヘキサン−1−イ
ル)−2′−デオキシシチジン 51 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(6−ト
リフルオロアセチルアミノヘキセン−1−イ
ル)−2′−デオキシシチジン 52 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(3−ト
リフルオロアセチルアミノプロパン−2−イ
ル)−2′−デオキシシチジン 53 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(3−ト
リフルオロアセチルアミノ−2−メチルプロペ
ン−1−イル)−2′−デオキシシチジン 54 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(3−ト
リフルオロアセチルアミノ−2−メチルプロパ
ン−1−イル)−2′−デオキシシチジン 55 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−〔2−(4
−トリフルオロアセチルアミノメチルフエニ
ル)エテン−1−イル〕−2′−デオキシシチジ
ン 56 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−〔N−(ペ
ルトリフルオロアセチルポリリシル)−1−ア
クリルアミド〕−2′−デオキシシチジン 57 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−〔N−(ト
リフルオロアセチルアミノヘプチル)−アクリ
ルアミド〕−2′−デオキシシチジン。 そしてCmが次のものである生成物を得る。 47′ 5−(3−アミノプロペン−1−イル)シト
シン 48′ 5−(4−アミノブタン−1−イル)シトシ
ン 49′ 5−(4−アミノブテン−1−イル)シトシ
ン 50′ 5−(6−アミノヘキサン−1−イル)シト
シン 51′ 5−(6−アミノヘキセン−1−イル)シト
シン 52′ 5−(3−アミノプロパン−2−イル)シト
シン 53′ 5−(3−アミノ−2−メチルプロペン−1
−イル)シトシン 54′ 5−(3−アミノ−2−メチルプロパン−1
−イル)シトシン 55′ 5−〔2−(4−アミノメチルフエニル)テ
ン−1−イル)シトシン 56′ 5−〔N−(ポリリシル)−1−アクリルアミ
ド〕シトシン 57′ 5−〔N−(7−アミノヘプチル)−1−アク
リルアミド〕シトシン 同様に、他のN4−アシル−5−(アシルアミノ
アルキル)−2′−デオキシシチジン類を用いるこ
とにより、類似のデオキシオリゴヌクレオチド類
が製造される。 実施例 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(3−トリ
フルオロアセチルアミノプロピル)−2′−デオキ
シシチジンを下記の化合物群(番号5868)に置
換えて実例XIのデオキシオリゴヌクレオチド合
成法を繰返すことにより、それぞれ、下記のCm
シトシン塩基類(番号58′−68′)を持つた、対応
するオリゴヌクレオチド類が製造される。即ち、
次の化合物に置換える。 58 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(プロペ
ン−1−イル)−2′−デオキシシチジン 59 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(2−カ
ルブメトキシエチル)−2′−デオキシシチジン 60 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(2−カ
ルブメトキシエテン−1−イル)−2′−デオキ
シシチジン 61 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(3−カ
ルブメトキシプロパン−1−イル)−2′−デオ
キシシチジン 62 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(4−カ
ルブメトキシ−2−メチルブテン−1−イル)
−2′−デオキシシチジン 63 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(3−シ
アノプロペン−1−イル)−2′−デオキシシチ
ジン 64 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(4−シ
アノ−2−メチルブテン−1−イル)−2′−デ
オキシシチジン 65 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−〔2−(4
−カルブメトキシフエニル)エテン−1−イ
ル〕−2′−デオキシシチジン 66 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(4−ア
セトキシブテン−1−イル)−2′−デオキシシ
チジン 67 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−(4−ア
セトキシブタン−1−イル)−2′−デオキシシ
チジン 68 5′−DMT−N4−ベンゾイル−5−〔4−
(2,4−ジニトロフエニル)ブチル〕−2−デ
オキシシチジン。 そして、Cmが次のものである生成物を得る。 58′ 5−(プロペン−1−イル)シトシン 59′ 5−(2−カルボキシエチル)シトシン 60′ 5−(2−カルボキシエテン−1−イル)シ
トシン 61′ 5−(3−カルボキシプロパン−1−イル)
シトシン 62′ 5−(4−カルボキシ−2−メチルブテン−
1−イル)シトシン 63′ 5−(3−シアノプロペン−1−イル)シト
シン 64′ 5−(4−シアノ−2−メチルブテン−1−
イル)シトシン 65′ 5−〔2−(4−カルボキシフエニル)エテ
ン−1−イル〕シトシン 66′ 5−(4−ヒドロキシブテン−1−イル)シ
トシン 67′ 5−(4−ヒドロキシブタン−1−イル)シ
トシン 68′ 5−〔4−(2,4−ジニトロフエニル)ブ
チル〕シトシン 同様に、他の適当な5′−DMT−N4−アシル−5
−アルキル−2′−デオキシシチジン類を用いるこ
とにより、類似のデオキシオリゴヌクレオチド類
が製造される。 実施例 XI 5′−DMT−5−(3−トリフルオロアセチルア
ミノプロピル)−2′−デオキシウリジンを5′−
DMT−N6−ベンゾイル−8−(4−トリフルオ
ロアセチルアミノヘキシル)アミノ−2′−デオキ
シアデノシンで置き換えて実施例−の
ホスホモノクロリダイトおよびデオキシオリゴヌ
クレオチド合成法を繰返すことにより、実施例
と同様にデオキシオリゴヌクレオチド類(ただ
し、UmはAmで置換えられており、このAmは8−
(6−アミノヘキシル)アミノ−2′−デオキシア
デノシンを表わす〕を製造する。 実施例−は、反応6で示される様
に、適当に修飾された塩基類を有するオリゴヌク
レオチド類へのリポーター基の結合を例示するも
のである。 実施例 フルオレセイン化デオキシオリゴ
ヌクレオチド 式: 〔式中、Umは5−〔N−(7−アミノヘプチル)
−1−アクリルアミド〕ウラシルを表わす〕 で示される純化ペンタデカ−ヌクレオチド(実施
例から得たもの)を、30mMの塩化ナトリウ
ムを含有するPH9.5の300mMホウ酸ナトリウム水
溶液または炭酸ナトリウム緩衝液に、25A260単
位/mlの割合で溶かす。固型のフルオレツセイン
イソチオシアネート(0.5mg/ml)を加え、この
混合物を密封し、4℃〜25℃で一夜、ゆるやかに
振盪する。この反応物を直接G−50Sephadex
カラムにかけて非結合−フルオレツセイン添加物
を分離する(このものは保持される);フルオレ
セイン化デオキシオリゴヌクレオチド付加物は空
容量付近で溶出する。顕著にA260単位を含む初
期の画分を合わせて凍結乾燥し、出発物質のペン
タデカオキシオリゴヌクレオチドに類似した構造
の固型の生成物を得る。ただし、この場合、Um
は式: であるか、あるいは未反応の5−〔N−(7−アミ
ノヘプチル)−1−アクリルアミド〕ウラシルの
いずれかである。λnax(H2O)262nm、498nm 実施例,XI,XIIおよびで述べた
化合物群を用いてこの操作を行なえば、同様にし
て、対応するフルオレセイン化されたまたはポリ
フルオレレセイン化されたデオキシオリゴヌクレ
オチド類が製造される。 実施例 フルオレツセイン以外のレポーター基の結合
は、フルオレツセイン・イソチオシアネートを例
えば下記の化合物に置き換え、実施例の操
作を繰返し行なうことによつて達成し得る。それ
らの化合物群は、例えば 2,4−ジニトロフエニル・イソチオシアネー
ト 1−フルオロ−2,4−ジニトロベンゼン アミノエチル・イソルミノール・イソチオシア
ネート アミノエチルアミノナフタレン−1,2−カル
ボキシリツク・ヒドラジツド・イソチオシアネー
ト N,N′−ビス(アルキルスルホニル)−N−ア
リール−N′−イソチオシアネートアリール−ジ
オキサミド −スルホニル・アニリン・イソチオシアネー
ト 9−(N−ヒドロキシサクシンイミジル)ビオ
チン 9−(N−ヒドロキシサクシンイミジル・カル
ボキシ)−N−メチルアクリジン、または 臭化シアン活性化Sepharose であり、これらによつて、フルオレツセン以外の
基が結合した、対応する付加物を製造することが
できる。 実例 イソルミノールおよび遊離の第1級
アミン−含有リポーターグループの結合 実施例から得た式: 〔式中、Umは5−(2−カルボキシエテニル)
ウラシルを表わす〕 で示される純化ペンタデカヌクレオチドを、水に
30A260単位/mlの割合で溶かし、1容量のピリ
ジンで希釈する。アミノブチルエチルイソルミノ
ールを終濃度が1mg/mlになる様に加え、次いで
5倍モル過剰量の1−エチル−3−(3−ジメチ
ルアミノプロピル)カーボジイミドを加える。こ
の反応物を密封し、暗所で12〜48時間、ゆるやか
に振盪する。この反応混合物を減圧濃縮して固型
残留物を得、これをそのままG−50Sephadex
カラムでクロマトグラフする。イソルミノール−
デオキシオリゴヌクレオチド連結物は、空容量付
近で溶出する。顕著にA260単位を含有している
初期の画分を合わせて凍結乾燥し、出発物質のデ
オキシオリゴヌクレオチドに類似した構造を有す
る固型生成物を得る。ただし、この場合、Um
式: あるいは未反応の5−(2−カルボキシエテニル)
ウラシルのいずれかである。 R2がカルボキシを含んでいる様な実施例
およびの化合物群を用いてこの操作を行な
えば、同様に、対応するデオキシオリゴヌクレオ
チド−イソルミノールが製造される。 また、アミノブチルイソルミノールをその他の
遊離第一級アミンを含むレポーター基で置換え、
この操作を繰返すことにより、同様にして相当す
るデオキシオリゴヌクレオチド−レポーター付加
物が製造される。 実施例 ジニトロフエニルリポーターグル
ープの結合 式: 〔式中、Amは8−(6アミノヘキシル)アミノ
アデニンを表わす〕 で示される純化ノナヌクレオチドをPH9の
250mM炭酸ナトリウム緩衝液に20A260単位/ml
の割合で溶かし、1−フルオロ−2,4−ジニト
ロベンゼンを加える。この反応溶液を周囲温度で
1夜振盪した後、直接Sephadex G−50カラム
にかけてクロマトグラフする。顕著にA260単位
を含む初期の画分を合わせて濃縮し、出発物質の
デカヌクレオチドと類似の構造を有するオリゴヌ
クレオチド生成物を得る。ただし、この場合、
Amは式: で示されるか、あるいは未反応の8−(6−アミ
ノヘキシル)アミノアデニンである。 8−(6−アミノヘキシル)アミノアデニンを
その他の、遊離第一級アミンを含有する修飾され
た塩基で置換えてこの操作を繰返し行なうことに
より、同様に対応するジニトロフエニル化された
オリゴヌクレオチド付加物が製造される。
Other compounds with substituent lengths of the formula are obtained. Two such nucleosides, one based on pyrimidine (uracil) and the other on purine (adenine)
is shown at the beginning of the scheme below illustrating this method. The reactive site on the base of the nucleoside is then masked, for example by attaching a benzoyl group (Bz) to the 6-position amine of the adenine-based nucleoside, as shown in Reaction 1. For information on this type of masking, please refer to "Synthetic Procedures in Nucleic Acid".
"Chemistry", Volume 1, W. Zorbach and R.
Tipson (ed.), Wiley-Int-erscience, NY,
Generally described in 1968. As shown in reaction 1, for example, the unprotected amine on the substituent is masked by attaching a trifluoroacetyl group (Ac). Selected 3' or 5' hydroxys of the nucleoside are then masked by attaching dimethoxytrityl (DMT) groups. In reaction 2 shown later, 5'-hydroxy is masked,
The 3' hydroxy is left free, ie, available for reaction. Alternatively, mask the 3′ hydroxy,
The 5' hydroxy may be left free. This nucleoside is then preferably
The 3' hydroxy is converted to an activated nucleotide monomer by attaching a phosphorus-containing group containing an activating moiety. If you want to block this modified nucleoside appropriately,
Modifications of the methods described by Letsinger et al., Matteucci et al., or summarized by Narang can be used for oligonucleotide synthesis. A method using phosphochloridite chemistry as described by Letsinger et al. is detailed in the Examples. To use phosphoramidite chemistry, similar to the modified method of Dorper et al. [Nucleic Acids Res. 11:2575 (1983)],
The protected, modified nucleoside is phosphitylated with methylchloro(N,N-diisopropyl)phosphoramidate or methylchloro-phosphomorpholinate using a modification of the method of Matteucci et al. Alternatively, the protected, modified nucleoside can be phosphorylated with 1.2 equivalents of chlorophenyl dichlorophosphate in trimethyl phosphate at room temperature and then placed in water to form the 3'-chlorophenyl phosphate adduct of the modified nucleoside. Obtainable. Such adducts are useful in modifying the phosphotriester approach, as exemplarily summarized by Narang et al. The scheme for Reaction 3 shows the synthesis of an activated monomeric nucleotide unit of the formula by attaching a phosphomonochloridite group to the 3' hydroxy of the nucleoside, with chlorine serving as the activating moiety. Coupling or condensation of a selected activated nucleoside monomer, i.e., a uracil-based monomer or an adenine-based monomer, to the terminal unit of a growing nucleotide chain.
This is shown in reaction 4 of the scheme. The nucleotide chain is
At its right-hand end, a naturally occurring group and its
It is depicted as containing a masking group R 4 attached to the 3' hydroxy or a nucleoside unit with a solid support. The illustrated chain also includes one or more (n') nucleotide units with a naturally occurring base attached to the 5' hydroxy of the nucleoside unit and at the terminal end of the nucleotide unit. One has a free hydroxyl at the 5' position. In this coupling reaction, the chlorine of the monomer is removed by reacting with the water of the free hydroxyl of the terminal unit, and the oxygen of the terminal unit is coupled to the phosphorus of the monomer as shown in the figure, and this monomer is attached to the nucleotide chain. becomes a new terminal unit. The DMT 5' blocking group is then removed and further activated nucleotide monomer units are coupled in sequence to allow elongation of the nucleotide chain. The nucleotide units added to the chain can be preselected and are either naturally occurring bases or modified bases. Further chain extension by adding one or more (n″) nucleotide units with naturally occurring bases is shown in diagrammatic reaction 4a. Synthesis of oligonucleotides of selected length and sequence Once done, the DMT group is removed from its terminal unit and the masked reactive groups are unmasked. Examples of modified uracil and adenine bases with unmasked reactive groups are shown schematically in Reaction 5. If the first nucleotide unit is attached to a solid support R4 , the chain is detached from the solid support. The appropriate order of unmasking can be preselected. If the nucleotide product cannot function as a reporter group in the intended use, a suitable reporter group R 5 can be attached to such a substituent, as exemplified in Reaction 6. ,
Each base is shown with a reporter group attached to each substituent of the base. In the above formula, for example, B m in the oligonucleotide product is: A variety of useful reporter groups (R 5 ) can be attached to the oligonucleotide product. for example: Oligonucleotide Products with Reporter Groups (R 5 =Biotin or Fluorescein) Having generally described and illustrated the process of the invention, each of the described reactions will be described in more detail below. For reaction 1, N 4 of cytosine, adenine
Masking of chemically reactive amines such as N 6 , N 2 of guanine, and alkyl or aryl amines of modified bases with suitable masking groups can be applied to alcohols, pyridines, lutidines, chloroform, etc. The nucleoside is mixed with an excess amount of the appropriate acid anhydride in a suitable solvent such as 0°C and 110°C.
The reaction can be suitably carried out by reacting at a temperature in the range of 20°C to 80°C, usually for about 1 to 24 hours. Suitable acid anhydrides include acetic anhydride, trifluoroacetic anhydride, benzoic anhydride, anisic anhydride, and the like. Preferred are acetic anhydride, trifluoroacetic anhydride, benzoic anhydride and isobutyric anhydride. Masking of the 5'-hydroxy in reaction 2 is achieved by treating the nucleoside with a slight excess of a suitable acid-labile masking agent, such as trityl chloride,
This can be conveniently carried out by reacting with monomethoxytrityl chloride, dimethoxytrityl chloride (DMTCl), trimethoxytrityl chloride, or the like. Preferred is dimethoxytrityl chloride. A typical reaction is
For example, the reaction is carried out in a suitable solvent such as pyridines, lutidines, trialkylamines, etc. at a temperature in the range of -20°C to 120°C, usually 20°C to 100°C, for about 1 to 48 hours. A preferred reaction uses 1.1 equivalents of DMTCl in pyridine and is reacted for about 2 hours at room temperature. It is generally preferred to separate and/or isolate the respective product of each of the above reactions before using it as a starting material for the next reaction. Separation and isolation can be carried out by suitable purification methods such as evaporation, filtration, crystallization, column chromatography, thin layer chromatography, and the like. For specific examples of typical separation and isolation methods, reference may be made to the appropriate Examples below. However, other equivalent separation methods can of course also be employed. It is also noted that although typical reaction conditions (e.g. temperature, molar ratio, reaction time) are given, conditions above or below these ranges may also be used, although usually less suitable. must be understood. Activation to phosphite shown in reaction 3 is as follows:
The nucleoside compound is heated to −90°C in an appropriate solvent.
This can be most suitably carried out by treatment with a suitable phosphitylating agent at a temperature of 60 DEG C. for 1 minute to 2 hours. Suitable phosphitylating agents include methylphosphodichloridite, o-chlorophenylphosphodichloridite, p-chlorophenylphosphodichloridite, methylphospho(dialkylamino)monochloridite, and the like. Suitable solvents include 0-20% of a suitable base (usually 1-20%).
5% by volume), for example, pyridine containing lutidines, collidines, trialkylamines, etc.
Examples include lutidines, acetonitrile, tetrahydrofuran, dioxane, and chloroform. Preferred phosphitylating agents are methylphosphodichloridite, o-chlorophenylphosphodichloridite, and methylphospho(di-isopropylamino)-monochloridite. Preferred phosphitylation conditions are 0.9 equivalents of methylphosphodichloridite in acetonitrile or pyridine containing 5% 2,6-lutidine for 5 to 10 minutes at room temperature or below. An example of chemically inserting modified nucleotide monomers into a growing nucleotide chain to create a defined nucleotide sequence is shown in Reactions 4 and 4a. Typical conditions are in a suitable solvent at -20°C to 50°C, preferably at ambient temperature, for about 1 to 60 minutes. Suitable solvent mixtures include 0-20% of a suitable base (usually 1-5% by volume);
Examples include pyridine, lutidine, acetonitrile, tetrahydrofuran, dioxane, and chloroform containing lutidines, collidines, and trialkylamines. The growing chain may be soluble, insoluble, or attached to a suitable solid support by suitable chemical methods known in the art. Preferably, it is bound to a solid carrier. Furthermore, the growing chain may or may not already contain one or more modified nucleosides. After condensation of the activated monomer onto the growing chain in reaction 4, the initial product is treated with appropriate reagents to oxidize the intermediate phosphite triester and remove any unreacted oligonucleotide. Capping is performed to block the 5'-hydroxy of the 5'-DMT group and remove the 5'-DMT group. Oxidation of the phosphite triester can be carried out by treatment with 0.1 to 5% w/v iodine in a suitable solvent, for example a tetrahydrofuran/water/lutidine mixture. Chemical capping of unreacted 5'-hydroxy can be accomplished by acetylation or acylation using, for example, acetic anhydride and 4-dimethylaminopyridine in a tetrahydrofuran/lutidine mixture. Removal of the 5'-blocking group, usually DMT, is most conveniently carried out by treatment with a mild organic acid in an aprotic solvent, such as chloroformacetic acid or 1-5% by volume dichloroacetic acid or trichloroacetic acid in dichloromethane. I can do it well. DMT
The growing nucleotide chain that has been removed is
It becomes an acceptor for further elongation in the next reaction by the activated monomer, resulting in an oligonucleotide of the desired length and sequence, as shown in reaction 4a. Once the oligonucleotide of the desired sequence has been produced, reaction 5 is performed to obtain the oligonucleotide product. For this purpose, thiophenol treatment removes the methyl masking group from the phosphate triester and appropriate aqueous alkali or ammonia treatment removes the benzoyl from the protected amine.
Acetyl, isobutyl, trifluoroacetyl or other groups are removed and/or the product is desorbed from the solid support. Removal of DMT from the oligonucleotide product is carried out by appropriate treatment with a mild acid such as aqueous acetic acid for 10-60 minutes at ambient temperature to 40°C. Such reactions can be carried out at or before the final purification step. Final purification is carried out by suitable methods, such as polyacrylamide gel electrophoresis, high pressure liquid chromatography (HPLC), reverse phase or anion exchange on DEAE-cellulose, or a combination of these methods. The oligonucleotide synthesis method described here is
Modified deoxyribonucleoside (R′ is H)
Alternatively, modified ribonucleosides (R' is hydroxy) can also be used. When ribonucleosides are used, the 2'-hydroxy is masked by a suitable masking group, such as that provided by a silyl ether. Other ribose forms, including arabinose and 3'-deoxyribose, can also be used in the method of producing the desired oligonucleotides. Substituents that modify nucleotide bases may themselves function as one or more reporter groups. An example thereof is a substituent containing a dinitrophenyl group. If a substituent cannot function as a reporter group, it must be capable of binding one or more reporter groups before or after the chain extension coupling reaction. Selected oligonucleotide products are reacted with appropriate reagents to bind such reporter groups. For example, if a modified base is inserted into an oligonucleotide and the substituent R 2 contains one or more primary amines, the amine-
Coupling with reactive groups such as isocyanates, isothiocyanates, active carboxylic acid conjugates, expoxides or active aromatic compounds to form amide, urea, thiourea, amine or aromatic amine bonds. For example, as shown in the scheme for Reaction 5, oligonucleotides containing uracil or adenine bases modified with substituents bearing primary amines can be reacted with a suitable reagent such as fluorescein isothiocyanate. , as shown in reaction 6, a reporter group R 5 (fluorescein) attached to a substituent can be obtained. Other reporter groups that can be similarly attached include a wide variety of organic moieties such as fluoresceins, rhodamines, acridinium salts, dinitrophenyls, benzenesulfonyls, reminols, luciferins, biotins, vitamins, Contains carbohydrates.
Suitable active reporter groups can be commercially available, such as “Bioluminescence and
M. DeLuca and W. McElroy
ed., Acad.Press, New York (1981)], D.
The method of Roswell et al. or H. Schroeder et al. [ Meth .
Enzymol. LX 11 , 1978] and the literature cited therein. Typically, addition of the reporter group involves adding a substituent of the modified base, where R2 is C o H2o NH2 , with an excess of the selected reporter group, preferably in an aqueous solvent, at about -20 °C. ~50℃ (preferably 20
This is conveniently achieved by reacting for 1 to 24 hours at a temperature in the range of 1 to 40°C. Suitable solvents are aqueous buffers and 0-50% organic solvents such as lower alcohols, tetrahydrofuran, dimethylformamide, pyridine, and the like. Preferred reporter group reactants include fluorescein isothiocyanates, dinitrophenyl isothiocyanates, fluorodinitrobenzene, N-hydroxysuccinimidylbiotin,
active esters of carboxyfluorescein, such as N-hydroxysuccinimidyl dinitrobenzoate, isothiocyanates, such as aminobutylethylisoluminol isothiocyanate;
rhodamine, biotin adducts, dioxetanes,
Contains dioxamides, carboxyacridines, carbohydrates, etc. Additionally, if the oligonucleotide product contains a modified base where R includes one or more carboxylic acids, it may be mildly condensed with, for example, primary alkylamines to form an amide linkage. obtain. Typically, this involves combining the oligonucleotide with an excess of a reporter group containing a primary amine, preferably in an aqueous solvent, in the presence of a suitable condensing agent such as a water-soluble carbodiimide.
It is convenient to carry out the reaction at a temperature in the range of about -20°C to 50°C (preferably 20°C to 40°C) for a period of 6 to 72 hours. Anti-preferred reporter groups of this type include (aminoalkyl)-amino-naphthalene-1,2-dicarboxylic acid hydrazides, amino-
These include fluoresceins, aminorhodamins, aminoalkyluminols, aminoalkylaminobenzenesulfonyl adducts, amino sugars, and the like. Additionally, chemical synthesis of the initial oligonucleotide product may be performed using modified nucleotide monomers whose substituents include such reporter groups. If such groups need to be masked, they are appropriately masked during the coupling reaction. On the other hand, some reporter groups do not require masking. For example, an unmasked nitrophenyl adduct can be present on a modified nucleotide monomer during the coupling reaction without adverse effects. Reporter groups used in the inventive method typically include aromatic, polyaromatic, cyclic, and polycyclic organic moieties, which can also include heteroatoms such as nitrogen, oxygen, and sulfur. It is functionalized by containing. The oligonucleotide product can contain one or more types of modifications, or one or more modified bases. An example of this type of oligonucleotide is shown in the following structural formula: In the above formula, C m is 5-(3-aminopropyl)cytosine, U m is 5-[N-(4-aminobutyl)-1
-acrylamide]uracil, A m is 8-[6-
2,4-dinitrophenyl]-aminohexyl]
It is aminoadenine. This product is further modified by reaction with fluorescein isothiocyanate to provide fluorescein reporter groups on C m and U m . Such oligonucleotide products demonstrate the diversity of choices of modified and unmodified nucleotide units in oligonucleotide products made possible by the method of the present invention. More specifically, such oligonucleotides are exemplified by the use of one or more nucleotide units whose bases have been modified with substituents that provide the same or a different type of reporter group function. ing. Also exemplified are units whose base is modified by a substituent to which a reporter group is attached, namely C m and U m , while A m is a unit whose base is itself modified with a dinitrophenyl group. is an example of a unit modified with a substituent that can function as a reporter group because it contains It is further understood that such an oligonucleotide may contain more than one nucleotide unit of the same type, and that it may contain units with unmodified bases mixed with units with modified bases. It shows. As shown in Reaction 6, instead of attaching the reporter group to the primary amine of the substituent, such an amine or other group may alternatively be attached to a suitably activated solid support. be able to. This results in certain oligonucleotide sequences being covalently linked to such carriers via modified bases. Such solid supports are useful for detecting and isolating complementary nucleic acid components. Alternatively, the modified nucleotide monomers may be coupled to a solid support prior to the chain extension coupling reaction 4, thereby providing a solid support for such monomers during the coupling reaction. Specific examples are provided below to enable those skilled in the art to practice the invention. This example should not be construed as limiting the scope of the invention, but merely as illustrative and representative of the invention. To clarify the structure, reference may be made to the process diagrams described above. EXAMPLE This example describes the synthesis of a modified nucleoside precursor, 5-(3-trifluoroacetylaminopropenyl)-2'-deoxyuridine. 5-chloromercury-2'-deoxyuridine (3.6 g, 7.8 mmol) is suspended in 200 ml of methanol. N-allyl trifluoroacetamide (6.8 ml, 55 mmol) was added followed by 0.2 N lithium tetrachloropalladate in methanol.
Add ml. After stirring at room temperature for 18 hours, the reaction was gravity filtered to remove the black solid palladium, and the yellow methanolic liquid was treated with five 200 mg portions of sodium borohydride and then concentrated in vacuo to a solid. Obtain mold residue. The residue was subjected to flash column chromatography on silica gel.
Purify by eluting with a 15% by volume mixture of methanol in chloroform. Fractions in which the product has been appropriately purified are combined and concentrated under reduced pressure to obtain 2.4 g of crystals of 5-(3-trifluoroacetylaminopropenyl)-2'-deoxyuridine. UVλ nax 291nm
(ε7800), λ nio 266nm (ε(4400); TLC (Silica,
Elute with a 15% volume solution of methanol in chloroform)
R f =0.4. EXAMPLE This example describes the synthesis of the modified nucleoside precursor 5-[N-(trifluoroacetylaminoheptyl)-1-acrylamide]-2'-deoxyuridine. 5-chloromercury-2'-deoxyuridine (3.6 g, 7.8 mmol) is suspended in 200 ml of methanol. Add N-(7-trifluoroacetylaminoheptyl)-acrylamide (55 mmol),
Then 41 ml of 0.2N lithium tetrachloropalladate in methanol are added. After stirring at room temperature for 18 hours, the reaction is filtered by gravity to remove the black solid palladium. Yellow methanolic liquid
treated with 200 mg of sodium borohydride five times,
It is then concentrated under reduced pressure to obtain a solid residue. The residue is purified by flash column chromatography on silica gel, eluting with a 10% by volume mixture of methanol in chloroform. The fractions in which the product has been appropriately purified are combined and concentrated under reduced pressure, and 5-
2.8 g of crystals of [N-(7-trifluoroacetylaminoheptyl)-1-acrylamide]-2'-deoxyuridine are obtained. UVλ nax 302nm (ε18000),
λ nio 230 nm, 280 nm; TLC (silica, eluted with 15% methanol by volume in chloroform) R f =
0.3. EXAMPLE This example describes the masking of 5'-hydroxy for the preparation of 5'-dimethoxytrityl-5-(3-trifluoroacetylaminopropenyl)-2'-deoxyuridine as shown in the reaction. do. 5-(3-trifluoroacetylaminopropenyl)-2'-deoxyuridine (2.4 g) twice;
Completely evaporate from pyridine, then pyridine 40
Stir in ml. Dimethoxytrityl (DMT)
Chloride (2.3 g, 6.6 mmol) is added and the mixture is stirred at room temperature for 4 hours. Thin layer chromatography (on silica, methanol in chloroform)
After confirming the completion of the reaction by elution with a 10% by volume mixture, the reaction is concentrated to give a residual solid. The residue is subjected to column chromatography on silica, all fast-flowing impurities have been eluted with chloroform, and the product is then eluted with a 5% by volume mixture of methanol in chloroform. The residue was then concentrated to give 5'-dimethoxytrityl-5-(3-trifluoroacetylaminopropen-1-yl)-2'-deoxyuridine as a white fluffy solid (4 g).
get as. This product decomposes when heated;
UV λ nax 291 nm, λ nio 266 nm; (TLC (silica, eluted with 10% methanol by volume in chloroform): R f 0.6. Example In this example 5'-dimethoxytrityl-5-
(3-trifluoroacetylaminopropyl)-
Hydrogenation of the exocyclic double bond and masking of 5'-hydroxy to obtain 2'-deoxyuridine will be explained. Repeat the synthesis of nucleoside precursors and 5'-hydroxy masking of Example and [However, before addition of DMT chloride, purification 5
-(3-trifluoroacetylaminopropenyl)
5'-dimethoxytrityl-5-(3-trifluoroacetylamino Propyl)-2'-deoxyuridine is produced. From the examples, the synthesis of other modified uracil nucleosides, followed by reaction 2.
The masking of hydroxy shown in will be explained. Example N-allyl trifluoroacetamide was replaced with the following compound group (numbers 1 to 8 ), and the steps and operations were repeated to synthesize a nucleoside precursor and mask 5' hydroxy,
In each case, the following groups of compounds (numbered 1' to 8' ) are obtained: i.e. replaced by the following compounds: 1 N-(3-butenyl)trichloroacetamide 2 N-(5-hexenyl) trifluoroacetylamide 3 N -(2-methyl-2-propenyl)trifluoroacetamide 4 N-(4-ethenyl phenylmethyl) trifluoroacetamide 5 N-(1-methyl-3-butenyl) trifluoroacetamide 6 N-(12-trichloroamino dodecyl)acrylamide 7 (pertrifluoroacetylpolylysyl)acrylamide 8 N-(3-trifluoroacetylamidopropyl)acrylamide, and the following compound is obtained: 1'5'-dimethoxytrityl-5-(4-trichloroacetylaminobuten-1-yl)-2'-
Deoxyuridine 2'5'-dimethoxytrityl-5-(6-trifluoroacetylaminohexen-1-yl)-
2'-deoxyuridine3'5'-dimethoxytrityl-5-(3-trifluoroacetylamino-2-methylpropene-
1-yl)-2'-deoxyuridine4'5'-dimethoxytrityl-5-[2-(4-trifluoroacetylaminomethylphenyl)ethen-1-yl]-2'-deoxyuridine5'5' -dimethoxytrityl-5-(4-trifluoroacetylamino-4-methylbutene-1
-yl)-2'-deoxyuridine 6'5'-dimethoxytrityl-5-[N-(12-trichloroacetylaminododecyl)-1-acrylamide]-2'-deoxyuridine7'5'-dimethoxytrityl-5-[N-(pertrifluoroacetylpolylysyl)-1-acrylamide]-2'-deoxyuridine8'5'-dimethoxytrityl-5-[N-(3-trichloroacetylaminopropyl)-acrylamide]-2' -Deoxyuridine Example 5-(3-Trifluoroacetylaminopropenyl)-2'-deoxyuridine was replaced with the following 5-substituted-2'-deoxyuridines (numbers 9 to 18 ) to obtain 5' of Example. By repeating the hydroxy masking operation, the following product group ( 9′ to 18′ )
Manufacture. That is, replacing with the following compounds: 9 5-(propen-1-yl)-2'-deoxyuridine 10 5-(carbutoxyethyl)-2'-deoxyuridine 11 5-(3-carbumethoxylpropane-1-
yl)-2'-deoxyuridine 12 5-(4-carbumethoxy-2-methylbuten-1-yl)-2'-deoxyuridine 13 5-(3-cyanopropen-1-yl)-2'-
Deoxyuridine 14 5-(4-cyano-2-methylbutene-1-
yl)-2'-deoxyuridine15 5-[2-(4-carbumethoxyphenyl)ethen-1-yl]-2'-deoxyuridine16 5-(4-acetoxybuten-1-yl)-
2'-deoxyuridine17 5-(4-acetoxybutan-1-yl)-
2'-deoxyuridine, and the following 5'-dimethoxytrityl-5-alkyl-2'-deoxyuridines are obtained: 9'5'-dimethoxytrityl-5-(propene-
1-yl)-2'-deoxyuridine10'5'-dimethoxytrityl-5-(2-carbumethoxyethyl)-2'-deoxyuridine11'5'-dimethoxytrityl-5-(3-carbumethoxypropane-1-yl)-2'-deoxyuridine12'5'-dimethoxytrityl-5-(4-carbumethoxy-2-methylbuten-1-yl)-
2'-deoxyuridine13'5'-dimethoxytrityl-5-(3-cyanopropen-1-yl)-2'-deoxyuridine14'5'-dimethoxytrityl-5-(4-cyano-2-methylbutene-1-yl)-2'-deoxyuridine15'5'-dimethoxytrityl-5-[2-(4-
Carbumethoxyphenyl)ethen-1-yl]
-2'-deoxyuridine 16'5'-dimethoxytrityl-5-(4-acetoxybuten-1-yl)-2'-deoxyuridine17'5'-dimethoxytrityl-5-(4-acetoxybutane-1-yl)yl)-2'-deoxyuridine18'5'-dimethoxytrityl-5-[4-(2,
4-dinitrophenyl)butyl]-2'-deoxyuridine Example Synthesis of the nucleoside precursor of Example by replacing 5-chloromerkyry-2'-deoxyuridine with 5-chloromerkyryuridine and synthesis of the 5'-hydroxy nucleoside precursor. By repeating the masking method, the corresponding 5'-dimethoxytrityl-5-substituted uridines are prepared. Example-XI illustrates the synthesis of modified cytosine nucleosides. Cytosine nucleosides, like adenosine nucleosides and unlike uracil nucleosides, have reactive groups on the base moiety, so such reactive groups can be masked to protect against undesired reactions. . In these examples, in reaction 2
Similar to the masking of 5'-hydroxy, masking of the reactive group in the base portion of cytosine shown in reaction 1 will be explained. Example 5-(3-Trifluoroacetylaminopropenyl) -N4 -benzoyl-2'-deoxyuridine 5-chloromerkyry-2'-deoxyuridine was replaced with 5-chloromerkyry-2'-deoxycytidine, The nucleoside precursor synthesis method of the example is repeated to produce 5-(3-trifluoroacetylaminopropenyl)-2'-deoxycytidine (UVλ nax 287 nm). Purification 5-
(3-trifluoroacetylaminopropenyl)-
2'-Deoxycytidine (1.3 g, 4.6 mmol) is stirred in 80 ml of absolute ethanol, anhydrous benzoyl (1.5 g, 7 mmol) is added and the reaction is brought to reflux. Additionally, 1.5 g of anhydrous benzoyl is added 5 times every hour. Thin layer chromatography [silica plate, n-butanol/methanol/conc.
After determining the completion of the reaction (during 6-10 hours) by elution with NH 4 OH/water (60:20:1:20).
The reaction mixture is cooled and concentrated under reduced pressure to obtain a semi-solid. Knead this solid with ether three times,
Decant and dry. The crude product is recrystallized from water to give chromatographically pure N4 -benzoyl-5-(3-trifluoroacetylaminopropenyl)-2'-deoxycytidine as a white solid. This product decomposes above 120°C; UV nax = 311nm. Example 5'-dimethoxytrityl-5-(3-
trifluoroacetylaminopropenyl)-N 4
-Benzoyl-2'-deoxycytidine 5-(3-trifluoroacetylaminopropenyl)-2'-deoxyuridine is replaced with 5-(3-trifluoroacetylaminopropenyl) -N4 -benzoyl-2'-deoxycytidine , 5'-dimethoxytrityl-5-(3-trifluoroacetylaminopropenyl) -N4 -benzoyl-2'-deoxycytidine is produced by repeating the 5'-hydroxy masking operation in Example. Example By replacing N-allyl trifluoroacetamide with the N-alkyl trifluoroacetamides of Examples and repeating the nucleoside precursor synthesis and 5' hydroxy masking operations of Examples, the corresponding 5'-dimethoxytrityl -5-(trifluoroacetyl)aminoalkyl) -N4 -benzoyl-2'-deoxycytidines are produced. That is, the following compound groups. 5'-dimethoxytrityl-5-(4-trifluoroacetylaminobuten-1-yl) -N4 -benzoyl-2'-deoxycytidine 5'-dimethoxytrityl-5-(6-trifluoroacetylaminohexene-1 -il) -N 4 -
Benzoyl-2'-deoxycytidine 5'-dimethoxytrityl-5-(3-trifluoroacetylamino-2-methylpropene-1-
yl) -N4 -benzoyl-2'-deoxycytidine 5'-dimethoxytrityl-5-[2-(4-trifluoroacetylaminomethylphenyl)ethen-1-yl] -N4 -benzoyl-2'- Deoxycytidine 5'-dimethoxytrityl-5-(4-trifluoroacetylamino-4-methylbuten-1-yl) -N4 -benzoyl-2'-deoxycytidine 5'-dimethoxytrityl-5-[N-(12 -trifluoroacetylaminododecyl)-1-acrylamide]-N 4 -benzoyl-2'-deoxycytidine 5'-dimethoxytrityl-5-[N-(pertrifluoroacetylpolylysyl)-1-acrylamide]-N 4 -Benzoyl-2'-deoxycytidine Example XI 5'-dimethoxytrityl- N4 -benzoyl-5-(2-carbumethoxyethenyl)-
Synthesis of 2'-deoxycytidine 5-(2-carbumethoxyethenyl)-2'-deoxycytidine (0.82 g, 2.6 mmol) is stirred in 50 ml of absolute ethanol. Benzoic anhydride (500mg,
2.2 mmol) is added and the reaction is heated to reflux. Additionally, 500 mg of benzoic anhydride is added every hour for 5 times. After the reaction is determined to be complete by thin layer chromatography (usually 6-8 hours), the reaction is cooled and vacuum distilled to yield a yellow semi-solid material. Chromatography on silica gel, eluting with a mixture of methanol/chloroform in linear proportions ranging from 1:19 to 1:3, combining and evaporating the appropriate fractions to remove N4-
Benzoyl-5-(2-carbumethoxyethenyl)
-2'-deoxycytidine is obtained as an amorphous white solid. UV λ nax 296nm, λ nio 270nm. Dry this solid completely and dissolve it in 20 ml of pyridine. Dimethoxytrityl chloride (1.1 equivalent)
is added and the reaction is stirred at ambient temperature for 6 hours. Concentration gave a solid, which was then subjected to column chromatography on silica gel, eluting with a 10% mixture of methanol in chloroform to give 5'-dimethoxytrityl- N4 -benzoyl-5-(2-carbumethoxyethyl). (tenyl)-2'-deoxycytidine is obtained as an off-white fluffy solid. Example XII By replacing 5-(2-carbumethoxyethenyl)-2'-deoxycytidine with the following compound group (numbers 19 to 27 ) and repeating the method for synthesizing the nucleoside precursor of Example XI. , the following corresponding compound groups (numbers 19' to 27' ) are obtained. That is, the following compounds are substituted: 19 5-(2-carbumethoxyethyl)-2'-deoxycytidine20 5-(3-carbumethoxypropan-1-yl)-2'-deoxycytidine21 5-(4 -carbumethoxy-2-methylbuten-1-yl)-2'-deoxycytidine22 5-(3-cyanopropen-1-yl)-2'-
Deoxycytidine 23 5-(4-cyano-2-methylbutene-1-
yl)-2'-deoxycytidine24 5-[2-(4-carbumethoxyphenyl)ethen-1-yl)-2'-deoxycytidine25 5-(4-acetoxybuten-1-yl)-
2'-deoxycytidine26 5-(4-acetoxybutan-1-yl)-
2'-deoxycytidine27 5-[4-(2,4-dinitrophenyl)butyl]-2'-deoxycytidine and the following 5'-dimethoxytrityl- N4 -benzoyl-5-alkyl-2'-deoxycytidines obtain: 19'5'-DMT-N 4 -benzoyl-5-(2-carbumethoxyethen-1-yl))-2'-deoxycytidine 20'5'-DMT-N 4 -benzoyl-5-( 3-carbumethoxypropan-1-yl)-2'-deoxycytidine 21'5'-DMT-N 4 -benzoyl-5-(4-carbumethoxy-2-methylbuten-1-yl)
-2'-deoxycytidine 22'5'-DMT-N 4 -benzoyl-5-(3-cyanopropen-1-yl)-2'-deoxycytidine 23'5'-DMT-N 4 -benzoyl-5- (4-cyano-2-methylbuten-1-yl)-2'-deoxycytidine 24'5'-DMT-N 4 -benzoyl-5-[2(4-
Carbumethoxyphenyl)ethen-1-yl]
-2'-deoxycytidine 25'5'-DMT-N 4 -benzoyl-5-(4-acetoxybuten-1-yl)-2'-deoxycytidine 26'5'-DMT-N 4 -benzoyl-5- (4-acetoxybutan-1-yl)-2'-deoxycytidine 27'5'-DMT-N 4 -benzoyl-5-[4-
(2,4-dinitrophenyl)butyl]-2'-deoxycytidine Similarly, other acid anhydrides such as acetic anhydride,
By using anisoyl anhydride or tolyl anhydride, in Examples and XI, N4 -acyl or N4 -acetyl-5-alkyl-2'-deoxycytidine in which benzoyl is replaced by acetyl or acyl is prepared. , respectively, are manufactured. Example 5-chloromer-kyry-2'-deoxycytidine was replaced with 5-chloromer-kyry-cytidine,
By repeating the nucleoside precursor synthesis method and 5'-hydroxy masking method from Examples, the corresponding 5'-dimethoxytrityl- N4
-Preparing benzoyl-5-substituted cytidines. EXAMPLE This example illustrates the masking of the reactive base moiety of the adenine nucleoside and the masking of the 5' hydroxy. N 6 -benzoyl-8-(6-aminohexyl)
Amino-2'-deoxycyadenosine (4 mmol) is stirred in 60 ml of absolute ethanol. Trifluoroacetic anhydride (6 mmol) is added and the reaction is stirred at room temperature. Two additional portions of trifluoroacetic anhydride are added every hour. After 4 hours, the reaction is concentrated to give a solid residue, which is lyophilized overnight.
The N6 -benzoyl-8-(6-trifluoroacetylaminohexyl)amino-2'-deoxyadenosine crude product is thoroughly dried and concentrated twice in pyridine to a solid residue. This solid material is placed in 40 ml of pyridine under stirring and dimethoxytrityl chloride (6.5 mmol) is added. 4
After an hour, the reaction is concentrated to obtain a solid residue. This was subjected to column chromatography on silica gel, and the methanol content in chloroform was reduced from 0 to 0.
A multi-step gradient elution between 15% and 5'-dimethoxytrityl- N6 -benzoyl-8-(6-trifluoroacetylaminohexyl)amino-2'-deoxyadenosine is obtained as an off-white solid. From the example, as in reaction 3 in the diagram,
Activation of 5-substituted-nucleosides and naturally occurring nucleosides masked at the 5' position to the respective phosphomonochloridites. Example Preparation of 3'-phosphomonochloridite of 5'-DMT-5-(3-trifluoroacetylaminopropan-1-yl)-2'-deoxyuridine. Fluoroacetylaminopropan-1-yl)-2'-deoxyuridine (1.54 g, 2.2 mmol) was dissolved in 20 ml of benzene three times over 12 hours each to remove residual water and solvent. Freeze-dry from.
The resulting very fluffy white powder is transferred under reduced pressure into a nitrogen atmosphere and dissolved in anhydrous acetonitrile containing 5% by volume of 2,6-lutidine to a final concentration of 30mM. A large pill of methylphosphodichloridite (1.0 eq.) is quickly added via syringe under a nitrogen atmosphere and with vigorous stirring. This reactant was mixed under a nitrogen atmosphere.
Swirl for about 1 minute. The resulting reaction solution of crude 5'-DMT-5-(3-trifluoroacetylaminopropan-1-yl)-2'-deoxyuridine 3'-methylphosphomonochloridite was then purified without further purification. , used as is in the synthesis of deoxyoligonucleotides (Example). The 31P -NMR (CH 3 CN/CDCl 3 ) of this product is:
Typically, 40-70 mol% represents the desired product (167.5 ppm). The rest are bis-3′,
3′-[5′DMT-5-(3-trifluoroacetylaminopropan-1-yl)-2′-deoxyuridylyl]methylphosphite (140 ppm),
5'-DMT-5-(3-trifluoroacetylaminopropan-1-yl)-2'-deoxyuridine
Composed of 3′-methylphosphonate (9.5ppm),
This latter compound is produced in an amount that reflects the presence of water in the reaction system. Example Production of 3'-phosphomonochloridites of naturally occurring 2'-deoxynucleoside 5'-DMT-5-(3-trifluoroacetylaminopropan-1-yl)-2'-deoxyuridine, 5 '-DMT-2'-deoxythymidine 5'-DMT-N 4 -benzoyl-2'-deoxycytidine 5'-DMT-N 6 -benzoyl-2'-deoxyadenosine 5'-DMT-N 2 -isobutyryl-2 By substituting with '-deoxyguanosine and repeating the procedure of the example, the following corresponding phosphomonochloridites are prepared. That is, 5'-DMT-2'-deoxythymidine 3'-methylphosphomonochloridite 5' - DMT-N 4 -benzoyl-2'-deoxycytidine 3'-methylphosphomonochloridite 5'-DMT-N 6 -benzoyl-2'-deoxyadenosine 3'-methylphosphomonochloridite 5'-DMT-N 6 -benzoyl-2'-deoxyadenosine 3'-methylphosphomonochloridite 5'-DMT- N 2 -isobutyryl -2 '-Deoxyguanosine 3'-methylphosphomonochloridite Example By replacing methylphosphodichloridite with o -chlorophenylphosphodichloridite and repeating the synthesis method of phosphomonochloridite in Example and 5'-DMT-nucleoside 3'-phosphomonochloridites, namely 5'-DMT-5-(3-trifluoroacetylaminopropyl)-2'-deoxyuridine 3'- o -
Chlorophenylphosphomonochloridite 5'-DMT-2'-deoxythymidine 3'- o -chlorophenylphosphomonochloridite, 5'-DMT-N 4 -benzoyl-2'-deoxycytidine 3'- o -chlorophenyl Phosphomonochloridite 5'-DMT-N 6 -benzoyl-2'-deoxyadenosine-3'- o -chlorophenylphosphomonochloridite 5'-DMT-N 2 -isobutyryl-2'-deoxyguanosine 3'- o - Obtain chlorophenylphosphomonochloridite. Similarly, by using p -chlorophenylphosphodichloridite, a 3'- p -chlorophenylphosphomonochloridite adduct of a similar material is prepared. [ 32P ]NMR of o- chlorophenylphosphomonochloridite product ( CH3CNCDCl3 )
are 160.7, 160.5ppm (diastereomer). Example - Reactions 4 and 5 of the diagram
This exemplifies the chemical synthesis of oligonucleotides incorporating modified bases, as shown in FIG. Example 5 Synthesis of deoxyoligonucleotides containing -(3-aminopropyl)-uracil and naturally occurring nucleotide units Immediately before the synthesis of deoxyoligonucleotides, the phosphomonochloridite synthesis procedure of Example was carried out. The product was directly dissolved in anhydrous acetonitrile/5% by volume 2,6-lutidine.
It is used containing 30mM crude 3'-methylphosphomonochloridite. Solid support (5-DMT-N 6 -benzoyl-
2'-deoxyadenosine 3'-succinamidopropyl silica (250 mg, 20 μeq) is placed in a suitable reaction flow vessel (glass or Teflon column or funnel). This solid carrier was prepared in advance with acetonitrile/5% lutidine, tetrahydrofuran/water/lutidine containing 2 w/v% iodine for 2 minutes,
Conditions were adjusted in advance by sequentially treating with chloroform, 4% dichloroacetic acid in chloroform for 2.5 minutes, and acetonitrile/5% lutidine. In this case, each treatment may be carried out in a total volume of 5-15 ml in two or three portions or in constant flow, as desired. Deoxyoligonucleotides follow reaction 4,
Desired activated 5'-DMT-nucleotide
The terminal unit of the growing nucleotide chain (which is initially the only unit of this chain; i.e., the deoxyadenosine containing solid support) is added sequentially to the 3' methylphosphomonochloridite monomer. The free 5′- of
It is synthesized by bonding this to a hydroxyl group. Additions are selected from examples and
This is done by reacting 10 ml of 30 mM crude monochloridite with the freshly deprotected 5' hydroxy on the chain in 2-3 portions or by constant flow and reaction for 2-6 minutes. The first phosphomonochloridite addition, followed by one complete reagent cycle, consists of the following sequential treatments: -5'-DMT-5-(3-trifluoroacetylaminopropyl)-2'-deoxy Uridine 3'-methylphosphomonochloridite, - acetonitrile/lutidine wash, - capping for 5 minutes with 0.3M 4-dimethylaminopyridine in acetic anhydride/lutidine/tetrahydrofuran (1:3:2), - acetonitrile/5% lutidine wash. , -tetrahydrofuran/water/lutidine (6:
oxidize for 2 minutes with 2% iodine in 2:1), - acetonitrile/5% lutidine wash, - chloroform wash, - 2.5% by volume dichloroacetic acid in chloroform.
- Chloroform wash, - Acetonitrile/lutidine wash. Repeat the above cycle with 5'-DMT-5
-(3-trifluoroacetylaminopropyl)-
The 2'-deoxyuridine 3'-methylphosphomonochloridite is replaced with a different one of the 3'-methylphosphomonochloridites listed below and the procedure is repeated 13 times. However, the dichloroacetic acid treatment is excluded in the final reagent cycle: 5'-DMT-2'-deoxythymidine 3'-methylphosphomonochloridite 5'-DMT-5-(3-trifluoroacetylaminopropyl)-2'- Deoxyuridine 3'-methylphosphomonochloridite 5'-DMT-N 6 -benzoyl-2'-deoxyadenosine 3'-methylphosphomonochloridite 5'-DMT-N 4 -benzoyl-2'-deoxycytidine 3' -Methylphosphomonochloridite 5'-DMT-N 2 -isobutyryl-2'-deoxyguanosine 3'-methylphosphomonochloridite 5'-DMT-5-(3-trifluoroacetylaminopropyl)-2'-deoxy Uridine 3'-methylphosphomonochloridite 5'-DMT-2'-deoxythymidine 3'-methylphosphomonochloridite 5'-DMT-5-(3-trifluoroacetylaminopropyl)-2'-deoxyuridine 3 '-Methylphosphomonochloridite 5'-DMT-deoxythymidine 3'-methylphosphomonochloridite 5'-DMT-5-(3-trifluoroacetylaminopropyl)-2'-deoxyuridine 3'-methylphosphomonochloridite Lydite 5'-DTM-N 2 -isobutyryl-2'-deoxyguanosine 3'-methylphosphomonochloridite 5'-DMT-N 6 -benzoyl-2'-deoxyadenosine 3'-methylphosphomonochloridite 5' -DMT- N4 -benzoyl-2'-deoxycytidine 3'-methylphosphomonochloridite The support is transferred and treated with 2 ml of concentrated ammonium hydroxide for 4 hours at ambient temperature to release the product from the support. The supernatant is removed and the solid is washed three times with 0.5 ml of concentrated ammonium hydroxide, the supernatants are combined, sealed and heated at 50°C overnight. Freeze-dry the clear yellow supernatant completely. The primary purification is
On a RP-8 (C-8) column, the ratio of acetonitrile in 25mM ammonium acetate at pH 9.8 was 0-30.
Gradient elution as volume% (60 minutes)
Performed using reversed-phase high performance liquid chromatography (HPLC). Collect the 5'-DMT-terminated products that elute as a sharp peak after about 40 minutes; those with shorter chains, both capped and uncapped, elute before 25 minutes. Resulting in. The collected product was distilled to give a solid residue, which was diluted with 80% acetic acid at ambient temperature for 20 min.
After a minute treatment (to remove DMT), lyophilization yields a solid residue, which is dissolved in a small amount of aqueous buffer. Products are typically 90% after HPLC
There is more homogeneity. This is then electrophoresed on a regular 20% polyacrylamide gel (1-6 mm thick) to produce the appropriate product band (the product is usually smaller than unmodified deoxyoligonucleotides of similar length). It can be further purified by cutting out and extracting the molecule (which migrates). The purified 5-aminopropyl-uracil-containing pentadecadeoxy oligonucleotide product thus produced is shown diagrammatically below [in the figure, U m =5-(3-aminopropyl)uracil]. Note that conventional deprotection of the oligonucleotide with ammonia also removed the masking trifluoroacetyl group on the substituent. The length and sequence of this oligonucleotide is then determined using an appropriate protocol (e.g., determining the length and sequence of oligonucleotides belonging to the prior art, in which the bases contained in the nucleotide unit are unmodified). This can be carried out by the 32 P-kinase method and sequencing using protocols already used for 32 P-kinase analysis, etc.). Similarly, other 5-(modified) uracil- Containing deoxyoligonucleotides are produced. In addition, in order to replace the nucleoside 3'-methylphosphomonochloridite adduct of Examples and with the 3'- o- or p -chlorophenylphosphomonochloridite adduct of the corresponding Example, and to remove the chlorophenyl protecting group. The same deoxyoligonucleotide product is obtained by treating the deoxyoligonucleotide with pyridinium oximate (at the end of deoxyoligonucleotide synthesis and before treatment with concentrated ammonium hydroxide). Example 5'-DMT-5-(3-trifluoroacetylaminopropyl)-2'-deoxyuridine was prepared as follows.
Substituted with 5'-DMT-5-alkyl-2'-deoxyuridines ( numbers 28-36 ), Example-
By repeating the phosphomonochloridite and deoxyoligonucleotide synthesis methods described above, the following oligonucleotides (numbers 28' to 36' ) having the corresponding uracil base U m are produced. That is, when replaced with the following compound: 28 5'-dimethoxytrityl-5-(3-trifluoroacetylaminopropen-1-yl)-
Deoxyuridine29 5'-dimethoxytrityl-5-(4-trifluoroacetylaminobutan-1-yl)-
2'-deoxyuridine30 5'-dimethoxytrityl-5-(4-trifluoroacetylaminobuten-1-yl)-
2'-deoxyuridine31 5'-dimethoxytrityl-5-(6-trifluoroacetylaminohexan-1-yl)-
2'-deoxyuridine32 5'-dimethoxytrityl-5-(6-trifluoroacetylaminohexen-1-yl)-
2'-deoxyuridine33 5'-dimethoxytrityl-5-(2-trifluoroacetylaminopropan-2-yl)-
2'-deoxyuridine34 5'-dimethoxytrityl-5-(3-trifluoroacetylamino-2-methyl-propen-1-yl)-2'-deoxyuridine35 5'-dimethoxytrityl-5-(3- Trifluoroacetylamino-2-methyl-propan-1-yl)-2'-deoxyuridine36 5'-dimethoxytrityl-5-[2-(4-trichloroacetylaminomethylphenyl)ethen-1-yl] -2'-deoxyuridine 37 5'-dimethoxytrityl-5-[N-(pertrifluoroacetylpolylysyl)-1-acrylamide]-2'-deoxyuridine 38 5'-DMT-5-[N-(7 -trifluoroacetylaminoheptyl)-1-acrylamide]
-2'-Deoxyuridine, deoxynucleotides are prepared corresponding to the products of the examples in which U m is: 28'5-(3-aminopropen-1-yl)uracil29'5-(4-aminobutan-1-yl)laucil30'5-(4-aminobuten-1-yl)laucil31' 5-(6- Aminohexan-1-yl) laucyl 32' 5-(6-aminohexen-1-yl) laucyl 33' 5-(3-aminopropan-2-yl) laucyl 34' 5-(3-ami-2-methyl Propene-1-
yl) laucyl 35' 5-(3-amino-2-methylpropane-1
-yl) laucyl 36' 5-[2-(4-aminoethylphenyl)ethen-1-yl] laucyl 37' 5-[N-(polylysyl)-1-acrylamide] laucyl 38' 5-[N-( 7-aminoheptyl)-1-acrylamide]laucil. Similarly, similar deoxyoligonucleotides are prepared using other 5'-DMT-5(acylaminoalkyl)-2'-deoxyuridines. Example 5'-DMT-5-(3-acetylaminopropyl)-2'-deoxyuridine was converted into the following 5-substituted-
By repeating the synthesis method of phosphomonochloridite and deoxyoligonucleotide in Examples ~ by substituting 2'-deoxyuridines (numbers 37 to 46 ), the following corresponding U m
Oligonucleotides with uracil bases (numbers 37' - 46' are prepared, i.e., substituted with the following compounds: 37'5'-DMT-5-(propen-1-yl)-
2'-Deoxyuridine385'-DMT-5-(2-carbumethoxyethyl)-2'-deoxyuridine395'-DMT-5-(3-carbumethoxypropan-1-yl)-2'-deoxy Uridine 40 5'-DMT-5-(4-carbumethoxy-2-
methylbuten-1-yl)-2'-deoxyuridine41 5'-DMT-5-(3-cyanopropene-1-
yl)-2'-deoxyuridine42 5'-DMT-5-(4-cyano-2-methylbuten-1-yl)-2'-deoxyuridine43 5'-DMT-5-[2-(4-carb methoxyphenyl)ethen-1-yl)-2'-deoxyuridine44 5'-DMT-5-(4-acetoxybutene-1
-yl)-2'-deoxyuridine45 5'-DMT-5-(4-acetoxybutane-1
-yl)-2'-deoxyuridine 46 5'-DMT-5-[4-(2,4-dinitrophenyl)butyl]-2'-deoxyuridine. and obtain a product in which U m is: 37' 5-(propen-1-yl) uracil 38' 5-(2-carboxyethyl) uracil 39' 5-(3-carboxypropan-1-yl)
Uracil 40' 5-(4-carboxy-2-methylbutene-
1-yl)uracil 41' 5-(3-cyanopropen-1-yl)uracil 42' 5-(4-cyano-2-methylbutene-1-
yl) uracil 43' 5-[2-(4-carboxyphenyl)ethen-1-yl]uracil 44' 5-(4-hydroxybuten-1-yl)uracil 45' 5-(4-hydroxybutane-1 -yl)uracil 46' 5-[4-(2,4-dinitrophenyl)butyl]uracil Note: 46' directly functions as a reporter group, ie can be used as a ligand for anti-dinitrophenyl antibodies. Similarly, other suitable 5′-DMT
Similar deoxyoligonucleotides are prepared using -5-alkyl-2'-deoxyuridines. Example XI 5′-DMT-5-(3-trifluoroacetylaminopropyl)-2′-deoxyuridine
By substituting DMT-N 4 -benzoyl-5-(3-trichloroacetylaminopropyl)-2'-deoxycytidine and repeating the procedure in Example, the same procedure as in Example (but U m [5-
(3-aminopropyl)-uracil] is 5-(3-
aminopropyl) substituted with cytosines),
Deoxyoligonucleotides are produced. For example, the formula: (wherein, C m represents 5-(3-aminopropyl)cytosine). Example XII Deoxyribonucleotide synthesis of Example XI by replacing 5'-DMT- N4 -benzoyl-5- ( 3-trichloroacetylaminopropyl)-2'-deoxycytidine with the following compound group (numbers 47-57 ) By repeating the method, each of the following C m
Corresponding oligonucleotides with cytosine bases (numbers 47' - 57' ) are prepared. That is,
Replace with the following compound. 47 5-DMT- N4 -benzoyl-5-(3-trifluoroacetylaminopropen-1-yl)-2'-deoxycytidine48 5'-DMT- N4 -benzoyl-5-(4-trifluoroacetyl aminobutan-1-yl)
-2'-deoxycytidine 49 5'-DMT-N 4 -benzoyl-5-(4-trifluoroacetylaminobuten-1-yl)
-2'-deoxycytidine 50 5'-DMT-N 4 -benzoyl-5-(6-trifluoroacetylaminohexan-1-yl)-2'-deoxycytidine 51 5'-DMT-N 4 -benzoyl-5 -(6-Trifluoroacetylaminohexen-1-yl)-2'-deoxycytidine52 5'-DMT-N4 -benzoyl-5-( 3 -trifluoroacetylaminopropan-2-yl)-2'- Deoxycytidine 53 5'-DMT-N 4 -benzoyl-5-(3-trifluoroacetylamino-2-methylpropen-1-yl)-2'-deoxycytidine 54 5'-DMT-N 4 -benzoyl-5 -(3-Trifluoroacetylamino-2-methylpropan-1-yl)-2'-deoxycytidine 55 5'-DMT-N 4 -benzoyl-5-[2-(4
-trifluoroacetylaminomethylphenyl)ethen- 1 -yl]-2'-deoxycytidine56 5'-DMT-N4 -benzoyl-5-[N-(pertrifluoroacetylpolylysyl)-1-acrylamide] -2'-deoxycytidine 57 5'-DMT- N4 -benzoyl-5-[N-(trifluoroacetylaminoheptyl)-acrylamide]-2'-deoxycytidine. and obtain a product in which C m is: 47' 5-(3-aminopropen-1-yl)cytosine 48' 5-(4-aminobutan-1-yl)cytosine 49' 5-(4-aminobuten-1-yl)cytosine 50' 5-(6- aminohexan-1-yl)cytosine 51' 5-(6-aminohexen-1-yl)cytosine 52' 5-(3-aminopropan-2-yl)cytosine 53' 5-(3-amino-2-methyl Propen-1
-yl)cytosine 54' 5-(3-amino-2-methylpropane-1
-yl)cytosine 55' 5-[2-(4-aminomethylphenyl)ten-1-yl)cytosine 56' 5-[N-(polylysyl)-1-acrylamide]cytosine 57' 5-[N-( 7-aminoheptyl)-1-acrylamido]cytosine Similarly, similar deoxyoligonucleotides are prepared by using other N4 -acyl-5-(acylaminoalkyl)-2'-deoxycytidines. . Example 5'-DMT- N4 -benzoyl-5-(3-trifluoroacetylaminopropyl)-2'-deoxycytidine was replaced with the following compound group (numbers 58 to 68 ) to synthesize the deoxyoligonucleotide of Example XI. By repeating the method, each of the following C m
Corresponding oligonucleotides with cytosine bases (numbers 58'- 68') are prepared. That is,
Replace with the following compound. 58 5'-DMT-N 4 -benzoyl-5-(propen-1-yl)-2'-deoxycytidine 59 5'-DMT-N 4 -benzoyl-5-(2-carbumethoxyethyl)-2'- Deoxycytidine 60 5'-DMT-N 4 -benzoyl-5-(2-carbumethoxyethen-1-yl)-2'-deoxycytidine 61 5'-DMT-N 4 -benzoyl-5-(3-carbumethoxy propan-1-yl)-2'-deoxycytidine62 5'-DMT-N 4 -benzoyl-5-(4-carbumethoxy-2-methylbuten-1-yl)
-2'-deoxycytidine63 5'-DMT-N4-benzoyl-5-(3-cyanopropen-1- yl )-2'-deoxycytidine64 5'-DMT- N4 -benzoyl-5-(4 -cyano-2-methylbuten-1-yl)-2'-deoxycytidine 65 5'-DMT-N 4 -benzoyl-5-[2-(4
-carbumethoxyphenyl)ethen-1-yl]-2'-deoxycytidine66 5'-DMT-N4 -benzoyl-5-( 4 -acetoxybuten-1-yl)-2'-deoxycytidine67 5' -DMT-N 4 -benzoyl-5-(4-acetoxybutan-1-yl)-2'-deoxycytidine68 5'-DMT-N 4 -benzoyl-5-[4-
(2,4-dinitrophenyl)butyl]-2-deoxycytidine. We then obtain a product in which C m is: 58' 5-(propen-1-yl)cytosine 59' 5-(2-carboxyethyl)cytosine 60' 5-(2-carboxyethen-1-yl)cytosine 61' 5-(3-carboxypropane-1- )
Cytosine 62' 5-(4-carboxy-2-methylbutene-
1-yl)cytosine 63' 5-(3-cyanopropen-1-yl)cytosine 64' 5-(4-cyano-2-methylbutene-1-
yl)cytosine 65' 5-[2-(4-carboxyphenyl)ethen-1-yl]cytosine 66' 5-(4-hydroxybuten-1-yl)cytosine 67' 5-(4-hydroxybutane-1 -yl)cytosine 68' 5-[4-(2,4-dinitrophenyl)butyl]cytosine as well as other suitable 5'-DMT- N4 -acyl-5
Similar deoxyoligonucleotides are prepared by using -alkyl-2'-deoxycytidines. Example XI 5′-DMT-5-(3-trifluoroacetylaminopropyl)-2′-deoxyuridine
By repeating the phosphomonochloridite and deoxyoligonucleotide synthesis method of Example by substituting DMT- N6 -benzoyl-8-(4-trifluoroacetylaminohexyl)amino-2'-deoxyadenosine, Similarly, deoxyoligonucleotides (however, U m is replaced with A m , and this A m is 8-
(6-aminohexyl)amino-2'-deoxyadenosine] is produced. Example 6 illustrates the attachment of a reporter group to oligonucleotides having appropriately modified bases, as shown in Reaction 6. Examples Fluoresceinated deoxyoligonucleotide Formula: [In the formula, U m is 5-[N-(7-aminoheptyl)
The purified pentadeca-nucleotide (obtained from the example) represented by -1-acrylamide [represents uracil] was added to a 300 mM aqueous sodium borate solution or sodium carbonate buffer at pH 9.5 containing 30 mM sodium chloride in 25A260. Dissolve at the rate of unit/ml. Solid fluorescein isothiocyanate (0.5 mg/ml) is added and the mixture is sealed and shaken gently at 4°C to 25°C overnight. This reaction product was directly mixed with G-50 Sephadex.
Column to separate unbound-fluorescein additive (which is retained); fluoresceinated deoxyoligonucleotide adduct elutes near empty volume. The initial fractions containing significant A260 units are combined and lyophilized to obtain a solid product with a structure similar to the starting pentadecaoxyoligonucleotide. However, in this case, U m
is the formula: or unreacted 5-[N-(7-aminoheptyl)-1-acrylamido]uracil. λ nax (H 2 O) 262 nm, 498 nm If this operation is carried out using the compound groups described in Examples, XI, XII, and the like, the corresponding fluoresceinated or polyfluoresceinated deoxyoligo Nucleotides are produced. Examples Attachment of a reporter group other than fluorescein can be achieved by replacing fluorescein isothiocyanate with, for example, the compound below and repeating the procedure of the example. These compound groups include, for example, 2,4-dinitrophenyl isothiocyanate 1-fluoro-2,4-dinitrobenzene aminoethyl isoluminol isothiocyanate aminoethylaminonaphthalene-1,2-carboxylic hydrazide isothiocyanate N ,N'-bis(alkylsulfonyl)-N-aryl-N'-isothiocyanateAryl-dioxamide m -sulfonyl aniline isothiocyanate 9-(N-hydroxysuccinimidyl)biotin 9-(N-hydroxysuccinimidyl) - carboxy)-N-methylacridine or cyanogen bromide-activated Sepharose, with which the corresponding adducts with groups other than fluorescene attached can be prepared. Illustrative Example Binding of isoluminol and free primary amine-containing reporter group Formula obtained from the example: [In the formula, U m is 5-(2-carboxyethenyl)
[representing uracil]] in water.
Dissolve at the rate of 30A260 units/ml and dilute with 1 volume of pyridine. Aminobutylethylisoluminol is added to a final concentration of 1 mg/ml, followed by a 5-fold molar excess of 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide. Seal the reaction and shake gently in the dark for 12-48 hours. The reaction mixture was concentrated under reduced pressure to obtain a solid residue, which was directly transferred to G-50 Sephadex.
Chromatograph on a column. Isoluminol
The deoxyoligonucleotide conjugate elutes near empty volume. The initial fractions containing significant A260 units are combined and lyophilized to obtain a solid product with a structure similar to the starting deoxyoligonucleotide. However, in this case U m has the formula: Or unreacted 5-(2-carboxyethenyl)
Either uracil. If this operation is carried out using examples and compounds in which R 2 contains carboxy, the corresponding deoxyoligonucleotide isoluminol is similarly produced. Alternatively, aminobutylisoluminol could be replaced with other free primary amine-containing reporter groups;
By repeating this operation, a corresponding deoxyoligonucleotide-reporter adduct is produced in the same manner. Examples Binding of Dinitrophenyl Reporter Group Formula: [In the formula, A m represents 8-(6-aminohexyl)aminoadenine] The purified nonanucleotide represented by
20A260 units/ml in 250mM sodium carbonate buffer
Dissolve in the ratio of 1-fluoro-2,4-dinitrobenzene. The reaction solution is shaken overnight at ambient temperature and then chromatographed directly onto a Sephadex G-50 column. The initial fractions containing significant A260 units are combined and concentrated to yield an oligonucleotide product with a similar structure to the starting decanucleotide. However, in this case,
A m is the formula: or unreacted 8-(6-aminohexyl)aminoadenine. Repeating this procedure by replacing 8-(6-aminohexyl)aminoadenine with other modified bases containing free primary amines also yields the corresponding dinitrophenylated oligonucleotide adducts. Manufactured.

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