WO2004024950A1 - Method for the selection of nucleic acid ligands - Google Patents

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WO2004024950A1
WO2004024950A1 PCT/EP2003/010053 EP0310053W WO2004024950A1 WO 2004024950 A1 WO2004024950 A1 WO 2004024950A1 EP 0310053 W EP0310053 W EP 0310053W WO 2004024950 A1 WO2004024950 A1 WO 2004024950A1
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WO
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target molecule
nucleic acid
mixture
bind
higher affinity
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PCT/EP2003/010053
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Dirk Eulberg
Sven Klussmann
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Noxxon Pharma Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a method for selecting one or more nucleic acid ligands which bind to a target molecule, the use of filter columns in such a method and a vacuum chamber for use in such a method.
  • nucleic acids The understanding of the importance of nucleic acids has fundamentally developed in recent years. If nucleic acids were used at the beginning of molecular biological research as the carrier of a cell's genetic information, a structural function was soon assigned to different nucleic acid molecules. The fact that nucleic acids basically have the ability to interact specifically with other molecules was confirmed to the extent that there were nucleic acid-binding proteins of the transcription and translation complex.
  • nucleic acid ligands The basic suitability of nucleic acids to bind to any target molecule was disclosed in international patent application WO 91/19813 dated June 10, 1991. There, a method for the selection of one or more nucleic acid ligands from a mixture of candidate nucleic acids is described. On the basis of the considerations set out in WO 91/19813, it is assumed that in a mixture of candidate nucleic acids, i. H. a library of nucleic acids that differ, at least in part, in their primary sequence and thus also in their secondary and tertiary structure, a nucleic acid ligand, i. H. a nucleic acid binding to the target molecule will be included if the library is only large enough to cover a suitably large space of different binding pockets forming nucleic acids which are necessary for the binding of a certain target molecule.
  • Enantiomer of the actual target molecule which typically does not occur in nature as such, can be selected using SELEX technology and, after receiving one or more corresponding nucleic acid ligands, these using L-
  • nucleotide consisting of nucleic acid ligand (s) binds to the actual target molecule and no longer to the enantiomer of the target molecule.
  • the advantage of such Spiegelmers can be seen in the fact that due to their construction from L-nucleotides in biological systems there is no enzymatic activity that would be able to degrade this type of nucleic acid.
  • nucleic acid ligands Although the generation of corresponding nucleic acid ligands is still associated with experimentally considerable difficulties, and to this extent the predictability of whether a suitable nucleic acid ligand can actually be isolated seems to be a matter of luck, the method for producing such nucleic acid ligands is fundamentally automation accessible at least in some areas. This is due to the fact that in the various selection rounds that are generally required in order to isolate a nucleic acid ligand that binds to a target molecule with a sufficiently high affinity, a number of steps must be carried out which as such appear to be fundamentally accessible to automation and must be repeated in their entirety in the various selection rounds.
  • the method for selecting nucleic acid ligands that bind to a specific target molecule can be developed in a wide variety of ways.
  • the different forms of the method are based on the fact that the nucleic acid ligands can in principle be isolated either as double-stranded or single-stranded nucleic acids and more precisely as single- or double-stranded RNA or single- or double-stranded DNA.
  • the single-stranded RNA and the single-stranded DNA are generally preferred. Further variants in the execution of the method can be justified by the type of the target molecule and in particular its handling within the scope of the method for the selection of nucleic acid ligands.
  • nucleic acids or nucleic acid ligands amplified. The separation of those with a higher
  • Affinity to the target molecule binding nucleic acids from the rest of the candidate mixture is typically in the form that the complex of target molecule and
  • Nucleic acid ligand is separated from the rest of the candidate mixture. In a next one
  • Step is the nucleic acid ligand (s) binding or binding to the target molecule from the
  • Deoxyribonucleic acid is then again transcribed into ribonucleic acid.
  • the ribonucleic acid obtained in this way can be used in a further selection round. It is obvious that the proportion of those that specifically bind to a target molecule
  • each round of selection provides one with regard to one or more nucleic acid ligands.
  • Nucleic acids are separated, their sequence determined and then chemically synthesized on a larger scale or prepared using other suitable techniques.
  • the object of the present invention was to further develop the SELEX process in such a way that, due to the process steps which were always the same, this was carried out in automated form, i. H. using a robot, preferably a computer-controlled robot.
  • the object is achieved in a first aspect by a method for selecting one or more nucleic acid ligands from a mixture of candidate nucleic acids, the nucleic acid ligands being able to bind to a target molecule, comprising the steps
  • nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity from the rest of the candidate mixture, the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity being present in a complex with the target molecule,
  • nucleic acid (s) optionally amplifying the nucleic acid (s) which bind with higher affinity, resulting in an enriched nucleic acid product
  • the target molecule is preferably immobilized on a surface and the method comprises an ultrafiltration step.
  • the object is achieved in a second aspect by a method for selecting one or more nucleic acid ligands from a mixture of candidate nucleic acids, the nucleic acid ligands being able to bind to a target molecule, comprising the steps
  • nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity from the rest of the candidate mixture, the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity being present in a complex with the target molecule
  • nucleic acid s) binding to the target molecule with a higher affinity from the target molecule, and e) optionally amplifying the nucleic acids which bind with higher affinity), resulting in an enriched nucleic acid product,
  • the target molecule is preferably immobilized on a surface and the method comprises an ultrafiltration step.
  • the ultrafiltration step takes place during or after the elution.
  • the ultrafiltration step takes place during or after the amplification.
  • the object is achieved in a third aspect by a method for selecting one or more nucleic acid ligands from a mixture of candidate nucleic acids, the nucleic acid ligands being able to bind to a target molecule, comprising the steps
  • nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity from the rest of the candidate mixture, the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity being present in a complex with the target molecule
  • step b) optionally amplifying the nucleic acid (s) which bind with higher affinity, resulting in an enriched nucleic acid product, the target molecule being immobilized on a surface and the separation according to step b) being carried out by means of a filtration, preferably a microfiltration, using a vacuum chamber comprising a base part (10) and a cover part (11), the base part (10) and the cover part (11) is preferably separated from one another by a seal, and the cover part (11) has at least one complete bore (13, 14) extending through the cover part, the bore having a minimum length, so that contamination occurs during the filtration step two side-by-side filtrations do not occur.
  • a filtration preferably a microfiltration
  • the separation in step b) takes place by means of microfiltration.
  • One embodiment of the method according to the invention provides that the method is an automated method.
  • the ultrafiltration takes place on an ultrafiltration membrane with a molecular exclusion size of approximately 1,000 to 100,000, preferably approximately 10,000 to 50,000 Da.
  • the microfiltration takes place on a microfiltration membrane or frit with an average pore size of about 0.1 to 100 ⁇ m, preferably about 1 to 35 ⁇ m and preferably most about 10 ⁇ m.
  • the surface is provided by particles, the particles preferably being selected from the group comprising magnetic and non-magnetic particles.
  • the denaturing agent is selected from the group comprising urea, EDTA, guanidinium-HCL, guanidinium isothiocyanate, detergent, combinations of urea and EDTA.
  • the competitor is a peptide or a fragment of the target molecule.
  • the ultrafilter and / or the microfilter is contained in a filter column, the filter column consisting of a receiving piece and an outlet piece, both of which are connected to one another by a conical intermediate piece and the ultrafilter or the microfilter on Transition between the conical intermediate piece and the outlet piece is arranged.
  • the filter column is held in a device consisting of a base part and a cover part, the cover part having one or more means for receiving the filter column.
  • the means for receiving the filter column is a bore, the bore having a minimum length.
  • the object is achieved in a fourth aspect by using a filter column in a method for selecting nucleic acid ligands, the frit comprising a first receiving piece (1) which merges into a conical intermediate piece (2) and the conical intermediate piece in turn into an outlet piece (3) passes, a filter being attached at the transition between the intermediate piece (2) and the outlet piece (3).
  • the filter column is used in one of the methods according to the invention.
  • the filter is a microfilter or an ultrafilter.
  • the receiving piece (1) has a fastening means.
  • the fastening means is attached to the opposite end of the adapter piece (1), where it merges into the conical intermediate piece (2).
  • the filter column has a broadening means on the outer wall, preferably on the outer wall of the receiving piece.
  • the widening means is designed as a ring attached to the outer wall, the ring preferably being arranged perpendicular to the longitudinal axis of the receiving piece (1) and / or the outlet piece (3).
  • a vacuum chamber for use in a method for selecting nucleic acid ligands, comprising a base part (10) and a cover part (11), the cover part (11) having at least one bore extending completely through the cover part (12), the bore having a minimum length.
  • the vacuum chamber is used in one of the methods according to the invention.
  • a vacuum chamber for use in a method for selecting nucleic acid ligands, comprising a base part (10) and a cover part (11), the cover part (11) at least two bores extending completely through the cover part (12), the bores having a minimum length which ensures that there is no contamination of the filtration process and / or solution to be filtered by a filtrate from the second filtration.
  • the vacuum chamber is used in one of the methods according to the invention.
  • vacuum chamber in a further embodiment of the vacuum chamber according to the invention it is provided that it comprises a filter column according to the invention or a filter column as used according to the invention herein.
  • the object is achieved in a seventh aspect by a device with a sequence control unit for controlling a pickup for a liquid and / or solid substance, the pickup being suitable for a sequence comprising picking up the stuff, transporting the stuff and dispensing the stuff in a container, the transducer being controlled
  • nucleic acid (s) binding to the target molecule can be separated from the rest of the candidate mixture with a higher affinity
  • nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity
  • an ultrafiltration step being carried out during or after the elution.
  • an ultrafiltration step is carried out during or after the amplification.
  • the object is achieved in an eighth aspect by a device with a sequence control unit for controlling a sensor for liquid and / or solid substances, the sensor being suitable for a sequence of taking up the substance, transporting the substance and dispensing the substance into a container perform, the transducer so is controlled in order to carry out one of the methods according to the invention by means of multiple sequences.
  • the object is achieved in a ninth aspect by a method for controlling a sensor for selecting one or more nucleic acid ligands, the sensor being suitable for a sequence comprising taking up a liquid and / or solid substance, transporting the substance and dispensing the substance To carry the substance into a container, the pickup being controlled in such a way
  • nucleic acid (s) binding to the target molecule can be separated from the rest of the candidate mixture with a higher affinity
  • nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity from the target molecule
  • nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity
  • the object is achieved in a tenth aspect by using a device with a sequence control unit for controlling a sensor for a liquid and / or solid substance, the sensor being suitable for a sequence comprising taking the substance, transporting the substance and a Dispensing the substance into a container for the selection of one or more nucleic acid ligands from a mixture of candidate nucleic acids, in particular for one of the methods according to the invention.
  • the present invention is based on the surprising finding that with the
  • Partial steps are used to remove from the respective reaction batch, and by the
  • Ultrafiltration creates the prerequisites for making the SELEX process accessible to automation with the unrestricted possibility of realizing the optimal reaction conditions, which are mainly mediated by low molecular weight compounds.
  • ultrafiltration therefore presents new features, particularly in its automated embodiment
  • the embodiments of the SELEX process according to the invention offer compared to the automated SELEX processes known in the prior art, as described, for example, by Cox et al. (Cox et al. 1998, Biotechnol. Prog. 14: 845 to 850 or from Cox & Ellington, 2000, Bioorg. Med. Chem. 9: 2525 to 2531) have a number of advantages.
  • the automated processes for the SELEX method described in the prior art do not allow, or at least only to a very limited extent, the selection of aptamers which can be used under physiological conditions and thus ultimately not Generation of therapeutically applicable aptamers. Nevertheless, it will have to be recognized that they are, however, at least to a certain extent suitable for providing diagnostically usable aptamers, the reaction conditions under which these are used essentially correspond to those used for the selection. This represents a very considerable restriction with regard to the range of applications of the nucleic acids produced in this way, which bind to the target molecule, in particular when they are used therapeutically and when physiological tests are carried out
  • Reaction conditions oriented detection tests can be a significant limitation.
  • an ultrafiltration step can be carried out after each sub-step of the SELEX process, in particular when the reaction parameters have to be changed, the reaction parameters preferably being the composition of the respective reaction batch, and in particular the influencing of the reaction batch with regard to the type and scope of the low molecular weight substances or compounds contained therein, as mentioned above.
  • An ultrafiltration step is preferably carried out in the case of elution of the nucleic acids bound to the target molecule. It is further preferred that, in addition or as an alternative to the use of ultrafiltration following the elution step, this is carried out after the amplification, again with the aim of providing the suitable reaction conditions for the reaction step following the amplification.
  • the nucleic acid present in the reaction mixture is retained by the ultrafilter, while the low molecular weight components, ie the low molecular weight compounds, of the reaction mixture are removed from the latter.
  • the nucleic acids can then be removed or detached from the surface of the ultrafilter, for example by adding an aqueous solution. It is particularly preferred if the solution is one that is used as a reaction batch in the step following the ultrafiltration, preferably one or more of the components of the reaction batch ultimately used not yet being included. Components of this type, which are not yet included in the reaction batch, are in particular those which have only a low stability and / or are expensive to obtain.
  • the component is the enzymatic component of the substep of the SELEX process carried out after ultrafiltration.
  • the use of an ultrafiltration step in the context of the SELEX process ensures effective retention of the nucleic acid eluted from the target molecules and thus the use of immobilized agents described in the prior art
  • the use of an ultrafiltration step is also advantageous compared to the use of purification systems with magnetic particles or chromatography columns, among other things in view of the increased speed with which the individual selection round can be carried out with it.
  • Another advantage that is decisive for the success of the SELEX process is the avoidance of cross-contamination, which is otherwise difficult to avoid in the case of highly parallel approaches, or the increased yield compared to the use of magnetic particles.
  • those nucleic acids that are potential binders to the target molecule remain on the filter and are not taken up in the filtrate or another volume of liquid, which in turn could be contaminated by other volumes of liquid.
  • nucleic acids from the complex of nucleic acid (s) and target molecule especially if that
  • Target molecule is immobilized on a surface, can be accomplished in various ways that were previously not possible at least with an automated form of the SELEX process.
  • denaturing agents or inhibitors of the binding between nucleic acid (s) and target molecule can in principle be used within the scope of the invention.
  • the inhibitors are preferably the target molecule or molecules or parts or fragments thereof.
  • a fragment may be a domain or part of it.
  • Suitable denaturing agents are those which are able to dissolve the complex of nucleic acid and target molecule, preferably with denaturation of one or both components of the complex.
  • Suitable denaturing agents are, for example, urea, EDTA, mixtures of urea and EDTA, dimethylformamide, guanidinium HC1, guanidinium isothiocyanate, various salts, such as e.g. NaCl, in high concentration, and pH changes. Because the denaturing agents are removed from the reaction mixture by ultrafiltration, all suitable agents can ultimately be used, since these do not have to be matched to the needs of the one-pot reactions described in the prior art in the automated SELEX processes.
  • a special embodiment of the SELEX process which is carried out using an ultrafiltration step, in particular following the elution of the nucleic acid (s) bound to the target molecule, is one in which heat is used as the elution principle.
  • the application of heat does not directly introduce any compound into the reaction mixture which, as in the case of using a denaturing agent or an inhibitor, has to be removed from it again so that the subsequent reactions can take place, but it has been observed that when used from heat from components of the reaction mixture, in particular from matrices on which the target molecule is mobilized, unknown substances can be released, which can adversely affect the subsequent reaction (s).
  • the SELEX process according to the invention represents a possibility of also using such matrices which give off compounds when exposed to heat or other treatment, which could adversely affect the subsequent reaction steps of the SELEX process and are therefore not used in SELEX processes other than the invention could.
  • Elution using heat is done in suitable buffers known to those skilled in the art. Preferred buffers are those that can be used in subsequent sub-steps of the SELEX process.
  • Another surprising advantage of the present invention is that the elution of the nucleic acid ligands from the nucleic acid ligand-target molecule complex can also be achieved with an excess of the target molecule or an excess of a part of the target molecule.
  • the excess of the target molecule or the excess of the part of the target molecule is used as an inhibitor or as a competitor with the aim of eluting the nucleic acid which binds to the target molecule from the target molecule which is preferably immobilized on a surface. Additional competitors to release the nucleic acid ligands bound to the target molecule can easily be identified within the knowledge of those of ordinary skill in the art.
  • the use of such competitors for subsequent process steps and in particular subsequent selection rounds is not a problem insofar as their size can be removed from the reaction mixture by the ultrafiltration step, only the nucleic acid ligands remaining in the reaction mixture and then in the course of the further steps or selection rounds can be used.
  • the selection of the size of the competitor or inhibitor is determined from the size characteristics of the ultrafilter used, which in turn is largely determined by the type of nucleic acid to be retained. In any case, it is necessary that the compound used as an inhibitor is filtered through the filter as part of the ultrafiltration and that the nucleic acid is not filtered through the filter.
  • the ultrafiltration can be carried out following the elution of the nucleic acid (s) bound to the target molecule.
  • an ultrafitration step is carried out after the amplification step of the SELEX process. It can, but does not have to be provided that an ultrafiltration step is carried out after the elution step. Purification of the products of the amplification reaction, also referred to herein as
  • Amplification products referred to by ultrafiltration especially if this by
  • the SELEX process according to the invention can in principle comprise any form of the amplification reaction known in the prior art.
  • the RT-PCR used for the amplification of RNA can be carried out as a two-step RT-PCR, as a one-step RT-PCR, but also as a continuous or isothermal amplification.
  • the RT reverse transcription
  • This first step of reverse transcription is followed by the second step consisting of the polymerase chain reaction, PCR, e.g. B. performed in 100 ul, d. H.
  • the reverse transcriptase reaction is diluted by a factor of 5. Both primers and Taq polymerase are used.
  • the RTase is inactivated at the high denaturation temperatures for e.g. 2-10 min at 95 ° C.
  • RT and PCR run in the same approach. Accordingly, all the reagents required for both the RT and the PCR are contained in the reaction mixture.
  • the reactions are not spatially separated, but only in terms of time, since a modified thermostable polymerase is used, which takes longer Incubation at 95 ° C is activated. By controlling the activity of the enzymes involved, the reactions are completely separated from one another.
  • the RT is first carried out at 50 ° C., where the PCR polymerase is not yet active. After heating to 95 ° C for
  • the RTase is inactivated for 15 min and the PCR polymerase is activated.
  • the following profiles are used in the subsequent thermal cycling: To activate the thermostable polymerase and to inactivate the Rtases: 20 min 50 °, then 10 min 60 °, finally 15 min 95 °; Typical thermal profile for PCR is 30 s denaturation at 95 °, 30 s
  • Annealing at a temperature of usually between 50 ° and 72 ° depending on the primers as known to those skilled in the art and 30 s polymerisation at 72 ° C.
  • nucleic acid ligands are RNA
  • the continuous or isothermal amplification which is also referred to as NASBA (nucleic acid sequence based amplification) represents a further method for the amplification of RNA which can be used in principle within the scope of the present invention.
  • Reverse transcription takes place by means of an RTase, whereby the RNA is converted into a hybrid of RNA and DNA.
  • the reaction mixture also contains an RNaseH, which degrades the RNA in this hybrid and the RTase also synthesizes the second strand from DNA.
  • the T7 RNA polymerase then transcribes the dsDNA to the RNA. All of these processes run simultaneously, i.e. H. continuously at a temperature between 37 ° C and 41 ° C and result in an accumulation of RNA.
  • the ultrafiltration is preferably designed as a vacuum-driven ultrafiltration.
  • the nominal molecular size exclusion limit can be about 3,000 to 300,000, preferably about 10,000 to 50,000 Da.
  • the materials used for the ultrafilter are, in particular, those selected from the group which include, for example, polyether sulfone or regenerated cellulose membranes. Such ultrafiltration materials are known to those skilled in the field of separating biomolecules such as nucleic acids and proteins and can be used according to the invention.
  • a microfiltration step After contacting the mixture of candidate nucleic acids with the preferably immobilized target molecule, the separation of the nucleic acids not bound to the target molecule from the Complex of target molecule and nucleic acid (s), the so-called partitioning, is carried out by a microfiltration step.
  • This microfiltration step can be carried out in any SELEX process according to the prior art as well as in any embodiment of the SELEX processes disclosed herein, which are also referred to herein as SELEX processes.
  • the selection of the specific filter, ie the exclusion size of the filter material used, depends on the type of implementation of the method.
  • the filter materials are selected such that the respective carrier material is retained.
  • Preferred pore sizes for microfiltration are approximately 0.1 to 100 ⁇ m, preferably approximately 1 to 35 ⁇ m and most preferably approximately 10 ⁇ m.
  • the vacuum chamber has a specific cover construction which is designed to accommodate commercially available filtration units, for example for ultrafiltration and / or microfiltration.
  • the lid construction can also be designed such that it accommodates or can accommodate one or more of the filter columns described herein.
  • This configuration which is typically in the form of bores in the lid construction, is designed in such a way that protection against cross-contamination is provided during the respective filtration process, ie during ultrafiltration and / or microfiltration.
  • the individual bore into which the filtration units are introduced into the lid of the vacuum chamber is so long that the filtrate that drips from the lid into the vacuum chamber is practically not in contact with other filtration units or the one obtained therefrom Eluate is coming.
  • the freedom from cross-contamination can be ensured, for example, by ensuring that the individual filter only moves together with the lid of the vacuum chamber, which, in particular in vacuum operation or after the vacuum chamber has been vented, prevents liquid bridges from forming between the individual holes in the lid construction.
  • the filters are firmly inserted into the cover construction, for example by the cover construction and the filters being injection molded from plastic.
  • a further embodiment in order to ensure freedom from contamination is that in the event that the filter columns described herein are introduced into the lid structure of the vacuum chamber and a seal, preferably an O-ring seal, is arranged between the bore in the lid structure and the individual filter column so no capillary forces arise as a result of which filtrate passes the filters or filter columns in the area of the liquid to be filtered and thus a cross contamination of the various seals, preferably an O-ring seal, is arranged between the bore in the lid structure and the individual filter column so no capillary forces arise as a result of which filtrate passes the filters or filter columns in the area of the liquid to be filtered and thus a cross contamination of the various
  • a further apparatus-technical embodiment as can be used in the method according to the invention, consists in that the individual reaction vessels in which the various reaction components used in the method according to the invention are stored can be closed again. This also reduces the risk of cross-contamination and considerably improves the storage of the reagents. a. the reason for this is that enzymes must be stored refrigerated, for example for medium-term storage for up to 48 hours at at least 10 ° C., preferably 4 ° C. If stored open, condensation would form after only a few hours and the reagents would be watered down. Protection from cross-contamination would also be achieved by means of these, in particular, automatically reclosable containers. Finally, the said closable vessels are also advantageous in that they provide protection against evaporation, which, at least in theory, could allow the reaction batches to be incubated for as long as desired.
  • the methods according to the invention are particularly suitable for high throughput formats, in particular if the methods according to the invention are carried out automatically, ie using a robot or automaton.
  • the methods can be carried out, for example, using modified microtite slats with, for example, 96 or 384 wells. These modified microtitre plates have a filter membrane instead of the solid plastic base, the pore size corresponding to that as generally described herein in connection with microfiltration.
  • the surfaces typically used in the process according to the invention for immobilizing the target molecule, preferably particles, are retained as the unbound nucleic acid molecules pass through the membrane.
  • This filtration represents a very efficient way of separating the matrix and thus the nucleic acid ligand in turn bound to the target molecule bound to the matrix.
  • the use of non-magnetic particles is particularly preferred.
  • the use of a filtration step for separating the matrix from the reaction mixture, ie separating off the the target molecule and thus nucleic acid ligands bound to the matrix are thus relieved to the extent that when magnetic particles are used and a magnetic field is used to separate them, the only one on the wall of the reaction vessel is the only one
  • FIG. 5 shows a basic flow diagram of an automated RNA selection
  • Fig. 6 is a schematic representation of the implementation of the invention
  • FIG. 8A is a top view of the vacuum chamber according to the invention.
  • FIG. 8B shows a cross section of the vacuum chamber shown in FIG. 8A;
  • 8C shows a cross section through the cover part of the vacuum chamber according to the invention.
  • 9 shows the scheme of automatic in vitro selection against D-CGRP;
  • Fig. 12 u. 13 possible secondary structures of the isolated RNA Spiegelmers from clone Hl, G2 and HIV;
  • 19A u. 19B shows the result of the sequence analysis of the automated
  • 20A u. 20B the measurement of the binding of mirror bucket PL-D8 to rat (A) or human (B) ⁇ -L-CGRP at 37 ° C. by means of isothermal titration calorimetry.
  • the buffers are adjusted to suitable reaction conditions in a first step. These are removed from a reagent rack, which is typically kept at 4 ° C, and brought to a work platform, where they are heated to room temperature or 37 ° C.
  • the nucleic acid library used for selection is also pretreated in this way. Which in the present case
  • RNA existing nucleic acid library is then denatured using a thermal cycler.
  • a temperature of 50-100 ° C., preferably 60-90 ° for a period of 1-10 min, preferably 2-7 min is typically achieved.
  • a precolumn is used to bind nucleic acids from the substrate that are non-specific to the carrier material on which the target molecule is or is to be immobilized
  • nucleic acid library Remove nucleic acid library, upstream and treated the reaction mixture using a shaker at room temperature or 37 ° C on the work platform.
  • the matrix is placed in the wells of the microtiter plate on the 4 ° work station.
  • the matrix is transferred by resuspension in the nucleic acid preparation which is to be incubated therewith; By pipetting up and down several times, all particles are in suspension and can be broken down into new ones
  • Pre-column treatment turns the supernatant, which contains nucleic acid ligands that do not interact non-specifically with the carrier material of the target molecule, into a new one
  • the reaction vessel transfers the reaction vessel and incubate there with the target molecule. Incubation is again carried out at room temperature or at 37 ° C.
  • the target molecule can be in the new
  • reaction vessel is either freely in solution or is already bound to a suitable surface or support material.
  • the complexes have to be made
  • nucleic acid ligand (s) and target molecule are immobilized on a suitable matrix
  • Ratios ie the number of bound RNA molecules per target molecule, and on the other hand in the type of nucleic acids that have bound to the target molecule, which is due to the fact that those are usually within the framework of the SELEX method nucleic acid libraries used contain a number typically from 10 12 to 10 16 different nucleic acid species.
  • the unbound nucleic acids i.e. the nucleic acids of the library that are not bound to the target molecule are removed from the complexes of nucleic acid and target molecule.
  • This is typically done at room temperature or 37 ° C. by subjecting the reaction batch to filtration, preferably by subjecting it to vacuum-operated filtration.
  • the surface or the carrier material on which the target molecule and thus also the nucleic acids bound to it are immobilized is filterable surfaces such as magnetic or non-magnetic particles
  • the filtration and in particular the selection of the Filter material and Filte ⁇ or diameter determined by the size of the particles, ie the filter must be designed so that the carrier material is retained in the reaction vessel.
  • the previous incubation of the nucleic acid with the target molecule has already been carried out in the filtration unit, and consequently this represents the reaction vessel, or from the corresponding reaction batch the reaction batch or an aliquot thereof, or at least that Target molecule and thus also the nucleic acid-bound carrier is transferred into the filtration unit.
  • this represents the reaction vessel, or from the corresponding reaction batch the reaction batch or an aliquot thereof, or at least that Target molecule and thus also the nucleic acid-bound carrier is transferred into the filtration unit.
  • the filtration column or the vacuum chamber is used.
  • the vacuum chamber preferably comprises at least two bores into which the suitable filtration units are preferably introduced.
  • the design of the hole in the cover plate and, if necessary, the relative distance between the cover plate and the base part ensure that the filtrate from the filtration carried out in a first hole does not come into contact with the filtrate from a filtration in a second hole, the the two bores are typically arranged next to one another in order to avoid contamination of the different reaction mixtures with one another.
  • the specific design of the bore length depends on several factors, such as the design of the column, the amount of liquid to be filtered, the amount of filtrate, the amount of applied vacuum and the like from. The appropriate parameters can be determined by those skilled in the art through routine testing in light of the disclosure made herein.
  • the nucleic acid bound to the target molecule is eluted from the complex using suitable elution conditions.
  • the elution can again take place in the vacuum chamber or the reaction batch, more precisely the connection batch, can be transferred to a new reaction vessel beforehand.
  • the elution is carried out by heating using the thermal cycler.
  • the reaction mixture is preferably incubated at 95 ° C. for 3 minutes
  • the RT-PCR begins in the subsequent step.
  • the necessary reagents from the storage vessels kept at 4 ° C. are added to the reaction mixture and preferably incubated at 50 ° C. If, in one embodiment, the RT-PCR takes place in the presence of the matrix with bound nucleic acid molecules, the matrix is resuspended in the RT-PCR buffer in the column which is in the vacuum chamber (part A) and then in a fresh bowl pipetted the 96-well plate. Thereafter, the heat-eluting of the bound nucleic acid is heated, for example, at 70-95 ° C. for 3 minutes in the resuspended matrix.
  • the supernatant from the matrix incubated with Denarurans (which contains the eluted nucleic acids) is placed in an ultrafiltration tube in the vacuum chamber (Part B) and freed from the Denarurans there.
  • the RT reaction is started hot on the 50 ° work station and incubated there for 20 min.
  • the reactions in the plate are placed in the thermal cycler, where they are incubated for a further 10 min at 60 ° C before denaturing for 15 min at 95 ° C and the thermocycling program begins (30 s 95 ° C; 30 s annealing temperature ; 30 s 72 ° C).
  • the result of the PCR is checked.
  • the control can take place during the PCR and or after its completion.
  • the result of the PCR is typically checked by determining the fluorescence of the reaction mixture using a suitable fluorescent dye and a fluorescence reading device.
  • the RT-PCR reactions are temporarily stored in the 4 ° working platform, in which the required amount of DNA has already been generated during the PCR and which are therefore already ready for transcription.
  • the plate in which the PCR takes place is placed in the 50 ° work station in order to take the samples for fluorescence measurement, since it is not possible to pipette in the thermal cycler itself. The The plate is kept hot in order to minimize the risk of mispriming (which is particularly great if the batch cools down considerably before being heated again).
  • the DNA obtained in this way is then used as a template or template for a transcription reaction.
  • the necessary reagents such as ribonucleotides and T7 RNA polymerase, are removed from the corresponding storage vessels stored at 4 ° C., added to the reaction mixture on the work platform and incubated at 37 ° C. for 1 to 24 h, preferably 1.5 to 4 h ,
  • the T7 transcription reaction is then carried out according to the standard protocol, as described, for example, in Cox et al., 1998. Biotechnol. Prog. 14: 845-850 and then the RNA obtained was purified by vacuum-driven ultrafiltration.
  • T7 RNA polymerase other RNA polymerases can also be used, such as T3 or SP6 RNA polymerase or thermostable RNA polymerases such as those from Thermus thermophilus.
  • the purification of the RNA is preferably carried out using an ultrafiltration, the ultrafiltration being a vacuum-driven ultrafiltration under the conditions as disclosed here.
  • the reaction mixture which has provided the RNA as part of the transcription reaction is inserted into the filtration unit, more precisely there into chamber B, the chamber, which is also referred to herein as the reaction chamber ultrafiltration is allowed.
  • the configuration of the ultrafiltration direction is in turn preferably such that contamination of the reaction batches by filtration steps carried out in parallel or sequentially is avoided.
  • the RNA purified in this way is free of low-molecular substances such as NTPs, DTT, salts, EDTA or detergents (i.e.
  • RNA contains macromolecules (proteins that were used in the amplification reactions; double-stranded DNA that was used as a template for transcription from the RT-PCR was not included in the scheme due to DNasel digestion - degraded and the pyrophosphate precipitate formed during the T7 transcription was dissolved by adding EDTA).
  • the RNA can then be used as the starting material for a further round of selection.
  • the presence of proteins is not as critical as that of buffer salts or EDTA, as long as the proteins do not have any disruptive activities.
  • the Polymerases from RT, PCR and transcription do not interfere (and are mostly used in the
  • the DNase on the other hand, can be problematic
  • Heat and EDTA can be inactivated.
  • these macromolecules can essentially only be removed from the reaction mixture during partitioning, ie during the washing process.
  • FIG. 2 shows the arrangement of the various workstations which have to be controlled by a robot when the selection round described in FIG. 1 is carried out.
  • FIG. 3 A further embodiment of the automated RNA selection is described in FIG. 3, wherein the immobilization of the target molecule does not take place on particles as the carrier surface, but on membranes, such as a nitrocellulose membrane.
  • membranes such as a nitrocellulose membrane.
  • suitable membranes are mixed cellulose ester membranes or other membranes, provided that they bind the target molecules and allow the nucleic acids to pass through.
  • Corresponding membranes are known to those skilled in the art and can be tested for their suitability for use in the methods according to the invention as part of routine tests.
  • the steps of setting the buffer conditions and denaturing the nucleic acid, specifically the ribonucleic acid take place in the same way as for the method described in FIG. 1.
  • the precolumn differs in that membrane portions are introduced into the reaction vessel to serve as a precolumn and the non-specific binding RNA molecules are removed from the nucleic acid library.
  • the nucleic acid is then incubated with the target molecule in a manner similar to that described for the method according to FIG. 1.
  • the complexes from RNA and the target molecule are obtained on a workstation at room temperature or at 37 ° C.
  • a filtration unit specifically at a first station A, on which a filtration and in particular a microfiltration is provided .
  • inserts from the nitrocellulose membrane or another of the membranes disclosed for this purpose are included. This is followed by the usual washing step, in which the nitrocellulose membrane binds the target molecules together with the nucleic acid molecules specifically bound to them.
  • RNA molecules that do not bind or that do not bind specifically under the washing conditions are removed, the elution of the RNA molecules that bind specifically to the target molecule can be carried out. Molecules take place. In the present case, this cannot be done by temperature, since the
  • Vacuum chamber with the ultrafiltration inserts can not be tempered, but through
  • Competitors or by denaturing reagents are Competitors or by denaturing reagents.
  • the elution takes place at ambient temperature on the vacuum chamber.
  • the target molecule binds essentially only to the membrane surface and that
  • Target molecule with a solution that dissolves the complex of nucleic acid and target molecule
  • agents such as urea or guanidinium salt, is dissolved from this surface. In the specific embodiment shown, elution takes place or
  • RNA and thus releasing it from the target molecule preferably not by heating, but rather by using the agents disclosed in principle, such as competitors or denaturing agents.
  • the step of specifically removing the denaturing agent is now carried out.
  • a filtration is carried out on the vacuum station at position B, which is preferably carried out as ultrafiltration, as described here.
  • the reaction takes place at room temperature or 37 ° C.
  • the membrane itself is not transferred.
  • the target molecules should bind to the surface of the membrane, where they can be detached by denaturing agents.
  • the supernatant will then contain the corresponding molecules, which is simply pipetted off and transferred to the ultrafiltration units in station B.
  • the automated DNA selection shown in FIG. 4 is a further embodiment of the method according to the invention.
  • the main difference from the method shown in FIG. 1 is that DNA ligands are to be isolated and that the nucleic acid library also consists of DNA and not RNA.
  • the RT-PCR which is replaced by a PCR, is therefore not required in the specific embodiment.
  • the steps of transcribing the DNA into RNA are also eliminated. Rather, after the PCR reaction, single-stranded DNA can be isolated directly on the work platform at room temperature or 37 ° C.
  • a magnetic separator is introduced for cleaning, the separation of the DNA strands by means of magnetic particles at high pH is made. The unwanted (-) strand was synthesized during the PCR with oligonucleotide containing biotin.
  • the alkaline supernatant contains the free (+) strands and can be pipetted off after magnetic separation of the particles and into a new one
  • DNA is otherwise carried out in a manner analogous to that described for RNA in the method shown in FIG. 1.
  • the steps differ from the sequence of steps shown in FIG. 1 only in that the elution or denaturation of the RNA can not only take place in the thermal cycler but also on the 50 ° C work platform or at ambient temperature conditions. Elution is carried out with urea and EDTA at 20 - 100 ° C, preferably at 37 - 95 ° C on the 50 ° C workstation or in the thermal cycler. As a result of the combination of elevated temperature and denaturing agents, nucleic acids bound to the target molecule can be eluted from it again.
  • the denaturing agent such as, for example, urea / EDTA
  • the reaction mixture is incubated at elevated temperature. Similar to the step of purifying the RNA, the denaturing agent is then removed from the reaction mixture using ultrafiltration at room temperature or 37 ° C. as an additional step. For this purpose, the urea / EDTA eluate is pipetted into position B of the filtration unit.
  • the method described for denaturing elution can also be used in the embodiment in which the elution is carried out by competitive elution.
  • a high concentration of competitor as described herein, would be added and this would then be separated off by means of ultrafiltration. In this case, however, the elution would not be carried out at 50 ° C. as in the case of denaturing elution, but at room temperature or 37 ° C.
  • Fig. 6 shows a device for automatically performing the invention
  • the device has a work area (21) on which various modules
  • the modules can contain containers for carrying out reactions
  • the modules can be heated containers or containers with a
  • Shaker are coupled to keep the added substance in motion.
  • the modules can have filter devices in order to filter the added substance.
  • the modules and their possible arrangement are shown in FIG. 2.
  • a movable arm (23) is arranged above the work area (21) so that it extends over the entire work area.
  • This arm is held by one or two supports (24) at the same height above the work area (21).
  • the supports (24) are movably held in rails (not shown) so that the arm (23) can be moved across the working area (21).
  • At least one of the supports (24) has a drive unit (25) with which the arm (23) can be moved to a specific position across the working area (21).
  • the drive unit (25) is controlled by a control unit (26).
  • the carriage (27) On the arm (23) there is a carriage (27) movable in the longitudinal direction of the arm (23), which can be moved along the arm via a further drive unit (not shown), so that one is controlled by the control unit (26) with the carriage certain position along the arm (23) can be approached.
  • the carriage (27) has a sensor for a liquid and or solid substance, e.g. B. a pipette or the like, which can be lowered to take up or deliver a substance.
  • the lowering and raising of the transducer is also controlled by the control unit (26).
  • the control unit (26) controls the arm, the slide and the pickup in such a way that a certain module is first approached with the slide and the arm so that the pickup (28) is located above the module and by lowering a substance can be absorbed or released by the transducer.
  • the process according to the invention can be achieved by a suitable combination of taking up and dispensing substances into the reaction containers provided for this purpose, as disclosed herein carry out. Since after every contact with one of the provided materials the
  • the senor (28) is contaminated with the respective substance, the sensor is preferably provided so that the part that comes into contact with the substance can be repelled and can be replaced by a new, not yet used part.
  • further modules are provided, in which on the one hand new number of pick-up parts are made available and another module in which the parts of the pick-up already used can be handed over in order to dispose of them.
  • the various modules described here correspond to the various workstations as described in the context of FIGS. 1 to 5.
  • the control unit (26) first contacts a mixture of candidate nucleic acids with a target molecule in a container.
  • the nucleic acid ligands can then bind to the target molecule.
  • This contacted candidate mixture is optionally contacted with a matrix on which the target molecules are immobilized and then transported to a separation device, preferably a filter device, in which nucleic acid binding to the target molecule can be separated from the rest of the candidate mixture with a higher affinity, whereby it It is also within the scope of the present invention that the target molecules are immobilized on a matrix from the outset.
  • the transport of the candidate mixture into the separating device is preferably carried out using a pipette which is located on the receiver (28).
  • the carriage is moved over the container with the candidate mixture and the receiver is lowered so that the pipette can take up the candidate mixture.
  • the transducer is raised and the carriage is moved over the corresponding microfiltration device. There, the previously absorbed substance is released into the microfiltration device.
  • this process can be carried out several times in succession, so that a sufficiently large amount of the candidate mixture to be filtered is available in the microfiltration device.
  • the nucleic acid which binds to the target molecule with a higher affinity is then removed from the microfiltration device and amplified by suitable known methods. This requires a large number of repetitive steps, so the use of an automatically controlled device is very advantageous for reasons of reliability.
  • ultrafiltration can be carried out to purify the amplification products formed in the amplification process.
  • amplification process amplification process, according to the invention, ultrafiltration can be carried out to purify the amplification products formed in the amplification process.
  • amphfication process To the mixture obtained as a result of the amphfication process becomes a
  • the method according to the invention is carried out several times in parallel.
  • a number of containers can be provided in the modules, which can be started separately by the pickup, the arm and the slide, controlled by the control unit (26). This means that waiting times caused by process steps can be bridged. You also have the advantage of getting comparable results.
  • control unit controls the various reactions to be carried out by the method according to the invention.
  • FIG. 7 shows the filter column according to the invention, the column comprising a first receiving piece (1) which merges into a conical intermediate piece (2) and the conical intermediate piece in turn merges into an outlet piece (3), the transition between the intermediate piece (2) and a filter is attached to the outlet piece (3).
  • the filter can be both a microfilter and an ultrafilter, preferably those as disclosed herein. Such a frit can be carried out in the course of any filtration step, as it is in connection with the method according to the invention, as described, for example, in FIGS. 1 and 2.
  • Similar filter columns that can also be used in the context of the present invention are commercially available, for example, as MicroCon filters from Millipore.
  • the receiving piece (1) can furthermore have a fastening means.
  • the fastening means is preferably arranged on the outer wall of the receiving piece and extends radially to the longitudinal axis of the filter column.
  • the fastening means can be arranged at one or more locations on the outer wall of the receiving piece.
  • the fastening means is preferably designed as a ring, the inside diameter of which corresponds to the outside diameter of the receiving piece. It is particularly preferred that the Fastening means is arranged at the end of the receiving piece (1) which corresponds to the end of the
  • Receiving piece (1) is opposite, which merges into the conical intermediate piece (2).
  • FIG. 8 shows a vacuum chamber as can be used in the method according to the invention.
  • 8A shows a top view of the vacuum chamber, as can be used, for example, at the vacuum station, as described in FIGS. 1 and 3 to 5.
  • Position A of the two-part vacuum chamber shown in FIG. 8 corresponds to position A, position B to position B of the vacuum chamber, as is used in the process described in FIGS. 1 and 3 to 5.
  • Both subchambers have a large number of bores (13) and (14), into which, for example, the frit, also referred to herein as a filtration column, can be introduced as shown in FIG. 7.
  • FIG. 8B shows a cross section through the vacuum chamber shown in FIG. 8A with two partial vacuum chambers.
  • the length of the bore (14) is designed as a multiple of the diameter of the bore. This ratio ensures that the filtration steps carried out in adjacent bores (13) can be carried out without mutual contamination. Contamination could occur, for example, if the filtrate of any filtration unit placed in a distinct bore (13) comes into contact with the filtrate of a further filtration unit and, in this respect, in particular by forming a liquid bridge, but actually remove the ingredients of the one filtrate, such as ions even nucleic acid species that do not bind to the target molecule under the selected conditions enter the reaction mixture or the filtrate of a filtration unit which is preferably used in a neighboring hole.
  • FIG. 8 A shows a further detailed view of a part of the cover construction.
  • an o-ring is provided as a seal in the one of the plurality of bores contained in the cover construction, which serves to receive a filter or a filter column, which is arranged between the bore receiving the filter column and the cover construction, so that no liquid bridge is formed, in particular not between different filtration approaches which are contained in the lid construction.
  • FIG. 8 C shows an embodiment of the vacuum chamber according to the invention.
  • the cover part (11) of the chamber provided with bores (13) or (14) sits on the bottom part (10) of the vacuum chamber (not shown), the cover part (11) and bottom part (10) being separated by a seal.
  • each bore (13) or (14) there is an O-ring (15) attached as a seal, which ensures that the filtration column (1), which is preferably designed, as shown in Fig. 7, is fixed in the holes and in particular that there is no cross-contamination between those carried out in the individual holes
  • RNA molecules specifically binding rat ⁇ ! -D-CGRP (calcitonin gene-related peptides; Amara et al., 1982, Nature 298, 240-244) from a starting pool is described.
  • NTPs were from Larova, Berlin; dNTPs obtained from Qiagen, Hilden.
  • the T7 RNA polymerase was from Stratagene, Heidelberg; DNase I from Sigma-Aldrich, Taufkirchen; Taq polymerase and RNase Out RNase inhibitor from Invitrogen.
  • Qiagen's OneStep RT-PCR Kit was used for RT-PCR.
  • Rat ⁇ -D-CGRP was synthesized by BACHEM, Heidelberg.
  • the peptide used for the selection carries a biotin group at the carboxyl terminus in order to enable the separation of unbound nucleic acids by means of the biotin-neutrAvidin interaction.
  • NeutrAvidin-Agarose and NeutrAvidin-UltraLink from Pierce were used for this.
  • the DNA for the start pool was synthesized in-house and is based on pool DE.40 with the sequence 5'-TCT AAT ACG ACT CAC TAT AGG AGC TCA GAC TTC ACT CGT GN 40 - CAC GTA CCA CTG TCG GTT CCA C-3 ' (SEQ.ID.No. 22).
  • All non-enzymatic steps of the selection were carried out in selection buffer (HEPES-KOH, pH 7.5; 150 mM NaCl; 1 mM MgCl 2 ; 1 mM CaCl 2 ; 0.1% [w / vol] Tween-20).
  • the denaturation was carried out for 5 minutes at 95 ° C. in selection buffer without CaCl 2 and MgCl 2 .
  • the RNA was cooled to room temperature, MgCl 2 and CaCl 2 were added and incubated for a further 5 minutes at room temperature.
  • the RNA was first incubated at room temperature for 15 minutes without peptide with the matrix (NeutrAvidin-Agarose or NeutrAvidin-UltraLink). This so-called preselection was used to remove potential matrix binders. After this incubation step, the matrix was separated from the RNA by sedimentation, mixed with the concentrations of biotinylated rat cD-CGRP shown in FIG. 9 and incubated for 1 h at room temperature. The biotin-binding matrix was then added to the binding mixture and incubated again with shaking for 10 minutes at room temperature. The matrix was then washed to remove non-binding RNA species from binding. The wash volume used here was 5 times the volume of the matrix in the first rounds (50 ⁇ l matrix for rounds 1 and 2, 10 ⁇ l for rounds 3-9), in later rounds up to 135 times the wash volume was used. elution of the matrix in the first rounds (50 ⁇ l matrix for rounds 1 and 2, 10 ⁇ l for rounds 3-9), in later rounds up to 1
  • RNA was eluted by resuspending the matrix particles with bound RNA in RT-PCR buffer and heating to 95 ° C. for 3 minutes. Enzymes were then added to the batches (reverse transcriptase and thermostable DNA polymerase from the OneStep RT-PCR Kit [Qiagen]) and the reverse transcription and the subsequent PCR were carried out in the presence of the matrix.
  • ssDNA In order to obtain double-stranded, in vitro transcribable DNA, 2 nmol synthesized ssDNA (Pool DE.40) were filled in enzymatically with the appropriate primer DE.40T7 to double-stranded DNA.
  • the reaction conditions were as follows: ssDNA pool, 2 ⁇ M; DE.40T7, 6 ⁇ M; dNTPs, 200 ⁇ M; Taq polymerase, 200 U / ml; 1 x reaction buffer as recommended by the manufacturer with 2.5 mM Mg 2+ .
  • the reaction volume was 1 ml, the incubation was carried out at 63 ° C. for 30 minutes.
  • T7 RNA polymerase and 40 U RNase Out RNase inhibitor were performed with 100 U T7 RNA polymerase and 40 U RNase Out RNase inhibitor in T7 reaction buffer (80 mM HEPES pH 7.5; 22 mM MgCl 2 ; 1 mM Spe ⁇ nidin; 10 mM dithiothreitol [DTT]; 4 mM GTP each , ATP, CTP and UTP; 80 ⁇ g / ml BSA) in a total volume of 100 ⁇ l. Between 100 and 30 ul RT-PCR reaction with the resulting double-stranded DNA was used as a transcription template per 100 ul reaction. The reactions were incubated for 3-12 hours at 37 ° C and then DNase I was added to digest the template DNA.
  • T7 reaction buffer 80 mM HEPES pH 7.5; 22 mM MgCl 2 ; 1 mM Spe ⁇ nidin; 10 mM dithiothreitol [DTT]; 4 mM
  • RNA produced was then separated from non-incorporated NTPs either under denaturing conditions using an 8% polyacrylamide gel with 8 M urea or alternatively using ultrafiltration with ultrafiltration units. Ultrafiltration-purified RNA was rinsed from the filter, gel-purified RNA from the cut out pieces of gel eluted, precipitated with ethanol, dried and taken up in water.
  • RNA molecules The reverse transcription of selected RNA molecules was carried out with the Qiagen OneStep RT-PCR Kit under buffer conditions recommended by the manufacturer in the presence of the NeutrAvidin-Agarose or -UltraLink matrix in 100 ⁇ l volume.
  • the batches were completely heated with matrix, RNA adhering to them and RT-PCR reaction buffer at 95 ° C. for 3 minutes, then equilibrated at 50 ° C. for 2 minutes before the enzymes were added.
  • the reactions were held at 50 ° C for 20 minutes, then at 60 ° C for 10 minutes. Inactivation of the RT enzymes and activation of the thermostable polymerase was achieved by heating to 95 ° C for 15 minutes.
  • the parameters of the thermal cycling were as follows: denaturing, 30 s at 95 ° C; Annealing, 30 s at 63 ° C; Polymerization, 30 s at 72 ° C.
  • the amount of double-stranded DNA generated during the PCR was monitored semi-quantitatively. The purpose of this was to keep the number of PCR cycles as small as possible. This means that only as many PCR cycles are carried out as are necessary to obtain enough templates for the T7 reaction. Aliquots were therefore taken from the PCR batches during the PCR from a certain number of cycles and added to 90 ⁇ l of a PicoGreen solution (diluted 1: 400 in TE [10 mM Tris-HCl, pH 8; 1 mM EDTA]). PicoGreen is a fluorescent dye that hardly free in solution, but strongly fluoresces when bound to double-stranded DNA (Ex: 485 nm; Em: 520 ran).
  • Double vacuum chamber with chamber A for the separation of bound and unbound RNA species and chamber B for the purification of transcription reactions.
  • hot start • 50 ° C work station, in order to be able to start enzymatic reactions directly at this temperature (“hot start”) or to not allow PCR reactions to cool down too much during sampling for fluorescence control.
  • the selection rounds 1 and 2 were carried out manually because the large amounts of matrix which are required for the binding of the D-CGRP in the (necessarily high) concentrations of these initial rounds can no longer be processed safely by pipetting machines. From round 3 onwards, selection was made fully automatically, and after two automatic selection rounds it was decided which selection strand was to be continued.
  • the selection strand is highlighted by thick bars, which ultimately also produced the sequences below.
  • the selected RNA of the most stringent strand i.e. the lowest peptide concentration or the highest wash volume, which gave a significant signal above the zero control during the amplification, used in the next round.
  • the number of cycles required to reach the threshold value was used as a measure of this signal.
  • a total of 9 preparative rounds, seven of which were automatic, and another analytical round with a total of seven different peptide concentrations were carried out.
  • the populations of dsDNA molecules from round 9 with 110 nM (approach 110) or round 9 with 12 nM D-CGRP (approach 12) were cloned and a total of 96 clones (48 each) were sequenced.
  • RNA molecules were examined with Seq.ID.No. 1 to 10. For this purpose, 7 pmol each of the labeled RNA was denatured for 3 minutes at 95 ° C. in selection buffer without Ca “ * ” * or Mg ⁇ 1 “1” , folded by adding 1 mM of these ions at room temperature and then folded incubated for 1 hour with biotmylated D-CGRP in concentrations of 0, 100 or 300 nM at room temperature. A constant amount of NeutrAvidin-Agarose particles was then added as a matrix and the RNA: peptide complex was immobilized for 10 minutes with shaking. The matrix was separated, the supernatant removed and the difference in bound / unbound RNA determined. The control (0 nM D-CGRP) as background. The percentage connections are shown in Fig. 11.
  • Molecule Hl differs from G2 in that it lacks two complementary bases that are part of an intramolecular helix (G25 and C59 in molecule G2). Since both molecules bind comparatively well to the target molecule, the sequence of the shorter molecule Hl (82mer) was assumed.
  • a corresponding ssDNA molecule for in vivo transcription of the molecule HIV (47-mer; removal of bases 1-17 and 65-82; exchange of C18 -> G and G64 -> C) was synthesized and filled in to form the dsDNA and generates the desired, radioactively labeled aptamer (SEQ.ID.No. 17) using T7 polymerase.
  • SEQ.ID.No. 17 radioactively labeled aptamer
  • Example 3 Inhibition of cAMP production by rat ⁇ -L-CGRP binding
  • cells of the human neuroblastoma line SK-N-MC were seeded in a number of 4 ⁇ 10 4 per well of a 96 well microtiter plate and at 37 ° C. and 5% CO 2 in DMEM (1,000 mg / 1 glucose) with 10% heat-inactivated fetal calf serum (FCS), 4 mM L-alanyl-L-glutamine (GLUTAMAX), 50 units / ml penicillin and 50 ⁇ g / ml streptomycin. 48 hours after sowing, the cells were 80-90% confluent and were used for the experiments.
  • DMEM 1,000 mg / 1 glucose
  • FCS heat-inactivated fetal calf serum
  • GLUTAMAX 4 mM L-alanyl-L-glutamine
  • 50 units / ml penicillin and 50 ⁇ g / ml streptomycin 48 hours after sowing, the cells were 80-90% confluent and were used for the experiments.
  • the Spiegelmers were together with 1 nM L-CGRP (Bachern) in Hank's balanced salt solution (HBSS) + 1 mg / ml BSA for 15 - 60 minutes at 37 ° C in a 0.2 ml "low profile 96-tube" - Incubated plate. Shortly before addition to the cells, 2 ⁇ l of a 50 mM IBMX solution (3-isobutyl-l-methylxanthine) were added. The cells were pretreated with 1 mM IBMX 20 minutes before adding the L-CGRP / Spiegelmer batches.
  • HBSS Hank's balanced salt solution
  • the medium was aspirated from the cells and the pre-incubated batches were added. After incubation for 30 minutes at 37 ° C., the supernatants were aspirated and the cells were lysed with 50 ⁇ l / well lysis buffer for 30 minutes at 37 ° C.
  • the lysis buffer is part of the "cAMP-Screen TM System” kit (Applied Biosystems), with which the cAMP content of the extracts is determined. 10 ⁇ l of the extracts are used in the test.
  • the test was carried out as described by the manufacturer. 10 ⁇ l / well of the lysate were added to 50 ⁇ l of the lysis buffer in an assay plate (coated with goat anti-rabbit IgG) and mixed with 30 ⁇ l / well of the cAMP-alkaline phosphatase conjugate diluted according to the manufacturer's instructions. Then 60 ⁇ l / well of the cAMP antibody supplied in the kit was added and incubated for one hour while shaking at room temperature. The solutions were then removed from the wells and washed 6 times with the washing buffer provided. For the detection, 100 ⁇ l / well CSPD / Sapphire-II RTU substrate were added, incubated for 30 minutes at room temperature and the luminescence was measured in a POLARstar Galaxy multi-detection plate reader (BMG).
  • BMG POLARstar Galaxy multi-detection plate reader
  • the biological effectiveness of the Spiegelmers was initially roughly estimated.
  • the molecules H1C, H1C 1, H1C 2 and H1C 1 + 2 were used only in a concentration (300 nM), the cells were stimulated, lysed and finally the cAMP content of the extracts was determined as described. Triplicate determinations were carried out and the amounts of cAMP formed were plotted as a percentage of the control (no mirror bucket in the pre-incubation batch) ⁇ standard deviation.
  • H1C inhibited cAMP production by 66%, H1C 1 by 37.8% and H1C 1 + 2 by 21.4%.
  • the activation of cAMP production observed for H1C 2 is most likely an artifact.
  • Example 4 Automatic preparation of aptamers using
  • the in vitro selection for the generation of aptamers usually starts from nucleic acid start libraries, in which the variable region is flanked by constant regions, which are normally approximately 20 nucleotides long. This enables problem-free duplication of single molecules by means of the polymerase chain reaction (PCR) in the course of the selection rounds.
  • PCR polymerase chain reaction
  • a shortening of the sequences, often 80-120 nucleotides long, while maintaining the affinity for the target molecule used, is very often not possible by simply omitting the constant regions.
  • the easy chemical representation of selected aptamers is only guaranteed for comparatively short molecules (if possible ⁇ 50 nucleotides). Aptamers that cannot be shortened to this length are therefore not suitable for use as therapeutic agents.
  • a selection process was developed in which the target peptide is linked to a population of short nucleic acids with randomized sequences, while the necessary constant regions for the steps of nucleic acid amplification are linked to the selected nucleic acid ligands by enzymatic ligation.
  • the ligands resulting from this method have a maximum length of the nucleic acids present in the binding step.
  • RNA molecules which specifically bind rat- ⁇ -D-CGRP from such a starting pool is described.
  • NTPs and dNTPs were obtained from Larova, Berlin.
  • the T7 RNA polymerase 50 U / ⁇ l was from Stratagene, Heidelberg; DNase I from Sigma-Aldrich, Taufkirchen; Taq polymerase (5 U / ⁇ l), SuperScript II reverse transcriptase (200 U / ⁇ l), and RNase Out RNase inhibitor (40 U / ⁇ l) from Invitrogen.
  • the T4 DNA ligase (30 U / ⁇ l) was obtained from Fermentas (St. Leon-Rot).
  • Rat ⁇ -D-CGRP was synthesized by BACHEM, Heidelberg.
  • the peptide used for the selection carries a biotin group at the carboxyl terminus in order to enable the separation of unbound nucleic acids by means of the biotin-neutrAvidin interaction.
  • NeutrAvidin-Agarose and NeutrAvidin-UltraLink from Pierce were used for this.
  • RNA and DNA nucleotides were all synthesized at NOXXON Pharma AG using standard phosphoramidite chemistry.
  • STAR-1 oligonucleotides used in this application example bold STAR-1 oligonucleotide library (RNA)
  • STAR-1 oligonucleotide library during ligation with a total of 5 different nucleic acid molecules (from left to right and top to bottom STAR-1 forward ligate, STAR-1 oligonucleotide library, STAR-1 reverse ligate, STAR-1 forward matrix, STAR -1 reverse matrix) are arranged as follows:
  • RNA 5'-gcgacuacuaauacgacucacuaua-3 '(25 nt) (SEQ. ID. NO. 27)
  • the selection was started with 1.67 nmol of synthesized single-stranded DNA (STAR-1 initial pool, reverse strand), corresponding to a complexity of approximately 10 15 molecules.
  • This start DNA was brought together with 2.5 nmol STAR-1 forward primer (1.5-fold excess) to a volume of 3.34 ml in in vitro transcription buffer, heated to 95 ° C. for 5 min and then slowly to 37 ° C cooled.
  • the DNA was transcribed into the corresponding RNA start pool. After the transcription reaction (for details see Section C - Enzymatic Reactions), the template DNA was digested with DNAse I, the RNA was gel purified and precipitated with ethanol.
  • RNA was first incubated at room temperature for 15 minutes without peptide with the matrix (NeutrAvidin-Agarose or UltraLink Plus nmobilized NeutrAvidin Gel; both matrices from Pierce). This so-called preselection was used to remove potential matrix binders. After this incubation step, the unbound RNA was removed from the matrix by filtration through Mobitec columns (Mobitec, Göttingen) with a pore size of 10 ⁇ m separated; in the case of automatic execution, the matrix was made simple
  • the remaining nucleic acid species were then mixed with various concentrations of biotmylated rat ⁇ -D-CGRP and incubated for 1-2 hours at room temperature or 37 ° C.
  • the biotin-binding matrix was then added to the mixture and incubated again with shaking for 10 minutes at room temperature.
  • the matrix was then washed to remove non-binding RNA species from binding.
  • the wash volume used was 5 to 10 times the volume of the matrix in the first two manual rounds, and 135 times the solid phase volume in later automatic rounds.
  • the bound RNA was eluted by incubating the matrix particles twice with bound RNA in 400 ⁇ l 8 M urea / 10 mM EDTA for 15 min at 65 ° C.
  • the eluted RNA was phenol extracted, ethanol precipitated and dried.
  • Elution was achieved by heating the matrix particles in 120 ul 8 M urea / 10 mM EDTA at 95 ° C for 10 min. After sedimentation of the matrix particles, the low molecular weight denaturants urea and EDTA were removed from the supernatant; this was transferred to MicroCon YM-10 ultrafiltration columns (Millipore, Schwalbach) and ultrafiltered using the vacuum chamber integrated in the robot. A vacuum of -700 to -900 mbar was applied for 20 min per 50 ⁇ l of solution to be filtered. In order to recover the expected small amounts of RNA (approx.
  • T7 RNA polymerase Transcriptions were carried out with 100 U T7 RNA polymerase and 40 U RNase Out RNase inhibitor in T7 reaction buffer (80 mM HEPES pH 7.5; 22 mM MgCl 2 ; 1 mM spermidine; 10 mM dithiothreitol [DTT]; 4 mM GTP each , ATP, CTP and UTP; 120 ⁇ g / ml BSA) per 100 ⁇ l volume.
  • GTP guanosine 5'-monophosphate
  • GTP guanosine 5'-monophosphate
  • RNA generated was then either separated manually from denatured NTPs under denaturing conditions using an 8% polyacrylamide gel with 8 M urea or automatically by means of ultrafiltration with ultrafiltration units. Ultrafiltration-purified RNA was rinsed from the filter, gel-purified RNA was eluted from the cut-out gel pieces, precipitated with ethanol, dried and taken up in water.
  • RNA to be ligated from the selection rounds was placed in 14 ⁇ l ligation buffer (40 mM Tris-HCl pH 7.8; 10 mM MgCl 2 ; 10 mM DTT; 10 ⁇ M EDTA; 0.5 mM ATP; 5% PEG 4000; 5 ⁇ M ds forward adapter [consisting of hybridized forward ligat RNA forward matrix]; 2.5 ⁇ M ds reverse adapter [consisting of hybridized reverse ligate / reverse primer ribol]; 2.5 ⁇ M ds reverse adapter N + l [consisting of hybridized N + l reverse ligate / reverse primer ribol) dissolved per pmol of eluted RNA (manual rounds 1 and 2) or in principle resuspended in 40 ⁇ l ligation buffer from the ultrafiltration membrane, of which 25 ⁇ l were used further (automatic rounds 3-15). The batches were then 5 min at 50 ° C and 5 min at 25 ° C and 5
  • RNA molecules were incubated at 51 ° C. for 20 min and then at 54 ° C. for 10 min.
  • the temperature profile was as follows: 20 min at 50 ° C.; 2 min 53.3 ° C; 2 min 56.6 ° C; 10 min 60 ° C.
  • the PCR was carried out with a maximum of 1 pmol template per 100 ⁇ l reaction volume.
  • 1/5 volume (20 ⁇ l) of each reverse transcription with 100 ⁇ l was used in order to serve as a template in four 100 ⁇ l batches (20 mM Tris-HCl pH 8.4; 50 mM KC1; 1.5 mM MgCl 2 ; 5 ⁇ M forward primer; 5 ⁇ M reverse primer ribol; 200 ⁇ M dNTPs; 50 U / ml Taq DNA polymerase).
  • the course of the PCR was monitored by means of fluorescence measurement of aliquots from the PCR reactions and the PCR was stopped after the required threshold value had been reached (see section D, checking the PCR progress).
  • the amount of double-stranded DNA generated during the PCR was monitored semi-quantitatively. It was intended to keep the number of PCR cycles as small as possible. For this reason, only as many PCR cycles were carried out as are necessary to obtain sufficient templates for the T7 reaction. Aliquots were therefore taken from the PCR batches during the PCR from a certain number of cycles and added to 90 ⁇ l of a PicoGreen solution (diluted 1: 400 in TE [10 mM Tris-HCl, pH 8; 1 mM EDTA]). PicoGreen is a fluorescent dye that hardly free in solution, but strongly fluoresces when bound to double-stranded DNA (Ex: 485 nm; Em: 520 ⁇ m).
  • Double vacuum chamber with chamber A for the separation of bound and unbound RNA species and chamber B for the removal of denaturants from the eluted RNA molecules after elution, the desalting of the PCR batches after alkaline digestion and the purification of transcription reactions before the start of the next round.
  • hot start • 50 ° C work station, in order to be able to start enzymatic reactions directly at this temperature (“hot start”) or to not allow PCR reactions to cool down too much during sampling for fluorescence control.
  • Rounds 1 and 2 were carried out manually because the large amounts of matrix which are required for the binding of the ⁇ -D-CGRP in the (necessarily high) concentrations of these initial rounds can no longer be processed safely by pipetting machines. From round 3, the selection was fully automatic.
  • the selected RNA of the most stringent strand i.e. the lowest peptide concentration or the highest wash volume, which gave a significant signal above the zero control during the amplification, used in the next round.
  • the number of cycles required to reach the threshold value was used as a measure of this signal.
  • FIGS. 19 A and B The result of the sequence analysis is shown in FIGS. 19 A and B, respectively. Of the total of 96 clones, both primers could be found in 88 clones. The individual clones were the following SEQ. ID. NOs. assigned.
  • Clone PL-D8 was synthesized as a mirror bucket from L-nucleotides for more detailed biophysical characterization.
  • the binding of mirror bucket PL-D8 to rat or human ⁇ -L-CGRP was determined using the method of isothermal titration calorimetry (ITC) with the VP ITC (Microcal).
  • the binding constant or dissociation constant K D is the reciprocal of the association constant K A (K in the enthalpy diagram) and was obtained for the mirror bucket PL-D8 when measuring with rats ⁇ -L-CGRP solution at 44 nM with an activity of 47% (Fig 20 A).
  • a dissociation constant of 171 nM at 64% activity was measured with this mirror bucket against human ⁇ -L-CGRP (FIG. 20 B).
  • Combination for realizing the invention in its various embodiments may be essential.

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Abstract

The invention relates to a method for the selection of one or more nucleic acid ligands from a mixture of candidate - nucleic acids. The nucleic acid ligands can bind to a target molecule. Said inventive method comprises the following steps a) placing the mixture in contact with the immobilised target molecule, b) separating the nucleic acid(s) binding to the target molecule with a higher affinity from the remainder of the candidate mixture, whereby the nucleic acid(s) binding to the target molecule with a higher affinity are provided in a complex with the target molecule, c) eluting the nucleic acid(s) binding to the target molecule with a higher affinity from the target molecule and d) optionally amplifying the binding nucleic acid(s) with a higher affinity, whereby an enriched nucleic acid product is produced. The target molecule is immobilised on the surface and the method also comprises an ultra filtration step.

Description

Verfahren zur Selektion von Nukleinsaureliganden Procedure for the selection of nucleic acid ligands
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Selektion eines oder mehrerer Nukleinsaureliganden, die an ein Zielmolekül binden, die Verwendung von Filtersäulen in einem derartigen Verfahren sowie eine Vakuumkammer zur Verwendung in einem derartigen Verfahren.The present invention relates to a method for selecting one or more nucleic acid ligands which bind to a target molecule, the use of filter columns in such a method and a vacuum chamber for use in such a method.
Das Verständnis von der Bedeutung von Nukleinsäuren hat sich in den vergangenen Jahren grundlegend weiterentwickelt. Ging man zu Beginn der molekularbiologischen Forschung von Nukleinsäuren als Träger der genetischen Information einer Zelle aus, wurde schon bald verschiedenen Nukleinsäuremolekülen auch eine strukturelle Funktion zuerkannt. Dass dabei Nukleinsäuren grundsätzlich die Fähigkeit besitzen, mit anderen Molekülen spezifisch in Wechselwirkung zu treten, war in dem Umfang gesicherte Erkenntnis, als dass es nukleinsäurebindende Proteine des Transkriptions- und Translationskomplexes gab.The understanding of the importance of nucleic acids has fundamentally developed in recent years. If nucleic acids were used at the beginning of molecular biological research as the carrier of a cell's genetic information, a structural function was soon assigned to different nucleic acid molecules. The fact that nucleic acids basically have the ability to interact specifically with other molecules was confirmed to the extent that there were nucleic acid-binding proteins of the transcription and translation complex.
Die grundsätzliche Eignung von Nukleinsäuren, an ein jegliches Zielmolekul zu binden, wurde in der internationalen Patentanmeldung WO 91/19813 vom 10. Juni 1991 offenbart. Dort wird ein Verfahren zur Selektion eines oder mehrerer Nukleinsaureliganden aus einer Mischung von Kandidaten-Nukleinsäuren beschrieben. Unter Zugrundelegung der in WO 91/19813 dargelegten Überlegungen geht man davon aus, dass in einer Mischung von Kandidaten-Nukleinsäuren, d. h. einer Bibliothek von Nukleinsäuren, die sich in ihrer Primärsequenz und damit auch in ihrer Sekundär- und Tertiärslxuktur, zumindest teilweise, unterscheiden, ein Nukleinsäureligand, d. h. eine an das Zielmolekül bindende Nukleinsäure enthalten sein wird, wenn die Bibliothek nur groß genug ist, um einen geeignet großen Raum von verschiedene Bindungstaschen ausbildenden Nukleinsäuren, die für die Bindung eines bestimmten Zielmoleküls erforderlich sind, abzudecken.The basic suitability of nucleic acids to bind to any target molecule was disclosed in international patent application WO 91/19813 dated June 10, 1991. There, a method for the selection of one or more nucleic acid ligands from a mixture of candidate nucleic acids is described. On the basis of the considerations set out in WO 91/19813, it is assumed that in a mixture of candidate nucleic acids, i. H. a library of nucleic acids that differ, at least in part, in their primary sequence and thus also in their secondary and tertiary structure, a nucleic acid ligand, i. H. a nucleic acid binding to the target molecule will be included if the library is only large enough to cover a suitably large space of different binding pockets forming nucleic acids which are necessary for the binding of a certain target molecule.
In der jüngsten Vergangenheit wurde unter Anwendung dieses in WO 91/19813 beschriebenen und auch als SELEX-Technologie bezeichneten Verfahrens eine Vielzahl von Nukleinsaureliganden identifiziert, die auch als Aptamere bezeichnet werden. Weiterentwicklungen bzw. Anwendungen dieses Verfahrens sind Gegenstand weiterer Schutzrechtsanmeldungen, so z. B. die Herstellung von sogenannten Spiegelmeren, die unter anderem in der internationalen Patentanmeldung WO 98/08856 beschrieben sind. Spiegelmere werden dadurch erzeugt, dass Nukleinsaureliganden, die aus D-Nukleotiden bestehen, gegen dasIn the recent past, using this method described in WO 91/19813 and also referred to as SELEX technology, a large number of nucleic acid ligands have been identified, which are also referred to as aptamers. Further developments or applications of this process are the subject of further applications for industrial property rights, such as B. the production of so-called Spiegelmeren, which under others are described in international patent application WO 98/08856. Spiegelmers are generated by nucleic acid ligands consisting of D-nucleotides against the
Enantiomer des eigentlichen Zielmoleküls, das typischerweise in der Natur als solches nicht vorkommt, unter Anwendung der SELEX-Technologie selektiert werden und nach Erhalt eines oder mehrerer entsprechender Nukleinsaureliganden diese(r) unter Verwendung von L-Enantiomer of the actual target molecule, which typically does not occur in nature as such, can be selected using SELEX technology and, after receiving one or more corresponding nucleic acid ligands, these using L-
Nukleotiden und nicht mehr von D-Nukleotiden, wie im Rahmen des eigentlichenNucleotides and no longer of D nucleotides, as part of the actual
Selektionsprozesses verwendet, synthetisiert werden mit der Folge, dass der oder die aus L-Selection process are used, with the result that the one or more from L-
Nukleotiden bestehende(n) Nukleinsäureligand(en) an das eigentliche Zielmolekül und nicht mehr an das Enantiomer des Zielmoleküls bindet. Der Vorteil derartiger Spiegelmere ist darin zu sehen, dass infolge ihres Aufbaus aus L-Nukleotiden in biologischen Systemen sich keine enzymatische Aktivität findet, die diese Art von Nukleinsäure abzubauen in der Lage wäre.Nucleotide consisting of nucleic acid ligand (s) binds to the actual target molecule and no longer to the enantiomer of the target molecule. The advantage of such Spiegelmers can be seen in the fact that due to their construction from L-nucleotides in biological systems there is no enzymatic activity that would be able to degrade this type of nucleic acid.
Obwohl die Erzeugung entsprechender Nukleinsaureliganden nach wie vor mit experimentell zum Teil erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist und insoweit die Vorhersagbarkeit, ob ein geeigneter Nukleinsäureligand tatsächlich isoliert werden kann, immer noch eine Frage des glücklichen Griffs zu sein scheint, ist das Verfahren zur Herstellung derartiger Nukleinsaureliganden grundsätzlich, zumindest in Teilbereichen, der Automatisierung zugänglich. Dies liegt darin begründet, dass in den verschiedenen Selektionsrunden, die gemeinhin erforderlich werden, um einen mit einer ausreichend hohen Affinität an ein Zielmolekul bindenden Nukleinsaureliganden zu isolieren, eine Anzahl von Schritten durchgeführt werden muss, die als solche der Automatisierung grundsätzlich zugänglich zu sein scheinen und in ihrer Gesamtheit in den verschiedenen Selektionsrunden wiederholt werden müssen.Although the generation of corresponding nucleic acid ligands is still associated with experimentally considerable difficulties, and to this extent the predictability of whether a suitable nucleic acid ligand can actually be isolated seems to be a matter of luck, the method for producing such nucleic acid ligands is fundamentally automation accessible at least in some areas. This is due to the fact that in the various selection rounds that are generally required in order to isolate a nucleic acid ligand that binds to a target molecule with a sufficiently high affinity, a number of steps must be carried out which as such appear to be fundamentally accessible to automation and must be repeated in their entirety in the various selection rounds.
Das Verfahren zur Selektion von Nukleinsaureliganden, die an ein spezielles Zielmolekül, das hierin auch als Target bezeichnet wird, binden, kann in verschiedenster Art und Weise ausgeprägt sein. Die verschiedenen Ausprägungen des Verfahrens liegen darin begründet, dass die Nukleinsaureliganden grundsätzlich entweder als doppelsträngige oder einzelsträngige Nukleinsäuren und genauer als einzel- oder doppelsträngige RNA oder einzel- oder doppelsträngige DNA isoliert werden können. Von diesen Varianten ist die einzelsträngige RNA und die einzelsträngige DNA in der Regel bevorzugt. Weitere Varianten in der Ausführung des Verfahrens können begründet werden durch die Art des Zielmoleküls und insbesondere dessen Handhabung im Rahmen des Verfahrens zur Selektion von Nukleinsaureliganden. Dabei ist hinsichtlich der grundsätzlichen Verfahrensschritte allen Ausführungsformen des besagten Verfahrens gemein, dass man ausgehend von einer Mischung von Kandidaten-Nukleinsäuren diese mit dem Zielmolekül kontaktiert, die mit einer höheren Affinität an das Zielmolekul bindenden Nukleinsäuren vom Rest der Kandidatenmischung abtrennt und die solchermaßen erhaltenen abgetrennten, mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindendenThe method for selecting nucleic acid ligands that bind to a specific target molecule, which is also referred to herein as a target, can be developed in a wide variety of ways. The different forms of the method are based on the fact that the nucleic acid ligands can in principle be isolated either as double-stranded or single-stranded nucleic acids and more precisely as single- or double-stranded RNA or single- or double-stranded DNA. Of these variants, the single-stranded RNA and the single-stranded DNA are generally preferred. Further variants in the execution of the method can be justified by the type of the target molecule and in particular its handling within the scope of the method for the selection of nucleic acid ligands. With regard to the basic method steps, all of the embodiments of the said Common to the process that, starting from a mixture of candidate nucleic acids, they are contacted with the target molecule, which separates nucleic acids binding to the target molecule with a higher affinity from the rest of the candidate mixture, and the separations obtained in this way bind to the target molecule with a higher affinity
Nukleinsäuren bzw. Nukleinsaureliganden amplifiziert. Die Abtrennung der mit einer höherenNucleic acids or nucleic acid ligands amplified. The separation of those with a higher
Affinität an das Zielmolekül bindenden Nukleinsäuren vom Rest der Kandidatenmischung erfolgt dabei typischerweise in der Form, dass der Komplex aus Zielmolekül undAffinity to the target molecule binding nucleic acids from the rest of the candidate mixture is typically in the form that the complex of target molecule and
Nukleinsäureligand vom Rest der Kandidatenmischung abgetrennt wird. In einem nächstenNucleic acid ligand is separated from the rest of the candidate mixture. In a next one
Schritt wird die an das Zielmolekül bindende oder bindenden Nukleinsäureligand(en) aus demStep is the nucleic acid ligand (s) binding or binding to the target molecule from the
Komplex gelöst und anschließend mittels molekularbiologischer Technik amplifiziert. Dabei wird im Falle der Erzeugung von Ribonukleinsäuren diese zuerst in eine Desoxyribonukleinsäure umgeschrieben und sodann die solchermaßen erhaltene Desoxyribonukleinsäure amplifiziert, wobei bevorzugterweise hierzu die Polymerase-Kettenreaktion verwendet wird. DieseComplex solved and then amplified using molecular biological technology. If ribonucleic acids are generated, they are first rewritten into a deoxyribonucleic acid and then the deoxyribonucleic acid obtained in this way is amplified, the polymerase chain reaction preferably being used for this purpose. This
Desoxyribonukleinsäure wird sodann wiederum in Ribonukleinsäure transkribiert. Die solchermaßen erhaltene Ribonukleinsäure kann in einer weiteren Selektionsrunde eingesetzt werden. Es ist dabei offensichtlich, dass der Anteil der an ein Zielmolekül spezifisch bindendenDeoxyribonucleic acid is then again transcribed into ribonucleic acid. The ribonucleic acid obtained in this way can be used in a further selection round. It is obvious that the proportion of those that specifically bind to a target molecule
Nukleinsaureliganden an der Gesamtmischung sich mit jedem Durchgang des Verfahrens erhöht.Nucleic acid ligands on the total mixture increase with each run of the procedure.
Insoweit liefert jede Selektionsrunde ein hinsichtlich einer oder mehrerer Nukleinsäureliganden-In this respect, each round of selection provides one with regard to one or more nucleic acid ligands.
Spezies angereichertes Nukleinsäure-Produkt. Aus dieser Mischung können sodann einzelneSpecies enriched nucleic acid product. Individuals can then be made from this mixture
Nukleinsäuren vereinzelt, in ihrer Sequenz bestimmt und anschließend in größerem Maßstab chemisch synthetisiert oder unter Anwendung sonstiger geeigneter Techniken hergestellt werden.Nucleic acids are separated, their sequence determined and then chemically synthesized on a larger scale or prepared using other suitable techniques.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, das SELEX- Verfahren so weiterzuentwickeln, dass infolge der immer wieder gleichen ablaufenden Verfahrensschritte dieses in automatisierter Form, d. h. unter Verwendung eines Roboters, bevorzugterweise eines computergesteuerten Roboters, durchgeführt werden kann.The object of the present invention was to further develop the SELEX process in such a way that, due to the process steps which were always the same, this was carried out in automated form, i. H. using a robot, preferably a computer-controlled robot.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in einem ersten Aspekt gelöst durch ein Verfahren zur Selektion eines oder mehrerer Nukleinsaureliganden aus einer Mischung von Kandidaten- Nukleinsäuren, wobei die Nukleinsaureliganden an ein Zielmolekül binden können, umfassend die SchritteAccording to the invention, the object is achieved in a first aspect by a method for selecting one or more nucleic acid ligands from a mixture of candidate nucleic acids, the nucleic acid ligands being able to bind to a target molecule, comprising the steps
a) Kontaktieren der Mischung mit dem immobilisierten Zielmolekül, b) Abtrennen der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindende(n) Nukleinsäure(n) vom Rest der Kandidatenmischung, wobei die mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindenden Nukleinsäure(n) in einem Komplex mit dem Zielmolekül vorliegen,a) contacting the mixture with the immobilized target molecule, b) separating the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity from the rest of the candidate mixture, the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity being present in a complex with the target molecule,
c) Elution der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindenden Nukleinsäure(n) von dem Zielmolekül; undc) elution of the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity from the target molecule; and
d) optional Amplifizieren der mit höherer Affinität bindenden Nukleinsäure(n), wodurch ein angereichertes Nukleinsäureprodukt entsteht,d) optionally amplifying the nucleic acid (s) which bind with higher affinity, resulting in an enriched nucleic acid product,
wobei das Zielmolekül bevorzugterweise an einer Oberfläche immobilisiert vorliegt und das Verfahren einen Ultrafiltrationsschritt umfasst.wherein the target molecule is preferably immobilized on a surface and the method comprises an ultrafiltration step.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in einem zweiten Aspekt gelöst durch ein Verfahren zur Selektion eines oder mehrerer Nukleinsaureliganden aus einer Mischung von Kandidaten- Nukleinsäuren, wobei die Nukleinsaureliganden an ein Zielmolekül binden können, umfassend die SchritteAccording to the invention, the object is achieved in a second aspect by a method for selecting one or more nucleic acid ligands from a mixture of candidate nucleic acids, the nucleic acid ligands being able to bind to a target molecule, comprising the steps
a) Kontaktieren der Mischung mit dem Zielmolekül,a) contacting the mixture with the target molecule,
b) Immobilisieren des Zielmoleküls und/oder der Komplexe aus Zielmolekül und Kandidatennukleinsäure(n),b) immobilizing the target molecule and / or the complexes of target molecule and candidate nucleic acid (s),
c) Abtrennen der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindende(n) Nukleinsäure(n) vom Rest der Kandidatenmischung, wobei die mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindenden Nukleinsäure(n) in einem Komplex mit dem Zielmolekül vorliegen,c) separating the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity from the rest of the candidate mixture, the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity being present in a complex with the target molecule,
d) Elution der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindenden Nukleinsäure(n) von dem Zielmolekül, und e) optional Amplifizieren der mit höherer Affinität bindenden Nukleinsäuren), wodurch ein angereichertes Nukleinsäureprodukt entsteht,d) elution of the nucleic acid (s) binding to the target molecule with a higher affinity from the target molecule, and e) optionally amplifying the nucleic acids which bind with higher affinity), resulting in an enriched nucleic acid product,
wobei das Zielmolekül bevorzugterweise an einer Oberfläche immobilisiert vorliegt und das Verfahren einen Ultrafiltrationsschritt umfasst.wherein the target molecule is preferably immobilized on a surface and the method comprises an ultrafiltration step.
In einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass der Ultrafiltrationsschritt während oder nach der Elution erfolgt.In one embodiment of the method according to the invention it is provided that the ultrafiltration step takes place during or after the elution.
In einer weiteren Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass der Ultrafiltrationsschritt während oder nach der Amplifikation erfolgt.In a further embodiment of the method according to the invention it is provided that the ultrafiltration step takes place during or after the amplification.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in einem dritten Aspekte gelöst durch ein Verfahren zur Selektion eines oder mehrer Nukleinsaureliganden aus einer Mischung von Kandidatennukleinsäuren, wobei die Nukleinsaureliganden an ein Zielmolekül binden können, umfassend die SchritteAccording to the invention, the object is achieved in a third aspect by a method for selecting one or more nucleic acid ligands from a mixture of candidate nucleic acids, the nucleic acid ligands being able to bind to a target molecule, comprising the steps
a) Kontaktieren der Mischung mit dem Zielmolekül, wobei aa) das Zielmolekül immobilisiert ist, oder ab) nach dem Kontaktieren der Mischung mit dem Zielmolekül das Zielmolekül und/oder Komplexe aus Zielmolekül und Kandidatennukleinsäure(n) immobilisiert werden,a) contacting the mixture with the target molecule, aa) the target molecule being immobilized, or ab) after contacting the mixture with the target molecule the target molecule and / or complexes of target molecule and candidate nucleic acid (s) are immobilized,
b) Abtrennen der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindende(n) Nukleinsäure(n) vom Rest der Kandidatenmischung, wobei die mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindenden Nukleinsäure(n) in einem Komplex mit dem Zielmolekül vorliegen,b) separating the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity from the rest of the candidate mixture, the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity being present in a complex with the target molecule,
c) Elution der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindenden Nukleinsäure(n) von dem Zielmolekül, undc) elution of the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity from the target molecule, and
d) optional Amplifizieren der mit höherer Affinität bindenden Nukleinsäure(n), wodurch ein angereichertes Nukleinsäureprodukt entsteht, wobei das Zielmolekül an einer Oberfläche immobilisiert vorliegt und das Abtrennen gemäß Schritt b) mittels einer Filtration, bevorzugterweise einer Mikrofiltration, erfolgt, wobei eine Vakuumkammer verwendet wird, umfassend ein Bodenteil (10) und ein Deckelteil (11), wobei das Bodenteil (10) und das Deckelteil (11) bevorzugterweise durch eine Dichtung voneinander getrennt sind, und das Deckelteil (11) mindestens eine vollständige durch das Deckelteil sich erstreckende Bohrung (13, 14) aufweist, wobei die Bohrung eine Mindestlänge aufweist, so dass beim Filtrationsschritt eine Kontamination zwischen zwei nebeneinander erfolgenden Filtrationen nicht auftritt.d) optionally amplifying the nucleic acid (s) which bind with higher affinity, resulting in an enriched nucleic acid product, the target molecule being immobilized on a surface and the separation according to step b) being carried out by means of a filtration, preferably a microfiltration, using a vacuum chamber comprising a base part (10) and a cover part (11), the base part (10) and the cover part (11) is preferably separated from one another by a seal, and the cover part (11) has at least one complete bore (13, 14) extending through the cover part, the bore having a minimum length, so that contamination occurs during the filtration step two side-by-side filtrations do not occur.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass es sich dabei um ein erfindungsgemäßes Verfahren handelt, insbesondere um ein solches gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung.In a preferred embodiment of the method according to the invention it is provided that it is a method according to the invention, in particular one according to the first and / or second aspect of the present invention.
In einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass das Abtrennen in Schritt b) mittels Mikrofiltration erfolgt.In one embodiment of the method according to the invention it is provided that the separation in step b) takes place by means of microfiltration.
In einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass das Verfahren ein automatisiertes Verfahren ist.One embodiment of the method according to the invention provides that the method is an automated method.
In einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass die Ultrafiltration an einer Ultrafiltrationsmembran mit einer molekularen Ausschlussgröße von etwa 1.000 bis 100.000, bevorzugterweise etwa 10.000 bis 50.000 Da erfolgt.In one embodiment of the method according to the invention it is provided that the ultrafiltration takes place on an ultrafiltration membrane with a molecular exclusion size of approximately 1,000 to 100,000, preferably approximately 10,000 to 50,000 Da.
In einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass die Mikrofiltration an einer Mikrofiltrationsmembran oder Fritte erfolgt mit einer durchschnittlichen Porengröße von etwa 0,1 bis 100 μm, bevorzugterweise etwa 1 bis 35 μm und bevorzugtesterweise etwa 10 μm.In one embodiment of the method according to the invention it is provided that the microfiltration takes place on a microfiltration membrane or frit with an average pore size of about 0.1 to 100 μm, preferably about 1 to 35 μm and preferably most about 10 μm.
In einer Ausf hrungsform der erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass die Oberfläche bereitgestellt wird durch Partikel, wobei bevorzugterweise die Partikel ausgewählt sind aus der Gruppe, die magnetische und nicht-magnetische Partikel umfasst. In einer AusfuTirungsform der erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass die Elution durch Verwenden von Wasser, denaturierenden Agenzien, durch Erhitzen desIn one embodiment of the method according to the invention it is provided that the surface is provided by particles, the particles preferably being selected from the group comprising magnetic and non-magnetic particles. In an embodiment of the method according to the invention it is provided that the elution by using water, denaturing agents, by heating the
Reaktionsgemisches oder durch Verwendung von Kompetitoren erfolgt.Reaction mixture or by using competitors.
In einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass das denaturierende Agens ausgewählt ist aus der Gruppe, die Harnstoff, EDTA, Guanidinium-HCL, Guanidinium-Isothiocyanat, Detergenz, Kombinationen von Harnstoff und EDTA umfasst.In one embodiment of the method according to the invention it is provided that the denaturing agent is selected from the group comprising urea, EDTA, guanidinium-HCL, guanidinium isothiocyanate, detergent, combinations of urea and EDTA.
In einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass der Kompetitor ein Peptid oder ein Fragment des Zielmoleküls ist.In one embodiment of the method according to the invention it is provided that the competitor is a peptide or a fragment of the target molecule.
In einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass der Ultrafilter und/oder der Mikrofilter in einer Filtersäule enthalten ist, wobei die Filtersäule aus einem Aufhahmestück und einem Auslassstück besteht, die beide durch ein konisches Zwischenstück miteinander verbunden sind und der Ultrafilter oder der Mikrofilter am Übergang zwischen dem konischen Zwischenstück und dem Auslassstück angeordnet ist.In one embodiment of the method according to the invention it is provided that the ultrafilter and / or the microfilter is contained in a filter column, the filter column consisting of a receiving piece and an outlet piece, both of which are connected to one another by a conical intermediate piece and the ultrafilter or the microfilter on Transition between the conical intermediate piece and the outlet piece is arranged.
In einer Ausfulirungsform der erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass die Filtersäule in einer Vorrichtung gehalten wird bestehend aus einem Bodenteil und einem Deckelteil, wobei der Deckelteil ein oder mehrere Mittel zur Aufnahme der Filtersäule aufweist. vIn one embodiment of the method according to the invention it is provided that the filter column is held in a device consisting of a base part and a cover part, the cover part having one or more means for receiving the filter column. v
In einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass das Mittel zur Aufnahme der Filtersäule eine Bohrung ist, wobei die Bohrung eine Mindestlänge aufweist.In one embodiment of the method according to the invention it is provided that the means for receiving the filter column is a bore, the bore having a minimum length.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in einem vierten Aspekt gelöst durch die Verwendung einer Filtersäule in einem Verfahren zur Selektion von Nukleinsaureliganden, wobei die Fritte ein erstes Aufhahmestück (1) umfasst, das in ein konisches Zwischenstück (2) übergeht und das konische Zwischenstück wiederum in ein Auslassstück (3) übergeht, wobei am Übergang zwischen dem Zwischenstück (2) und dem Auslassstück (3) ein Filter angebracht ist.According to the invention, the object is achieved in a fourth aspect by using a filter column in a method for selecting nucleic acid ligands, the frit comprising a first receiving piece (1) which merges into a conical intermediate piece (2) and the conical intermediate piece in turn into an outlet piece (3) passes, a filter being attached at the transition between the intermediate piece (2) and the outlet piece (3).
In einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Verwendung ist vorgesehen, dass die Filtersäule in einem der erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist vorgesehen, dass der Filter ein Mikrofilter oder ein Ultrafilter ist.In one embodiment of the use according to the invention it is provided that the filter column is used in one of the methods according to the invention. In a preferred embodiment it is provided that the filter is a microfilter or an ultrafilter.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist vorgesehen, dass das Aufhahmestück (1) ein Befestigungsmittel aufweist.In a preferred embodiment it is provided that the receiving piece (1) has a fastening means.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist vorgesehen, dass das Befestigungsmittel an dem entgegengesetzten Ende des Aumahmestückes (1) angebracht ist, wo dieses in das konische Zwischenstück (2) übergeht.In a preferred embodiment it is provided that the fastening means is attached to the opposite end of the adapter piece (1), where it merges into the conical intermediate piece (2).
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist vorgesehen, dass die Filtersäule an der Außenwand, bevorzugterweise an der Außenwand des Aufhahmestückes, ein Verbreiterungsmittel aufweist.In a preferred embodiment it is provided that the filter column has a broadening means on the outer wall, preferably on the outer wall of the receiving piece.
In einer bevorzugten Ausfu irungsform ist vorgesehen, dass das Verbreiterungsmittel ausgebildet ist als ein an der Außenwand angebrachter Ring, wobei der Ring bevorzugterweise senkrecht zur Längsachse des Aufhahmestückes (1) und/oder des Auslassstückes (3) angeordnet ist.In a preferred embodiment it is provided that the widening means is designed as a ring attached to the outer wall, the ring preferably being arranged perpendicular to the longitudinal axis of the receiving piece (1) and / or the outlet piece (3).
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in einem fünften Aspekt gelöst durch eine Vakuumkammer zur Verwendung in einem Verfahren zur Selektion von Nukleinsaureliganden, umfassend ein Bodenteil (10) und ein Deckelteil (11), wobei das Deckelteil (11) mindestens eine vollständig durch das Deckelteil sich erstreckende Bohrung (12) aufweist, wobei die Bohrung eine Mindestlänge aufweist.According to the invention, the object is achieved in a fifth aspect by a vacuum chamber for use in a method for selecting nucleic acid ligands, comprising a base part (10) and a cover part (11), the cover part (11) having at least one bore extending completely through the cover part (12), the bore having a minimum length.
In einer bevorzugten Ausfulirungsform ist vorgesehen, dass die Vakuumkammer in einem der erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird.In a preferred embodiment it is provided that the vacuum chamber is used in one of the methods according to the invention.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in einem sechsten Aspekt gelöst durch eine Vakuumkammer zur Verwendung in einem Verfahren zur Selektion von Nukleinsaureliganden, umfassend ein Bodenteil (10) und ein Deckelteil (11), wobei das Deckelteil (11) mindestens zwei vollständig durch das Deckelteil sich erstreckende Bohrungen (12) aufweist, wobei die Bohrungen eine Mindestlänge aufweist, die gewährleistet, dass es zu keiner Kontamination des Filtrationsvorganges und/oder zu filtrierenden Lösung durch ein Filtrat der zweiten Filtration kommt. In einer bevorzugten Ausfiihrungsform ist vorgesehen, dass die Vakuumkammer in einem der erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird.According to the invention, the object is achieved in a sixth aspect by a vacuum chamber for use in a method for selecting nucleic acid ligands, comprising a base part (10) and a cover part (11), the cover part (11) at least two bores extending completely through the cover part (12), the bores having a minimum length which ensures that there is no contamination of the filtration process and / or solution to be filtered by a filtrate from the second filtration. In a preferred embodiment it is provided that the vacuum chamber is used in one of the methods according to the invention.
In einer weiteren Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vakuumkammer ist vorgesehen, dass diese eine erfindungsgemäße Filtersäule bzw. eine Filtersäule, wie sie hierin erfindungsgemäß verwendet wird, umfasst.In a further embodiment of the vacuum chamber according to the invention it is provided that it comprises a filter column according to the invention or a filter column as used according to the invention herein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in einem siebten Aspekt gelöst durch eine Vorrichtung mit einer Ablaufsteuereinheit zum Steuern eines Aufnehmers für einen flüssigen und oder festen Stoff, wobei der Aufnehmer geeignet ist, eine Abfolge umfassend ein Aufnehmen des Stoffes, ein Transportieren des Stoffes und ein Abgeben des Stoffes in einen Behälter durchzuführen, wobei der Aufnehmer so gesteuert ist,According to the invention, the object is achieved in a seventh aspect by a device with a sequence control unit for controlling a pickup for a liquid and / or solid substance, the pickup being suitable for a sequence comprising picking up the stuff, transporting the stuff and dispensing the stuff in a container, the transducer being controlled
um in dem Behälter eine Mischung von Kandidaten-Nukleinsäuren mit einem Zielmolekül zu kontaktieren, an das die Nukleinsaureliganden binden können, undto contact in the container a mixture of candidate nucleic acids with a target molecule to which the nucleic acid ligands can bind, and
um die kontaktierte Kandidatenmischung in eine Trennvorrichtung zu transportieren, in der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindende(n) Nukleinsäure(n) vom Rest der Kandidatenmischung abtrennbar sind,in order to transport the contacted candidate mixture into a separation device in which nucleic acid (s) binding to the target molecule can be separated from the rest of the candidate mixture with a higher affinity,
um die mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindenden Nukleinsäure(n) von dem Zielmolekül zu eluieren, undin order to elute from the target molecule the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity, and
um optional eine Amplifϊkation der mit höherer Affinität an das Zielmolekül bindende(n) Nukleinsäure(n) durchzuführen, wobei während oder nach der Elution ein Ultrafiltrationsschritt durchgeführt wird.to optionally carry out an amplification of the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity, an ultrafiltration step being carried out during or after the elution.
In einer Ausfiihrungsform ist vorgesehen, dass während oder nach der Amplifikation ein Ultrafiltrationsschritt durchgeführt wird.In one embodiment it is provided that an ultrafiltration step is carried out during or after the amplification.
Erfmdungsgemäß wird die Aufgabe in einem achten Aspekt gelöst durch eine Vorrichtung mit einer Ablaufsteuereinheit zum Steuern eines Aufnehmers für flüssige und/oder feste Stoffe, wobei der Aufnehmer geeignet ist, eine Abfolge von Aufnehmen des Stoffes, Transportieren des Stoffes und Abgeben des Stoffes in einen Behälter durchzuführen, wobei der Aufnehmer so gesteuert ist, um eines der erfindungsgemäßen Verfahren durch mehrfache Abfolgen durchzuführen.According to the invention, the object is achieved in an eighth aspect by a device with a sequence control unit for controlling a sensor for liquid and / or solid substances, the sensor being suitable for a sequence of taking up the substance, transporting the substance and dispensing the substance into a container perform, the transducer so is controlled in order to carry out one of the methods according to the invention by means of multiple sequences.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in einem neunten Aspekt gelöst durch ein Verfahren zum Steuern eines Aufnehmers zur Selektion eines oder mehrerer Nukleinsaureliganden, wobei der Aufnehmer geeignet ist, eine Abfolge umfassend ein Aufnehmen eines flüssigen und/oder festen Stoffes, ein Transportieren des Stoffes und ein Abgeben des Stoffes in einen Behälter durchzuführen, wobei der Aufnehmer so gesteuert wird,According to the invention, the object is achieved in a ninth aspect by a method for controlling a sensor for selecting one or more nucleic acid ligands, the sensor being suitable for a sequence comprising taking up a liquid and / or solid substance, transporting the substance and dispensing the substance To carry the substance into a container, the pickup being controlled in such a way
um in dem Behälter eine Mischung von Kandidaten-Nukleinsäuren mit einem Zielmolekül zu kontaktieren, an das die Nukleinsaureliganden binden können,to contact a mixture of candidate nucleic acids in the container with a target molecule to which the nucleic acid ligands can bind,
um die kontaktierte Kandidatenmischung in eine Trennvorrichtung zu transportieren, in der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindende(n) Nukleinsäure(n) vom Rest der Kandidatenmischung abtrennbar sind,in order to transport the contacted candidate mixture into a separation device in which nucleic acid (s) binding to the target molecule can be separated from the rest of the candidate mixture with a higher affinity,
um eine Elution der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindenden Nukleinsäure(n) von dem Zielmolekül durchzuführen,in order to carry out an elution of the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity from the target molecule,
um optional eine Amplifikation der mit höherer Affinität an das Zielmolekül bindende(n) Nukleinsäure(n) durchzuführen, undto optionally carry out an amplification of the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity, and
um eine Ultrafiltration während oder nach der Elution und/oder während oder nach der Amplifikation durchzuführen.to perform ultrafiltration during or after elution and / or during or after amplification.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in einem zehnten Aspekt gelöst durch eine Verwendung einer Vorrichtung mit einer Ablaufsteuereinheit zum Steuern eines Aufnehmers für einen flüssigen und/oder festen Stoff, wobei der Aufnehmer geeignet ist, eine Abfolge umfassend ein Aufnehmen des Stoffes, ein Transportieren des Stoffes und ein Abgeben des Stoffes in einen Behälter durcrizuführen, für die Selektion eines oder mehrerer Nukleinsaureliganden aus einer Mischung von Kandidaten-Nukleinsäuren, insbesondere für eines der erfindungsgemäßen Verfahren. Der vorliegenden Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass mit derAccording to the invention, the object is achieved in a tenth aspect by using a device with a sequence control unit for controlling a sensor for a liquid and / or solid substance, the sensor being suitable for a sequence comprising taking the substance, transporting the substance and a Dispensing the substance into a container for the selection of one or more nucleic acid ligands from a mixture of candidate nucleic acids, in particular for one of the methods according to the invention. The present invention is based on the surprising finding that with the
Ultrafiltration ein leistungsfähiges Verfahren zur Verfügung steht, um niedermolekulareUltrafiltration is a powerful process available for low molecular weight
Verbindungen, wie beispielsweise Salze, EDTA, Puffer, NTPs, dNTPs, Peptide, DTT, Harnstoff,Compounds such as salts, EDTA, buffers, NTPs, dNTPs, peptides, DTT, urea,
Detergenzien und dergleichen, wie sie im Rahmen des SELEX-Verfahrens in den verschiedenenDetergents and the like, as used in the various SELEX processes
Teilschritten verwendet werden, aus dem jeweiligen Reaktionsansatz zu entfernen, und durch diePartial steps are used to remove from the respective reaction batch, and by the
Ultrafiltration die Voraussetzung geschaffen wird, das SELEX-Verfahren der Automatisierung zugänglich zu machen bei gleichzeitiger uneingeschränkter Möglichkeit, die jeweils optimalen, hauptsächlich durch niedermolekulare Verbindungen vermittelten Reaktionsbedingungen zu realisieren. Die Ultrafiltration stellt somit hinsichtlich der Ausgestaltung der Verfahrensführung des SELEX-Verfahrens insbesondere in seiner automatisierten Ausfuhrungsform neueUltrafiltration creates the prerequisites for making the SELEX process accessible to automation with the unrestricted possibility of realizing the optimal reaction conditions, which are mainly mediated by low molecular weight compounds. With regard to the design of the process management of the SELEX process, ultrafiltration therefore presents new features, particularly in its automated embodiment
Freiheitsgrade zur Verfügung, die mit den im Stand der Technik verwendetenDegrees of freedom available with those used in the prior art
Aufreinigungsverfahren, die insbesondere bei der manuellen Ausführung des SELEX-Verfahrens verwendet werden, wie beispielsweise Ethanol- bzw. Isopropanolfällungen, organischePurification processes that are used in particular in the manual execution of the SELEX process, such as ethanol or isopropanol precipitations, organic
Extraktionen unter Verwendung von Phenol- und Chloroformextraktion sowieExtractions using phenol and chloroform extraction as well
Polyacrylamidgelelektrophorese mit anschließender Elution aus dem Gel undPolyacrylamide gel electrophoresis with subsequent elution from the gel and
Ethanolpräzipitation, praktisch nicht erreichbar sind.Ethanol precipitation, are practically unreachable.
Mit dem Bereitstellen eines Aufreinigungsschrittes in Form einer Ultrafiltration bieten die erfindungsgemäßen Ausführungsformen des SELEX-Verfahrens gegenüber den im Stand der Technik bekannten automatisierten SELEX-Prozesse, wie sie beispielsweise von Cox et al. (Cox et al. 1998, Biotechnol. Prog. 14 : 845 bis 850 oder von Cox & Ellington, 2000, Bioorg. Med. Chem. 9: 2525 bis 2531) beschrieben sind, eine ganze Reihe von Vorteilen. Zwar wird mit den im Stand der Technik bekannten automatisierten SELEX-Prozessen eine schnelle Durchführung des SELEX-Verfahrens möglich, jedoch wird die Automatisierung auf Kosten eines kontrollierten Einstellens der Reaktionsbedingungen realisiert, da bei diesen im Stand der Technik beschriebenen automatisierten SELEX-Prozessen auf eine Aufreinigung der im Rahmen der verschiedenen Teilschritte verwendeten Reaktionsansätze verzichtet wird. Das Einstellen von entsprechenden Reaktionsbedingungen für die verschiedenen Teilschritte des SELEX- Verfahrens ist jedoch besonders dann erforderlich, wenn das Selektionsergebnis solche an das jeweilige Zielmolekül bindenden Nukleinsäuren zu Tage fördern soll, die unter spezifischen Bedingungen, wie beispielsweise physiologischen Bedingungen, eingesetzt werden sollen. Mit anderen Worten, die im Stand der Technik beschriebenen automatisierten Prozesse für das SELEX-Verfahren erlauben nicht oder zumindest nur in sehr beschränktem Maße die Selektion von unter physiologischen Bedingungen einsetzbaren Aptameren und damit letztlich nicht die Erzeugung von therapeutisch anwendbaren Aptameren. Gleichwohl wird anerkannt werden müssen, dass sie jedoch zumindest in bestimmtem Umfang geeignet sind, diagnostisch verwendbare Aptamere bereitzustellen, wobei die Reaktionsbedingungen, unter denen diese verwendet werden, im Wesentlichen jenen entsprechen, wie sie für die Selektion verwendet wurden. Dies stellt eine ganz erhebliche Einschränkung hinsichtlich des Anwendungsspektrums der solchermaßen erzeugten, an das Zielmolekül bindenden Nukleinsäuren dar, die insbesondere bei deren therapeutischen Anwendung und bei Durchführung von an physiologischenBy providing a purification step in the form of an ultrafiltration, the embodiments of the SELEX process according to the invention offer compared to the automated SELEX processes known in the prior art, as described, for example, by Cox et al. (Cox et al. 1998, Biotechnol. Prog. 14: 845 to 850 or from Cox & Ellington, 2000, Bioorg. Med. Chem. 9: 2525 to 2531) have a number of advantages. Although the automated SELEX processes known in the prior art make it possible to carry out the SELEX process quickly, the automation is implemented at the expense of a controlled setting of the reaction conditions, since in these automated SELEX processes described in the prior art for purification the reaction batches used in the various sub-steps are dispensed with. However, the setting of appropriate reaction conditions for the various sub-steps of the SELEX process is particularly necessary if the selection result is intended to reveal those nucleic acids which bind to the respective target molecule and which are to be used under specific conditions, such as, for example, physiological conditions. In other words, the automated processes for the SELEX method described in the prior art do not allow, or at least only to a very limited extent, the selection of aptamers which can be used under physiological conditions and thus ultimately not Generation of therapeutically applicable aptamers. Nevertheless, it will have to be recognized that they are, however, at least to a certain extent suitable for providing diagnostically usable aptamers, the reaction conditions under which these are used essentially correspond to those used for the selection. This represents a very considerable restriction with regard to the range of applications of the nucleic acids produced in this way, which bind to the target molecule, in particular when they are used therapeutically and when physiological tests are carried out
Reaktionsbedingungen orientierten Nachweistests eine erhebliche Beschränkung darstellen kann.Reaction conditions oriented detection tests can be a significant limitation.
Grundsätzlich ist die Verwendung eines Ultrafiltrationsschrittes nach einem jeden Teilschritt des SELEX-Verfahrens diirchführbar, insbesondere dann, wenn es gilt, die Reaktionsparameter zu ändern, wobei es sich bei den Reaktionsparametern bevorzugterweise um die Zusammensetzung des jeweiligen Reaktionsansatzes, und dabei insbesondere die Beeinflussung des Reaktionsansatzes hinsichtlich der Art und des Umfanges der darin enthaltenen niedermolekularen Stoffe oder Verbindungen, wie oben genannt, handelt. Bevorzugterweise erfolgt ein Ultrafiltrationsschritt im Falle der Elution der an das Zielmolekül gebundenen Nukleinsäuren. Weiterhin ist bevorzugt, dass in Ergänzung oder alternativ zu der Verwendung der Ultrafiltration im Anschluss an den Elutionsschritt diese nach der Amplifikation diirchgeführt wird, auch hier mit dem Ziel, die geeigneten Reaktionsbedingungen für den der Amplifikation nachfolgenden Reaktionsschritt bereitzustellen. In einem jeden Fall wird die im Reaktionsansatz vorhandene Nukleinsäure durch den Ultrafilter zurückgehalten, während die niedermolekularen Komponenten, d.h. die niedermolekularen Verbindungen, des Reaktionsansatzes aus diesem entfernt werden. Die Nukleinsäuren können dann von der Oberfläche des Ultrafilters beispielsweise durch Zugabe einer wässrigen Lösung wieder entfernt bzw. abgelöst werden. Dabei ist besonders bevorzugt, wenn es sich bei der Lösung um eine solche handelt, wie sie in dem sich der Ultrafiltration anschließenden Schritt als Reaktionsansatz verwendet wird, wobei bevorzugtererweise eine oder mehrere der Komponenten des letztlich verwendeten Reaktionsansatzes noch nicht enthalten sind. Derartige, noch nicht im Reaktionsansatz enthaltene Komponenten sind insbesondere jene, die nur eine geringe Stabilität aufweisen und/oder teuer in der Beschaffung sind. In besonders bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei der Komponenten um die enzymatische Komponente des im Nachgang zur Ultrafiltration durchgeführten Teilschrittes des SELEX-Prozesses. Mit der Verwendung eines Ultrafiltrationsschrittes im Rahmen des SELEX-Prozesses wird eine effektive Rückhaltung der von den Zielmolekülen eluierten Nukleinsäure gewährleistet und damit die im Stand der Technik beschriebene Verwendung von immobilisiertenBasically, the use of an ultrafiltration step can be carried out after each sub-step of the SELEX process, in particular when the reaction parameters have to be changed, the reaction parameters preferably being the composition of the respective reaction batch, and in particular the influencing of the reaction batch with regard to the type and scope of the low molecular weight substances or compounds contained therein, as mentioned above. An ultrafiltration step is preferably carried out in the case of elution of the nucleic acids bound to the target molecule. It is further preferred that, in addition or as an alternative to the use of ultrafiltration following the elution step, this is carried out after the amplification, again with the aim of providing the suitable reaction conditions for the reaction step following the amplification. In any case, the nucleic acid present in the reaction mixture is retained by the ultrafilter, while the low molecular weight components, ie the low molecular weight compounds, of the reaction mixture are removed from the latter. The nucleic acids can then be removed or detached from the surface of the ultrafilter, for example by adding an aqueous solution. It is particularly preferred if the solution is one that is used as a reaction batch in the step following the ultrafiltration, preferably one or more of the components of the reaction batch ultimately used not yet being included. Components of this type, which are not yet included in the reaction batch, are in particular those which have only a low stability and / or are expensive to obtain. In particularly preferred embodiments, the component is the enzymatic component of the substep of the SELEX process carried out after ultrafiltration. The use of an ultrafiltration step in the context of the SELEX process ensures effective retention of the nucleic acid eluted from the target molecules and thus the use of immobilized agents described in the prior art
Oligonukleotidsequenzen, um die geeigneten bzw. erwünschten Nukleinsaureliganden aus derOligonucleotide sequences to the appropriate or desired nucleic acid ligands from the
Kandidatenmischung zu erhalten, obsolet, die darüber hinaus auch nur unter großenObtain candidate mix, obsolete, which, moreover, only under large
Schwierigkeiten zu automatisieren wäre. Weiterhin geht die Verwendung von immobilisiertenDifficulties to automate. Furthermore, the use of immobilized
Nukleinsäuren zum Isolieren der eluierten, das Zielmolekül bindenden Nukleinsäuren in derNucleic acids for isolating the eluted nucleic acids binding the target molecule in the
Regel mit sehr geringen Ausbeuten einher und ist daneben infolge der mit der Bereitstellung derartiger Materialien verbundenen Kosten auch aus diesem Grund für eine Automatisierung und zur Verwendung in einem Hochdurchsatzsystem weniger geeignet.Usually associated with very low yields and is also less suitable for automation and for use in a high-throughput system because of the costs associated with the provision of such materials.
Die Verwendung eines Ultrafiltrationsschrittes ist auch gegenüber der Verwendung von Aufreinigungssystemen mit magnetischen Partikeln oder Chomatographiesäulen von Vorteil, unter anderem mit Blick auf die erhöhte Geschwindigkeit, mit der die Einzelselektionsrunde damit diirchgeführt werden kann. Ein weiterer, für den Erfolg des SELEX-Verfahrens entscheidender Vorteil ist dabei das Vermeiden von Kreuzkontaminationen, wie sie ansonsten bei hochparallelen Ansätzen, nur schwer zu vermeiden ist, oder die gegenüber der Verwendung von magnetischen Partikeln erhöhte Ausbeute. Bei der Ultrafiltration verbleiben diejenigen Nukleinsäuren, die potentielle Binder an das Zielmolekül darstellen, am Filter und werden nicht in das Filtrat oder ein anderes Flüssigkeitsvolumen aufgenommen, das wiederum durch andere Flüssigkeitsvolumina kontaminiert werden könnte.The use of an ultrafiltration step is also advantageous compared to the use of purification systems with magnetic particles or chromatography columns, among other things in view of the increased speed with which the individual selection round can be carried out with it. Another advantage that is decisive for the success of the SELEX process is the avoidance of cross-contamination, which is otherwise difficult to avoid in the case of highly parallel approaches, or the increased yield compared to the use of magnetic particles. In ultrafiltration, those nucleic acids that are potential binders to the target molecule remain on the filter and are not taken up in the filtrate or another volume of liquid, which in turn could be contaminated by other volumes of liquid.
Infolge der durch die Ultrafiltration vermittelten Entfernung niedermolekularer Bestandteile der Reaktionsansätze der verschiedenen, im Rahmen des SELEX-Verfahrens durchzuführenden Reaktionen ist es möglich, den zyklischen SELEX-Prozess zwei oder mehrfach sukzessiv aufeinander folgend durchlaufen zu lassen, wodurch die verfahrenstechnische Voraussetzung für eine wirkungsvolle Automatisierung gegeben ist, da unter diesen Umständen ein weitestgehend problemloser Übergang der einzelnen Schritte ineinander gewährleistet wird, so zum Beispiel der Übergang von der Elution der an das Zielmolekül gebundenen Nukleinsäuren zur Amplifikation bzw. reversen Transkription und/oder der Übergang von der Amplifikation in den nächsten Anbindungsschritt der Amplifikate an das Zielmolekül.As a result of the ultrafiltration-mediated removal of low-molecular components of the reaction batches of the various reactions to be carried out as part of the SELEX process, it is possible to run the cyclical SELEX process successively two or more times in succession, which provides the procedural prerequisite for effective automation is, since under these circumstances a largely problem-free transition of the individual steps into one another is ensured, for example the transition from the elution of the nucleic acids bound to the target molecule to the amplification or reverse transcription and / or the transition from the amplification to the next binding step Amplicons to the target molecule.
Die Verwendung eines Ultrafiltrationsschrittes im Rahmen des SELEX-Prozesses und insbesondere im Nachgang oder Anschluss ist auch insoweit von Vorteil, als dass damit im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Elution der an das Zielmolekül bindendenThe use of an ultrafiltration step in the context of the SELEX process and in particular in the follow-up or connection is also advantageous to the extent that Within the scope of the method according to the invention, the elution of those binding to the target molecule
Nukleinsäuren aus dem Komplex aus Nukleinsäure(n) und Zielmolekül, insbesondere wenn dasNucleic acids from the complex of nucleic acid (s) and target molecule, especially if that
Zielmolekül an eine Oberfläche immobilisiert ist, auf verschiedene Art und Weise bewerkstelligt werden kann, die bisher zumindest bei einer automatisierten Form des SELEX-Prozesses nicht möglich waren.Target molecule is immobilized on a surface, can be accomplished in various ways that were previously not possible at least with an automated form of the SELEX process.
Für die Entfernung oder Elution der Nukleinsaureliganden aus dem Komplex mit dem Zielmolekül können im Rahmen der Erfindung grundsätzlich denaturierende Agenzien oder Inhibitoren der Bindung zwischen Nukleinsäure(n) und Zielmolekül verwendet werden. Bei den Inhibitoren handelt es sich bevorzugt um das oder die Zielmoleküle oder Teile bzw. Fragmente davon. Ein Fragment kann beispielsweise eine Domäne oder ein Teil davon sein.For the removal or elution of the nucleic acid ligands from the complex with the target molecule, denaturing agents or inhibitors of the binding between nucleic acid (s) and target molecule can in principle be used within the scope of the invention. The inhibitors are preferably the target molecule or molecules or parts or fragments thereof. For example, a fragment may be a domain or part of it.
Die Auswahl der zu verwendenden denaturierenden Agenzien zur Elution der an das Zielmolekül bindenden Nukleinsäure(n) ist dabei im Rahmen der Kenntnisse der Fachleute auf dem Gebiet. Geeignete denaturierende Agenzien sind solche, die in der Lage sind, den Komplex aus Nukleinsäure und Zielmolekül aufzulösen, bevorzugt unter Denaturierung eines oder der beiden Bestandteile des Komplexes. Geeignete denaturierende Agenzien sind beispielsweise Harnstoff, EDTA, Mischungen aus Harnstoff und EDTA, Dimethylformamid, Guanidinium- HC1, Guanidinium-Isothiocyanat, verschiedene Salze, wie z.B. NaCl, in hoher Konzentration, und pH-Änderungen. Dadurch, dass die denaturierenden Agenzien durch die Ultrafiltration aus dem Reaktionsansatz entfernt werden, können letztlich alle geeigneten Agenzien verwendet werden, da diese nicht auf die Bedürfnisse der im Stand der Technik beschriebenen Eintopfreaktionen bei den automatisierten SELEX-Prozessen abgestimmt werden müssen.The selection of the denaturing agents to be used for the elution of the nucleic acid (s) binding to the target molecule is within the knowledge of the experts in the field. Suitable denaturing agents are those which are able to dissolve the complex of nucleic acid and target molecule, preferably with denaturation of one or both components of the complex. Suitable denaturing agents are, for example, urea, EDTA, mixtures of urea and EDTA, dimethylformamide, guanidinium HC1, guanidinium isothiocyanate, various salts, such as e.g. NaCl, in high concentration, and pH changes. Because the denaturing agents are removed from the reaction mixture by ultrafiltration, all suitable agents can ultimately be used, since these do not have to be matched to the needs of the one-pot reactions described in the prior art in the automated SELEX processes.
Eine besondere Ausfuhrungsform des SELEX-Verfahrens, die unter Verwendung eines Ultrafiltrationsschrittes, insbesondere im Anschluss an die Elution der an das Zielmolekül gebundenen Nukleinsäure(n) ausgeführt wird, ist jene, bei der als Elutionsprinzip Hitze angewendet wird. Zwar wird durch die Anwendung von Hitze in den Reaktionsansatz unmittelbar keine Verbindung eingebracht, die wie im Falle der Verwendung eines denaturierenden Agens oder eines Inhibitors, aus diesem wieder entfernt werden muss, damit die nachfolgenden Reaktionen ablaufen können, es wurde jedoch beobachtet, dass bei Anwendung von Hitze aus Komponenten des Reaktionsansatzes insbesondere von Matrices, an denen das Zielmolekül mobilisiert wird, unbekannte Stoffe freigesetzt werden können, die die nachfolgende^) Reaktion(en) nachteilig beeinflussen können. So wurde beispielsweise eine Störung der RT-PCR beobachtet, nachdem Eluate durch Abkochen von magnetischen Streptavidin-Partikeln, an die das Zielmolekül gebunden war, erhalten worden waren. Insoweit stellt der erfindungsgemäße SELEX-Prozess eine Möglichkeit dar, auch solche Matrices zu verwenden, die bei Hitze oder sonstiger Behandlung Verbindungen abgeben, die die nachfolgenden Reaktionsschritte des SELEX-Prozesses nachteilig beeinflussen könnten und somit in anderen als den erfindungsgemäßen SELEX-Prozessen nicht verwendet werden könnten. Die Elution unter Anwendung von Hitze erfolgt dabei in geeigneten Puffern, die den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind. Bevorzugte Puffer sind dabei jene, die in nachfolgenden Teilschritten des SELEX-Prozesses verwendet werden können.A special embodiment of the SELEX process, which is carried out using an ultrafiltration step, in particular following the elution of the nucleic acid (s) bound to the target molecule, is one in which heat is used as the elution principle. The application of heat does not directly introduce any compound into the reaction mixture which, as in the case of using a denaturing agent or an inhibitor, has to be removed from it again so that the subsequent reactions can take place, but it has been observed that when used from heat from components of the reaction mixture, in particular from matrices on which the target molecule is mobilized, unknown substances can be released, which can adversely affect the subsequent reaction (s). For example, one RT-PCR interference was observed after eluates were obtained by boiling magnetic streptavidin particles to which the target molecule was bound. In this respect, the SELEX process according to the invention represents a possibility of also using such matrices which give off compounds when exposed to heat or other treatment, which could adversely affect the subsequent reaction steps of the SELEX process and are therefore not used in SELEX processes other than the invention could. Elution using heat is done in suitable buffers known to those skilled in the art. Preferred buffers are those that can be used in subsequent sub-steps of the SELEX process.
Ein weiterer überraschender Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass die Elution der Nukleinsaureliganden aus dem Nukleinsäureliganden-Zielmolekül-Komplex auch bewerkstelligt werden kann mit einem Überschuss an Zielmolekül oder einem Überschuss eines Teils des Zielmoleküls. Der Überschuss des Zielmoleküls bzw. der Überschuss des Teils des Zielmoleküls wird dabei als Inhibitor oder als Kompetitor eingesetzt mit dem Ziel, die an das Zielmolekül bindende Nukleinsäure von dem bevorzugterweise an einer Oberfläche immobilisierten Zielmolekül zu eluieren. Weitere Kompetitoren, um die an das Zielmolekül gebundenen Nukleinsaureliganden freizusetzen, können im Rahmen der Kenntnisse der Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet leicht ermittelt werden. Infolge der Verwendung eines Ultrafiltrationsschrittes stellt die Verwendung derartiger Kompetitoren für nachfolgende Verfahrensschritte und insbesondere nachfolgende Selektionsrunden insoweit kein Problem dar, als dass diese infolge ihrer Größe durch den Ultrafiltrationsschritt aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden können, wobei lediglich die Nukleinsaureliganden im Reaktionsansatz verbleiben und sodann im Rahmen der weiteren Schritte bzw. Selektionsrunden verwendet werden. Die Auswahl der Größe des Kompetitors oder Inhibitors bestimmt sich aus der Größencharakteristik des verwendeten Ultrafilters, wobei diese wiederum maßgeblich von der Art der zurückzuhaltenden Nukleinsäure bestimmt wird. In einem jeden Fall ist es erforderlich, dass die als Inhibitor verwendete Verbindung im Rahmen der Ultrafiltration durch den Filter filtriert wird und die Nukleinsäure nicht durch den Filter filtriert wird.Another surprising advantage of the present invention is that the elution of the nucleic acid ligands from the nucleic acid ligand-target molecule complex can also be achieved with an excess of the target molecule or an excess of a part of the target molecule. The excess of the target molecule or the excess of the part of the target molecule is used as an inhibitor or as a competitor with the aim of eluting the nucleic acid which binds to the target molecule from the target molecule which is preferably immobilized on a surface. Additional competitors to release the nucleic acid ligands bound to the target molecule can easily be identified within the knowledge of those of ordinary skill in the art. As a result of the use of an ultrafiltration step, the use of such competitors for subsequent process steps and in particular subsequent selection rounds is not a problem insofar as their size can be removed from the reaction mixture by the ultrafiltration step, only the nucleic acid ligands remaining in the reaction mixture and then in the course of the further steps or selection rounds can be used. The selection of the size of the competitor or inhibitor is determined from the size characteristics of the ultrafilter used, which in turn is largely determined by the type of nucleic acid to be retained. In any case, it is necessary that the compound used as an inhibitor is filtered through the filter as part of the ultrafiltration and that the nucleic acid is not filtered through the filter.
Wie vorstehend ausgeführt kann die Ultrafiltration im Anschluss an die Elution der an das Zielmolekül gebundenen Nukleinsäure(n) durchgeführt werden. Es ist jedoch auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass ein Ultrafitrationsschritt im Anschluss an den Amplifikationschritt des SELEX-Prozesse durchgeführt wird. Dabei kann, muss es aber nicht vorgesehen sein, dass im Nachgang zum Elutionsschritt ein Ultrafiltrationsschritt durchgeführt wird. Die Aufreinigung der Produkte der Amplifikationsreaktion, hierin auch alsAs stated above, the ultrafiltration can be carried out following the elution of the nucleic acid (s) bound to the target molecule. However, it is also within the scope of the present invention that an ultrafitration step is carried out after the amplification step of the SELEX process. It can, but does not have to be provided that an ultrafiltration step is carried out after the elution step. Purification of the products of the amplification reaction, also referred to herein as
Amplifikationsprodukte bezeichnet, durch Ultrafiltration, insbesondere wenn diese durchAmplification products referred to by ultrafiltration, especially if this by
Anlegen eines Vakuums erfolgt, ist auch insoweit von Vorteil, als dass die bei der im Stand derApplying a vacuum is also advantageous insofar as that in the state of the
Technik ebenfalls beschriebenen Reinigung der Amplifikationsprodukte durch Bindung der potentiellen Nukleinsaureliganden an Zielmolekül tragende Oberflächen wie Partikel oderTechnology also described cleaning the amplification products by binding the potential nucleic acid ligands to surfaces such as particles or target molecule
Kügelchen (engl. beads), insbesondere magnetische Partikel, unter oftmalsBeads, especially magnetic particles, often under
Hochsalzbedingungen mit anschließendem Waschen und Eluieren mit wässrigen Lösungen, damit obsolet werden, mit der Folge, dass im Eluat keine Salzreste vorhanden sind und beiHigh salt conditions with subsequent washing and elution with aqueous solutions so that they become obsolete, with the result that there are no salt residues in the eluate and
Verwendung des solchermaßen erhaltenen, hinsichtlich Nukleinsaureliganden angereichertenUse of the nucleic acid ligand obtained in this way
Reaktionsansatzes ein weiterer Eingriff in das Bindeverhalten der Nukleinsaureliganden und damit unter Umständen der Verlust spezifischer Klassen von Nukleinsaureliganden vermieden wirdReaction approach a further intervention in the binding behavior of the nucleic acid ligands and thus the loss of specific classes of nucleic acid ligands is avoided under certain circumstances
Der erfindungsgemäße SELEX-Prozess kann grundsätzlich eine jegliche Form der im Stand der Technik bekannten Amplifikationsreaktion umfassen. Die für die Amplifikation von RNA verwendete RT-PCR kann dabei als Zwei-Schritt (engl. two step) RT-PCR, als Ein-Schritt RT- PCR, aber auch als kontinuierliche oder isothermale Amplifikation durchgeführt werden. Bei der Zwei-Schritt RT-PCR erfolgt die RT (reverse Transkription) in einem kleinen Volumen von ca. 20 μl, wobei lediglich RTase, Puffer, dNTPs, und Reverse Primer verwendet werden. Diesem ersten Schritt der reversen Transkription schließt sich der zweite Schritt bestehend in der Polymerase-Ketten-Reaktion, PCR, an, z. B. durchgeführt in 100 μl, d. h. die reverse Transkriptasereaktion wird um den Faktor 5 verdünnt. Dabei werden beide Primer und Taq- Polymerase verwendet. Die RTase wird bei den hohen Denaturierungstemperaturen inaktiviert für z.B. 2-10 min bei 95°C. Ein Aliquot der PCR wird in einer T7-Transkription, beispielsweise mit 20 μl (=1/6 der RT-PCR) bei einem Gesamtreaktionsansatz von 120 μl T7-Reaktion, wobei die Spannbreite, in der der Reaktionsansatz variiert werden kann, bevorzugterweise zwischen 2 und 50 μl betragen soll, wieder zur RNA-Generierung eingesetzt, woraufhin die nächste Selektionsrunde beginnen kann.The SELEX process according to the invention can in principle comprise any form of the amplification reaction known in the prior art. The RT-PCR used for the amplification of RNA can be carried out as a two-step RT-PCR, as a one-step RT-PCR, but also as a continuous or isothermal amplification. In the two-step RT-PCR, the RT (reverse transcription) takes place in a small volume of approx. 20 μl, only RTase, buffer, dNTPs, and reverse primer being used. This first step of reverse transcription is followed by the second step consisting of the polymerase chain reaction, PCR, e.g. B. performed in 100 ul, d. H. the reverse transcriptase reaction is diluted by a factor of 5. Both primers and Taq polymerase are used. The RTase is inactivated at the high denaturation temperatures for e.g. 2-10 min at 95 ° C. An aliquot of the PCR is in a T7 transcription, for example with 20 μl (= 1/6 of the RT-PCR) with a total reaction batch of 120 μl T7 reaction, the range in which the reaction batch can be varied, preferably between 2 and should be 50 μl, used again for RNA generation, whereupon the next selection round can begin.
Bei der Ein-Schritt (engl. one step) RT-PCR laufen RT und PCR in demselben Ansatz ab. Entsprechend sind alle für sowohl die RT als auch die PCR erforderlichen Reagenzien im Reaktionsansatz enthalten. Die Reaktionen sind also nicht räumlich, sondern nur zeitlich getrennt, da eine modifizierte thermostabile Polymerase verwendet wird, die erst nach längerer Inkubation bei 95 °C aktiviert wird. Durch Steuerung der Aktivität der beteiligten Enzyme werden die Reaktionen komplett voneinander getrennt. Zunächst wird die RT bei 50°C durchgeführt, wobei dort die PCR-Polymerase noch nicht aktiv ist. Nach Erhitzen auf 95°C fürIn the one-step RT-PCR, RT and PCR run in the same approach. Accordingly, all the reagents required for both the RT and the PCR are contained in the reaction mixture. The reactions are not spatially separated, but only in terms of time, since a modified thermostable polymerase is used, which takes longer Incubation at 95 ° C is activated. By controlling the activity of the enzymes involved, the reactions are completely separated from one another. The RT is first carried out at 50 ° C., where the PCR polymerase is not yet active. After heating to 95 ° C for
15 min wird die RTase inaktiviert und die PCR-Polymerase aktiviert. Im Rahmen des anschließenden Thermocyclings werden dabei die folgenden Profile verwendet: Zur Aktivierung der thermostabilen Polymerase und zur Inaktivierung der Rtasen: 20 min 50°, dann 10 min 60°, schliesslich 15 min 95°; typisches Thermoprofil für die PCR ist 30 s Denaturierung bei 95°, 30 sThe RTase is inactivated for 15 min and the PCR polymerase is activated. The following profiles are used in the subsequent thermal cycling: To activate the thermostable polymerase and to inactivate the Rtases: 20 min 50 °, then 10 min 60 °, finally 15 min 95 °; Typical thermal profile for PCR is 30 s denaturation at 95 °, 30 s
Annealing bei einer Temperatur von üblicherweise zwischen 50° und 72° in Abhängigkeit von den Primern, wie den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt, und 30 s Polymerisierung bei 72°C.Annealing at a temperature of usually between 50 ° and 72 ° depending on the primers as known to those skilled in the art and 30 s polymerisation at 72 ° C.
Anschließend wird, für den Fall, dass es sich bei den Nukleinsaureliganden um RNA handelt, einThen, in the event that the nucleic acid ligands are RNA, a
Aliquot der solchermaßen durchgeführten RT-PCR zur T7-Transkription verwendet.Aliquot of the RT-PCR performed in this way is used for T7 transcription.
Die kontinuierliche oder isothermale Amplifikation, die auch als NASBA (engl. nucleic acid sequence based amplification) bezeichnet wird, stellt ein weiteres, im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich verwendbares Verfahren zur Amplifikation von RNA dar. Dabei erfolgt eine reverse Transkription mittels einer RTase, wobei die RNA in ein Hybrid aus RNA und DNA überflihrt wird. Weiterhin enthält der Reaktionsansatz eine RNaseH, die die RNA in diesem Hybrid abbaut und die RTase auch den zweiten Strang aus DNA synthetisiert. Anschließend transkribiert die T7-RNA-Polymerase die dsDNA zur RNA. Alle diese Prozesse laufen simultan, d. h. kontinuierlich bei einer Temperatur zwischen 37°C und 41°C ab und resultieren in einer Anhäufung von RNA.The continuous or isothermal amplification, which is also referred to as NASBA (nucleic acid sequence based amplification), represents a further method for the amplification of RNA which can be used in principle within the scope of the present invention. Reverse transcription takes place by means of an RTase, whereby the RNA is converted into a hybrid of RNA and DNA. The reaction mixture also contains an RNaseH, which degrades the RNA in this hybrid and the RTase also synthesizes the second strand from DNA. The T7 RNA polymerase then transcribes the dsDNA to the RNA. All of these processes run simultaneously, i.e. H. continuously at a temperature between 37 ° C and 41 ° C and result in an accumulation of RNA.
Die Ultrafϊltration wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugterweise als Vakuumgetriebene Ultrafiltration ausgebildet. Die nominelle Molekülgrößen-Ausschlussgrenze kann dabei etwa von 3.000 bis 300.000, bevorzugterweise etwa von 10.000 bis 50.000 Da betragen. Als Materialien für den Ultrafilter werden dabei insbesondere solche verwendet, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die zum Beispiel Polyethersulfon- oder regenerierte Zellulosemembranen umfassen. Derartige Ultrafiltrationsmaterialien sind den Fachleuten auf dem Gebiet der Separierung von Biomolekülen wie Nukleinsäuren und Proteinen bekannt und können erfindungsgemäß verwendet werden.In the context of the present invention, the ultrafiltration is preferably designed as a vacuum-driven ultrafiltration. The nominal molecular size exclusion limit can be about 3,000 to 300,000, preferably about 10,000 to 50,000 Da. The materials used for the ultrafilter are, in particular, those selected from the group which include, for example, polyether sulfone or regenerated cellulose membranes. Such ultrafiltration materials are known to those skilled in the field of separating biomolecules such as nucleic acids and proteins and can be used according to the invention.
Es ist in einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass nach dem Kontaktieren der Mischung von Kandidaten-Nukleinsäuren mit dem bevorzugt immobilisierten Zielmolekül das Abtrennen der nicht an das Zielmolekül gebundenen Nukleinsäuren von dem Komplex aus Zielmolekül und Nukleinsäure(n), das sogenannte Partitionieren (engl. partitionmg), durch einen Mikrofiltrationsschritt erfolgt. Dieser Mikrofiltrationsschritt kann dabei in einem jeglichen SELEX-Prozess gemäß dem Stand der Technik ebenso wie in einer jeglichen Ausfuhrungsform der hierin offenbarten SELEX-Prozesse, die hierin auch als SELEX- Verfahren bezeichnet werden, durchgeführt werden. Die Auswahl der konkreten Filter, d. h. die Ausschlussgröße des verwendeten Filtermaterials, hängt dabei von der Art der Durchführung des Verfahrens ab. So werden in Abhängigkeit von den Oberflächen oder den Träger-Materialien, an die das Zielmolekül immobilisiert ist, die Filtermaterialien so ausgewählt, dass das jeweilige Trägermaterial zurückgehalten wird. Bevorzugte Porengrößen für die Mikrofiltration betragen etwa 0,1 bis 100 μm, bevorzugterweise etwa 1 bis 35 μm und am bevorzugtesten etwa 10 μm.It is provided in a further aspect of the present invention that after contacting the mixture of candidate nucleic acids with the preferably immobilized target molecule, the separation of the nucleic acids not bound to the target molecule from the Complex of target molecule and nucleic acid (s), the so-called partitioning, is carried out by a microfiltration step. This microfiltration step can be carried out in any SELEX process according to the prior art as well as in any embodiment of the SELEX processes disclosed herein, which are also referred to herein as SELEX processes. The selection of the specific filter, ie the exclusion size of the filter material used, depends on the type of implementation of the method. Depending on the surfaces or the carrier materials to which the target molecule is immobilized, the filter materials are selected such that the respective carrier material is retained. Preferred pore sizes for microfiltration are approximately 0.1 to 100 μm, preferably approximately 1 to 35 μm and most preferably approximately 10 μm.
Bei den erfindungsgemäßen Verfahren kann hinsichtlich der apparatetechnischen Ausgestaltung so vorgegangen werden, dass die Vakuumkammer eine spezifische Deckelkonstruktion aufweist, die ausgestaltet ist, um handelsübliche Filtrationseinheiten beispielsweise für die Ultrafiltration und/oder die Mikrofiltration aufzunehmen. Die Deckelkonstruktion kann in einer Ausfuhrungsform auch so ausgestaltet sein, dass sie eine oder mehrere der hierin beschriebenen Filtersäulen aufnimmt oder aufnehmen kann. Diese Ausgestaltung, die typischerweise in Form von Bohrungen in der Deckelkonstruktion vorliegt, ist dabei so ausgebildet, dass ein Schutz vor Kreuzkontamination während des jeweiligen Filtrationsvorganges, d. h. bei der Ultrafiltration und/oder Mikrofiltration, gegeben ist. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist beispielsweise die einzelne Bohrung, in die die Filtrationseinheiten in den Deckel der Vakuumkammer eingeführt werden, so lang, dass das Filtrat, welches aus dem Deckel in die Vakuumkammer tropft, praktisch nicht in Kontakt mit anderen Filtrationseinheiten bzw. dem daraus erhaltenen Eluat kommt. Die Kreuzkontaminationsfreiheit kann beispielsweise dadurch gewährleisten werden, dass sichergestellt wird, dass der einzelne Filter sich nur zusammen mit dem Deckel der Vakuumkammer bewegt, was insbesondere im Vakuumbetrieb bzw. nach dem Belüften der Vakuumkammer verhindert, dass sich zwischen den einzelnen Bohrungen der Deckelkonstruktion Flüssigkeitsbrücken bilden. So ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Filter fest in die Deckelkonstruktion eingefügt sind, beispielsweise dadurch, dass die Deckelkonstruktion und die Filter aus Plastik gespritzt sind. Eine weitere Ausgestaltung, um eine Kontaminationsfreiheit zu gewährleisten besteht darin, das für den Fall, dass die hierin beschriebenen Filtersäulen in die Deckelkonstruktion der Vakuumkammer eingebracht werden und zwischen der Bohrung in der Deckelkonstruktion und der einzelnen Filtersäule eine Dichtung, bevorzugterweise eine O-Ringdichtung angeordnet ist, so dass keine Kapillarkräfte entstehen, infolge derer Filtrat an den Filtern oder Filtersäulen vorbei in den Bereich der zu filtrierenden Flüssigkeit gelangt und somit eine Kreuzkontaminafion der verschiedenenIn the method according to the invention, with regard to the technical design of the apparatus, the vacuum chamber has a specific cover construction which is designed to accommodate commercially available filtration units, for example for ultrafiltration and / or microfiltration. In one embodiment, the lid construction can also be designed such that it accommodates or can accommodate one or more of the filter columns described herein. This configuration, which is typically in the form of bores in the lid construction, is designed in such a way that protection against cross-contamination is provided during the respective filtration process, ie during ultrafiltration and / or microfiltration. In a preferred embodiment, for example, the individual bore into which the filtration units are introduced into the lid of the vacuum chamber is so long that the filtrate that drips from the lid into the vacuum chamber is practically not in contact with other filtration units or the one obtained therefrom Eluate is coming. The freedom from cross-contamination can be ensured, for example, by ensuring that the individual filter only moves together with the lid of the vacuum chamber, which, in particular in vacuum operation or after the vacuum chamber has been vented, prevents liquid bridges from forming between the individual holes in the lid construction. It is within the scope of the present invention that the filters are firmly inserted into the cover construction, for example by the cover construction and the filters being injection molded from plastic. A further embodiment in order to ensure freedom from contamination is that in the event that the filter columns described herein are introduced into the lid structure of the vacuum chamber and a seal, preferably an O-ring seal, is arranged between the bore in the lid structure and the individual filter column so no capillary forces arise as a result of which filtrate passes the filters or filter columns in the area of the liquid to be filtered and thus a cross contamination of the various
Filtrationsansätze erfolgen würde.Filtration approaches would take place.
Eine weitere apparatetechnische Ausf irungsform, wie sie in dem erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung finden kann, besteht darin, dass die einzelnen Reaktionsgefäße, in denen die verschiedenen, im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Reaktionskomponenten aufbewahrt werden, wieder verschließbar sind. Auch dadurch wird die Gefahr einer Kreuzkontamination verringert und die Lagerung der Reagenzien erheblich verbessert, was u. a. darin begründet liegt, dass Enzyme gekühlt gelagert werden müssen, beispielsweise für eine mittelfristige Lagerung bis 48 h bei mindestens 10 °C, bevorzugterweise 4°C. Bei offener Lagerung würde sich bereits nach wenigen Stunden Kondenswasser bilden, und die Reagenzien dadurch verwässert werden. Durch diese insbesondere automatisch wieder verschließbaren Gefäße würde auch ein Schutz vor Kreuzkontaminationen erreicht werden. Schließlich sind die besagten verschließbaren Gefäße auch insoweit von Vorteil, als dass damit ein Verdunstungsschutz erreicht wird, wodurch, zumindest theoretisch, die Reaktionsansätze beliebig lange inkubiert werden könnten.A further apparatus-technical embodiment, as can be used in the method according to the invention, consists in that the individual reaction vessels in which the various reaction components used in the method according to the invention are stored can be closed again. This also reduces the risk of cross-contamination and considerably improves the storage of the reagents. a. the reason for this is that enzymes must be stored refrigerated, for example for medium-term storage for up to 48 hours at at least 10 ° C., preferably 4 ° C. If stored open, condensation would form after only a few hours and the reagents would be watered down. Protection from cross-contamination would also be achieved by means of these, in particular, automatically reclosable containers. Finally, the said closable vessels are also advantageous in that they provide protection against evaporation, which, at least in theory, could allow the reaction batches to be incubated for as long as desired.
Hinsichtlich des Formates, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, bestehen grundsätzlich keinerlei Bedenken oder Beschränkungen. Besonders geeignet sind die erfindungsgemäßen Verfahren für Hochdurchsatzformate (engl. high through-put), insbesondere wenn die erfindungsgemäßen Verfahren automatisiert, d. h. unter Verwendung eines Roboters oder Automaten durchgeführt werden. Dabei können die Verfahren beispielsweise unter Verwendung modifizierter Mikrotite latten mit beispielsweise 96 oder 384 Näpfen durchgeführt werden. Diese modifizierten Mikrotiteφlatten weisen anstelle des festen Kunststoffbodens eine Filtermembran auf, wobei die Porengröße derjenigen entspricht, wie hierin allgemein im Zusammenhang mit der Mikrofiltration beschrieben. Die im Rahmen der erfindungsgemäßen Verfahren typischerweise verwendeten Oberflächen zur Immobilisierung des Zielmoleküls, bevorzugterweise Partikel, werden dadurch zurückgehalten, während die nicht gebundenen Nukleinsäuremoleküle die Membran passieren. Diese Filtration stellt eine sehr effiziente Möglichkeit zum Abtrennen der Matrix und damit der an das an der Matrix gebundene Zielmolekül wiederum gebundenen Nukleinsaureliganden dar. Dabei ist besonders die Verwendung von nicht-magnetischen Partikeln bevorzugt. Die Verwendung eines Filtrationsschrittes zur Abtrennung der Matrix vom Reaktionsansatz, d. h. Abtrennen der nicht an das Zielmolekül und damit an die Matrix gebundenen Nukleinsaureliganden wird damit insoweit erleichtert, als dass im Falle der Verwendung von magnetischen Partikeln und entsprechend eines Magnetfeldes zur Separierung derselben an der Wand des Reaktionsgefäßes die einzigeWith regard to the format in which the method according to the invention is carried out, there are basically no concerns or restrictions. The methods according to the invention are particularly suitable for high throughput formats, in particular if the methods according to the invention are carried out automatically, ie using a robot or automaton. The methods can be carried out, for example, using modified microtite slats with, for example, 96 or 384 wells. These modified microtitre plates have a filter membrane instead of the solid plastic base, the pore size corresponding to that as generally described herein in connection with microfiltration. The surfaces typically used in the process according to the invention for immobilizing the target molecule, preferably particles, are retained as the unbound nucleic acid molecules pass through the membrane. This filtration represents a very efficient way of separating the matrix and thus the nucleic acid ligand in turn bound to the target molecule bound to the matrix. The use of non-magnetic particles is particularly preferred. The use of a filtration step for separating the matrix from the reaction mixture, ie separating off the the target molecule and thus nucleic acid ligands bound to the matrix are thus relieved to the extent that when magnetic particles are used and a magnetic field is used to separate them, the only one on the wall of the reaction vessel is the only one
Möglichkeit, diese Partikel wieder zu resuspendieren und damit zu waschen darin besteht, dass die Partikel auf- und abpipettiert werden. Die Verwendung eines Schüttlers und die dabei erfolgende Verwirbelung ist in der Regel zu schwach, um an der Wand klebende Partikel wieder zu resuspendieren. Dadurch entgeht häufig ein Großteil der Partikel der weiteren Verarbeitung.Possibility of resuspending these particles and thus washing them is that the particles are pipetted up and down. The use of a shaker and the resulting turbulence is usually too weak to resuspend particles sticking to the wall. As a result, a large part of the particles often escape further processing.
Die vorstehende Erfindung wird nun anhand der nachfolgenden Figuren und Beispiele erläutert. Dabei zeigtThe above invention will now be explained with reference to the following figures and examples. It shows
Fig. 1 ein grundsätzliches Ablaufschema einer automatisierten RNA-Selektion mit den erforderlichen Arbeitsstationen,1 shows a basic flow diagram of an automated RNA selection with the required workstations,
Fig. 2 eine Anordnung der verschiedenen Stationen, die durch den Roboter im Rahmen der automatisierten RNA-Selektion benötigt und angefahren werden,2 shows an arrangement of the various stations that are required and approached by the robot as part of the automated RNA selection,
Fig. 3 ein grundsätzliches Ablaufschema bei automatisierter Filter-Selektion,3 shows a basic flow diagram for automated filter selection,
Fig. 4 ein grundsätzliches Ablaufschema einer automatisierten DNA-Selektion,4 shows a basic flow diagram of an automated DNA selection,
Fig. 5 ein grundsätzliches Ablaufschema einer automatisierten RNA-Selektion bei5 shows a basic flow diagram of an automated RNA selection
Verwendung denaturierender Elution;Use of denaturing elution;
Fig. 6 eine schematische Darstellung des für die Durchführung des erfindungsgemäßenFig. 6 is a schematic representation of the implementation of the invention
Verfahrens verwendeten Roboters;Method used robot;
Fig. 7 die erfindungsgemäß zu verwendende Filtersäule;7 shows the filter column to be used according to the invention;
Fig. 8 A eine Aufsicht der erfindungsgemäßen Vakuumkammer;8A is a top view of the vacuum chamber according to the invention;
Fig. 8B einen Querschnitt der in Fig. 8 A dargestellten Vakuumkammer;8B shows a cross section of the vacuum chamber shown in FIG. 8A;
Fig. 8C einen Querschnitt durch den Deckelteil der erfindungsgemäßen Vakuumkammer; Fig. 9 das Schema der automatischen in vitro-Selektion gegen D-CGRP;8C shows a cross section through the cover part of the vacuum chamber according to the invention; 9 shows the scheme of automatic in vitro selection against D-CGRP;
Fig. 10 das Ergebnis der Sequenzanalyse der im Rahmen der automatischen in vitro-10 shows the result of the sequence analysis of the automatic in vitro
Selektion gegen D-CGRP erhaltenen Klone;Selection against clones obtained from D-CGRP;
Fig. 11 die prozentuale Anbindung der selektierten Klone bei verschiedenen D-CGRP-11 shows the percentage binding of the selected clones in different D-CGRP
Konzentrationen;concentrations;
Fig. 12 u. 13 mögliche Sekundärstrukturen der isolierten RNA-Spiegelmere von Klon Hl, G2 und HIV;Fig. 12 u. 13 possible secondary structures of the isolated RNA Spiegelmers from clone Hl, G2 and HIV;
Fig. 14 eine Übersicht verschiedener verkürzter an CGRP bindender RNA-Spiegelmere;14 shows an overview of various truncated RNA mirror mers binding to CGRP;
Fig. 15 das Ergebnis verschiedener Spiegelmere gegen CGRP in einem CGRP-Zellkultur-15 shows the result of different Spiegelmers against CGRP in a CGRP cell culture
Assay, ausgedrückt als pmol cAMP / Napf;Assay expressed as pmol cAMP / well;
Fig. 16 eine Dosis- Wirkungskurve für das Spiegeimer H1C;16 shows a dose-response curve for the mirror bucket H1C;
Fig. 17 ein grundsätzliches Ablaufschema einer automatisierten RNA-Selektion unter17 shows a basic flow chart of an automated RNA selection under
Verwendung von Nukleinsäuren ohne Primer-Bindungsstellen (Ligations- Selektion);Use of nucleic acids without primer binding sites (ligation selection);
Fig. 18 die Legende der Roboter-Stationen, wie sie in den Figuren 1, 3, 4, 5 und 17 verwendetet wird;18 shows the legend of the robot stations as used in FIGS. 1, 3, 4, 5 and 17;
Fig. 19A u. 19B das Ergebnis der Sequenzanalyse von im Rahmen der automatisierten19A u. 19B shows the result of the sequence analysis of the automated
Ligations-Selektion erhaltenen RNA-Nukleinsäureliganden; undLigation selection obtained RNA nucleic acid ligands; and
Fig. 20A u. 20B die Messung der Bindung von Spiegeimer PL-D8 an Ratten-(A) oder humanes (B) α-L-CGRP bei 37°C mittels isothermer Titrations- Kalorimetrie. Bei der in Fig. 1 dargestellten Selektion von an ein Zielmolekül bindenden RNA-Liganden werden in einem ersten Schritt die Puffer auf geeignete Reaktionsbedingungen eingestellt. Dabei werden diese aus einem Reagenzienständer, der typischerweise bei 4°C gehalten wird, entnommen und auf eine Arbeitsplattform gebracht und dort auf Raumtemperatur oder 37°C erwärmt. Neben den erforderlichen Puffern sowie Reagenzien wird auch die zur Selektion verwendete Nukleinsäure-Bibliothek solchermaßen vorbehandelt. Die im vorliegenden Falle aus20A u. 20B the measurement of the binding of mirror bucket PL-D8 to rat (A) or human (B) α-L-CGRP at 37 ° C. by means of isothermal titration calorimetry. In the selection of RNA ligands binding to a target molecule shown in FIG. 1, the buffers are adjusted to suitable reaction conditions in a first step. These are removed from a reagent rack, which is typically kept at 4 ° C, and brought to a work platform, where they are heated to room temperature or 37 ° C. In addition to the necessary buffers and reagents, the nucleic acid library used for selection is also pretreated in this way. Which in the present case
RNA bestehende Nukleinsäurebibliothek wird sodann unter Verwendung eines Thermocyclers denaturiert. Dabei wird typischerweise eine Temperatur von 50-100°C, bevorzugterweise 60-90° für einen Zeitraum von 1-10 min, bevorzugterweise 2-7 min realisiert. In einem nächsten Schritt wird eine Vorsäule, um unspezifisch an das Trägermaterial, an dem das Zielmolekül immobilisiert ist oder immobilisiert werden soll, bindende Nukleinsäuren aus derRNA existing nucleic acid library is then denatured using a thermal cycler. A temperature of 50-100 ° C., preferably 60-90 ° for a period of 1-10 min, preferably 2-7 min is typically achieved. In a next step, a precolumn is used to bind nucleic acids from the substrate that are non-specific to the carrier material on which the target molecule is or is to be immobilized
Nukleinsäurebibliothek zu entfernen, vorgeschaltet und der Reaktionsansatz unter Verwendung eines Schüttlers bei Raumtemperatur oder 37°C auf der Arbeitsplattform behandelt. Die Matrix wird in den Wells der Mikrotiterplatte auf der 4°-Workstation vorgelegt. Überführung der Matrix geschieht durch Resuspension in der Nukleinsäurepräparation, die damit inkubiert werden soll; durch mehrmaliges auf- und abpipettieren sind alle Partikel in Suspension und können in neueRemove nucleic acid library, upstream and treated the reaction mixture using a shaker at room temperature or 37 ° C on the work platform. The matrix is placed in the wells of the microtiter plate on the 4 ° work station. The matrix is transferred by resuspension in the nucleic acid preparation which is to be incubated therewith; By pipetting up and down several times, all particles are in suspension and can be broken down into new ones
Wells oder die Filtersäulchen überfuhrt werden. Die Abtrennung der Partikel erfolgt durchWells or the filter columns are transferred. The particles are separated by
Absedimentierenlassen und vorsichtiges Abpipettieren des Überstandes. Nach derAllow to sediment and carefully pipette off the supernatant. After
Vorsäulenbehandlung wird der Überstand, der Nukleinsäure-Liganden enthält, die nicht unspezifisch mit dem Trägermaterial des Zielmoleküls wechselwirken, in ein neuesPre-column treatment turns the supernatant, which contains nucleic acid ligands that do not interact non-specifically with the carrier material of the target molecule, into a new one
Reaktionsgefäß überführt und dort mit dem Zielmolekül inkubiert. Die Inkubation erfolgt dabei wiederum bei Raumtemperatur oder bei 37°C. Das Zielmolekül kann in dem neuenTransfer the reaction vessel and incubate there with the target molecule. Incubation is again carried out at room temperature or at 37 ° C. The target molecule can be in the new
Reaktionsgefaß entweder frei in Lösung vorliegen oder bereits an eine geeignete Oberfläche bzw. Trägermaterial gebunden vorliegen. In einem nächsten Schritt müssen die Komplexe ausThe reaction vessel is either freely in solution or is already bound to a suitable surface or support material. In a next step, the complexes have to be made
Nukleinsäure-Ligand(en) und Zielmolekül an einer geeigneten Matrix immobilisiert werden DieThe nucleic acid ligand (s) and target molecule are immobilized on a suitable matrix
Komplexe aus Matrix, Zielmolekül und Nukleinsäure-Ligand(en) werden unter Schütteln desComplexes of matrix, target molecule and nucleic acid ligand (s) are shaken with the
Reaktionsansatzes wiederum bei 37°C oder Raumtemperatur auf der Arbeitsplattform hergestellt. Aus Gründen der Vereinfachung wird im folgenden nurmehr von Komplex ausReaction batch again prepared at 37 ° C or room temperature on the work platform. For the sake of simplification, the following only uses complex
Nukleinsäure und Zielmolekül gesprochen, wobei anerkannt wird, dass eine Vielzahl verschiedener Komplexe ausgebildet werden kann, die sich zum einen in den stöchiometrischenSpoken nucleic acid and target molecule, it being recognized that a variety of different complexes can be formed, which can be found in the stoichiometric
Verhältnissen, d.h. der Anzahl von gebundenen RNA-Molekülen pro Zielmolekül, unterscheiden können, und zum anderen in der Art der Nukleinsäuren, die an das Zielmolekül gebunden haben, was in der Tatsache begründet liegt, dass die im Rahmen des SELEX-Verfahrens üblicherweise verwendeten Nukleinsäurebibliotheken eine Anzahl typischerweise von 1012 bis 1016 verschiedenen Nukleinsäurespezies enthalten.Ratios, ie the number of bound RNA molecules per target molecule, and on the other hand in the type of nucleic acids that have bound to the target molecule, which is due to the fact that those are usually within the framework of the SELEX method nucleic acid libraries used contain a number typically from 10 12 to 10 16 different nucleic acid species.
In einem darauffolgenden Schritt werden die nicht-gebundenen Nukleinsäuren, d.h. die nicht an das Zielmolekül gebundenen Nukleinsäuren der Bibliothek, von den Komplexen aus Nukleinsäure und Zielmolekül entfernt. Dies erfolgt typischerweise bei Raumtemperatur oder 37°C, indem der Reaktionsansatz einer Filtration unterzogen wird, bevorzugterweise einer Vakuum betriebenen Filtration unterzogen wird. In dem Falle, dass es sich bei der Obefläche bzw. dem Trägermaterial, an dem das Zielmolekül und damit auch die daran gebundenen Nukleinsäuren immobilisiert sind, um filtrierbare Oberflächen wie beispielsweise magnetische oder nicht-magnetische Partikel handelt, wird die Filtration und insbesondere die Auswahl des Filtermaterials und der Filteφorendurchmesser durch die Größe der Partikel bestimmt, d.h. der Filter muss so ausgebildet sein, dass das Trägermaterial in dem Reaktionsgefäß zurückgehalten wird. Dabei ist es im Rahmen einer Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung, dass die bisherige Inkubation der Nukleinsäure mit dem Zielmolekül bereits in der Filtrationseinheit durchgeführt wurde, mithin diese das Reaktionsgefäß darstellt, oder aber aus dem entsprechenden Reaktionsansatz der Reaktionsansatz oder ein Aliquot davon, zumindestens jedoch der das Zielmolekül und somit auch die daran gebundenen Nukleinsäure aufweisende Träger in die Filtrationseinheit überführt wird. Obwohl vorstehend insbesondere anhand einer Mikrofiltration beschrieben, können bei diesem Filtrationsschritt grundsätzlich all jene Filtrationstechniken verwendet werden, wie sie hierin offenbart werden.In a subsequent step, the unbound nucleic acids, i.e. the nucleic acids of the library that are not bound to the target molecule are removed from the complexes of nucleic acid and target molecule. This is typically done at room temperature or 37 ° C. by subjecting the reaction batch to filtration, preferably by subjecting it to vacuum-operated filtration. In the event that the surface or the carrier material on which the target molecule and thus also the nucleic acids bound to it are immobilized is filterable surfaces such as magnetic or non-magnetic particles, the filtration and in particular the selection of the Filter material and Filteφor diameter determined by the size of the particles, ie the filter must be designed so that the carrier material is retained in the reaction vessel. It is within the scope of an embodiment of the present invention that the previous incubation of the nucleic acid with the target molecule has already been carried out in the filtration unit, and consequently this represents the reaction vessel, or from the corresponding reaction batch the reaction batch or an aliquot thereof, or at least that Target molecule and thus also the nucleic acid-bound carrier is transferred into the filtration unit. Although described above in particular with the aid of microfiltration, basically all of the filtration techniques as disclosed herein can be used in this filtration step.
Bei der Filtration ist dabei bevorzugt, dass die Filtrationssäule bzw. die Vakuumkammer, wie sie hierin beschrieben ist, verwendet wird. Die Vakuumkammer umfasst bevorzugterweise dabei mindestens zwei Bohrungen, in die bevorzugterweise die geeigneten Filtrationseinheiten eingeführt werden. Dabei wird durch die Ausgestaltung der Bohrung in der Deckelplatte sowie gegebenenfalls die Relativentfernung zwischen Deckelplatte und Bodenteil gewährleistet, dass das Filtrat der Filtration, die in einer ersten Bohrung durchgeführt wird, nicht mit dem Filtrat einer Filtration in einer zweiten Bohrung in Kontakt gelangt, wobei die beiden Bohrungen typischerweise nebeneinander angeordnet sind, um zu vermeiden, dass hier eine Kontamination der verschiedenen Reaktionsansätze untereinander erfolgt. Die konkrete Ausgestaltung der Bohrungslänge hängt dabei von mehreren Faktoren ab, wie beispielsweise Ausgestaltung der Säule, die Menge der zu filtrierenden Flüssigkeit, die Menge des Filtrates, die Höhe des angelegten Vakuums und dergleichen mehr ab. Die entsprechenden Parameter können von den Fachleuten im Lichte der hierin gemachten Offenbarung durch Routinetests ermittelt werden.In the case of the filtration, it is preferred that the filtration column or the vacuum chamber, as described herein, is used. The vacuum chamber preferably comprises at least two bores into which the suitable filtration units are preferably introduced. The design of the hole in the cover plate and, if necessary, the relative distance between the cover plate and the base part ensure that the filtrate from the filtration carried out in a first hole does not come into contact with the filtrate from a filtration in a second hole, the the two bores are typically arranged next to one another in order to avoid contamination of the different reaction mixtures with one another. The specific design of the bore length depends on several factors, such as the design of the column, the amount of liquid to be filtered, the amount of filtrate, the amount of applied vacuum and the like from. The appropriate parameters can be determined by those skilled in the art through routine testing in light of the disclosure made herein.
Nach Entfernen der nichtgebundenen Nukleinsäure(n) wird die an das Zielmolekül gebundene Nukleinsäure aus dem Komplex unter Anwendung geeigneter Elutionsbedingungen eluiert. Dabei kann die Elution wiederum in der Vakuumkammer erfolgen oder aber zuvor eine Überführung des Reaktionsansatzes, genauer des Anbindungsansatzes, in ein neues Reaktionsgefäß erfolgen. Die Elution erfolgt in der in Fig. 1 dargestellten Ausfuhrungsform durch Erhitzen unter Verwendung des Thermocyclers. Dabei wird der Reaktionsansatz bevorzugterweise 3 Minuten bei 95°C inkubiertAfter removal of the unbound nucleic acid (s), the nucleic acid bound to the target molecule is eluted from the complex using suitable elution conditions. In this case, the elution can again take place in the vacuum chamber or the reaction batch, more precisely the connection batch, can be transferred to a new reaction vessel beforehand. In the embodiment shown in FIG. 1, the elution is carried out by heating using the thermal cycler. The reaction mixture is preferably incubated at 95 ° C. for 3 minutes
In dem nachfolgenden Schritt beginnt die RT-PCR. Dabei werden die erforderlichen Reagenzien aus den bei 4°C gehaltenen Vorratsgefäßen dem Reaktionsansatz zugesetzt und bevorzugterweise bei 50°C inkubiert. Findet in einer Ausfuhrungsform die RT-PCR in Gegenwart der Matrix mit gebundenen Nukleinsäure-Molekülen statt, dann wird die Matrix im RT-PCR-Puffer in der Säule, die in der Vakuumkammer (Teil A) steckt, resuspendiert und dann in einen frischen Napf der 96-Napf Platte pipettiert. Danach wird in die resuspendierte Matrix zur Hitze-Elution der gebundenen Nukleinsäure beispielsweise 3 min auf 70-95°C erhitzt. Ist dies nicht der Fall - wie bei der denaturierenden Elution - wird der Überstand von mit Denarurans inkubierter Matrix (der die eluierten Nukleinsäuren enthält) in ein Ultrafiltrationsröhrchen in der Vakuumkammer (Teil B) gebracht und dort vom Denarurans befreit. Die RT-Reaktion wird auf der 50°-Arbeitsstation heiss gestartet und dort 20 min inkubiert. Dann werden die Reaktionen in der Platte in den Thermocycler gestellt, dort wird noch 10 min bei 60°C inkubiert, bevor 15 min bei 95°C denaturiert wird und das Thermocycling- Programm beginnt (30 s 95°C; 30 s Annealing-Temperatur; 30 s 72°C). Das Ergebnis der PCR wird kontrolliert. Die Kontrolle kann dabei während der PCR und oder nach deren Abschluss erfolgen. Die Kontrolle des Ergebnisses der PCR erfolgt dabei typischerweise durch Bestimmung der Fluoreszenz des Reaktionsansatzes mittels eines geeigneten Fluoreszenzfarbstoffes und eines Fluoreszenz-Auslesegerätes. In der 4°-Arbeitsplattform werden die RT-PCR-Reaktionen zwischengelagert, in denen bereits die erforderliche Menge an DNA während der PCR erzeugt worden ist und die daher schon zur Transkription bereit sind. In der 50°-Arbeitsstation wird die Platte, in der die PCR stattfindet, abgestellt, um die Proben für Fluoreszenzmessung zu entnehmen, da im Thermocycler selbst nicht pipettiert werden kann. Die Platte wird heiss gehalten, um die Gefahr eines Missprimings zu minimieren (die besonders gross ist, wenn der Ansatz stark abkühlt, bevor wieder aufgeheizt wird).The RT-PCR begins in the subsequent step. The necessary reagents from the storage vessels kept at 4 ° C. are added to the reaction mixture and preferably incubated at 50 ° C. If, in one embodiment, the RT-PCR takes place in the presence of the matrix with bound nucleic acid molecules, the matrix is resuspended in the RT-PCR buffer in the column which is in the vacuum chamber (part A) and then in a fresh bowl pipetted the 96-well plate. Thereafter, the heat-eluting of the bound nucleic acid is heated, for example, at 70-95 ° C. for 3 minutes in the resuspended matrix. If this is not the case - as in the case of denaturing elution - the supernatant from the matrix incubated with Denarurans (which contains the eluted nucleic acids) is placed in an ultrafiltration tube in the vacuum chamber (Part B) and freed from the Denarurans there. The RT reaction is started hot on the 50 ° work station and incubated there for 20 min. Then the reactions in the plate are placed in the thermal cycler, where they are incubated for a further 10 min at 60 ° C before denaturing for 15 min at 95 ° C and the thermocycling program begins (30 s 95 ° C; 30 s annealing temperature ; 30 s 72 ° C). The result of the PCR is checked. The control can take place during the PCR and or after its completion. The result of the PCR is typically checked by determining the fluorescence of the reaction mixture using a suitable fluorescent dye and a fluorescence reading device. The RT-PCR reactions are temporarily stored in the 4 ° working platform, in which the required amount of DNA has already been generated during the PCR and which are therefore already ready for transcription. The plate in which the PCR takes place is placed in the 50 ° work station in order to take the samples for fluorescence measurement, since it is not possible to pipette in the thermal cycler itself. The The plate is kept hot in order to minimize the risk of mispriming (which is particularly great if the batch cools down considerably before being heated again).
Die solchermaßen erhaltene DNA wird sodann als Template oder Matrize für eine Transkriptions-Reaktion verwendet. Die erforderlichen Reagenzien, wie Ribonukleotide und T7- RNA-Polymerase werden aus den entsprechenden, bei 4°C aufbewahrten Vorratsgefäßen entnommen zu dem auf der Arbeitsplattform befindlichen Reaktionsansatz hinzugegeben und bei 37°C 1 bis 24 h, bevorzugterweise 1,5 bis 4 h inkubiert. Die T7-Transkriptionsreaktion wird sodann nach Standardprotokoll, wie beispielsweise beschrieben in Cox et al., 1998. Biotechnol. Prog. 14:845-850 durchgeführt und anschließend die erhaltene RNA durch vakuumgetriebene Ultrafiltration gereinigt. Neben T7-RNA-Polymerase können dabei auch andere RNA- Polymerasen verwendet werden, wie beispielsweise T3- oder SP6-RNA-Polymerase oder auch thermostabile RNA-Polymerasen wie die aus Thermus thermophilus.The DNA obtained in this way is then used as a template or template for a transcription reaction. The necessary reagents, such as ribonucleotides and T7 RNA polymerase, are removed from the corresponding storage vessels stored at 4 ° C., added to the reaction mixture on the work platform and incubated at 37 ° C. for 1 to 24 h, preferably 1.5 to 4 h , The T7 transcription reaction is then carried out according to the standard protocol, as described, for example, in Cox et al., 1998. Biotechnol. Prog. 14: 845-850 and then the RNA obtained was purified by vacuum-driven ultrafiltration. In addition to T7 RNA polymerase, other RNA polymerases can also be used, such as T3 or SP6 RNA polymerase or thermostable RNA polymerases such as those from Thermus thermophilus.
Die Reinigung der RNA erfolgt bevorzugterweise unter Verwendung einer Ultrafiltration, wobei die Ultrafiltration eine vakuumgetriebene Ultrafiltration ist unter den Bedingungen wie sie hier offenbart sind. In dem konkreten, in Fig. 1 dargestellten Ablaufdiagramm ist dabei vorgesehen, dass der Reaktionsansatz, der im Rahmen der Transkriptionsreaktion die RNA bereitgestellt hat, in die Filtrationseinheit eingesetzt wird, dort genauer in die Kammer B, wobei die Kammer, die hierin auch als Reaktionskammer bezeichnet wird, eine Ultrafiltration erlaubt. Die Ausgestaltung der Ultrafiltrationsrichtung ist dabei bevorzugterweise wiederum so, dass eine Kontamination der Reaktionsansätze durch parallel oder sequenziell durchgeführte Filtrationsschritte vermieden wird. Die solchermaßen gereinigte RNA ist frei niedermolekularen Substanzen wie NTPs, DTT, Salzen, EDTA oder Detergenzien (d.h. alles, was unterhalb der Größenausschlussgrenze der verwendeten Ultrafiltrationseinheiten liegt), wie sie in typischen Transkriptionsansätzen z.T. in sehr hoher Konzentration vorliegen und die Einstellung der Konditionen der nächsten Selektionsrunde empfindlich stören würden, und enthält neben der RNA nur noch Makromoleküle (Proteine, die in den Amplifikationsreaktionen verwendet wurden; doppelsträngige DNA, die zur Transkription aus der RT-PCR als Template eingesetzt worden ist, wurde durch DNasel- Verdau - nicht im Schema enthalten - abgebaut und der bei der T7- Transkription entstandene Niederschlag von Pyrophosphat wurde mittels EDTA-Zugabe aufgelöst). Die RNA kann dann als Ausgangsmaterial für eine weitere Selektionsrunde verwendet werden. Dabei ist die Anwesenheit von Proteinen nicht so kritisch wie diejenige von Puffersalzen oder EDTA, solange die Proteine nicht noch störende Aktivitäten aufweisen. Die Polymerasen aus RT, PCR und Transkription stören nicht (und werden auch grösstenteils bei derThe purification of the RNA is preferably carried out using an ultrafiltration, the ultrafiltration being a vacuum-driven ultrafiltration under the conditions as disclosed here. In the concrete flowchart shown in FIG. 1, it is provided that the reaction mixture which has provided the RNA as part of the transcription reaction is inserted into the filtration unit, more precisely there into chamber B, the chamber, which is also referred to herein as the reaction chamber ultrafiltration is allowed. The configuration of the ultrafiltration direction is in turn preferably such that contamination of the reaction batches by filtration steps carried out in parallel or sequentially is avoided. The RNA purified in this way is free of low-molecular substances such as NTPs, DTT, salts, EDTA or detergents (i.e. everything that is below the size exclusion limit of the ultrafiltration units used), as is sometimes present in very high concentrations in typical transcription approaches and the setting of the conditions of the next ones Would disrupt the round of selection, and in addition to the RNA only contains macromolecules (proteins that were used in the amplification reactions; double-stranded DNA that was used as a template for transcription from the RT-PCR was not included in the scheme due to DNasel digestion - degraded and the pyrophosphate precipitate formed during the T7 transcription was dissolved by adding EDTA). The RNA can then be used as the starting material for a further round of selection. The presence of proteins is not as critical as that of buffer salts or EDTA, as long as the proteins do not have any disruptive activities. The Polymerases from RT, PCR and transcription do not interfere (and are mostly used in the
Weiterbehandlung inaktiviert). Problematisch sein kann dagegen die DNase, die aber durchFurther treatment deactivated). The DNase, on the other hand, can be problematic
Hitze und EDTA inaktiviert werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können diese- Makromoleküle im wesentlichen nur beim Partitioning, also beim Waschvorgang, aus dem Reaktionsansatz entfernt werden.Heat and EDTA can be inactivated. In the context of the present invention, these macromolecules can essentially only be removed from the reaction mixture during partitioning, ie during the washing process.
Fig. 2 zeigt die Anordnung der verschiedenen Arbeitsstationen die von einem Roboter im Falle der Durchführung der in Fig. 1 beschriebenen Selektionsrunde angesteuert werden müssen.FIG. 2 shows the arrangement of the various workstations which have to be controlled by a robot when the selection round described in FIG. 1 is carried out.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausfuhrungsform der automatisierten RNA-Selektion beschrieben, wobei hier die Immobilisierung des Zielmoleküls nicht auf Partikeln als Trägeroberfläche erfolgt, sondern auf Membranen, wie beispielsweise einer Nitrozellulosemembran. Weitere geeignete Membranen sind gemischte Zelluloseestermembranen oder sonstige- Membranen, sofern sie die Zielmoleküle binden und die Nukleinsäuren passieren lassen. Entsprechende Membranen sind den Fachleuten bekannt und könne hinsichtlich ihrer Eignung zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Verfahren im Rahmen von Routinetests getestet werden.A further embodiment of the automated RNA selection is described in FIG. 3, wherein the immobilization of the target molecule does not take place on particles as the carrier surface, but on membranes, such as a nitrocellulose membrane. Other suitable membranes are mixed cellulose ester membranes or other membranes, provided that they bind the target molecules and allow the nucleic acids to pass through. Corresponding membranes are known to those skilled in the art and can be tested for their suitability for use in the methods according to the invention as part of routine tests.
Bei dieser Ausfuhrungsform erfolgen die Schritte der Einstellung der Pufferbedingungen sowie Denaturierung der Nukleinsäure, konkret der Ribonukleinsäure, in gleicher Weise wie für das in Fig. 1 beschriebene Verfahren. Die Vorsäule unterscheidet sich insoweit, als dass in das Reaktionsgefäß Membranteile eingebracht werden, um als Vorsäule zu dienen und die daran unspezifisch bindenden RNA-Moleküle aus der Nukeinsäure-Bibliothek entfernt werden. In ähnlicher Weise wie für das Verfahren gemäß Fig. 1 beschrieben erfolgt dann die Inkubation der Nukleinsäure mit dem Zielmolekül. Das Gewinnen von Komplexen aus RNA und Zielmolekül erfolgt dabei auf einer Arbeitsstation bei Raumtemperatur oder bei 37 °C und das Entfernen der Komplexe aus Zielmolekül und Nukleinsäuren auf der Filtrationseinheit und zwar auf einer ersten Station A, auf der eine Filtration und insbesondere eine Mikrofiltration vorgesehen ist. Dabei sind anstelle der Filtereinsätze Einsätze aus der Nitrozellulosemembran oder eine andere der hierin zu diesem Zweck offenbarten Membranen enthalten. Daran schließt sich der übliche Waschschritt an, wobei die Nitrozellulosemembran die Zielmoleküle samt daran spezifisch gebundener Nukleinsäuremoleküle bindet.In this embodiment, the steps of setting the buffer conditions and denaturing the nucleic acid, specifically the ribonucleic acid, take place in the same way as for the method described in FIG. 1. The precolumn differs in that membrane portions are introduced into the reaction vessel to serve as a precolumn and the non-specific binding RNA molecules are removed from the nucleic acid library. The nucleic acid is then incubated with the target molecule in a manner similar to that described for the method according to FIG. 1. The complexes from RNA and the target molecule are obtained on a workstation at room temperature or at 37 ° C. and the complexes from the target molecule and nucleic acids are removed on the filtration unit, specifically at a first station A, on which a filtration and in particular a microfiltration is provided , Instead of the filter inserts, inserts from the nitrocellulose membrane or another of the membranes disclosed for this purpose are included. This is followed by the usual washing step, in which the nitrocellulose membrane binds the target molecules together with the nucleic acid molecules specifically bound to them.
Nachdem die nicht oder unter den Waschbedingungen nicht spezifisch bindenden RNA- Moleküle entfernt sind, kann die Elution der spezifisch an das Zielmolekül bindenden RNA- Moleküle erfolgen. Im vorliegenden Falle kann dies nicht durch Temperatur, da dieAfter the RNA molecules that do not bind or that do not bind specifically under the washing conditions are removed, the elution of the RNA molecules that bind specifically to the target molecule can be carried out. Molecules take place. In the present case, this cannot be done by temperature, since the
Vakuumkammer mit den Ultrafiltrationseinsätzen nicht temperierbar ist, sondern durchVacuum chamber with the ultrafiltration inserts can not be tempered, but through
Kompetitoren oder durch denaturierende Reagenzien geschehen. Die Elution erfolgt dabei bei der Umgebungstemperatur auf der Vakuumkammer. In dieser Ausfuhrungsform ist bevorzugt, dass das Zielmolekül im wesentlichen nur an der Membranoberfläche bindet und dasCompetitors or by denaturing reagents. The elution takes place at ambient temperature on the vacuum chamber. In this embodiment it is preferred that the target molecule binds essentially only to the membrane surface and that
Zielmolekül mit einer Lösung, die dem Komplex aus Nukleinsäure und Zielmolekül auflösendenTarget molecule with a solution that dissolves the complex of nucleic acid and target molecule
Agenzien, wie beispielsweise Harnstoff oder Guanidiniumsalz, enthält, von dieser Oberfläche gelöst wird. In der konkret dargestellten Ausfuhrungsform erfolgt das Eluieren oderContains agents, such as urea or guanidinium salt, is dissolved from this surface. In the specific embodiment shown, elution takes place or
Denaturieren der RNA und damit das Freisetzen derselben von dem Zielmolekül bevorzugterweise nicht durch Erhitzen, sondern durch Verwendung der hierin grundsätzlich offenbarten Agenzien wie Kompetitoren oder denaturierende Agenzien.Denaturing the RNA and thus releasing it from the target molecule preferably not by heating, but rather by using the agents disclosed in principle, such as competitors or denaturing agents.
Gegenüber den Schritten, wie sie im Zusammenhang mit dem in Fig. 1 beschriebenen Verfahren erforderlich sind, wird nun der Schritt des spezifischen Entfernens des denaturierend wirkenden Agens vorgenommen. Hierzu wird auf der Vakuumstation an Position B eine Filtration durchgeführt, die bevorzugterweise als Ultrafiltration, wie sie hierin beschrieben ist, ausgeführt wird. Die Reaktion erfolgt dabei bei Raumtemperatur bzw. 37°C Dabei wird die Membran selbst nicht transferiert. Wie weiter oben beschrieben, sollen die Zielmoleküle an der Oberfläche der Membran binden, wo sie durch denaturierende Agenzien ablösbar sind. Der Überstand wird dann die entsprechenden Moleküle enthalten, der einfach abpipettiert und in die Ultrafiltrationseinheiten in der Station B transferiert wird.Compared to the steps required in connection with the method described in FIG. 1, the step of specifically removing the denaturing agent is now carried out. For this purpose, a filtration is carried out on the vacuum station at position B, which is preferably carried out as ultrafiltration, as described here. The reaction takes place at room temperature or 37 ° C. The membrane itself is not transferred. As described above, the target molecules should bind to the surface of the membrane, where they can be detached by denaturing agents. The supernatant will then contain the corresponding molecules, which is simply pipetted off and transferred to the ultrafiltration units in station B.
Die weiteren Reaktionsschritte beginnen mit dem Start der RT-PCR und Abschluss der Runde bzw. Beginn einer neuen Runde sind identisch wie für das in Fig. 1 beschriebene Verfahren.The further reaction steps begin with the start of the RT-PCR and the end of the round or the start of a new round are identical to those for the method described in FIG. 1.
Bei der in Fig. 4 dargestellten automatisierten DNA-Selektion handelt es sich um eine weitere Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei besteht der wesentliche Unterschied gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren darin, dass DNA-Liganden isoliert werden sollen und auch die Nukleinsäure-Bibliothek aus DNA und nicht aus RNA besteht. Bei der konkreten Ausfiihrungsform entfällt somit die RT-PCR, die durch eine PCR ersetzt wird. Ebenfalls entfallen die Schritte der Transkription der DNA in RNA. Vielmehr kann nach der PCR-Reaktion direkt einzelsträngige DNA auf der Arbeitsplattform bei Raumtemperatur bzw. 37°C isoliert werden. Bei der Reinigung wird im vorliegenden Falle ein magnetischer Separator eingeführt, wobei die Trennung der DNA-Stränge mittels magnetischer Partikel bei hohem pH vorgenommen wird. Der nicht erwünschte (-)-Strang wurde während der PCR mit Biotin enthaltendem Oligonukleotid synthetisiert. Durch Versetzen der PCR-Reaktion mit NaOH (50 -The automated DNA selection shown in FIG. 4 is a further embodiment of the method according to the invention. The main difference from the method shown in FIG. 1 is that DNA ligands are to be isolated and that the nucleic acid library also consists of DNA and not RNA. The RT-PCR, which is replaced by a PCR, is therefore not required in the specific embodiment. The steps of transcribing the DNA into RNA are also eliminated. Rather, after the PCR reaction, single-stranded DNA can be isolated directly on the work platform at room temperature or 37 ° C. In the present case, a magnetic separator is introduced for cleaning, the separation of the DNA strands by means of magnetic particles at high pH is made. The unwanted (-) strand was synthesized during the PCR with oligonucleotide containing biotin. By adding NaOH (50 -
500 mM Endkonzentration) werden die beiden Stränge aufgeschmolzen. Nach kurzer Inkubation des alkalischen Ansatzes mit magnetischen Streptavidin-Partikeln liegen die unerwünschten (-)-500 mM final concentration) the two strands are melted. After a brief incubation of the alkaline mixture with magnetic streptavidin particles, the undesired (-) -
Stränge an die Partikel gebunden vor. Der alkalische Überstand enthält die freien (+)-Stränge und kann nach magnetischem Abtrennen der Partikel abpipettiert und in ein neuesStrands tied to the particles. The alkaline supernatant contains the free (+) strands and can be pipetted off after magnetic separation of the particles and into a new one
Reaktionsgefäß überführt werden. Schließlich wird der Überstand durch Zugabe einer geeignet konzentrierten HCl-Lösung neutralisiert. Bei der Neutralisation entstehendes NaCl muss im nächsten Schritt sodann entfernt werden. Die Durchführung der Reinigung der einzelsträngigenReaction vessel are transferred. Finally, the supernatant is neutralized by adding a suitably concentrated HCl solution. NaCl generated during neutralization must then be removed in the next step. Carrying out the cleaning of the single-stranded
DNA (ssDNA) erfolgt ansonsten in analoger Weise, wie dies für RNA in dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren beschrieben ist.DNA (ssDNA) is otherwise carried out in a manner analogous to that described for RNA in the method shown in FIG. 1.
Bei der in Fig. 5 dargestellten automatisierten RNA-Selektion unter Verwendung einer denaturierenden Elution unterscheiden sich die Schritte gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Abfolge von Schritten lediglich darin, dass die Elution bzw. Denaturierung der RNA nicht nur im Thermocycler erfolgen kann sondern auch auf der 50°C-Arbeitsplattform oder bei Umgebungstemperaturbedingungen. Die Elution erfolgt mit Harnstoff und EDTA bei 20 - 100°C, bevorzugterweise bei 37 - 95°C auf der 50°C-Arbeitsstation oder im Thermocycler. Infolge der Kombination aus erhöhter Temperatur und denaturierenden Agenzien können an das Zielmolekül gebundene Nukleinsäuren von diesem wieder eluiert werden. Bei dieser Ausfuhrungsform wird anstelle der direkten Durchführung der Amplifikation auf der Matrix das denaturierende Agens wie beispielsweise Harnstoff/EDTA zur Matrix gegeben und der Reaktionsansatz bei erhöhter Temperatur inkubiert. Ähnlich dem Schritt der Reinigung der RNA wird sodann als zusätzlicher Schritt das denaturierende Agens unter Verwendung einer Ultrafiltration bei Raumtemperatur bzw. 37°C aus dem Reaktionsansatz entfernt. Hierzu wird das Harnstoff/EDTA-Eluat in Position B der Filtrationseinheit pipettiert. Das für die denaturierende Elution beschriebene Verfahren kann grundsätzlich auch in der Ausfuhrungsform angewandt werden, bei der die Elution durch kompetitive Elution erfolgt. Hierbei würde statt des denaturierenden Agens eine hohe Konzentration an Kompetitor, wie er hierin beschrieben ist, zugegeben werden und dieser dann über Ultrafiltration abgetrennt werden. In diesem Falle würde die Elution jedoch nicht bei 50°C wie im Falle der denaturierenden Elution, sondern bei Raumtemperatur bzw. 37°C durchgeführt werden. Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung zum automatischen Durchführen des erfindungsgemäßenIn the automated RNA selection shown in FIG. 5 using denaturing elution, the steps differ from the sequence of steps shown in FIG. 1 only in that the elution or denaturation of the RNA can not only take place in the thermal cycler but also on the 50 ° C work platform or at ambient temperature conditions. Elution is carried out with urea and EDTA at 20 - 100 ° C, preferably at 37 - 95 ° C on the 50 ° C workstation or in the thermal cycler. As a result of the combination of elevated temperature and denaturing agents, nucleic acids bound to the target molecule can be eluted from it again. In this embodiment, instead of directly performing the amplification on the matrix, the denaturing agent, such as, for example, urea / EDTA, is added to the matrix and the reaction mixture is incubated at elevated temperature. Similar to the step of purifying the RNA, the denaturing agent is then removed from the reaction mixture using ultrafiltration at room temperature or 37 ° C. as an additional step. For this purpose, the urea / EDTA eluate is pipetted into position B of the filtration unit. In principle, the method described for denaturing elution can also be used in the embodiment in which the elution is carried out by competitive elution. Instead of the denaturing agent, a high concentration of competitor, as described herein, would be added and this would then be separated off by means of ultrafiltration. In this case, however, the elution would not be carried out at 50 ° C. as in the case of denaturing elution, but at room temperature or 37 ° C. Fig. 6 shows a device for automatically performing the invention
Verfahrens. Die Vorrichtung weist einen Arbeitsbereich (21) auf, auf dem verschiedene ModuleProcess. The device has a work area (21) on which various modules
(22) angeordnet sind. Die Module können Behälter zum Durchfuhren von Reaktionen,(22) are arranged. The modules can contain containers for carrying out reactions,
Stoffvorratsbehälter und Abfallbehälter sein. Darüber hinaus können die ModuleBe a fabric storage container and a waste container. In addition, the modules
Bearbeitungseinheiten zum physikalischen oder chemischen Bearbeiten des zugegebenen Stoffes aufweisen. So können die Module beheizbare Behälter sein, oder Behälter, die mit einerHave processing units for physical or chemical processing of the added substance. For example, the modules can be heated containers or containers with a
Schütteleinrichtung gekoppelt sind, um den zugegebenen Stoff in Bewegung zu halten. Darüber hinaus können die Module Filtereinrichtungen aufweisen, um den zugegebenen Stoff zu filtrieren. Die Module und deren mögliche Anordnung sind in Fig. 2 dargestellt.Shaker are coupled to keep the added substance in motion. In addition, the modules can have filter devices in order to filter the added substance. The modules and their possible arrangement are shown in FIG. 2.
Über dem Arbeitsbereich (21) ist ein beweglicher Arm (23) angeordnet, so dass er sich über den gesamten Arbeitsbereich erstreckt. Dieser Arm wird durch eine oder zwei Stützen (24) in gleicher Höhe über dem Arbeitsbereich (21) gehalten. Die Stützen (24) sind beweglich in Schienen (nicht gezeigt) gehalten, so dass der Arm (23) quer über den Arbeitsbereich (21) verfahren werden kann. Mindestens eine der Stützen (24) weist eine Antriebseinheit (25) auf, mit der der Arm (23) quer über den Arbeitsbereich (21) an eine bestimmte Position verfahren werden kann. Die Antriebseinheit (25) wird durch eine Steuereinheit (26) angesteuert.A movable arm (23) is arranged above the work area (21) so that it extends over the entire work area. This arm is held by one or two supports (24) at the same height above the work area (21). The supports (24) are movably held in rails (not shown) so that the arm (23) can be moved across the working area (21). At least one of the supports (24) has a drive unit (25) with which the arm (23) can be moved to a specific position across the working area (21). The drive unit (25) is controlled by a control unit (26).
An dem Arm (23) befindet sich ein in Längsrichtung des Arms (23) beweglicher Schlitten (27), der über eine weitere Antriebseinheit (nicht gezeigt) entlang des Arms verfahrbar ist, so dass gesteuert durch die Steuereinheit (26) mit dem Schlitten eine bestimmte Position entlang des Armes (23) angefahren werden kann. Der Schlitten (27) weist einen Aufnehmer für einen flüssigen und oder festen Stoff auf, z. B. eine Pipette oder ähnliches, der gesenkt werden kann, um einen Stoff aufzunehmen oder abzugeben. Das Senken und Anheben des Aufnehmers wird ebenfalls durch die Steuereinheit (26) gesteuert.On the arm (23) there is a carriage (27) movable in the longitudinal direction of the arm (23), which can be moved along the arm via a further drive unit (not shown), so that one is controlled by the control unit (26) with the carriage certain position along the arm (23) can be approached. The carriage (27) has a sensor for a liquid and or solid substance, e.g. B. a pipette or the like, which can be lowered to take up or deliver a substance. The lowering and raising of the transducer is also controlled by the control unit (26).
Mit der gezeigten Vorrichtung ist es möglich das erfmdungsgemäße Verfahren zur Selektion von Nukleinsaureliganden aus einer Mischung von Kandidatennukleinsäuren durchzuführen. Dazu steuert die Steuereinheit (26) den Arm, den Schlitten und den Aufnehmer so, dass in einer vorgegebenen Reihenfolge zunächst mit dem Schlitten und dem Arm ein bestimmtes Modul angefahren wird, so dass sich der Aufnehmer (28) über dem Modul befindet und durch Senken des Aufnehmers ein Stoff aufgenommen oder abgegeben werden kann. Durch die geeignete Kombination von Aufnehmen und Abgeben von Stoffen in die dafür vorgesehenen Reaktionsbehälter, wie dies hierin offenbart ist, lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen. Da nach jedem Kontakt mit einem der zur Verfügung gestellten Stoffe derWith the device shown, it is possible to carry out the method according to the invention for selecting nucleic acid ligands from a mixture of candidate nucleic acids. For this purpose, the control unit (26) controls the arm, the slide and the pickup in such a way that a certain module is first approached with the slide and the arm so that the pickup (28) is located above the module and by lowering a substance can be absorbed or released by the transducer. The process according to the invention can be achieved by a suitable combination of taking up and dispensing substances into the reaction containers provided for this purpose, as disclosed herein carry out. Since after every contact with one of the provided materials the
Aufnehmer (28) mit dem jeweiligen Stoff kontaminiert ist, ist der Aufnehmer vorzugsweise so vorgesehen, dass der mit dem Stoff in Berührung kommende Teil abgestoßen werden kann und durch einen neuen, noch nicht benutzten Teil ersetzt werden kann. Dazu sind weitere Module vorgesehen, in denen einerseits neue Aufnehmerteile in entsprechender Anzahl zur Verfügung gestellt werden und ein weiteres Modul, in dem die bereits benutzten Teile der Aufnehmer abgegeben werden können, um sie zu entsorgen. Die verschiedenen hierin beschriebenen Module entsprechen dabei den verschiedenen Arbeitsstationen, wie sie im Rahmen der Figuren 1 bis 5 beschrieben sind.If the sensor (28) is contaminated with the respective substance, the sensor is preferably provided so that the part that comes into contact with the substance can be repelled and can be replaced by a new, not yet used part. For this purpose, further modules are provided, in which on the one hand new number of pick-up parts are made available and another module in which the parts of the pick-up already used can be handed over in order to dispose of them. The various modules described here correspond to the various workstations as described in the context of FIGS. 1 to 5.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden gesteuert durch die Steuereinheit (26) zunächst in einem Behälter eine Mischung von Kandidatennukleinsäuren mit einem Zielmolekül kontaktiert. Die Nukleinsaureliganden können dann an das Zielmolekül binden. Diese kontaktierte Kandidatenmischung wird ggf. mit einer Matrix, an der die Zielmoleküle immobilisiert werden, kontaktiert und anschließend in eine Trennvorrichtung, vorzugsweise eine Filtervorrichtung, transportiert, in der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindende Nukleinsäure vom Rest der Kandidatenmischung abtrennbar sind, wobei es auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist, dass die Zielmoleküle von vornherein an einer Matrix immobilisiert sind. Der Transport der Kandidatenmischung in die Trennvorrichtung wird vorzugsweise mit einer Pipette durchgeführt, die sich an dem Aufnehmer (28) befindet. Dazu wird der Schlitten über den Behälter mit der Kandidatenmischung gefahren, der Aufnehmer gesenkt, so dass die Pipette die Kandidatenmischung aufnehmen kann. Der Aufnehmer wird angehoben und der Schlitten über die entsprechende Mikrofiltrationseinrichtung verfahren. Dort wird der zuvor aufgenommene Stoff in die Mikrofiltrationseinrichtung abgegeben. Je nach benötigter Menge kann dieser Vorgang mehrfach hintereinander durchgeführt werden, so dass in der Mikrofiltrationseinrichtung eine ausreichend große Menge der zu filternden Kandidatenmischung zur Verfügung steht. Anschließend wird die mit höherer Affinität an das Zielmolekül bindende Nukleinsäure der Mikrofiltrationseinrichtung entnommen und durch geeignete bekannte Verfahren amplifiziert. Dies erfordert eine große Anzahl von sich wiederholenden Schritten, so dass die Verwendung einer automatisch gesteuerten Vorrichtung aus Gründen der Zuverlässigkeit sehr vorteilhaft ist.To carry out the method according to the invention, the control unit (26) first contacts a mixture of candidate nucleic acids with a target molecule in a container. The nucleic acid ligands can then bind to the target molecule. This contacted candidate mixture is optionally contacted with a matrix on which the target molecules are immobilized and then transported to a separation device, preferably a filter device, in which nucleic acid binding to the target molecule can be separated from the rest of the candidate mixture with a higher affinity, whereby it It is also within the scope of the present invention that the target molecules are immobilized on a matrix from the outset. The transport of the candidate mixture into the separating device is preferably carried out using a pipette which is located on the receiver (28). For this purpose, the carriage is moved over the container with the candidate mixture and the receiver is lowered so that the pipette can take up the candidate mixture. The transducer is raised and the carriage is moved over the corresponding microfiltration device. There, the previously absorbed substance is released into the microfiltration device. Depending on the amount required, this process can be carried out several times in succession, so that a sufficiently large amount of the candidate mixture to be filtered is available in the microfiltration device. The nucleic acid which binds to the target molecule with a higher affinity is then removed from the microfiltration device and amplified by suitable known methods. This requires a large number of repetitive steps, so the use of an automatically controlled device is very advantageous for reasons of reliability.
Nach dem Amplifiziervorgang kann erfindungsgemäß eine Ultrafiltration zum Aufreinigen der bei dem Amplifiziervorgang gebildeten Amplifikationsprodukten durchgeführt werden. Dazu wird die als Ergebnis des Amphfiziervorgangs erhaltene Mischung einerAfter the amplification process, according to the invention, ultrafiltration can be carried out to purify the amplification products formed in the amplification process. To the mixture obtained as a result of the amphfication process becomes a
Ultrafiltrationseinrichtung zugeführt.Ultrafiltration device supplied.
Durch notwendige Mindestzeiten, in denen ein Bearbeitungsschritt auf einen Stoff einwirken muss bzw. in dem miteinander in Verbindung gebrachte Stoffe aufeinander einwirken müssen, kommt es zu Wartezeiten, in denen die Steuereinheit (26) den Aufnehmer nicht bewegt. Deshalb und um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wird das erfindungsgemäße Verfahren parallel mehrmals durchgeführt. Dazu können in den Modulen jeweils mehrere Behälter vorgesehen sein, die durch den Aufnehmer, den Arm und den Schlitten gesteuert durch die Steuereinheit (26) getrennt angefahren werden können. Somit lassen sich durch Prozessschritte bedingte Wartezeiten überbrücken. Man hat gleichzeitig den Vorteil, vergleichbare Ergebnisse zu erhalten.Due to the necessary minimum times in which a processing step must act on a substance or in which substances connected to one another must act on one another, there are waiting times during which the control unit (26) does not move the sensor. For this reason and in order to obtain comparable results, the method according to the invention is carried out several times in parallel. For this purpose, a number of containers can be provided in the modules, which can be started separately by the pickup, the arm and the slide, controlled by the control unit (26). This means that waiting times caused by process steps can be bridged. You also have the advantage of getting comparable results.
Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Steuereinheit die verschiedenen durchzuführenden Reaktionen des erfindungsgemäßen Verfahrens steuert.It is within the scope of the present invention that the control unit controls the various reactions to be carried out by the method according to the invention.
Fig. 7 zeigt die erfindungsgemäße Filtersäule, wobei die Säule ein erstes Aufhahmestück (1) umfasst, das in ein konisches Zwischenstück (2) übergeht und das konische Zwischenstück wiederum in ein Auslassstück (3) übergeht, wobei am Übergang zwischen dem Zwischenstück (2) und dem Auslassstück (3) ein Filter angebracht ist. Bei dem Filter kann es sich sowohl um einen Mikrofilter wie auch um einen Ultrafilter handeln, bevorzugt um solche, wie sie hierin offenbart sind. Eine derartig ausgebildete Fritte kann im Rahmen eines jeglichen Filtrationsschrittes, wie er im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie es beispielsweise in den Figuren 1 und 2 beschrieben ist, durchgeführt werden. Ähnliche Filtersäulen, die ebenfall im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind beispielsweise kommerziell als MicroCon Filter von Millipore erhältlich.7 shows the filter column according to the invention, the column comprising a first receiving piece (1) which merges into a conical intermediate piece (2) and the conical intermediate piece in turn merges into an outlet piece (3), the transition between the intermediate piece (2) and a filter is attached to the outlet piece (3). The filter can be both a microfilter and an ultrafilter, preferably those as disclosed herein. Such a frit can be carried out in the course of any filtration step, as it is in connection with the method according to the invention, as described, for example, in FIGS. 1 and 2. Similar filter columns that can also be used in the context of the present invention are commercially available, for example, as MicroCon filters from Millipore.
Das Aufhahmestück (1) kann weiterhin ein Befestigungsmittel aufweisen. Das Befestigungsmittel ist bevorzugterweise an der Außenwand des Aufhahmestückes angeordnet und erstreckt sich radial zur Längsachse der Filtersäule. Das Befestigungsmittel kann dabei an einer oder mehreren Stellen der Außenwand des Aufhahmestücks angeordnet sein. Bevorzugterweise ist das Befestigungsmittel als Ring ausgebildet, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser des Aufhahmestückes entspricht. Dabei ist besonders bevorzugt, dass das Befestigungsmittel an dem Ende des Aufhahmestückes (1) angeordnet ist, welches dem Ende desThe receiving piece (1) can furthermore have a fastening means. The fastening means is preferably arranged on the outer wall of the receiving piece and extends radially to the longitudinal axis of the filter column. The fastening means can be arranged at one or more locations on the outer wall of the receiving piece. The fastening means is preferably designed as a ring, the inside diameter of which corresponds to the outside diameter of the receiving piece. It is particularly preferred that the Fastening means is arranged at the end of the receiving piece (1) which corresponds to the end of the
Aufhahmestückes (1) entgegengesetzt ist, das in das konische Zwischenstück (2) übergeht.Receiving piece (1) is opposite, which merges into the conical intermediate piece (2).
Fig. 8 zeigt eine Vakuumkammer wie sie in den erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann. Dabei zeigt Fig. 8A eine Aufsicht der Vakuumkammer, wie sie beispielsweise an der Vakuumstation, wie sie in den Fig. 1 und 3 bis 5 beschrieben ist, eingesetzt werden kann. Position A der in Fig. 8 dargestellten zweiteiligen Vakuumkammer entspricht dabei der Position A, Position B der Position B der Vakuumkammer, wie sie im Rahmen der in den Figuren 1 und 3 bis 5 beschriebenen Verfahren verwendet wird. Beide Teilkammern weisen eine Vielzahl von Bohrungen (13) bzw. (14) auf, in die beispielsweise die Fritte, hierin auch als Filtrationssäule bezeichent, gemäß Fig. 7 eingeführt werden kann. Fig. 8B zeigt einen Querschnitt durch die in Fig. 8A in Aufsicht dargestellte Vakuumkammer mit zwei Teilvakuumkammern. Dabei bezeichnet (10) den Bodenteil und (11) den Deckelteil der Vakuumkammer. Die Länge der Bohrung (14) ist ausgebildet als ein Vielfaches des Durchmessers der Bohrung. Durch dieses Verhältnis wird gewährleistet, dass die in benachbarten Bohrungen (13) durchgeführten Filtrationsschritte ohne wechselseitige Kontamination durchgeführt werden können. Eine Kontamination könnte beispielsweise dadurch auftreten, dass das Filtrat einer jeglichen in einer distinkten Bohrung (13) eingebrachten Filtrationseinheit mit dem Filtrat einer weiteren Filtrationseinheit in Kontakt gelangt und insoweit insbesondere durch Ausbildung einer Flüssigkeitsbrücke die eigentlich zu entfernenden Inhaltsstoffe des einen Filtrates wie beispielsweise Ionen, aber auch Nukleinsäurespezien, die unter den gewählten Bedingungen nicht an das Zielmolekül binden, in den Reaktionsansatz oder das Filtrat einer Filtrationseinheit, die in einer bevorzugterweise benachbarten Bohrung verwendet wird, gelangen. In Fig. 8 A ist eine weitere Detailansicht eines Teils der Deckelkonstruktion dargestellt. Dabei ist bei der einen von der Vielzahl der in der Deckelkonstruktion enthaltenen Bohrungen dargestellten Bohrungen, die der Aufnahme eines Filters bzw. einer Filtersäule dient, ein O-Ring als Dichtung vorgesehen, der zwischen der die Filtersäule aufnehmenden Bohrung und der Deckelkonstruktion angeordnet ist, so dass keine Flüssigkeitsbrücke, insbesondere nicht zwischen verschiedenen Filtrationsansätzen, die in der Deckelkonstruktion enthalten sind, ausgebildet wird.8 shows a vacuum chamber as can be used in the method according to the invention. 8A shows a top view of the vacuum chamber, as can be used, for example, at the vacuum station, as described in FIGS. 1 and 3 to 5. Position A of the two-part vacuum chamber shown in FIG. 8 corresponds to position A, position B to position B of the vacuum chamber, as is used in the process described in FIGS. 1 and 3 to 5. Both subchambers have a large number of bores (13) and (14), into which, for example, the frit, also referred to herein as a filtration column, can be introduced as shown in FIG. 7. FIG. 8B shows a cross section through the vacuum chamber shown in FIG. 8A with two partial vacuum chambers. (10) denotes the base part and (11) the cover part of the vacuum chamber. The length of the bore (14) is designed as a multiple of the diameter of the bore. This ratio ensures that the filtration steps carried out in adjacent bores (13) can be carried out without mutual contamination. Contamination could occur, for example, if the filtrate of any filtration unit placed in a distinct bore (13) comes into contact with the filtrate of a further filtration unit and, in this respect, in particular by forming a liquid bridge, but actually remove the ingredients of the one filtrate, such as ions even nucleic acid species that do not bind to the target molecule under the selected conditions enter the reaction mixture or the filtrate of a filtration unit which is preferably used in a neighboring hole. 8 A shows a further detailed view of a part of the cover construction. In this case, an o-ring is provided as a seal in the one of the plurality of bores contained in the cover construction, which serves to receive a filter or a filter column, which is arranged between the bore receiving the filter column and the cover construction, so that no liquid bridge is formed, in particular not between different filtration approaches which are contained in the lid construction.
Fig. 8 C zeigt eine Ausfiihrungsform der erfindungsgemäßen Vakuumkammer. Das mit Bohrungen (13) bzw. (14) versehene Deckelteil (11) der Kammer sitzt auf dem nicht dargestellten Bodenteil (10) der Vakuumkammer auf, wobei Deckelteil (11) und Bodenteil (10) durch eine Dichtung getrennt sind. In einer jeden Bohrung (13) bzw. (14) ist ein O-Ring (15) als Dichtung angebracht, der gewährleistet, dass die Filtrationssäule (1), die bevorzugt ausgebildet ist, wie in Fig. 7 dargestellt, in den Bohrungen fixiert wird und insbesondere, dass es zu keinerlei Kreuzkontaminationen zwischen den in den einzelnen Bohrungen durchgeführten8 C shows an embodiment of the vacuum chamber according to the invention. The cover part (11) of the chamber provided with bores (13) or (14) sits on the bottom part (10) of the vacuum chamber (not shown), the cover part (11) and bottom part (10) being separated by a seal. In each bore (13) or (14) there is an O-ring (15) attached as a seal, which ensures that the filtration column (1), which is preferably designed, as shown in Fig. 7, is fixed in the holes and in particular that there is no cross-contamination between those carried out in the individual holes
Filtrationsansätzen kommt.Filtration approaches is coming.
Beispiel 1 : Automatische Herstellung von AptamerenExample 1: Automatic production of aptamers
In diesem Beispiel wird die automatische Selektion von spezifisch Ratten-θ!-D-CGRP (calcitonin gene-related peptide; Amara et al., 1982, Nature 298, 240-244) bindenden RNA-Molekülen aus einem Startpool beschrieben.In this example, the automatic selection of RNA molecules specifically binding rat θ! -D-CGRP (calcitonin gene-related peptides; Amara et al., 1982, Nature 298, 240-244) from a starting pool is described.
A. MaterialienA. Materials
NTPs wurden von Larova, Berlin; dNTPs von Qiagen, Hilden bezogen. Die T7 RNA Polymerase stammte von Stratagene, Heidelberg; DNase I von Sigma-Aldrich, Taufkirchen; Taq Polymerase sowie RNase Out RNase-Inhibitor von Invitrogen. Zur RT-PCR wurde der OneStep RT-PCR Kit von Qiagen verwendet.NTPs were from Larova, Berlin; dNTPs obtained from Qiagen, Hilden. The T7 RNA polymerase was from Stratagene, Heidelberg; DNase I from Sigma-Aldrich, Taufkirchen; Taq polymerase and RNase Out RNase inhibitor from Invitrogen. Qiagen's OneStep RT-PCR Kit was used for RT-PCR.
Ratten-α-D-CGRP wurde von BACHEM, Heidelberg synthetisiert. Das zur Selektion verwendete Peptid trägt eine Biotingruppe am Carboxylterminus, um die Trennung von ungebundenen Nukleinsäuren mittels der Biotin-NeutrAvidin- Wechselwirkung zu ermöglichen. Hierfür wurden NeutrAvidin-Agarose und NeutrAvidin-UltraLink von Pierce verwendet.Rat α-D-CGRP was synthesized by BACHEM, Heidelberg. The peptide used for the selection carries a biotin group at the carboxyl terminus in order to enable the separation of unbound nucleic acids by means of the biotin-neutrAvidin interaction. NeutrAvidin-Agarose and NeutrAvidin-UltraLink from Pierce were used for this.
DNA-PoolDNA pool
Die DNA für den Startpool wurde im Hause synthetisiert und basiert auf dem Pool DE.40 mit der Sequenz 5'-TCT AAT ACG ACT CAC TAT AGG AGC TCA GAC TTC ACT CGT G-N40- CAC GTA CCA CTG TCG GTT CCA C-3' (SEQ.ID.Nr. 22).The DNA for the start pool was synthesized in-house and is based on pool DE.40 with the sequence 5'-TCT AAT ACG ACT CAC TAT AGG AGC TCA GAC TTC ACT CGT GN 40 - CAC GTA CCA CTG TCG GTT CCA C-3 ' (SEQ.ID.No. 22).
Forward (T7)-Primer DE.40T7:Forward (T7) primer DE.40T7:
5'-TCT AATACGACT CAC TATAGGAGC TCAGAC TTC ACT CG-3' (SEQ.ID.Nr.23)5'-TCT AATACGACT CAC TATAGGAGC TCAGAC TTC ACT CG-3 '(SEQ.ID.Nr.23)
Reverse Primer DE.40R:Reverse primer DE.40R:
5'-GTG GAA CCG ACA GTG GTA CG-3' (SEQ.ID.Nr. 24) 2 nmol des einzelsträngigen DNA-Pools wurden in einer "fill-in" Reaktion unter Verwendung von T7-Primer in einem Volumen von 1 ml zu transkribierbarer dsDNA aufgefüllt. Schließlich wurde mittels T7-RNA-Polymerase in 4 ml Volumen einzelsträngige RNA erzeugt, die als Ausgangspool für die in vttro-Selektion verwendet wurde.5'-GTG GAA CCG ACA GTG GTA CG-3 '(SEQ.ID.No. 24) 2 nmol of the single-stranded DNA pool were filled in a "fill-in" reaction using T7 primer in a volume of 1 ml to transcribable dsDNA. Finally, single-stranded RNA was generated in 4 ml volume using T7 RNA polymerase, which was used as a starting pool for the in vttro selection.
B. SelektionsschritteB. Selection steps
Denaturierung und Faltung der RNADenaturation and folding of the RNA
Alle nicht-enzymatischen Schritte der Selektion mit Ausnahme der Denaturierung der RNA vor dem Kontaktieren mit dem Zielmolekül Ratten-α-D-CGRP wurden in Selektionspuffer (HEPES- KOH, pH 7,5; 150 mM NaCl; 1 mM MgCl2; 1 mM CaCl2; 0.1% [w/vol] Tween-20) durchgeführt. Die Denaturierung erfolgte für 5 Minuten bei 95°C in Selektionspuffer ohne CaCl2 und MgCl2. Nach der Denaturierung wurde die RNA auf Raumtemperatur abgekühlt, MgCl2 und CaCl2 wurden zugegeben und weitere 5 Minuten bei Raumtemperatur inkubiert.All non-enzymatic steps of the selection, with the exception of denaturing the RNA before contacting the target molecule rat-α-D-CGRP, were carried out in selection buffer (HEPES-KOH, pH 7.5; 150 mM NaCl; 1 mM MgCl 2 ; 1 mM CaCl 2 ; 0.1% [w / vol] Tween-20). The denaturation was carried out for 5 minutes at 95 ° C. in selection buffer without CaCl 2 and MgCl 2 . After denaturation, the RNA was cooled to room temperature, MgCl 2 and CaCl 2 were added and incubated for a further 5 minutes at room temperature.
Anbindung und Abtrennung von nicht-bindenden RNA-SpeziesAttachment and separation of non-binding RNA species
Im Anschluss an die Faltung wurde die RNA zunächst bei Raumtemperatur für 15 Minuten ohne Peptid mit der Matrix (NeutrAvidin-Agarose oder NeutrAvidin-UltraLink) inkubiert. Diese sogenannte Präselektion diente der Entfernung von potentiellen Matrixbindern. Nach diesem Inkubationsschritt wurde die Matrix durch Sedimentierenlassen von der RNA abgetrennt, mit den aus Fig. 9 ersichtlichen Konzentrationen von biotinyliertem Ratten-c-D-CGRP versetzt und für 1 h bei Raumtemperatur inkubiert. Daraufhin wurde dem Bindungsansatz die biotin-bindende Matrix zugesetzt und nochmals unter Schütteln für 10 Minuten bei Raumtemperatur inkubiert. Anschließend wurde die Matrix gewaschen, um nicht-bindende RNA-Spezies von bindenden zu entfernen. Das hierbei verwendete Waschvolumen lag in den ersten Runden beim 5-fachen Volumen der Matrix (50 μl Matrix für Runde 1 und 2, 10 μl für Runden 3-9), in späteren Runden wurden bis zu 135-fache Waschvolumina benutzt. ElutionFollowing the folding, the RNA was first incubated at room temperature for 15 minutes without peptide with the matrix (NeutrAvidin-Agarose or NeutrAvidin-UltraLink). This so-called preselection was used to remove potential matrix binders. After this incubation step, the matrix was separated from the RNA by sedimentation, mixed with the concentrations of biotinylated rat cD-CGRP shown in FIG. 9 and incubated for 1 h at room temperature. The biotin-binding matrix was then added to the binding mixture and incubated again with shaking for 10 minutes at room temperature. The matrix was then washed to remove non-binding RNA species from binding. The wash volume used here was 5 times the volume of the matrix in the first rounds (50 μl matrix for rounds 1 and 2, 10 μl for rounds 3-9), in later rounds up to 135 times the wash volume was used. elution
Elution der gebundenen RNA erfolgte durch Resuspendieren der Matrixpartikel mit angebundener RNA in RT-PCR-Puffer und Erhitzen auf 95 °C für 3 Minuten. Die Ansätze wurden dann mit Enzymen versetzt (Reverse Transkriptase und thermostabile DNA-Polymerase aus dem OneStep RT-PCR Kit [Qiagen]) und die Reverse Transkription sowie die nachfolgende PCR in Gegenwart der Matrix durchgeführt.The bound RNA was eluted by resuspending the matrix particles with bound RNA in RT-PCR buffer and heating to 95 ° C. for 3 minutes. Enzymes were then added to the batches (reverse transcriptase and thermostable DNA polymerase from the OneStep RT-PCR Kit [Qiagen]) and the reverse transcription and the subsequent PCR were carried out in the presence of the matrix.
C. Amplifikation - Enzymatische ReaktionenC. Amplification - Enzymatic Reactions
Fill-in Reaktion - Herstellung von transkribierbarer dsDNAFill-in reaction - production of transcribable dsDNA
Um doppelsträngige, in vitro transkribierbare DNA zu erhalten, wurden 2 nmol synthetisierte ssDNA (Pool DE.40) mit dem passenden Primer DE.40T7 zu doppelsträngiger DNA enzymatisch aufgefüllt. Die Reaktionsbedingungen waren wie folgt: ssDNA Pool, 2 μM; DE.40T7, 6 μM; dNTPs, 200 μM; Taq Polymerase, 200 U/ml; 1 x Reaktionspuffer wie vom Hersteller empfohlen mit 2.5 mM Mg2+. Das Reaktionsvolumen betrug 1 ml, die Inkubation wurde 30 Minuten bei 63°C durchgeführt.In order to obtain double-stranded, in vitro transcribable DNA, 2 nmol synthesized ssDNA (Pool DE.40) were filled in enzymatically with the appropriate primer DE.40T7 to double-stranded DNA. The reaction conditions were as follows: ssDNA pool, 2 µM; DE.40T7, 6 µM; dNTPs, 200 µM; Taq polymerase, 200 U / ml; 1 x reaction buffer as recommended by the manufacturer with 2.5 mM Mg 2+ . The reaction volume was 1 ml, the incubation was carried out at 63 ° C. for 30 minutes.
Transkription - Herstellung von RNA für Verwendung in der SelektionTranscription - preparation of RNA for use in selection
Transkriptionen wurden mit 100 U T7 RNA-Polymerase und 40 U RNase Out RNase-Inhibitor in T7-Reaktionsρuffer (80 mM HEPES pH 7,5; 22 mM MgCl2; 1 mM Speπnidin; 10 mM Dithiothreitol [DTT]; je 4 mM GTP, ATP, CTP und UTP; 80 μg/ml BSA) in einem Gesamtvolumen von 100 μl durchgeführt. Pro 100 μl-Reaktion wurden zwischen 10 und 30 μl RT-PCR Reaktion mit darin entstandener, doppelsträngiger DNA als Transkriptionstemplate eingesetzt. Die Reaktionen wurden 3-12 Stunden bei 37°C inkubiert und anschließend mit DNase I versetzt, um die Template-DNA zu verdauen. Die erzeugte RNA wurde daraufhin entweder unter denaturierenden Bedingungen über ein 8% Polyacrylamidgel mit 8 M Harnstoff oder aber nativ mittels Ultrafiltration mit Ultrafiltrationseinheiten von nicht eingebauten NTPs abgetrennt. Ultrafiltrationsgereinigte RNA wurde vom Filter gespült, gelgereinigte RNA aus den ausgeschnittenen Gelstückchen eluiert, mit Ethanol gefällt, getrocknet und in Wasser aufgenommen.Transcriptions were performed with 100 U T7 RNA polymerase and 40 U RNase Out RNase inhibitor in T7 reaction buffer (80 mM HEPES pH 7.5; 22 mM MgCl 2 ; 1 mM Speπnidin; 10 mM dithiothreitol [DTT]; 4 mM GTP each , ATP, CTP and UTP; 80 μg / ml BSA) in a total volume of 100 μl. Between 100 and 30 ul RT-PCR reaction with the resulting double-stranded DNA was used as a transcription template per 100 ul reaction. The reactions were incubated for 3-12 hours at 37 ° C and then DNase I was added to digest the template DNA. The RNA produced was then separated from non-incorporated NTPs either under denaturing conditions using an 8% polyacrylamide gel with 8 M urea or alternatively using ultrafiltration with ultrafiltration units. Ultrafiltration-purified RNA was rinsed from the filter, gel-purified RNA from the cut out pieces of gel eluted, precipitated with ethanol, dried and taken up in water.
Reverse Transkription und PCR von selektierten RNAsReverse transcription and PCR of selected RNAs
Die reverse Transkription von selektierten RNA-Molekülen wurde mit dem Qiagen OneStep RT- PCR Kit unter vom Hersteller empfohlenen Pufferbedingungen unter Anwesenheit der NeutrAvidin-Agarose bzw. -UltraLink-Matrix in 100 μl Volumen durchgeführt. Dazu wurden die Ansätze komplett mit Matrix, daran anhaftender RNA und RT-PCR-Reaktionspuffer für 3 Minuten auf 95°C erhitzt, dann 2 Minuten auf 50°C äquilibriert, bevor die Enzyme zugegeben wurden. Zur reversen Transkription wurden die Reaktionen 20 Minuten bei 50°C gehalten, dann 10 Minuten auf 60°C. Inaktivierung der RT-Enzyme sowie Aktivierung der thermostabilen Polymerase wurde durch 15-minütiges Erhitzen auf 95°C erreicht.The reverse transcription of selected RNA molecules was carried out with the Qiagen OneStep RT-PCR Kit under buffer conditions recommended by the manufacturer in the presence of the NeutrAvidin-Agarose or -UltraLink matrix in 100 μl volume. For this purpose, the batches were completely heated with matrix, RNA adhering to them and RT-PCR reaction buffer at 95 ° C. for 3 minutes, then equilibrated at 50 ° C. for 2 minutes before the enzymes were added. For reverse transcription, the reactions were held at 50 ° C for 20 minutes, then at 60 ° C for 10 minutes. Inactivation of the RT enzymes and activation of the thermostable polymerase was achieved by heating to 95 ° C for 15 minutes.
Die Parameter des Thermocyclings waren wie folgt: Denaturieren, 30 s bei 95°C; Annealing, 30 s bei 63 °C; Polymerisierung, 30 s bei 72°C.The parameters of the thermal cycling were as follows: denaturing, 30 s at 95 ° C; Annealing, 30 s at 63 ° C; Polymerization, 30 s at 72 ° C.
D. Kontrolle des PCR-FortschrittsD. Control of PCR progress
Die Menge an während der PCR entstandener doppelsträngiger DNA wurde halbquantitativ verfolgt. Dies diente dem Zweck, die Anzahl an PCR-Zyklen möglichst klein zu halten. Dadurch werden nur so viele PCR-Zyklen durchgeführt, wie nötig sind, um genügend Template für die T7-Reaktion zu erhalten. Während der PCR wurden daher ab einer gewissen Zyklenzahl Aliquots aus den PCR-Ansätzen entnommen und zu 90 μl einer PicoGreen-Lösung (verdünnt 1:400 in TE [10 mM Tris-HCl, pH 8; 1 mM EDTA]) gegeben. PicoGreen ist ein Fluoreszenzfarbstoff, der frei in Lösung kaum, an doppelsträngige DNA gebunden jedoch stark fluoresziert (Ex: 485 nm; Em: 520 ran). Messung der Fluoreszenz im Vergleich zu einer Kontrolle ohne thermostabile Polymerase erlaubt eine recht genaue Abschätzung des PCR- Fortschritts. Nach Erreichen des Schwellenwerts (Fluoreszenz gecycelt / Fluoreszenz ungecycelt > 2) kann ein Aliquot der RT-PCR-Reaktion als Template für die in vttro-Transkription dienen.' E. Automatische ManipulationenThe amount of double-stranded DNA generated during the PCR was monitored semi-quantitatively. The purpose of this was to keep the number of PCR cycles as small as possible. This means that only as many PCR cycles are carried out as are necessary to obtain enough templates for the T7 reaction. Aliquots were therefore taken from the PCR batches during the PCR from a certain number of cycles and added to 90 μl of a PicoGreen solution (diluted 1: 400 in TE [10 mM Tris-HCl, pH 8; 1 mM EDTA]). PicoGreen is a fluorescent dye that hardly free in solution, but strongly fluoresces when bound to double-stranded DNA (Ex: 485 nm; Em: 520 ran). Measurement of the fluorescence compared to a control without thermostable polymerase allows a fairly accurate estimate of the PCR progress. After reaching the threshold value (fluorescence cycled / fluorescence uncycled> 2), an aliquot of the RT-PCR reaction can serve as a template for the in vitro transcription. ' E. Automatic manipulations
Ab der dritten Runde wurden alle Manipulationen außer drei Gelreinigungsschritten auf einem Pipettierroboter vollautomatisch durchgeführt. Die Anordnung der einzelnen dabei verwendeten Module auf dem Arbeitsbereich des Roboters geht aus Fig. 2 hervor. Folgende Module wurden eingesetzt:From the third round onwards, all manipulations except three gel cleaning steps were carried out fully automatically on a pipetting robot. The arrangement of the individual modules used here on the working area of the robot is shown in FIG. 2. The following modules were used:
• Fluoreszenzleser zur Kontrolle des Amplifikationsfortschrittes während der PCR. Proben, in denen bereits ausreichend DNA erzeugt worden ist, werden vollautomatisch zwischengelagert und keinen weiteren Thermocyclen unterworfen.• Fluorescence reader to control the progress of amplification during the PCR. Samples in which sufficient DNA has already been generated are stored automatically and are not subjected to any further thermocycles.
• Doppelvakuumkammer mit Kammer A für die Trennung von an die Matrix gebundenen und ungebundenen RNA-Spezies und Kammer B für die Aufreinigung von Transkriptionsreaktionen.• Double vacuum chamber with chamber A for the separation of bound and unbound RNA species and chamber B for the purification of transcription reactions.
• Halterungen für Pipettenspitzen.• Brackets for pipette tips.
• Thermocycler zur Durchfuhrung der PCR-Programme sowie für diverse Inkubationsschritte.• Thermal cycler for carrying out the PCR programs and for various incubation steps.
• Schüttler zur Suspendierung von Matrix in Bindungs- oder Reaktionspuffer.• Shaker to suspend matrix in binding or reaction buffer.
• 50°C Arbeitsstation, um enzymatische Reaktionen direkt bei dieser Temperatur starten zu können ("hot start") bzw. um PCR-Reaktionen während der Probennahme zur Fluoreszenzkontrolle nicht zu sehr abkühlen zu lassen.• 50 ° C work station, in order to be able to start enzymatic reactions directly at this temperature ("hot start") or to not allow PCR reactions to cool down too much during sampling for fluorescence control.
• 4°C Arbeitsstation zur Zwischenlagerung von PCR- bzw. Transkriptionsreaktionen.• 4 ° C work station for the intermediate storage of PCR or transcription reactions.
• 4°C Reagenzienständer zur Aufbewahrung von wä meempfindlichen Reagenzien wie Enzyme oder vorbereitete Reaktionsgemische.• 4 ° C reagent rack for storing heat-sensitive reagents such as enzymes or prepared reaction mixtures.
• RT/37°C Reagenzienständer zur Aufbewahrung von Waschpuffern.• RT / 37 ° C reagent rack for storing washing buffers.
• RT/37°C Arbeitsstation zur Durchführung der meisten Manipulationen.• RT / 37 ° C work station to perform most manipulations.
• Fluoroplatten Arbeitsstation zur Vorbereitung der Proben zur Fluoreszenzmessung.• Fluoroplate work station to prepare the samples for fluorescence measurement.
• Hotel zur Lagerung von momentan nicht bearbeiteten Platten.• Hotel for the storage of currently unprocessed panels.
• Abfallposition für Deponieren von gebrauchten Pipettenspitzen.• Waste position for depositing used pipette tips.
Die Beteiligung der einzelnen Module am im Rahmen dieses Beispiels beschriebenen Selektionsprozess sowie die Reihenfolge ihrer Benutzung geht aus Fig. 1 hervor. F. ErgebnisseThe involvement of the individual modules in the selection process described in the context of this example and the order in which they are used can be seen in FIG. 1. F. Results
S elektionsverlaufSelection process
Der Verlauf der Selektion ist in Fig. 9 dargestellt. In jeder Selektionsrunde wurden drei unterschiedlich stringente Ansätze sowie eine Leersäule ohne D-CGRP als Zielmolekül gefahren. Die Stringenz wurde sowohl durch Variation des verwendeten Waschvolumens als auch durch Verwendung von geringeren D-CGRP-Konzentrationen erhöht.The course of the selection is shown in FIG. 9. In each selection round, three differently stringent approaches and an empty column without D-CGRP as the target molecule were used. The stringency was increased both by varying the wash volume used and by using lower D-CGRP concentrations.
Die Selektionsrunden 1 und 2 wurden manuell durchgeführt, weil die großen Mengen an Matrix, die für die Bindung des D-CGRP in den (notwendigermassen hohen) Konzentrationen dieser initialen Runden erforderlich sind, nicht mehr sicher von Pipettierautomaten bearbeitet werden können. Ab Runde 3 wurde vollautomatisch selektiert, wobei nach jeweils zwei automatischen Selektionrunden entschieden wurde, welcher Selektionsstrang fortzusetzen war.The selection rounds 1 and 2 were carried out manually because the large amounts of matrix which are required for the binding of the D-CGRP in the (necessarily high) concentrations of these initial rounds can no longer be processed safely by pipetting machines. From round 3 onwards, selection was made fully automatically, and after two automatic selection rounds it was decided which selection strand was to be continued.
In Fig. 9 ist derjenige Selektionsstrang durch dicke Balken hervorgehoben, der letztendlich auch die nachstehenden Sequenzen hervorbrachte. Generell wurde die selektierte RNA des stringentesten Stranges, d.h. der geringsten Peptidkonzentration bzw. des höchsten Waschvolumens, welche bei der Amplifikation noch ein signifikantes Signal über der Nullkontrolle ergab, in die nächste Runde eingesetzt. Als Maß für dieses Signal galt die Anzahl an Zyklen, die notwendig war, um den Schwellenwert (s. "Kontrolle des PCR-Fortschritts") zu erreichen. Insgesamt wurden 9 präparative Runden, davon sieben automatisch, und eine weitere, analytische Runde mit insgesamt sieben verschiedenen Peptidkonzentrationen durchgeführt.In FIG. 9, the selection strand is highlighted by thick bars, which ultimately also produced the sequences below. In general, the selected RNA of the most stringent strand, i.e. the lowest peptide concentration or the highest wash volume, which gave a significant signal above the zero control during the amplification, used in the next round. The number of cycles required to reach the threshold value (see “Checking the PCR Progress”) was used as a measure of this signal. A total of 9 preparative rounds, seven of which were automatic, and another analytical round with a total of seven different peptide concentrations were carried out.
Die Populationen an dsDNA-Molekülen aus Runde 9 mit 110 nM (Ansatz 110) bzw. Runde 9 mit 12 nM D-CGRP (Ansatz 12) wurden kloniert und es wurden insgesamt 96 Klone (je 48) sequenziert.The populations of dsDNA molecules from round 9 with 110 nM (approach 110) or round 9 with 12 nM D-CGRP (approach 12) were cloned and a total of 96 clones (48 each) were sequenced.
Sequenzensequences
Das Ergebnis der Sequenzanalyse ist in Fig. 10 dargestellt. Von den insgesamt 96 Klonen konnten in 85 Klonen beide Primer wiedergefunden werden. Für die verschiedenen Klone wurde die folgende Reihenfolge festgestellt: Position in Klon- Häufigkeit Häufigkeit Häufigkeit SEQ.ID.No Fig. 10 Bezeichnung gesamt Ansatz 110 Ansatz 12The result of the sequence analysis is shown in FIG. 10. From the total of 96 clones, both primers could be found in 85 clones. The following order was found for the different clones: Position in clone Frequency Frequency Frequency SEQ.ID.No Fig. 10 Name total Approach 110 Approach 12
1 H2 33 21 12 11 H2 33 21 12 1
2 Hl 12 2 10 22 Hl 12 2 10 2
3 G2 11 3 8 33 G2 11 3 8 3
4 E6 9 3 6 44 E6 9 3 6 4
5 E5 6 4 2 55 E5 6 4 2 5
6 H3 3 1 2 66 H3 3 1 2 6
7 D3 2 1 1 77 D3 2 1 1 7
8 E4 1 88 E4 1 8
9 F6 1 99 F6 1 9
10 A6 1 1010 A6 1 10
11 G10 1111 G10 11
12 G7 1212 G7 12
13 C9 1313 C9 13
14 E10 1414 E10 14
15 H9 1515 H9 15
16 B8 1616 B8 16
Ranking der erhaltenen Klone bezüglich ihrer BindungseigenschaftenRanking of the clones obtained in terms of their binding properties
Ein Vergleich der Bindungsstärke von 10 dieser Moleküle gegenüber dem Zielmolekül D-CGRP wurde nach radioaktiver Markierung der RNA-Moleküle angestellt. Untersucht wurden die Moleküle mit der Seq.ID.No. 1 bis 10. Dazu wurden jeweils 7 pmol der markierten RNA für 3 Minuten bei 95 °C in Selektionspuffer ohne Ca"*"* bzw. Mg-1"1" denaturiert, durch Zugabe von jeweils 1 mM dieser Ionen bei Raumtemperatur gefaltet und dann für 1 Stunde mit biotmyliertem D-CGRP in Konzentrationen von 0, 100 bzw. 300 nM bei Raumtemperatur inkubiert. Anschliessend wurde eine konstante Menge NeutrAvidin-Agarose-Partikel als Matrix zugegeben und der RNA:Peptid-Komplex für 10 Minuten unter Schütteln immobilisiert. Die Matrix wurde abgetrennt, der Überstand abgenommen und die Differenz der gebundenen/ungebundenen RNA ermittelt. Von den ermittelten Werten wurde die Kontrolle (0 nM D-CGRP) als Hintergrund abgezogen. Die prozentualen Anbindungen sind in Fig. 11 dargestellt.A comparison of the binding strength of 10 of these molecules with the target molecule D-CGRP was made after radioactive labeling of the RNA molecules. The molecules were examined with Seq.ID.No. 1 to 10. For this purpose, 7 pmol each of the labeled RNA was denatured for 3 minutes at 95 ° C. in selection buffer without Ca * * or Mg −1 “1” , folded by adding 1 mM of these ions at room temperature and then folded incubated for 1 hour with biotmylated D-CGRP in concentrations of 0, 100 or 300 nM at room temperature. A constant amount of NeutrAvidin-Agarose particles was then added as a matrix and the RNA: peptide complex was immobilized for 10 minutes with shaking. The matrix was separated, the supernatant removed and the difference in bound / unbound RNA determined. The control (0 nM D-CGRP) as background. The percentage connections are shown in Fig. 11.
Beispiel 2: Verkürzung eines Aptamers, das D-CGRP in Lösung bindetExample 2: Shortening an aptamer that binds D-CGRP in solution
Um Aptamere bzw. Spiegelmere wirtschaftlich produzieren zu können, ist es essentiell, dass die durch in vttro-Selektion erhaltenen Moleküle auf ihr minimales Bindungsmotiv verkürzt und möglichst noch in ihrem Bindungsverhalten optimiert werden. Ausgehend von den in Beispiel 1 beschriebenen D-CGRP -bindenden RNA-Aptameren und den hierzu korrespondierenden RNA- Spiegelmeren, die freies L-CGRP erkennen können, wurde versucht, die Länge der jeweiligen Aptamere bzw. Spiegelmere zu verkürzen. Von den insgesamt 10 Klonen, deren Bindungsverhalten übeφriift wurde, zeichneten sich die sehr ähnlichen und überdies häufigen Klone Hl und G2 durch gute D-CGRP-Bindung aus. Ihre mit dem Programm rnafold (I.L. Hofacker et al, 1994. Monatsh. Chem 125: 167-188) berechneten Sekundärst-rakturen ließen überdies vermuten, dass die für alle Sequenzen konstanten Primerregionen nicht an der Ausbildung der für die Zielmolekülerkennung wichtigen Strukturen beteiligt sind (Fig. 12).In order to be able to produce aptamers or Spiegelmers economically, it is essential that the molecules obtained in vttro selection are shortened to their minimum binding motif and that their binding behavior is optimized as far as possible. On the basis of the D-CGRP-binding RNA aptamers described in Example 1 and the corresponding RNA level meres, which can recognize free L-CGRP, an attempt was made to shorten the length of the respective aptamers or Spiegelmers. Of the total of 10 clones whose binding behavior was checked, the very similar and, moreover, frequent clones Hl and G2 were distinguished by good D-CGRP binding. The secondary fractures calculated with the rnafold program (IL Hofacker et al, 1994. Monthly Chem. 125: 167-188) also suggested that the primer regions that are constant for all sequences are not involved in the formation of the structures that are important for target molecule recognition ( Fig. 12).
Molekül Hl unterscheidet sich von G2 durch das Fehlen von zwei komplementären Basen, die Bestandteil einer intramolekularen Helix sind (G25 und C59 in Molekül G2). Da beide Moleküle vergleichbar gut ans Zielmolekül binden, wurde von der Sequenz des kürzeren Moleküls Hl (82- mer) ausgegangen. Ein entsprechendes ssDNA-Molekül zur in vz'tro-Transkription des Moleküls HIV (47-mer; Entfernung der Basen 1-17 sowie 65-82; Austausch von C18 --> G und G64 -> C) wurde synthetisiert, zur dsDNA aufgefüllt und mittels T7-Polymerase das gewünschte, radioaktiv markierte Aptamer (SEQ.ID.No. 17) erzeugt. Die mit dem Programm rnafold berechnete Sekundär Struktur von HIV ist in Fig. 13 dargestellt.Molecule Hl differs from G2 in that it lacks two complementary bases that are part of an intramolecular helix (G25 and C59 in molecule G2). Since both molecules bind comparatively well to the target molecule, the sequence of the shorter molecule Hl (82mer) was assumed. A corresponding ssDNA molecule for in vivo transcription of the molecule HIV (47-mer; removal of bases 1-17 and 65-82; exchange of C18 -> G and G64 -> C) was synthesized and filled in to form the dsDNA and generates the desired, radioactively labeled aptamer (SEQ.ID.No. 17) using T7 polymerase. The secondary structure of HIV calculated with the rnafold program is shown in FIG. 13.
Nach Aufreinigung wurden die Bindungseigenschaften von HIV, wie bereits in Beispiel 1 beschrieben, bestimmt. Wie aus Fig. 11 ersichtlich, fuhrt die Verkürzung von Klon Hl zu keiner verschlechterten Bindung an das Zielmolekül D-CGRP. Beispiel 3: Hemmung der cAMP-Produktion durch Ratten-α-L-CGRP bindendeAfter purification, the binding properties of HIV were determined as already described in Example 1. As can be seen from FIG. 11, the shortening of clone Hl does not lead to a deteriorated binding to the target molecule D-CGRP. Example 3: Inhibition of cAMP production by rat α-L-CGRP binding
SpiegelmereSpiegelmers®
Ausgehend von der Sequenz des Klons Hl wurden verschiedene verkürzte Spiegelmere (also aus L-Nukleotiden) mit Längen zwischen 47 und 39 nt im Hause synthetisiert (Fig. 14). Die biologische Wirksamkeit dieser Moleküle (H1C [47-mer] (SEQ.ID.Nr. 18); H1C 1 [43-mer] (SEQ.ID.Nr. 19); H1C 2 [43-mer] (SEQ.ID.Nr. 20); H1C 1+2 [39-mer], (SEQ.ID.Nr. 21)) sollte in Zellkultur-Experimenten analysiert werden.Based on the sequence of the clone Hl, various shortened Spiegelmers (ie from L-nucleotides) with lengths between 47 and 39 nt were synthesized in-house (Fig. 14). The biological activity of these molecules (H1C [47-mer] (SEQ.ID.No. 18); H1C 1 [43-mer] (SEQ.ID.No. 19); H1C 2 [43-mer] (SEQ.ID No. 20); H1C 1 + 2 [39-mer], (SEQ.ID.No. 21)) should be analyzed in cell culture experiments.
A. ZellkultivierungA. Cell cultivation
Zur Zellkultivierung wurden Zellen der humanen Neuroblastoma-Linie SK-N-MC (DSMZ, Braunschweig) in einer Zahl von 4 x 104 pro Napf einer 96 Napf-Mikrotiteφlatte ausgesät und bei 37°C und 5% CO2 in DMEM (1.000 mg/1 Glucose) mit 10% hitzeinaktiviertem fötales Kälberserum (FCS), 4 mM L-Alanyl-L-Glutamin (GLUTAMAX), 50 units/ml Penicillin und 50 μg/ml Streptomycin kultiviert. 48 Stunden nach Aussaat waren die Zellen zu 80 - 90 % konfluent und wurden für die Versuche eingesetzt.For cell cultivation, cells of the human neuroblastoma line SK-N-MC (DSMZ, Braunschweig) were seeded in a number of 4 × 10 4 per well of a 96 well microtiter plate and at 37 ° C. and 5% CO 2 in DMEM (1,000 mg / 1 glucose) with 10% heat-inactivated fetal calf serum (FCS), 4 mM L-alanyl-L-glutamine (GLUTAMAX), 50 units / ml penicillin and 50 μg / ml streptomycin. 48 hours after sowing, the cells were 80-90% confluent and were used for the experiments.
B. Vorbereitung, Stimulierung und Lyse der ZellenB. Preparation, stimulation and lysis of the cells
Die Spiegelmere wurden zusammen mit 1 nM L-CGRP (Bachern) in Hank's balanced salt solution (HBSS) + 1 mg/ml BSA für 15 - 60 Minuten bei 37°C in einer 0,2 ml "low profile 96- tube"-Platte inkubiert. Kurz vor Zugabe zu den Zellen wurden 2 μl einer 50 mM IBMX-Lösung (3-Isobutyl-l-methylxanthin) zugegeben. Die Zellen wurden 20 Minuten vor Zugabe der L- CGRP/Spiegelmer- Ansätze mit 1 mM IBMX vorbehandelt.The Spiegelmers were together with 1 nM L-CGRP (Bachern) in Hank's balanced salt solution (HBSS) + 1 mg / ml BSA for 15 - 60 minutes at 37 ° C in a 0.2 ml "low profile 96-tube" - Incubated plate. Shortly before addition to the cells, 2 μl of a 50 mM IBMX solution (3-isobutyl-l-methylxanthine) were added. The cells were pretreated with 1 mM IBMX 20 minutes before adding the L-CGRP / Spiegelmer batches.
Zur Stimulation wurde das Medium von den Zellen abgesaugt und die vorinkubierten Ansätze zugegeben. Nach Inkubation für 30 Minuten bei 37°C wurden die Überstände abgesaugt und die Zellen mit 50 μl/Napf Lysis-Puffer für 30 Minuten bei 37°C lysiert. Der Lysis-Puffer ist Bestandteil des "cAMP-Screen™ System"-kits (Applied Biosystems), mit dem der cAMP- Gehalt der Extrakte bestimmt wird. Jeweils 10 μl der Extrakte werden in den Test eingesetzt. C. TestdurchführungFor stimulation, the medium was aspirated from the cells and the pre-incubated batches were added. After incubation for 30 minutes at 37 ° C., the supernatants were aspirated and the cells were lysed with 50 μl / well lysis buffer for 30 minutes at 37 ° C. The lysis buffer is part of the "cAMP-Screen ™ System" kit (Applied Biosystems), with which the cAMP content of the extracts is determined. 10 μl of the extracts are used in the test. C. Test Execution
Die Durchfuhrung des Tests erfolgte wie vom Hersteller beschrieben. In einer Assay-Platte (beschichtet mit Ziegen anti-Kaninchen IgG) wurden zu 50 μl des Lysis-Puffers 10 μl/Napf des Lysats gegeben und mit 30 μl/Napf des nach Herstellerangaben verdünnten cAMP- Alkalische Phosphatase-Konjugats vermischt. Danach wurden 60 μl/Napf des im Kit mitgelieferten cAMP- Antiköφers hinzugefügt und eine Stunde unter Schütteln bei Raumtemperatur inkubiert. Danach wurden die Lösungen aus den Näpfen entfernt und diese 6 mal mit dem mitgelieferten Waschpuffer gewaschen. Zur Detektion wurden 100 μl/Napf CSPD/Sapphire-II RTU Substrat zugegeben, 30 Minuten bei Raumtemperatur inkubiert und die Lumineszenz in einem POLARstar Galaxy Multidetektions-Plattenlesegerät (BMG) gemessen.The test was carried out as described by the manufacturer. 10 μl / well of the lysate were added to 50 μl of the lysis buffer in an assay plate (coated with goat anti-rabbit IgG) and mixed with 30 μl / well of the cAMP-alkaline phosphatase conjugate diluted according to the manufacturer's instructions. Then 60 μl / well of the cAMP antibody supplied in the kit was added and incubated for one hour while shaking at room temperature. The solutions were then removed from the wells and washed 6 times with the washing buffer provided. For the detection, 100 μl / well CSPD / Sapphire-II RTU substrate were added, incubated for 30 minutes at room temperature and the luminescence was measured in a POLARstar Galaxy multi-detection plate reader (BMG).
D. Ergebnisse der Zellkultur-ExperimenteD. Results of cell culture experiments
Die biologische Wirksamkeit der Spiegelmere wurde zunächst grob abgeschätzt. Dazu wurden die Moleküle H1C, H1C 1, H1C 2 und H1C 1+2 nur in einer Konzentration (300 nM) eingesetzt, die Zellen stimuliert, lysiert und schließlich der cAMP-Gehalt der Extrakte wie beschrieben bestimmt. Es wurden Dreifachbestimmungen durchgeführt und die gebildeten Mengen an cAMP als Prozentsatz der Kontrolle (kein Spiegeimer im Vorinkubationsansatz) ± Standardabweichung aufgetragen.The biological effectiveness of the Spiegelmers was initially roughly estimated. For this purpose, the molecules H1C, H1C 1, H1C 2 and H1C 1 + 2 were used only in a concentration (300 nM), the cells were stimulated, lysed and finally the cAMP content of the extracts was determined as described. Triplicate determinations were carried out and the amounts of cAMP formed were plotted as a percentage of the control (no mirror bucket in the pre-incubation batch) ± standard deviation.
Die Ergebnisse des Rankings sind in Fig. 15 dargestellt. H1C inhibierte die cAMP-Produktion der Zellen um 66%, H1C 1 um 37.8% sowie H1C 1+2 um 21,4%. Die für H1C 2 beobachtete Aktivierung der cAMP-Produktion ist höchstwahrscheinlich ein Artefakt.The results of the ranking are shown in Fig. 15. H1C inhibited cAMP production by 66%, H1C 1 by 37.8% and H1C 1 + 2 by 21.4%. The activation of cAMP production observed for H1C 2 is most likely an artifact.
Für das effektivste Molekül H1C wurde eine Dosis- Wirkungskurve für L-CGRP erstellt ([L- CGRP] = 1; 3; 10; 30; 100; 200; 300; 400; 1000 nM). Aus der Kurve lässt sich eine IC50 - also die Konzentration an Spiegeimer, bei der nur noch 50% der in der Kontrolle vorhandenen cAMP-Menge gebildet wird - von ca. 150 nM abschätzen. Das Ergebnis ist in Fig. 16 dargestellt. Beispiel 4: Automatische Herstellung von Aptameren unter Verwendung vonA dose-response curve for L-CGRP was created for the most effective molecule H1C ([L-CGRP] = 1; 3; 10; 30; 100; 200; 300; 400; 1000 nM). From the curve, an IC50 - i.e. the concentration of the mirror bucket at which only 50% of the amount of cAMP present in the control is formed - can be estimated at approximately 150 nM. The result is shown in Fig. 16. Example 4: Automatic preparation of aptamers using
Nukleinsäuren ohne Primer-BindungsstellenNucleic acids without primer binding sites
Die in vitro Selektion zur Generierung von Aptameren geht üblicherweise von Nukleinsäure- Startbibliotheken aus, bei denen der variable Bereich von konstanten - normalerweise ca. 20 Nukleotide langen - Regionen flankiert wird. Dies ermöglicht die problemlose Vervielfältigung von Einzelmolekülen mittels der Polymerasekettemeaktion (PCR) im Verlaufe der Selektionsrunden. Eine Verkürzung der erhaltenen, oft 80-120 Nukleotide langen Sequenzen unter Beibehaltung der Affinität zum verwendeten Zielmolekül ist jedoch sehr häufig nicht durch einfaches Weglassen der konstanten Regionen zu erreichen. Andererseits ist die leichte chemische Darstellbarkeit von selektierten Aptameren nur für vergleichsweise kurze Moleküle (möglichst < 50 Nukleotide) gewährleistet. Aptamere, die sich nicht auf diese Länge verkürzen lassen, sind folglich nicht zum Einsatz als Therapeutika geeignet.The in vitro selection for the generation of aptamers usually starts from nucleic acid start libraries, in which the variable region is flanked by constant regions, which are normally approximately 20 nucleotides long. This enables problem-free duplication of single molecules by means of the polymerase chain reaction (PCR) in the course of the selection rounds. A shortening of the sequences, often 80-120 nucleotides long, while maintaining the affinity for the target molecule used, is very often not possible by simply omitting the constant regions. On the other hand, the easy chemical representation of selected aptamers is only guaranteed for comparatively short molecules (if possible <50 nucleotides). Aptamers that cannot be shortened to this length are therefore not suitable for use as therapeutic agents.
Zu diesem Zweck wurde ein Selektionsverfahren entwickelt, in welchem die Anbindung an das Zielpeptid mit einer Population kurzer Nukleinsäuren mit randomisierten Sequenzen erfolgt, während für die Schritte der Nukleinsäuren-Amplifikation die erforderlichen konstanten Regionen durch enzymatische Ligation mit den selektierten Nukleinsäure-Liganden verbunden werden. Die bei diesem Verfahren resultierenden Liganden weisen maximal die Länge der im Anbindungsschritt vorliegenden Nukleinsäuren auf.For this purpose, a selection process was developed in which the target peptide is linked to a population of short nucleic acids with randomized sequences, while the necessary constant regions for the steps of nucleic acid amplification are linked to the selected nucleic acid ligands by enzymatic ligation. The ligands resulting from this method have a maximum length of the nucleic acids present in the binding step.
Im Rahmen dieses Verfahrens ist es notwendig, unterschiedlichste Reaktionsbedingungen einstellen zu können, sowie Nukleinsäuren von niedermolekularen Stoffen (Salze, Primer, etc.) zu trennen , was üblicherweise die Verwendung von nicht automatisierbaren Teilschritten des Selektionsverfahrens wie Ethanolpräzipitation oder denaturierende PAGE notwendig macht. Infolgedessen ist die typische Ausfuhrungsform dieses Verfahrens nach dem Stand der Technik zwar für eine Mehrzahl der einzelnen Schritte automatisierbar, jedoch nicht notwendigerweise die ununterbrochene Abfolge aller Einzelschritte.As part of this process, it is necessary to be able to set a wide variety of reaction conditions and to separate nucleic acids from low molecular weight substances (salts, primers, etc.), which usually necessitates the use of non-automatable sub-steps of the selection process, such as ethanol precipitation or denaturing PAGE. As a result, the typical embodiment of this prior art method can be automated for a majority of the individual steps, but not necessarily the uninterrupted sequence of all individual steps.
Durch die Einfuhrung von Ultrafiltrationsschritten in automatisierte Selektionsprozesse ist es überraschenderweise möglich, das gesamte dargestellte Selektionsverfahren ununterbrochen automatisiert durchzuführen. Alle nötigen Schritte inklusive der Reinigung von Nukleinsäuren können von einem Roboter durchgeführt werden, was das vom manuellen Eingriff freie Wiederholen vollständiger Selektionsrunden bzw. eine ununterbrochene automatisiert ablaufende Abfolge mehrerer Selektionsrunden erlaubt.By introducing ultrafiltration steps into automated selection processes, it is surprisingly possible to carry out the entire selection process shown in a continuously automated manner. All necessary steps, including the purification of nucleic acids, can be carried out by a robot, which is free of manual intervention Repetition of complete selection rounds or an uninterrupted, automated sequence of several selection rounds is permitted.
In diesem Beispiel wird die automatische Selektion von spezifisch Ratten-α-D-CGRP bindenden RNA-Molekülen aus einem solchen Startpool beschrieben.In this example, the automatic selection of RNA molecules which specifically bind rat-α-D-CGRP from such a starting pool is described.
A. MaterialienA. Materials
NTPs und dNTPs wurden von Larova, Berlin bezogen. Die T7 RNA-Polymerase (50 U/μl) stammte von Stratagene, Heidelberg; DNase I von Sigma-Aldrich, Taufkirchen; Taq Polymerase (5 U/μl), SuperScript II Reverse Transkriptase (200 U/μl), sowie RNase Out RNase-Inhibitor (40 U/μl)von Invitrogen. Die T4 DNA-Ligase (30 U/μl) wurde von Fermentas (St. Leon-Rot) bezogen.NTPs and dNTPs were obtained from Larova, Berlin. The T7 RNA polymerase (50 U / μl) was from Stratagene, Heidelberg; DNase I from Sigma-Aldrich, Taufkirchen; Taq polymerase (5 U / μl), SuperScript II reverse transcriptase (200 U / μl), and RNase Out RNase inhibitor (40 U / μl) from Invitrogen. The T4 DNA ligase (30 U / μl) was obtained from Fermentas (St. Leon-Rot).
Ratten-α-D-CGRP wurde von BACHEM, Heidelberg synthetisiert. Das zur Selektion verwendete Peptid trägt eine Biotingruppe am Carboxylterminus, um die Trennung von ungebundenen Nukleinsäuren mittels der Biotin-NeutrAvidin- Wechselwirkung zu ermöglichen. Hierfür wurden NeutrAvidin-Agarose und NeutrAvidin-UltraLink von Pierce verwendet.Rat α-D-CGRP was synthesized by BACHEM, Heidelberg. The peptide used for the selection carries a biotin group at the carboxyl terminus in order to enable the separation of unbound nucleic acids by means of the biotin-neutrAvidin interaction. NeutrAvidin-Agarose and NeutrAvidin-UltraLink from Pierce were used for this.
Die verwendeten Oligonukleotide, d.h. RNA- und DNA-Nukleotide (Primer, Startpool, Ligationskonstrukte und dgl.) wurden alle bei der NOXXON Pharma AG mit Standard- Phosphoramiditchemie synthetisiert.The oligonucleotides used, i.e. RNA and DNA nucleotides (primers, start pools, ligation constructs and the like) were all synthesized at NOXXON Pharma AG using standard phosphoramidite chemistry.
STAR-1 Oligonukleotide, die in diesem Anwendungsbeispiel verwendet wurden fett STAR-1-Oligonukleotid-Bibliothek (RNA)STAR-1 oligonucleotides used in this application example bold STAR-1 oligonucleotide library (RNA)
Kleinbuchstaben RibonukleotidLowercase ribonucleotide
Großbuchstaben Desoxy-Ribonukleotid kursiv Nukleotide der Ligationsmatrizen, die mit der Bibliothek hybridisieren unterstrichen T7 RNA-Polymerase-PromotorCapital letters deoxy-ribonucleotide in italics Nucleotides of the ligation matrices that hybridize with the library underlined the T7 RNA polymerase promoter
CoMe 2'-O-Methyl-modifiziertes Cytidin i Ribo-Inosm p 5'-PhosphatCo Me 2'-O-methyl modified cytidine i ribo-inosm p 5'-phosphate
(3'dN) 2'-3'-didesoxy-Nukleotid Übersicht(3'dN) 2'-3'-dideoxy nucleotide Overview
STAR-1-Oligonukleotid-Bibliothek während der Ligation, wobei insgesamt 5 verschiedene Nukleinsäuremoleküle (von links nach rechts und oben nach unten STAR-1 Forward Ligat, STAR-1-Oligonukleotidbibliothek, STAR-1 Reverse Ligat, STAR-1 Forward Matrix, STAR-1 Reverse Matrix) wie folgt angeordnet sind:STAR-1 oligonucleotide library during ligation, with a total of 5 different nucleic acid molecules (from left to right and top to bottom STAR-1 forward ligate, STAR-1 oligonucleotide library, STAR-1 reverse ligate, STAR-1 forward matrix, STAR -1 reverse matrix) are arranged as follows:
5 ' -gcgacuacuaauacgacucacuaua ggac- (n<0) -gacagg ACGCTGAGCTGAACTCGC-3 ' 3 ' -TGCTGAGTGATAT-CCTG-5 ' 3 ' -CTGTCC-iGCGACuCGACTTGAGCG-5 '5 '-gcgacuacuaauacgacucacuaua ggac- (n <0 ) -gacagg ACGCTGAGCTGAACTCGC-3' 3 '-TGCTGAGTGATAT-CCTG-5' 3 '-CTGTCC-iGCGACuCGACTTGAGCG-5'
BibliothekLibrary
STAR-1 initialer Pool, Reverse StrangSTAR-1 initial pool, reverse strand
5'-COMeCoMeTGTC-(dN40)-GTCCTATAGTGAGTCGTATTAGTAGTCGC (75 nt) (SEQ. ID. NO. 25)5'-C OMe Co Me TGTC- (dN40) -GTCCTATAGTGAGTCGTATTAGTAGTCGC (75 nt) (SEQ. ID. NO. 25)
ForwardForward
STAR-1 Forward Primer 5'-GCGACTACTAATACGACTCACTATAG< 4C-3' (29 nt) (SEQ. ID. NO. 26)STAR-1 Forward Primer 5'-GCGACTACTAATACGACTCACTATAG <4C-3 '(29 nt) (SEQ. ID. NO. 26)
STAR-1 Forward Ligat (RNA) 5'-gcgacuacuaauacgacucacuaua-3' (25 nt) (SEQ. ID. NO. 27)STAR-1 Forward Ligat (RNA) 5'-gcgacuacuaauacgacucacuaua-3 '(25 nt) (SEQ. ID. NO. 27)
STAR-1 Forward Matrix 5,-GTCCTATAGTGAGTCG(3'dT)-3' (17 nt) (SEQ. ID. NO. 28)STAR-1 Forward Matrix 5 , -GTCCTATAGTGAGTCG (3'dT) -3 '(17 nt) (SEQ. ID. NO. 28)
ReverseReverse
STAR-1 Reverse Primer (nur für die Amplifikation vor der Sequenzierung) 5'-GCGAGTTCAGCTCAGCGTCCΓGΓC-3' (24 nt) (SEQ. ID. NO. 29)STAR-1 Reverse Primer (only for amplification before sequencing) 5'-GCGAGTTCAGCTCAGCGTCCΓGΓC-3 '(24 nt) (SEQ. ID. NO. 29)
STAR-1 Reverse Primer Ribol (= STAR-1 Reverse Matrix) 5'-GCGAGTTCAGCuCAGCGiCC_"GrC-3' (24 nt) (SEQ. ID. NO. 30)STAR-1 Reverse Primer Ribol (= STAR-1 Reverse Matrix) 5'-GCGAGTTCAGCuCAGCGiCC_ "GrC-3 '(24 nt) (SEQ. ID. NO. 30)
STAR-1 Reverse LigatSTAR-1 reverse ligate
5*-pACGCTGAGCTGAACTCG(3,dC)-3' (18 nt) (SEQ. ID. NO. 31) STAR-1 N+l -Reverse Ligat5 * -pACGCTGAGCTGAACTCG (3 , dC) -3 '(18 nt) (SEQ. ID. NO. 31) STAR-1 N + 1 reverse ligate
5,-pCGCTGAGCTGAACTCG(3'dC)-3' (17 nt) (SEQ. ID. NO. 32)5 , -pCGCTGAGCTGAACTCG (3'dC) -3 '(17 nt) (SEQ. ID. NO. 32)
Herstellung des StartpoolsProduction of the start pool
Die Selektion wurde mit 1,67 nmol synthetisierter einzelsträngiger DNA (STAR-1 initialer Pool, Reverse Strang), entsprechend einer Komplexität von ungefähr 1015 Molekülen, begonnen. Diese Start-DNA wurde zusammen mit 2,5 nmol STAR-1 Forward Primer (1,5-facher Überschuss) auf ein Volumen von 3,34 ml in in vitro Transkriptionspuffer gebracht, 5 min auf 95 °C erhitzt und dann langsam auf 37 °C abgekühlt. Ausgehend von dem dabei entstandenen doppelsträngigen T7-RNA-Polymerase-Promotor wurde die DNA in den entsprechenden RNA-Startpool transkribiert. Nach der Transkriptionsreaktion (Details s. Abschnitt C - Enzymatische Reaktionen) wurde die Template-DNA mit DNAse I verdaut, die RNA gelgereinigt und mit Ethanol gefällt.The selection was started with 1.67 nmol of synthesized single-stranded DNA (STAR-1 initial pool, reverse strand), corresponding to a complexity of approximately 10 15 molecules. This start DNA was brought together with 2.5 nmol STAR-1 forward primer (1.5-fold excess) to a volume of 3.34 ml in in vitro transcription buffer, heated to 95 ° C. for 5 min and then slowly to 37 ° C cooled. Starting from the resulting double-stranded T7 RNA polymerase promoter, the DNA was transcribed into the corresponding RNA start pool. After the transcription reaction (for details see Section C - Enzymatic Reactions), the template DNA was digested with DNAse I, the RNA was gel purified and precipitated with ethanol.
B. SelektionsschritteB. Selection steps
Denaturierung und Faltung der RNADenaturation and folding of the RNA
Alle nicht-enzymatischen Schritte der Selektion mit Ausnahme der Denaturierung der RNA vor dem Kontaktieren mit dem Zielpeptid Ratten-α-D-CGRP wurden in Selektionspuffer (HEPES- KOH, pH 7,5; 150 mM NaCl; 4 mM KC1; 1 mM MgCl2; 1 mM CaCl2; 0,1% [w/vol] Tween-20) durchgeführt. Die Denaturierung erfolgte für 5 Minuten bei 95°C in Selektionspuffer ohne CaCl und MgCl2. Nach der Denaturierung wurde die RNA auf Raumtemperatur abgekühlt, MgCl2 und CaCl2 wurden zugegeben und weitere 5 Minuten bei Raumtemperatur inkubiert.All non-enzymatic steps of the selection, with the exception of denaturing the RNA before contacting the target peptide rat-α-D-CGRP, were carried out in selection buffer (HEPES-KOH, pH 7.5; 150 mM NaCl; 4 mM KC1; 1 mM MgCl 2 ; 1 mM CaCl 2 ; 0.1% [w / vol] Tween-20). Denaturation was carried out for 5 minutes at 95 ° C. in selection buffer without CaCl and MgCl 2 . After denaturation, the RNA was cooled to room temperature, MgCl 2 and CaCl 2 were added and incubated for a further 5 minutes at room temperature.
Anbindung und Abtrennung von nicht-bindenden RNA-SpeziesAttachment and separation of non-binding RNA species
Im Anschluss an die Faltung wurde die RNA zunächst bei Raumtemperatur für 15 Minuten ohne Peptid mit der Matrix (NeutrAvidin-Agarose oder UltraLink Plus nmobilized NeutrAvidin Gel; beide Matrices von Pierce) inkubiert. Diese sogenannte Präselektion diente der Entfernung von potentiellen Matrixbindern. Nach diesem Inkubationsschritt wurde die ungebundene RNA von der Matrix mittels Filtration durch Mobitec-Säulchen (Mobitec, Göttingen) einer Porengröße von 10 μm getrennt; bei automatischer Durchführung wurde die Matrix durch einfachesFollowing the folding, the RNA was first incubated at room temperature for 15 minutes without peptide with the matrix (NeutrAvidin-Agarose or UltraLink Plus nmobilized NeutrAvidin Gel; both matrices from Pierce). This so-called preselection was used to remove potential matrix binders. After this incubation step, the unbound RNA was removed from the matrix by filtration through Mobitec columns (Mobitec, Göttingen) with a pore size of 10 μm separated; in the case of automatic execution, the matrix was made simple
Sedimentierenlassen abgetrennt und nur der Überstand weiterverwendet.Allow sedimentation separated and only the supernatant reused.
Die verbliebenen Nukleinsäurespezies wurden sodann mit verschiedenen Konzentrationen von biotmyliertem Ratten-α-D-CGRP versetzt und für 1-2 Stunden bei Raumtemperatur oder 37°C inkubiert. Daraufhin wurde dem Ansatz die biotin-bindende Matrix zugefügt und nochmals unter Schütteln für 10 Minuten bei Raumtemperatur inkubiert. Anschließend wurde die Matrix gewaschen, um nicht-bindende RNA-Spezies von bindenden zu entfernen. Das hierbei verwendete Waschvolumen lag in den ersten beiden, manuellen Runden beim 5- bis 10-fachen Volumen der Matrix, in späteren automatischen Runden beim 135-fachen Festphasenvolumen.The remaining nucleic acid species were then mixed with various concentrations of biotmylated rat α-D-CGRP and incubated for 1-2 hours at room temperature or 37 ° C. The biotin-binding matrix was then added to the mixture and incubated again with shaking for 10 minutes at room temperature. The matrix was then washed to remove non-binding RNA species from binding. The wash volume used was 5 to 10 times the volume of the matrix in the first two manual rounds, and 135 times the solid phase volume in later automatic rounds.
Elutionelution
Manuelle Runden 1 und 2Manual rounds 1 and 2
Elution der gebundenen RNA erfolgte durch zweimaliges Inkubieren der Matrixpartikel mit angebundener RNA in 400 μl 8 M Harnstoff / 10 mM EDTA für 15 min bei 65°C. Die eluierte RNA wurde phenolextrahiert, ethanolpräzipitiert und getrocknet.The bound RNA was eluted by incubating the matrix particles twice with bound RNA in 400 μl 8 M urea / 10 mM EDTA for 15 min at 65 ° C. The eluted RNA was phenol extracted, ethanol precipitated and dried.
Automatische Runden 3 bis 15Automatic rounds 3 to 15
Die Elution wurde durch Erhitzen der Matrixpartikel in 120 μl 8 M Harnstoff / 10 mM EDTA auf 95°C für 10 min erreicht. Nach Sedimentation der Matrix-Partikel erfolgte die Entfernung der niedermolekularen Denaturantien Harnstoff bzw. EDTA aus dem Überstand; dieser wurde auf MicroCon YM-10 Ultrafiltrationssäulchen (Millipore, Schwalbach) transferiert und mittels der in den Roboter eingebundenen Vakuumkammer ultrafiltriert. Dazu wurde pro 50 μl zu filtrierender Lösung 20 min lang ein Vakuum von -700 bis -900 mbar angelegt. Um die erwartungsgemäß geringen RNA-Mengen (ca. 0,05 - 5 p ol) möglichst quantitativ von der Ultrafiltrationsmembran zurück zu gewinnen, wurde der Elutionslösung Oligo(U)6o (Endkonzentration: 10 μg/ml) zugesetzt. Nach zweimaligem Waschen mit je 70 μl H2O wurde die auf der Ultrafiltrationsmembran zurückgehaltene, eluierte RNA in 50 μl Ligationsmix (siehe Teil C - Enzymatische Reaktionen) resuspendiert und 25 μl davon in eine Mikrotiteφlatte überführt. C. Enzymatische ReaktionenElution was achieved by heating the matrix particles in 120 ul 8 M urea / 10 mM EDTA at 95 ° C for 10 min. After sedimentation of the matrix particles, the low molecular weight denaturants urea and EDTA were removed from the supernatant; this was transferred to MicroCon YM-10 ultrafiltration columns (Millipore, Schwalbach) and ultrafiltered using the vacuum chamber integrated in the robot. A vacuum of -700 to -900 mbar was applied for 20 min per 50 μl of solution to be filtered. In order to recover the expected small amounts of RNA (approx. 0.05 - 5 p ol) as quantitatively as possible from the ultrafiltration membrane, the elution solution Oligo (U) 6 o (final concentration: 10 μg / ml) was added. After washing twice with 70 μl H 2 O, the eluted RNA retained on the ultrafiltration membrane was resuspended in 50 μl ligation mix (see Part C - Enzymatic Reactions) and 25 μl of it was transferred to a microtiter plate. C. Enzymatic reactions
Transkription - Herstellung von RNA für Verwendung in der SelektionTranscription - preparation of RNA for use in selection
Transkriptionen wurden mit 100 U T7 RNA-Polymerase und 40 U RNase Out RNase-Inhibitor in T7-Reaktionspuffer (80 mM HEPES pH 7,5; 22 mM MgCl2; 1 mM Spermidin; 10 mM Dithiothreitol [DTT]; je 4 mM GTP, ATP, CTP und UTP; 120 μg/ml BSA) pro 100 μl Volumen durchgeführt. Zusätzlich wurde den Reaktionen ein 8-facher Überschuss an Guanosin-5'- Monophosphat (GMP) über GTP zugegeben (also 32 mM), damit der Großteil der Transkripte ein 5'-Monophosphat trägt und damit ligierbar ist. Pro 100 μl-Reaktion wurden zwischen 10 und 30 μl RT-PCR Reaktion mit darin entstandener, doppelsträngiger DNA (während der Selektionsrunden) bzw. 50 pmol synthetisierte ssDNA mit 75 μl komplementärem STAR-1 Forward Primer zur Erzeugung einer doppelsfrängigen T7 Polymerase-Promotorsequenz (zur Generierung des Startpools) als Transkriptionstemplate eingesetzt.Transcriptions were carried out with 100 U T7 RNA polymerase and 40 U RNase Out RNase inhibitor in T7 reaction buffer (80 mM HEPES pH 7.5; 22 mM MgCl 2 ; 1 mM spermidine; 10 mM dithiothreitol [DTT]; 4 mM GTP each , ATP, CTP and UTP; 120 μg / ml BSA) per 100 μl volume. In addition, an 8-fold excess of guanosine 5'-monophosphate (GMP) via GTP (ie 32 mM) was added to the reactions so that the majority of the transcripts carry a 5'-monophosphate and can therefore be ligated. Between 100 and 30 μl RT-PCR reaction with the resulting double-stranded DNA (during the selection rounds) or 50 pmol of ssDNA synthesized with 75 μl complementary STAR-1 forward primer to generate a double-stranded T7 polymerase promoter sequence ( used to generate the start pool) as a transcription template.
Die Reaktionen wurden 3-12 Stunden bei 37°C inkubiert und anschließend mit DNase I versetzt, um die Template-DNA zu verdauen. Die erzeugte RNA wurde daraufhin entweder manuell unter denaturierenden Bedingungen über ein 8% Polyacrylamidgel mit 8 M Harnstoff oder aber automatisch mittels Ultrafiltration mit Ultrafiltrationseinheiten von nicht eingebauten NTPs getrennt. Ultrafiltrationsgereinigte RNA wurde vom Filter gespült, gelgereinigte RNA aus den ausgeschnittenen Gelstückchen eluiert, mit Ethanol gefällt, getrocknet und in Wasser aufgenommen.The reactions were incubated for 3-12 hours at 37 ° C and then DNase I was added to digest the template DNA. The RNA generated was then either separated manually from denatured NTPs under denaturing conditions using an 8% polyacrylamide gel with 8 M urea or automatically by means of ultrafiltration with ultrafiltration units. Ultrafiltration-purified RNA was rinsed from the filter, gel-purified RNA was eluted from the cut-out gel pieces, precipitated with ethanol, dried and taken up in water.
Ligationligation
Die zu ligierende, eluierte RNA aus den Selektionsrunden wurde in 14 μl Ligationspuffer (40 mM Tris-HCl pH 7,8; 10 mM MgCl2; 10 mM DTT; 10 μM EDTA; 0,5 mM ATP; 5% PEG 4000; 5 μM ds Forward-Adapter [bestehend aus hybridisiertem Forward Ligat RNA Forward Matrix]; 2,5 μM ds Reverse- Adapter [bestehend aus hybridisiertem Reverse Ligat/Reverse Primer Ribol]; 2,5 μM ds Reverse- Adapter N+l [bestehend aus hybridisiertem N+l Reverse- Ligat/Reverse Primer Ribol) pro pmol eluierter RNA gelöst (manuelle Runden 1 und 2) bzw. grundsätzlich in 40 μl Ligationspuffer von der Ultrafiltrationsmembran resuspendiert, wovon 25 μl weiterverwendet wurden (automatische Runden 3-15). Die Ansätze wurden anschliessend 5 min bei 50°C und 5 min bei 25°C (manuelle Runden 1 undThe eluted RNA to be ligated from the selection rounds was placed in 14 μl ligation buffer (40 mM Tris-HCl pH 7.8; 10 mM MgCl 2 ; 10 mM DTT; 10 μM EDTA; 0.5 mM ATP; 5% PEG 4000; 5 μM ds forward adapter [consisting of hybridized forward ligat RNA forward matrix]; 2.5 μM ds reverse adapter [consisting of hybridized reverse ligate / reverse primer ribol]; 2.5 μM ds reverse adapter N + l [consisting of hybridized N + l reverse ligate / reverse primer ribol) dissolved per pmol of eluted RNA (manual rounds 1 and 2) or in principle resuspended in 40 μl ligation buffer from the ultrafiltration membrane, of which 25 μl were used further (automatic rounds 3-15). The batches were then 5 min at 50 ° C and 5 min at 25 ° C (manual rounds 1 and
2) bzw. nur 30 s bei 37°C inkubiert (automatische Runden 3-15), bevor die Enzyme zugegeben wurden (manuelle Runden: 20 U RNase Out / 7.2 U T4 DNA-Ligase pro pmol eluierte RNA; automatische Runden: pauschal 20 U RNase Out / 69 U T4 DNA-Ligase). Die Ligationsreaktion fand für 3-16 h bei 25°C statt.2) or only incubated at 37 ° C for 30 s (automatic rounds 3-15) before the enzymes were added (manual rounds: 20 U RNase Out / 7.2 U T4 DNA ligase per pmol of eluted RNA; automatic rounds: flat rate 20 U RNase Out / 69 U T4 DNA ligase). The ligation reaction took place at 25 ° C for 3-16 h.
Ligation nach der ersten RundeLigation after the first round
Im Gegensatz zum oben beschriebenen Protokoll ist nach der ersten Runde die Zugabe von ds Reverse- Adapter N+l nicht notwendig, da die Transkription vor der ersten Runde durch Einsatz von zwei terminalen 2'-O-Methyl-Nukleotiden sauber terminiert wurde. Daher wurde im Anschluss an die erste Selektionsrunde nur STAR-1 doppelsträngiger Reverse-Adapter in 5 μM Konzentration eingesetzt.In contrast to the protocol described above, the addition of the reverse adapter N + 1 is not necessary after the first round, since the transcription was terminated cleanly before the first round by using two terminal 2'-O-methyl nucleotides. Therefore, only STAR-1 double-stranded reverse adapters in a concentration of 5 μM were used after the first selection round.
Reverse TranskriptionReverse transcription
Die Reverse Transkription fand im direkten Anschluss an die Ligation von selektierten RNA- Molekülen in einem Volumen von 100 μl statt (lx First Strand Buffer; 1 x Q Solution [Qiagen]; 10 mM DTT; 0,5 mM dNTPs; 200 U Superscript II RTase). Für die Reverse Transkription während der ersten beiden manuellen Runden wurden die Reaktionsansätze 20 min bei 51°C und anschließend 10 min bei 54°C inkubiert, während der automatischen Selektion war das Temperatuφrofil wie folgt: 20 min 50°C; 2 min 53,3°C; 2 min 56,6°C; 10 min 60°C.The reverse transcription took place immediately after the ligation of selected RNA molecules in a volume of 100 μl (1x First Strand Buffer; 1 x Q Solution [Qiagen]; 10 mM DTT; 0.5 mM dNTPs; 200 U Superscript II RTase). For reverse transcription during the first two manual rounds, the reaction batches were incubated at 51 ° C. for 20 min and then at 54 ° C. for 10 min. During the automatic selection, the temperature profile was as follows: 20 min at 50 ° C.; 2 min 53.3 ° C; 2 min 56.6 ° C; 10 min 60 ° C.
PCR und Alkalischer VerdauPCR and alkaline digestion
Die PCR wurde mit maximal 1 pmol Template pro 100 μl Reaktionsvolumen durchgeführt. Dazu wurden aus jeder Reversen Transkription mit 100 μl jeweils 1/5 Volumen (20 μl) verwendet, um als Template in vier 100 μl-Ansätzen zu dienen (20 mM Tris-HCl pH 8,4; 50 mM KC1; 1,5 mM MgCl2; 5 μM Forward Primer; 5 μM Reverse-Primer Ribol; 200 μM dNTPs; 50 U/ml Taq DNA-Polymerase). Nach anfänglichem Denaturieren für 4 min bei 95°C folgten 7-16 Zyklen (95°C, 1 min; 68°C, 1 min; 72°C, 1 min). Während der automatischen Runden wurde der Verlauf der PCR mittels Fluoreszenzmessung von Aliquots aus den PCR-Reaktionen überwacht und die PCR nach Erreichen des erforderlichen Schwellenwertes abgebrochen (s. Abschnitt D, Kontrolle des PCR-Fortschrittes).The PCR was carried out with a maximum of 1 pmol template per 100 μl reaction volume. For this purpose, 1/5 volume (20 μl) of each reverse transcription with 100 μl was used in order to serve as a template in four 100 μl batches (20 mM Tris-HCl pH 8.4; 50 mM KC1; 1.5 mM MgCl 2 ; 5 μM forward primer; 5 μM reverse primer ribol; 200 μM dNTPs; 50 U / ml Taq DNA polymerase). After initial denaturation for 4 min at 95 ° C, 7-16 cycles followed (95 ° C, 1 min; 68 ° C, 1 min; 72 ° C, 1 min). During the automatic rounds, the course of the PCR was monitored by means of fluorescence measurement of aliquots from the PCR reactions and the PCR was stopped after the required threshold value had been reached (see section D, checking the PCR progress).
Alkalische Spaltung des Reverse-StrangesAlkaline cleavage of the reverse strand
Zur Spaltung des Reverse-Stranges vor der Transkription wurde nach der PCR 1/7 Volumen 2,5 M NaOH zugegeben und für 6-10 min auf 95°C erhitzt. Nach Abkühlung auf 4°C wurde mit 1/25 Volumen 3 M NaOAc sowie 1/5 Volumen 2,5 M HC1 neutralisiert. In der Regel wurden ca. 100 pmol PCR-Produkt alkalisch verdaut.In order to cleave the reverse strand before the transcription, 1/7 volume 2.5 M NaOH was added after the PCR and the mixture was heated to 95 ° C. for 6-10 min. After cooling to 4 ° C., the mixture was neutralized with 1/25 volume of 3 M NaOAc and 1/5 volume of 2.5 M HC1. As a rule, approximately 100 pmol of PCR product was digested in an alkaline manner.
Zur Entsalzung der Produkte wurde bei den manuellen Runden eine Ethanolfällung durchgeführt, beim automatischen Prozess wurden die alkalisch verdauten PCR-Produkte über MicroCon YM-10 Ultrafiltrationseinheiten (s. auch Abschnitt B, Selektionsschritte) aufgereinigt.For the desalination of the products, an ethanol precipitation was carried out in the manual rounds; in the automatic process, the alkaline digested PCR products were purified using MicroCon YM-10 ultrafiltration units (see also Section B, selection steps).
D. Kontrolle des PCR-FortschrittsD. Control of PCR progress
Die Menge an während der PCR entstandener doppelsträngiger DNA wurde halbquantitativ verfolgt. Es war intendiert, die Anzahl an PCR-Zyklen möglichst klein zu halten. Deswegen wurden nur so viele PCR-Zyklen durchgeführt, wie nötig sind, um ausreichend Template für die T7-Reaktion zu erhalten. Während der PCR wurden daher ab einer gewissen Zyklenzahl Aliquots aus den PCR-Ansätzen entnommen und zu 90 μl einer PicoGreen-Lösung (verdünnt 1:400 in TE [10 mM Tris-HCl, pH 8; 1 mM EDTA]) gegeben. PicoGreen ist ein Fluoreszenzfarbstoff, der frei in Lösung kaum, an doppelsträngige DNA gebunden jedoch stark fluoresziert (Ex: 485 nm; Em: 520 um). Eine recht genaue Abschätzung des PCR-Fortschritts erlaubt die vergleichende Messung der Fluoreszenzen der PCR-Proben und einer Kontrolle ohne thermostabile Polymerase, die keinem Temperatuφrofil unterzogen wurde. Nach Erreichen eines definierten Schwellenwerts (Fluoreszenz PCR-Probe/ Fluoreszenz Kontrolle > 2) kann der RT- PCR-Reaktion ein Aliquot entnommen werden und als Template für die in vttro-Transkription dienen. E. Automatische ManipulationenThe amount of double-stranded DNA generated during the PCR was monitored semi-quantitatively. It was intended to keep the number of PCR cycles as small as possible. For this reason, only as many PCR cycles were carried out as are necessary to obtain sufficient templates for the T7 reaction. Aliquots were therefore taken from the PCR batches during the PCR from a certain number of cycles and added to 90 μl of a PicoGreen solution (diluted 1: 400 in TE [10 mM Tris-HCl, pH 8; 1 mM EDTA]). PicoGreen is a fluorescent dye that hardly free in solution, but strongly fluoresces when bound to double-stranded DNA (Ex: 485 nm; Em: 520 µm). A fairly precise estimate of the progress of the PCR allows a comparative measurement of the fluorescence of the PCR samples and a control without thermostable polymerase, which was not subjected to a temperature profile. After reaching a defined threshold value (fluorescence PCR sample / fluorescence control> 2), an aliquot can be taken from the RT-PCR reaction and used as a template for in vitro transcription. E. Automatic manipulations
Ab der dritten Runde erfolgte die Durchführung aller Manipulationen vollautomatisch auf einem Pipettierroboter. Nur aus Kontrollgründen wurde in unregelmäßigen Abständen die Reinigung der Transkriptionsprodukte sowohl automatisiert per Ultrafiltration, als auch manuell durch denaturierende Polyacrylamid-Gelelektrophorese durchgeführt.From the third round, all manipulations were carried out fully automatically on a pipetting robot. For control reasons only, the transcription products were cleaned at irregular intervals both automatically by ultrafiltration and manually by denaturing polyacrylamide gel electrophoresis.
Im Folgenden sind die am automatisierten Prozess beteiligten Module und ihre Funktion erläutert. Ihre Anordnung auf dem Arbeitsbereich des Roboters geht aus Fig. 2 hervor.The modules involved in the automated process and their function are explained below. Their arrangement on the work area of the robot is shown in FIG. 2.
• Fluoreszenzleser zur Kontrolle des Amplifikationsfortschrittes während der PCR. Proben, in denen bereits ausreichend DNA erzeugt worden ist, werden vollautomatisch zwischengelagert und keinen weiteren Thermocycles unterworfen.• Fluorescence reader to control the progress of amplification during the PCR. Samples in which sufficient DNA has already been generated are stored automatically and are not subjected to any further thermal cycles.
• Doppelvakuumkammer mit Kammer A für die Trennung von an die Matrix gebundenen und ungebundenen RNA-Spezies und Kammer B für die Entfernung von Denaturantien von den eluierten RNA-Molekülen nach der Elution, die Entsalzung der PCR-Ansätze nach alkalischem Verdau sowie die Aufreinigung von Transkriptionsreaktionen vor dem Beginn der jeweils nächsten Runde.• Double vacuum chamber with chamber A for the separation of bound and unbound RNA species and chamber B for the removal of denaturants from the eluted RNA molecules after elution, the desalting of the PCR batches after alkaline digestion and the purification of transcription reactions before the start of the next round.
• Halterungen für Pipettenspitzen.• Brackets for pipette tips.
• Thermocycler zur Durchführung der PCR-Programme sowie für diverse Inkubationsschritte.• Thermal cycler for carrying out the PCR programs and for various incubation steps.
• Schüttler zur Suspendierung von Matrix in Bindungs- oder Reaktionspuffer.• Shaker to suspend matrix in binding or reaction buffer.
• 50°C Arbeitsstation, um enzymatische Reaktionen direkt bei dieser Temperatur starten zu können ("hot start") bzw. um PCR-Reaktionen während der Probennahme zur Fluoreszenzkontrolle nicht zu sehr abkühlen zu lassen.• 50 ° C work station, in order to be able to start enzymatic reactions directly at this temperature ("hot start") or to not allow PCR reactions to cool down too much during sampling for fluorescence control.
• 4°C Arbeitsstation zur Zwischenlagerung von PCR- bzw. Transkriptionsreaktionen.• 4 ° C work station for the intermediate storage of PCR or transcription reactions.
• 4°C Reagenzienständer zur Aufbewahrung von wärmeempfindlichen Reagenzien wie Enzyme oder vorbereitete Reaktionsgemische.• 4 ° C reagent rack for storing heat-sensitive reagents such as enzymes or prepared reaction mixtures.
• RT/37°C Reagenzienständer zur Aufbewahrung von Waschpuffern sowie von Elutionslösung mit Harnstoff und EDTA.• RT / 37 ° C reagent rack for storing washing buffers and elution solution with urea and EDTA.
• RT/37°C Arbeitsstation zur Durchführung der meisten Manipulationen.• RT / 37 ° C work station to perform most manipulations.
• Fluoroplatten- Arbeitsstation zur Vorbereitung der Proben zur Fluoreszenzmessung.• Fluoroplate work station to prepare the samples for fluorescence measurement.
• Hotel zur Lagerung von momentan nicht bearbeiteten Platten.• Hotel for the storage of currently unprocessed panels.
• Abfallposition für Deponieren von gebrauchten Pipettenspitzen. Die Beteiligung der einzelnen Module am im Rahmen dieses Beispiels beschriebenen Selektionsprozess sowie die Reihenfolge ihrer Benutzung geht aus Fig. 17 hervor.• Waste position for depositing used pipette tips. The involvement of the individual modules in the selection process described in the context of this example and the order in which they are used can be seen in FIG. 17.
F. ResultateF. Results
Selektionsverlaufselection course
In jeder Selektionsrunde wurden drei unterschiedlich stringente Ansätze sowie eine Leersäule ohne α-D-CGRP als Zielmolekül gefahren. Die Stringenz wurde sowohl durch Variation des verwendeten Waschvolumens als auch durch Verwendung von geringeren α-D-CGRP- Konzentrationen erhöht.In each selection round, three differently stringent approaches and an empty column without α-D-CGRP as the target molecule were used. The stringency was increased both by varying the wash volume used and by using lower α-D-CGRP concentrations.
Runden 1 und 2 wurden manuell durchgeführt, weil die großen Mengen an Matrix, die für die Bindung des α-D-CGRP in den (notwendigermaßen hohen) Konzentrationen dieser initialen Runden erforderlich sind, nicht mehr sicher von Pipettierautomaten bearbeitet werden können. Ab Runde 3 wurde vollautomatisch selektiert.Rounds 1 and 2 were carried out manually because the large amounts of matrix which are required for the binding of the α-D-CGRP in the (necessarily high) concentrations of these initial rounds can no longer be processed safely by pipetting machines. From round 3, the selection was fully automatic.
Generell wurde die selektierte RNA des stringentesten Stranges, d.h. der geringsten Peptidkonzentration bzw. des höchsten Waschvolumens, welche bei der Amplifikation noch ein signifikantes Signal über der Nullkontrolle ergab, in die nächste Runde eingesetzt. Als Maß für dieses Signal galt die Anzahl an Zyklen, die notwendig war, um den Schwellenwert (s. "Kontrolle des PCR-Fortschritts") zu erreichen. Insgesamt wurden 15 Selektionsrunden, davon 13 automatisch, durchgeführt.In general, the selected RNA of the most stringent strand, i.e. the lowest peptide concentration or the highest wash volume, which gave a significant signal above the zero control during the amplification, used in the next round. The number of cycles required to reach the threshold value (see “Checking the PCR Progress”) was used as a measure of this signal. A total of 15 selection rounds, 13 of which were automatic, were carried out.
Die Populationen an dsDNA-Molekülen aus Runde 13 mit 62 nM bzw. Runde 15 mit 21 nM α- D-CGRP wurden kloniert, es wurden insgesamt 96 Klone (je 48) sequenziert. SequenzenThe populations of dsDNA molecules from round 13 with 62 nM and round 15 with 21 nM α-D-CGRP were cloned, a total of 96 clones (48 each) were sequenced. sequences
Das Ergebnis der Sequenzanalyse ist in Fig. 19 A bzw. B dargestellt. Von den insgesamt 96 Klonen konnten in 88 Klonen beide Primer wiedergefunden werden. Die einzelnen Klone wurden den folgenden SEQ. ID. NOs. zugeordnet.The result of the sequence analysis is shown in FIGS. 19 A and B, respectively. Of the total of 96 clones, both primers could be found in 88 clones. The individual clones were the following SEQ. ID. NOs. assigned.
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Klon PL-D8 wurde zur näheren biophysikalischen Charakterisierung als Spiegeimer aus L- Nukleotiden synthetisiert.Clone PL-D8 was synthesized as a mirror bucket from L-nucleotides for more detailed biophysical characterization.
Beispiel 5: Kalorimetrische Bestimmung der Bindungskonstanten und der Aktivität von Spiegeimer PL-D8Example 5: Calorimetric determination of the binding constants and the activity of mirror bucket PL-D8
Durchführungexecution
Die Bindung von Spiegeimer PL-D8 an Ratten- bzw. humanes α-L-CGRP wurde über das Verfahren der Isothermen Titrations-Kalorimetrie (ITC) mit dem VP ITC (Microcal) bestimmt.The binding of mirror bucket PL-D8 to rat or human α-L-CGRP was determined using the method of isothermal titration calorimetry (ITC) with the VP ITC (Microcal).
Dazu wurden 1,465 ml einer 10 μM Lösung des Spiegeimers in die adiabate Messzelle des Gerätes vorgelegt. Die bei Zugabe von 7,5 μl einer 70 μM Ratten- bzw. humane α-L-CGRP- Lösung frei werdende Bindungsenthalpie wird von dem Gerät registriert. Durch wiederholte Zugabe des Peptides und Messung der jeweils frei werdenden Bindungsenthalpien können Bindungskonstanten und Aktivitäten der Moleküle bestimmt werden. Die Messung erfolgte bei 37°C.For this purpose, 1.465 ml of a 10 μM solution of the mirror bucket were placed in the adiabatic measuring cell of the device. The enthalpy of binding released when 7.5 μl of a 70 μM rat or human α-L-CGRP solution is added is registered by the device. By repeatedly adding the peptide and measuring the binding enthalpies released in each case, binding constants and activities of the molecules can be determined. The measurement was carried out at 37 ° C.
Ergebnisse der ITC-MessungResults of the ITC measurement
Die Bindungskonstante oder Dissoziationskonstante KD ist der Kehrwert der Assoziationskonstante KA (K im Enthalpiediagramm) und ergab sich für das Spiegeimer PL-D8 bei der Messung mit Ratten α-L-CGRP-Lösung zu 44 nM bei einer Aktivität von 47 % (Fig. 20 A). Gegen humanes α-L-CGRP wurde mit diesem Spiegeimer eine Dissoziationskonstante von 171 nM bei 64% Aktivität gemessen (Fig. 20 B). Die in der vorangehenden Beschreibung, dem Sequenzprotokoll, den Ansprüchen und denThe binding constant or dissociation constant K D is the reciprocal of the association constant K A (K in the enthalpy diagram) and was obtained for the mirror bucket PL-D8 when measuring with rats α-L-CGRP solution at 44 nM with an activity of 47% (Fig 20 A). A dissociation constant of 171 nM at 64% activity was measured with this mirror bucket against human α-L-CGRP (FIG. 20 B). The in the preceding description, the sequence listing, the claims and the
Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigerDrawings disclosed features of the invention can be used both individually and in any
Kombination zur Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausfuhrungsformen wesentlich sein. Combination for realizing the invention in its various embodiments may be essential.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Selektion eines oder mehrerer Nukleinsaureliganden aus einer Mischung von Kandidaten-Nukleinsäuren, wobei die Nukleinsaureliganden an ein Zielmolekül binden können, umfassend die Schritte1. A method for selecting one or more nucleic acid ligands from a mixture of candidate nucleic acids, wherein the nucleic acid ligands can bind to a target molecule, comprising the steps
a) Kontaktieren der Mischung mit dem immobilisierten Zielmolekül,a) contacting the mixture with the immobilized target molecule,
b) Abtrennen der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindende(n) Nukleinsäure(n) vom Rest der Kandidatenmischung, wobei die mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindenden Nukleinsäure(n) in einem Komplex mit dem Zielmolekül vorliegen,b) separating the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity from the rest of the candidate mixture, the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity being present in a complex with the target molecule,
c) Elution der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindenden Nukleinsäure(n) von dem Zielmolekül; undc) elution of the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity from the target molecule; and
d) optional Amplifizieren der mit höherer Affinität bindenden Nukleinsäure(n), wodurch ein angereichertes Nukleinsäureprodukt entsteht,d) optionally amplifying the nucleic acid (s) which bind with higher affinity, resulting in an enriched nucleic acid product,
wobei das Zielmolekül an einer Oberfläche immobilisiert vorliegt und das Verfahren einen Ultrafiltrationsschritt umfasst.wherein the target molecule is immobilized on a surface and the method comprises an ultrafiltration step.
2. Verfahren zur Selektion eines oder mehrerer Nukleinsaureliganden aus einer Mischung von Kandidaten-Nukleinsäuren, wobei die Nukleinsaureliganden an ein Zielmolekül binden können, umfassend die Schritte2. A method for selecting one or more nucleic acid ligands from a mixture of candidate nucleic acids, wherein the nucleic acid ligands can bind to a target molecule, comprising the steps
a) Kontaktieren der Mischung mit dem Zielmolekül,a) contacting the mixture with the target molecule,
b) Immobilisieren des Zielmoleküls und/oder der Komplexe aus Zielmolekül und Kandidatennukleinsäure(n),b) immobilizing the target molecule and / or the complexes of target molecule and candidate nucleic acid (s),
c) Abtrennen der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindende(n) Nukleinsäure(n) vom Rest der Kandidatenmischung, wobei die mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindenden Nukleinsäure(n) in einem Komplex mit dem Zielmolekül vorliegen,c) separating the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity from the rest of the candidate mixture, the one with a higher Affinity to the target molecule-binding nucleic acid (s) are present in a complex with the target molecule,
d) Elution der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindenden Nukleinsäure(n) von dem Zielmolekül, undd) elution of the nucleic acid (s) binding to the target molecule with a higher affinity from the target molecule, and
e) optional Amplifizieren der mit höherer Affinität bindenden Nukleinsäure(n), wodurch ein angereichertes Nukleinsäureprodukt entsteht,e) optionally amplifying the nucleic acid (s) which bind with higher affinity, resulting in an enriched nucleic acid product,
wobei das Zielmolekül an einer Oberfläche immobilisiert vorliegt und das Verfahren einen Ultrafiltrationsschritt umfasst.wherein the target molecule is immobilized on a surface and the method comprises an ultrafiltration step.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultrafiltrationsschritt während oder nach der Elution erfolgt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the ultrafiltration step takes place during or after the elution.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultrafiltrationsschritt während oder nach der Amplifikation erfolgt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the ultrafiltration step takes place during or after the amplification.
5. Verfahren zur Selektion eines oder mehrer Nukleinsaureliganden aus einer Mischung von Kandidätennukleinsäuren, wobei die Nukleinsaureliganden an ein Zielmolekül binden können, bevorzugterweise nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend die Schritte5. A method for selecting one or more nucleic acid ligands from a mixture of candidate nucleic acids, wherein the nucleic acid ligands can bind to a target molecule, preferably according to a method according to any one of claims 1 to 4, comprising the steps
a) Kontaktieren der Mischung mit dem Zielmolekül, wobei aa) das Zielmolekül immobilisiert ist, oder ab) nach dem Kontaktieren der Mischung mit dem Zielmolekül das Zielmolekül und oder Komplexe aus Zielmolekül und Kandidatennukleinsäure(n) immobilisiert werden, b) Abtrennen der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindende(n) Nukleinsäure(n) vom Rest der Kandidatenmischung, wobei die mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindenden Nukleinsäure(n) in einem Komplex mit dem Zielmolekül vorliegen, c) Elution der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindendena) contacting the mixture with the target molecule, wherein aa) the target molecule is immobilized, or ab) after contacting the mixture with the target molecule, the target molecule and / or complexes of target molecule and candidate nucleic acid (s) are immobilized, b) separating those with a higher one Affinity to the target molecule (s) nucleic acid (s) from the rest of the candidate mixture, the nucleic acid (s) binding with a higher affinity to the target molecule being present in a complex with the target molecule, c) Elution of those binding to the target molecule with a higher affinity
Nukleinsäure(n) von dem Zielmolekül, undNucleic acid (s) from the target molecule, and
d) optional Amplifizieren der mit höherer Affinität bindenden Nukleinsäure(n), wodurch ein angereichertes Nukleinsäureprodukt entsteht,d) optionally amplifying the nucleic acid (s) which bind with higher affinity, resulting in an enriched nucleic acid product,
wobei das Zielmolekül an einer Oberfläche immobilisiert vorliegt und das Abtrennen gemäß Schritt b) mittels einer Filtration, bevorzugterweise eine Mikrofiltration, erfolgt, wobei eine Vakuumkammer verwendet wird, umfassend ein Bodenteil (10) und ein Deckelteil (11), wobei das Bodenteil (10) und das Deckelteil (11) bevorzugterweise durch eine Dichtung voneinander getrennt sind, und das Deckelteil (11) mindestens eine vollständige durch das Deckelteil sich erstreckende Bohrung (13, 14) aufweist, wobei die Bohrung eine Mindestlänge aufweist, so dass beim Filtrationsschritt eine Kontamination zwischen zwei nebeneinander erfolgenden Filtrationen nicht auftritt.wherein the target molecule is immobilized on a surface and the separation according to step b) is carried out by means of a filtration, preferably a microfiltration, using a vacuum chamber comprising a base part (10) and a cover part (11), the base part (10) and the cover part (11) is preferably separated from one another by a seal, and the cover part (11) has at least one complete bore (13, 14) extending through the cover part, the bore having a minimum length, so that contamination occurs during the filtration step two side-by-side filtrations do not occur.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen in Schritt b) mittels Mikrofiltration erfolgt.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the separation in step b) is carried out by means of microfiltration.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein automatisiertes Verfahren ist.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the method is an automated method.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultrafiltration an einer Ultrafiltrationsmembran mit einer molekularen Ausschlussgröße von etwa 1.000 bis 100.000, bevorzugterweise etwa 10.000 bis 50.000 Da erfolgt.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the ultrafiltration on an ultrafiltration membrane with a molecular exclusion size of about 1,000 to 100,000, preferably about 10,000 to 50,000 Da.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofiltration an einer Mikrofiltrationsmembran oder Fritte erfolgt mit einer durchschnittlichen Porengröße von etwa 0,1 bis 100 μm, bevorzugterweise etwa 1 bis 35 μm und bevorzugtesterweise etwa 10 μm.9. The method according to any one of claims 5 to 8, characterized in that the microfiltration on a microfiltration membrane or frit is carried out with an average pore size of about 0.1 to 100 microns, preferably about 1 to 35 microns and most preferably about 10 microns.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche bereitgestellt wird durch Partikel, wobei bevorzugterweise die Partikel ausgewählt sind aus der Gruppe, die magnetische und nicht-magnetische Partikel umfasst.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the surface is provided by particles, preferably the particles are selected from the group comprising magnetic and non-magnetic particles.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elution durch Verwenden von Wasser, denaturierenden Agenzien, durch Erhitzen des Reaktionsgemisches oder durch Verwendung von Kompetitoren erfolgt.11. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the elution is carried out by using water, denaturing agents, by heating the reaction mixture or by using competitors.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das denaturierende Agens ausgewählt ist aus der Gruppe, die Harnstoff, EDTA, Guanidinium-HCL, Guanidinium- Isothiocyanat, Detergenz, Kombinationen von Harnstoff und EDTA umfasst.12. The method according to claim 11, characterized in that the denaturing agent is selected from the group comprising urea, EDTA, guanidinium HCL, guanidinium isothiocyanate, detergent, combinations of urea and EDTA.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompetitor ein Peptid oder ein Fragment des Zielmoleküls ist.13. The method according to claim 11, characterized in that the competitor is a peptide or a fragment of the target molecule.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultrafilter und/oder der Mikrofilter in einer Filtersäule enthalten ist, wobei die Filtersäule aus einem Aufhahmestück und einem Auslassstück besteht, die beide durch ein konisches Zwischenstück miteinander verbunden sind und der Ultrafilter oder der Mikrofilter am Übergang zwischen dem konischen Zwischenstück und dem Auslassstück angeordnet ist.14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the ultrafilter and / or the microfilter is contained in a filter column, wherein the filter column consists of a receiving piece and an outlet piece, both of which are connected to one another by a conical intermediate piece and the Ultrafilter or the microfilter is arranged at the transition between the conical intermediate piece and the outlet piece.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtersäule in einer Vorrichtung gehalten wird bestehend aus einem Bodenteil und einem Deckelteil, wobei der Deckelteil ein oder mehrere Mittel zur Aufnahme der Filtersäule aufweist.15. The method according to claim 14, characterized in that the filter column is held in a device consisting of a bottom part and a cover part, the cover part having one or more means for receiving the filter column.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Aufnahme der Filtersäule eine Bohrung ist, wobei die Bohrung eine Mindestlänge aufweist.16. The method according to claim 15, characterized in that the means for receiving the filter column is a bore, the bore having a minimum length.
17. Verwendung einer Filtersäule in einem Verfahren zur Selektion von Nukleinsaureliganden, insbesondere in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fritte ein erstes Aufhahmestück (1) umfasst, das in ein konisches Zwischenstück (2) übergeht und das konische Zwischenstück wiederum in ein Auslassstück (3) übergeht, wobei am Übergang zwischen dem Zwischenstück (2) und dem Auslassstück (3) ein Filter angebracht ist. 17. Use of a filter column in a method for the selection of nucleic acid ligands, in particular in a method according to one of claims 1 to 16, characterized in that the frit comprises a first receiving piece (1) which merges into a conical intermediate piece (2) and that conical intermediate piece in turn merges into an outlet piece (3), a filter being attached to the transition between the intermediate piece (2) and the outlet piece (3).
18. Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter ein Mikrofilter oder ein Ultrafilter ist.18. Use according to claim 17, characterized in that the filter is a microfilter or an ultrafilter.
19. Verwendung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufhahmestück (1) ein Befestigungsmittel aufweist.19. Use according to claim 17 or 18, characterized in that the receiving piece (1) has a fastening means.
20. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel an dem entgegengesetzten Ende des Aufhahmestückes (1) angebracht ist, wo dieses in das konische Zwischenstück (2) übergeht.20. Use according to claim 19, characterized in that the fastening means is attached to the opposite end of the receiving piece (1), where it merges into the conical intermediate piece (2).
21. Verwendung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtersäule an der Außenwand, bevorzugterweise an der Außenwand des Aufhahmestückes, ein Verbreiterungsmittel aufweist.21. Use according to one of claims 17 to 20, characterized in that the filter column on the outer wall, preferably on the outer wall of the receiving piece, has a widening means.
22. Verwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbreiterungsmittel ausgebildet ist als ein an der Außenwand angebrachter Ring, wobei der Ring bevorzugterweise senkrecht zur Längsachse des Aufhahmestückes (1) und/oder des Auslassstückes (3) angeordnet ist.22. Use according to claim 21, characterized in that the widening means is designed as a ring attached to the outer wall, the ring preferably being arranged perpendicular to the longitudinal axis of the receiving piece (1) and / or the outlet piece (3).
23. Vakuumkammer zur Verwendung in einem Verfahren zur Selektion von Nukleinsaureliganden, insbesondere in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, umfassend ein Bodenteil (10) und ein Deckelteil (11), wobei das Deckelteil (11) mindestens eine vollständig durch das Deckelteil sich erstreckende Bohrung (12) aufweist, wobei die Bohrung eine Mindestlänge aufweist.23. Vacuum chamber for use in a method for selecting nucleic acid ligands, in particular in a method according to one of claims 1 to 16, comprising a base part (10) and a cover part (11), the cover part (11) being at least one completely through the cover part extending bore (12), the bore having a minimum length.
24. Vakuumkammer zur Verwendung in einem Verfahren zur Selektion von Nukleinsaureliganden, insbesondere in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, umfassend ein Bodenteil (10) und ein Deckelteil (11), wobei das Deckelteil (11) mindestens zwei vollständig durch das Deckelteil sich erstreckende Bohrungen (12) aufweist, wobei die Bohrungen eine Mindestlänge aufweisen, die gewährleistet, dass es zu keiner Kontamination des Filtrationsvorganges und/oder zu filtrierenden Lösung durch ein Filtrat der zweiten Filtration kommt. 24. Vacuum chamber for use in a method for selecting nucleic acid ligands, in particular in a method according to one of claims 1 to 16, comprising a base part (10) and a cover part (11), the cover part (11) being at least two completely through the cover part has extending bores (12), the bores having a minimum length which ensures that there is no contamination of the filtration process and / or solution to be filtered by a filtrate of the second filtration.
25. Vakuumkammer nach einem der Ansprüche 23 bis 24 umfassend eine Filtersäule wie beschrieben nach einem der Ansprüche 15 bis 20.25. Vacuum chamber according to one of claims 23 to 24, comprising a filter column as described according to one of claims 15 to 20.
26. Vorrichtung mit einer Ablaufsteuereinheit zum Steuern eines Aufhehmers für einen flüssigen und/oder festen Stoff, wobei der Aufnehmer geeignet ist, eine Abfolge umfassend ein Aufnehmen des Stoffes, ein Transportieren des Stoffes und ein Abgeben des Stoffes in einen Behälter durchzuführen, wobei der Aufnehmer so gesteuert ist,26. An apparatus having a sequence control unit for controlling a liquid and / or solid substance pickup, the pickup being suitable for carrying out a sequence comprising picking up the cloth, transporting the cloth and dispensing the cloth into a container, the pickup is controlled
um in dem Behälter eine Mischung von Kandidaten-Nukleinsäuren mit einem Zielmolekül zu kontaktieren, an das die Nukleinsaureliganden binden können, undto contact in the container a mixture of candidate nucleic acids with a target molecule to which the nucleic acid ligands can bind, and
um die kontaktierte Kandidatenmischung in eine Trennvorrichtung zu transportieren, in der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekul bindende(n) Nukleinsäure(n) vom Rest der Kandidatenmischung abtrennbar sind,in order to transport the contacted candidate mixture into a separating device in which nucleic acid (s) binding to the target molecule can be separated from the rest of the candidate mixture with a higher affinity,
um die mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindenden Nukleinsäure(n) von dem Zielmolekül zu eluieren, undin order to elute from the target molecule the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity, and
um optional eine Amplifikation der mit höherer Affinität an das Zielmolekül bindende(n) Nukleinsäure(n) durchzuführen, wobei während oder nach der Elution ein Ultrafiltrationsschritt durchgeführt wird.to optionally carry out an amplification of the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity, an ultrafiltration step being carried out during or after the elution.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass während oder nach der Amplifikation ein Ultrafiltrationsschritt durchgeführt wird.27. The device according to claim 26, characterized in that an ultrafiltration step is carried out during or after the amplification.
28. Vorrichtung mit einer Ablaufsteuereinheit zum Steuern eines Aufhehmers für flüssige und oder feste Stoffe, wobei der Aufnehmer geeignet ist, eine Abfolge von Aufnehmen des Stoffes, Transportieren des Stoffes und Abgeben des Stoffes in einen Behälter durchzuführen, wobei der Aufnehmer so gesteuert ist, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 durch mehrfache Abfolgen durcrizuführen.28. An apparatus having a sequencer for controlling a liquid and or solid substance pickup, the pickup being adapted to perform a sequence of picking up the cloth, transporting the cloth, and dispensing the cloth into a container, the pickup being controlled to to carry out the method according to one of claims 1 to 16 by multiple sequences.
29. Verfahren zum Steuern eines Aufhehmers zur Selektion eines oder mehrerer Nukleinsaureliganden, wobei der Aufnehmer geeignet ist, eine Abfolge umfassend ein Aufnehmen eines flüssigen und/oder festen Stoffes, ein Transportieren des Stoffes und ein Abgeben des Stoffes in einen Behälter durchzuführen, wobei der Aufnehmer so gesteuert wird,29. A method for controlling a receptor for the selection of one or more nucleic acid ligands, wherein the receptor is suitable for a sequence comprising taking up a liquid and / or solid substance, transporting the substance and dispensing the substance into a container, the receiver being controlled so
um in dem Behälter eine Mischung von Kandidaten-Nukleinsäuren mit einem Zielmolekül zu kontaktieren, an das die Nukleinsaureliganden binden können,to contact a mixture of candidate nucleic acids in the container with a target molecule to which the nucleic acid ligands can bind,
um die kontaktierte Kandidatenmischung in eine Trennvorrichtung zu transportieren, in der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindende(n) Nukleinsäure(n) vom Rest der Kandidatenmischung abtrennbar sind,in order to transport the contacted candidate mixture into a separation device in which nucleic acid (s) binding to the target molecule can be separated from the rest of the candidate mixture with a higher affinity,
um eine Elution der mit einer höheren Affinität an das Zielmolekül bindenden Nuklemsäure(n) von dem Zielmolekül durchzuführen,in order to carry out elution of the nuclear acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity from the target molecule,
um optional eine Amplifikation der mit höherer Affinität an das Zielmolekül bindende(n) Nukleinsäure(n) durchzuführen, undto optionally carry out an amplification of the nucleic acid (s) which bind to the target molecule with a higher affinity, and
um eine Ultrafiltration während oder nach der Elution und/oder während oder nach der Amplifikation durchzuführen.to perform ultrafiltration during or after elution and / or during or after amplification.
30. Verwendung einer Vorrichtung mit einer Ablaufsteuereinheit zum Steuern eines Aufhehmers für einen flüssigen und/oder festen Stoff, wobei der Aufnehmer geeignet ist, eine Abfolge umfassend ein Aufnehmen des Stoffes, ein Transportieren des Stoffes und ein Abgeben des Stoffes in einen Behälter durchzuführen, für die Selektion eines oder mehrerer Nukleinsaureliganden aus einer Mischung von Kandidaten-Nukleinsäuren, insbesondere für ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16. 30. Use of a device with a sequence control unit for controlling a liquid and / or solid substance receiver, the sensor being suitable for carrying out a sequence comprising taking up the substance, transporting the substance and dispensing the substance into a container for the selection of one or more nucleic acid ligands from a mixture of candidate nucleic acids, in particular for a method according to one of claims 1 to 16.
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