CN107916456B - 产生和筛选dna编码的库的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了产生和筛选DNA编码的库的方法。本发明的特征在于用于识别结合于生物靶的一种或多种化合物的许多方法。该方法包括合成化合物的库，其中化合物包含具有一个或多个多样性位置的功能部分。化合物的功能部分可操作地连接于识别功能部分结构的起始寡核苷酸。
Description
本申请是申请日为2010年2月16日的题为“产生和筛选DNA编码的库的方法”的中国专利申请No.201080007813.3的分案申请。
技术领域
本发明涉及产生和筛选DNA编码的库的方法。
背景技术
药物开发的迅速增长的成本已导致持续探索尽可能廉价地筛选更大化学空间的新方法以发现具有更高效能以及很少毒性至没有毒性的分子。在二十世纪八十年代组合化学方式最初被誉为是超越药物开发范式的方法，但在很大程度上是失败的，这是由于库大小不足以及不适当的去卷积方法。最近，小分子的DNA显示组合库的使用已产生用于筛选治疗性前导化合物的新范式转变。
Morgan等人(美国专利申请公开号2007/0224607，以引用方式结合于本文)确定了在药物开发中使用DNA-显示组合方式的主要挑战：(1)足够复杂性的库的合成以及(2)在所使用的筛选中具有活性的分子的鉴定。另外，Morgan等人说明了，库的复杂性程度越高，即，存在于库中的不同结构的数目越高，则库包含具有感兴趣活性的分子的可能性就越大。因此，在库合成中采用的化学性能必须能够在合理的时间框架内产生大量化合物。在识别具有不同化学型和高亲和力的分子时，这种方式通常是成功的。然而，关于产生巨大复杂性的库以及在已描述的规模上评估测序输出，则已显露许多问题。例如，在多重化学转化(例如，通常为3个或4个步骤)和生物转化(例如，DNA标记的酶促连接)以后库的纯化是麻烦的并且导致在库中的大量的“噪声”，这是由于分子的不完全合成或由于在连接步骤期间的错标记。此外，为查询所选择群体所需要的测序量是惊人的，通常需要“下一代”测序方法。后者是由于以下事实：需要嵌入库的DNA部分中的复杂的遗传标记方案、以及用于分析“下一代”测序输出的生物信息学算法以通过噪声筛选和确定库中的击中(采样，hits)。因此，甚至使用这些方法，仍然没有足够推进测序以从给定筛选中完全捕获序列的多样性(表示真正击中和“噪声”两者)。
组合小分子库的DNA显示依赖于库的多步的、分离-和-合并合成，其结合(偶联，偶合)于DNA标记的酶加成，其中上述DNA标记编码所使用的合成步骤和结构单元(标准部件，building block)。通常进行和编码许多(例如，3个或4个)合成步骤，并且这些合成步骤包括多样性位置(本文描述为A、B、以及C(图1))，如那些通过将具有例如胺或羧酸酯官能团的结构单元结合到化学骨架上所形成的多样性位置，其中化学骨架显示在限定方向上的连接的结构单元。经常用于组合库中的骨架(S)的一个实例是三嗪部分，其可以在它的环状结构周围的三个位置中正交衍生。
库形成过程可以是费时的，产物经常被未有效纯化，以及结果是可以发生未知反应，其会产生连接于DNA的不想要的和/或未知的分子。此外，库的不完全纯化可以导致在连接步骤期间的标记交叉污染，从而导致错标记。用于从库中筛选和测序击中的最终结果是，必须采用大规模并行测序，这是由于连接于意外的分子(例如，未反应的或副产物)的DNA或错标记的DNA固有的“噪声”。因此，会损失测序的效率。
在一些情况下，从其构建小分子库的起始寡核苷酸(initiatoroligonucleotide)，包含以共价封闭、双链寡核苷酸形式的用于聚合酶扩增(例如，PCR)的引物结合区。对于进行聚合酶反应来说，这种构建物是很成问题的，这是由于难以解链双链体以及难以使引物寡核苷酸结合和引发聚合作用，其导致无效反应，从而降低产率10至1000倍或更大。
需要更多分步方式以筛选和识别具有更高效能以及很少毒性至没有毒性的小分子。
发明内容
本发明的特征在于一种用于产生和筛选简化的DNA编码库的方法，由于更少合成步骤(例如，没有酶促连接或没有共价封闭的起始双链寡核苷酸)，因此，在编码低聚物(此处被称为“标识区”)的分析期间，显著更少的“噪声”。因此，考虑到可以混淆数据的解释的固有偏误，其中数据可以通过编码区的扩增来引入，测序变得更加有效，或可替换地，微阵列分析变得可能。我们还已确定了用于产生更多化学反应多样性而不是那些简单限于含水条件的化学反应的方法以使得DNA编码的库更加疏水的和可溶于用于随后库合成步骤的有机溶剂中。以这种方式，可以用潜在更高的产率、更多结构单元多样性来进行化学反应，并改善化学反应的保真度。
因此，本发明的特征在于一种通过使双功能接头的第一官能团在起始寡核苷酸的5’端结合于起始寡核苷酸而标记DNA编码的化合物库(化学库，化学物库，chemicallibrary)的方法，其中起始寡核苷酸形成发夹结构；以及使双功能接头的第二官能团结合于化合物库的成分(组分，component)。起始寡核苷酸可以包括第一标识区(firstidentifier region)和第二标识区，使得第二标识区杂交于起始寡核苷酸的第一标识区。第二标识区可以包括荧光标记(例如，荧光团或GFP)或生物素标记。此外，在选择步骤以后的分析以前并没有扩增第二标识区。
在另一个实施方式中，本发明的特征在于一种产生DNA编码的库的方法，其中通过(a)产生第一多样性节点(first diversity node)，(b)在分开的容器(vessel)中编码第一多样性节点，(c)合并第一多样性节点，以及(d)将合并的第一多样性节点分离(分开，分割，split)到第二组分开的容器中，其中第一多样性节点进行反应以形成第二多样性节点。在一些实施方式中，并没有编码和合并第二多样性节点。
在另一个实施方式中，本发明的特征在于一种用于产生库的方法，该方法使用具有更高产率的半含水或非水(例如，有机)化学反应、更多结构单元多样性、以及更多数目的化学反应，其可以用来产生比先前达到的更多DNA标记的组合库。
通常，本发明的方法提供了一组库，该库包含，例如，在化学骨架(化合物骨架，chemical scaffold)上的一个或两个多样性位置，该位置可以以高产率有效地产生，被筛选以确定优选的个别结构单元或结构单元的组合，上述个别结构单元或结构单元的组合存在于，例如，一个或两个多样性位置，并且在例如，第二、第三、和/或第四多样性位置反复地多样化，以产生具有改善性能的分子。另外，本文描述的方法便于具有期望生物性能的选择化合物的广泛盒详尽的分析，其又便于确定具有家族结构关系(例如，结构-活性关系)的有关化合物。
“骨架”是指以特定的专门几何形状显示一个或多个多样性节点的化学部分。一个或多个多样性节点通常在库合成期间连接于骨架，但在一些情况下在库合成(例如，标识区的添加)以前可以将一个多样性节点连接于骨架。在一些实施方式中，使骨架衍生，使得它在库合成期间可以被正交去保护并且随后与不同多样性节点进行反应(例如，在每个步骤中，使用标识标记)。
“标识区”是指库的DNA标记部分，该DNA标记部分编码加入库中的结构单元。
“起始寡核苷酸”是指用于库合成的开始寡核苷酸，该开始寡核苷酸还包含共价连接接头和用于添加多样性节点或骨架的功能部分。寡核苷酸可以是单链或双链的。寡核苷酸可以由天然或修饰碱基构成。
“功能部分”是指包含一个或多个结构单元的化学部分，其可以选自任何小分子，或基于所期望的特性，例如，溶解度、氢键给体和受体的可用性、键的旋转自由度、正电荷、负电荷等，加以设计和构建。功能部分必须与化学修饰相容，使得它与头段(headpiece)进行反应。在一些实施方式中，可以使功能部分进一步反应为双功能或三功能(或更多功能)本体。功能部分还可以包括用在任何多样性节点或位置的结构单元。结构单元和编码DNA标记的实例参见表1和2。参见，例如，美国专利申请公开号2007/0224607，其以引用方式结合于本文。
“结构单元”是指这样的化学结构单元，该化学结构单元连接于其它化学结构单元或可以连接于其它这样的单元。当功能部分为多聚合或低聚合的时，结构单元是多聚体或低聚体的单体单元。结构单元还可以包括骨架结构(例如，骨架结构单元)，其被连接于或者可以被连接于一个或多个另外的结构(例如，外周结构单元)。结构单元可以是互补的任何化合物(即，结构单元必须能够一起反应以形成包含两个或更多个结构单元的结构)。通常，所有使用的结构单元会具有至少两个活性基团，虽然使用的一些结构单元会各自仅具有一个活性基团。在两个不同结构单元上的活性基团应该是互补的，即，能够一起反应以形成共价键。
“接头”是指将库的核酸部分连接于功能显示物质的一种分子。这样的接头在本领域是已知的，并且在库合成期间可以使用的那些接头包括但不限于5’-O-二甲氧基三苯甲基-1’,2’-二脱氧核糖-3’-[(2-氰乙基)-(N,N-二异丙基)]-亚磷酰胺；9-O-二甲氧基三苯甲基-三乙二醇、1-[(2-氰乙基)-(N,N-二异丙基)]-亚磷酰胺；3-(4,4’-二甲氧基三苯甲基氧基)丙基-1-[(2-氰乙基)-(N,N-二异丙基)]-亚磷酰胺；以及18-O-二甲氧基三苯甲基六乙二醇、1-[(2-氰乙基)-(N,N-二异丙基)]-亚磷酰胺。可以以不同组合彼此串联地添加上述接头以产生不同的期望长度的接头。“分支接头”是指将库的核酸位置连接于库的两个或更多个相同的功能物质的一种分子。分支接头在本领域中是众所周知的并且实例可以由对称或不对称倍加子(doubler)(1)和(2)或对称三倍子(trebler)(3)组成。参见，例如，Newcome et al.,Dendritic Molecules:Concepts,Synthesis,Perspectives,VCHPublishers(1996)；Boussif et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 92:7297-7301(1995)；以及Jansen et al.,Science 266:1226(1994)。
如在本文中所使用的，术语“寡核苷酸”是指核苷酸的多聚体。寡核苷酸可以包括本领域已知的可以被合成并用于碱基对识别的DNA或其任何衍生物。寡核苷酸并不必须具有邻接碱基，但可以散布有接头部分。寡核苷酸多聚体可以包括天然核苷(例如，腺苷、胸苷、鸟苷、胞苷、尿苷、脱氧腺苷、脱氧胸苷、脱氧鸟苷、以及脱氧胞苷)、核苷类似物(例如，2-氨基腺苷、2-硫胸苷、肌苷、吡咯并嘧啶、3-甲基腺苷、C5-丙炔基胞苷、C5-丙炔基尿苷、C5-溴尿苷、C5-氟尿苷、C5-碘尿苷、C5-甲基胞苷、7-脱氮杂腺苷、7-脱氮杂鸟苷、8-氧腺苷、8-氧鸟苷、O(6)-甲基鸟嘌呤、以及2-硫胞苷)、化学修饰碱基、生物修饰碱基(例如，甲基化碱基)、插入碱基、修饰糖(例如，2’-氟核糖、核糖、2’-脱氧核糖、阿拉伯糖、以及己醣)、和/或修饰磷酸酯基团(例如，硫代磷酸酯(磷硫酰)和5’-N-亚磷酰胺键)。
“可操作地连接”是指，以这样的方式将两个化学结构连接在一起以便通过它们预计经受的各种操作仍然保持连接。通常，经由适当的连接基团来共价连接功能部分和编码寡核苷酸。例如，连接基团可以是双功能部分，其具有用于编码寡核苷酸的连接位点以及用于功能部分的连接位点。
“小分子”是指具有低于约1000道尔顿分子量的分子。小分子可以是有机或无机的，并且可以从例如化合物库或天然来源中分离，或可以通过已知化合物的衍生作用来获得。
根据以下详细描述、附图、实施例、以及权利要求，本发明的其它特点和优点会是显而易见的。
附图说明
图1是示出了多样性位置A、B、以及C的示意图。
图2是部分示出了起始寡核苷酸的模式1的DNA编码化合物库成员的示意图，该起始寡核苷酸包括在标识区处互补的发夹结构，其已经与A和B多样性节点反应。添加用于B的标识区。在此附图中，“C”多样性节点是在添加B标识区以后用于待添加的另外的多样性位置的潜在位置。
图3是部分示出了起始寡核苷酸的模式1的DNA编码化合物库成员的示意图，该起始寡核苷酸包括在发夹结构的环区中的序列，其可以用作用于扩增的引物结合区。
图4是部分示出了起始寡核苷酸的模式1的DNA编码化合物库成员的示意图，该起始寡核苷酸包括在分子的3’端的非互补序列，其可以用来结合用于聚合或用于酶促连接的第二标识区。
图5是部分示出了起始寡核苷酸的模式1的DNA编码化合物库成员的示意图，其中起始寡核苷酸的环区和在环区的3’侧的至少标识区可以用来杂交于还包含第二标识区的互补寡核苷酸。
图6是如图5示出的发夹模型的PCR扩增的示意图。
图7是示出了发夹形寡核苷酸的模式2的DNA编码化合物库成员的示意图，该发夹形寡核苷酸在远端共价闭合(例如，经由发夹结构或化学方式)于接头。
图8是模式2的DNA编码化合物库成员的示意图，其示出了另外多样性节点的包含物。
图9是模式2的DNA编码化合物库成员的示意图，其示出了用于库筛选的步骤以及用于去卷积标识区的方法。
图10是示出了库合成中所使用的寡核苷酸的示意图。头段(HP)通过IDT DNA来合成并通过HPLC加以纯化。箭头指出用于BbvCI限制(下划线)或Nb.BbvCI或Nt.BbvCI切口消化的位点。还示出了DNA标记A1、B1、以及C1(顶部和底部链)、5’和3’PCR引物、以及HP的3’端的序列。
图11是在它的合成的不同步骤中头段的电泳凝胶(TBE-脲(15％)凝胶电泳；在TLC板上的UV影像)。用Fmoc-氨基-PEG2000-NHS(JenKem Technology USA)来酰化头段HP(IDTDNA)。泳道1是HP(IDT DNA)寡核苷酸(42nts)。泳道2是用Fmoc-氨基-PEG2000-NHS酰化的HP。在Tris-HCl添加以后，观测到Fmoc的一些脱保护。泳道3是与哌啶的粗反应(crudereaction)，示出了Fmoc的完全脱保护。在NAP-5柱上脱盐以及冷冻干燥以后，泳道4与泳道3相同。(XC：二甲苯蓝(迁移为60nt DNA)；BPB：溴酚蓝(迁移为15nt DNA)。
图12是示出了在模型库合成中的步骤的示意图。在第一步骤中，将DTAF共轭于氨基-PEG修饰头段(HP-1)。在此步骤以后，用戊基氨基-生物素进一步酰化HP-1-DTAF的一部分。
图13-A是DNA标记的连接的图解。图13-B示出了在DNA标记连接的不同步骤中HP-1-DTAF-生物素库的4％琼脂糖凝胶。M：标记；泳道1：HP-1-DTAF-生物素；泳道2：1+仅标记A；泳道3：1+标记A、B、以及C、以及连接的3’-端寡核苷酸。箭头指示明亮的绿色荧光(DTAF)。在凝胶上没有观测到显著分离。图13-C示出了连接反应的PCR扩增(24个周期)。M：标记(最低条带是100)；泳道1：来自图14-B的泳道1(HP-1-DTAF-生物素+标记A)的绿色荧光条带的PCR扩增；泳道2：来自图13-B的泳道2(HP-1-DTAF-生物素+所有3种标记以及3’-端寡核苷酸)的绿色荧光条带的PCR扩增；泳道3：粗连接反应HP-1-DTAF-生物素+所有3种标记的PCR扩增；泳道4：无模板对照。
图14是一组电泳凝胶，其示出了XChem模型化合物的纯化和模型选择(经由XChem模型化合物的生物素部分和链霉亲和素之间的结合相互作用)。凝胶是4-12％SDS NuPage凝胶连同MES电泳缓冲液(running buffer)。利用450-nm激光器，扫描凝胶的绿色荧光。图14-A是示出了合成和纯化步骤的凝胶。使样品与加载缓冲液混合并沸腾。M：标记；泳道1：HP-1+DTAF；泳道2和2a：HP-1-DTAF+生物素(两个独立反应)；泳道3-6(纯化/模型选择的步骤，其中使用链霉亲和素Dynal珠)；泳道3：流过；泳道4：最后的洗涤(在80℃下用水洗涤10分钟)；泳道5和5’：在90℃下用25mM EDTA洗脱(第一和第二)；泳道6和6’：在90℃下用25mMEDTA和5mM NaOH洗脱(第一和第二)。图14-B是示出了HP-1-DTAF-生物素(“1的库”)与链霉亲和素的结合的凝胶。将样品与凝胶加载缓冲液混合并直接加载到凝胶上而没有沸腾。在50mM NaCl/10mM Tris HCl(pH 7.0)中，用过量链霉亲和素温育如在图14-A的凝胶中的样品10分钟。“S”表示添加链霉亲和素。将样品5和6合并在一起。泳道1：HP-1-DTAF；泳道1S：HP-1-DTAF+链霉亲和素；泳道2：HP-1-DTAF-生物素(脱盐)；泳道2S：HP-1-DTAF-生物素+链霉亲和素；泳道4：最后的洗涤(在80℃下用水洗涤10分钟)；泳道4S：最后的洗涤样品+链霉亲和素；泳道5+6：合并的样品5、5’、6以及6’(来自链霉亲和素珠的洗脱馏分，纯化和选择的HP-1-DTAF-生物素)；泳道5+6S’：纯化和选择的HP-1-DTAF-生物素+链霉亲和素。注意，在“1的库”合成的不同步骤之间，迁移并没有明显区别。图14-C是与DTAF反应的头段(Trilink)HP-T的4％琼脂糖凝胶。泳道1：标记；泳道2：DTAF；泳道3：HP-T-DTAF。左图：凝胶的UV可视化(溴化乙锭染色)；右图：在激发波长450nm处扫描荧光(绿色，荧光素)的相同凝胶。图14-D是具有MES电泳缓冲液的4-12％SDS NuPage凝胶，其示出了HP-T-DTAF-生物素与链霉亲和素的结合。将样品与凝胶加载缓冲液混合并直接加载到凝胶上而没有沸腾。使用在50mMNaCl/10mM Tris HCl(pH 7.0)中的过量链霉亲和素温育如在图14-A中的凝胶中的样品10分钟。泳道1：DTAF；泳道2：HP-T-DTAF；泳道3：HP-T-DTAF+链霉亲和素；泳道4：HP-T-DTAF-生物素(脱盐)；泳道5：HP-T-DTAF-生物素+链霉亲和素；泳道6：合并的样品5、5’、6以及6’(来自链霉亲和素珠的洗脱馏分，纯化和选择的HP-1-DTAF-生物素)；泳道7：纯化和选择的HP-1-DTAF-生物素+链霉亲和素。
图15-A是用于T7RNAP细胞内传递实验的构建物的合成图解。PCR扩增VH dsDNA克隆以在T7启动子的5’端上游添加BsmI位点。在限制酶切消化和纯化以后，将构建物连接于HP-1-DTAF-R7(用DTAF和(-Arg-εAhx)6-Arg肽修饰的头段)。图15-B是连接反应的电泳凝胶。泳道1和2示出了连接于VH的不同HP-1样品；泳道3示出了未连接VH PCR产物；以及M是标记。图15-C是示出了T7启动子活性确认的电泳凝胶。凝胶示出了使用来自图15-B的泳道1-3的样品的T7Megascript(Ambion,Inc.)反应。
图16是在库10×10合成中步骤的琼脂糖凝胶电泳。图16-A是用标记A连接的头段(Trilink)HP-T的4％琼脂糖凝胶。泳道1：标记；泳道2：HP-T；泳道3：退火的标记A；泳道4：连接有标记A的HP-T；泳道5：连接有标记A并在Zeba柱上脱盐的HP-T。图16-B是连接有12种不同标记B的HP-T-A的2％琼脂糖凝胶。泳道M：标记；泳道1和9：HP-T-A；泳道3、4、5、6、7、8、11、12、13、14、15以及16：连接有标记B1-B12的HP-T-A。图16-C是在与三聚氯氰(氰尿酰氯)以及胺B1-B12反应以后，合并库(库B)的4％琼脂糖凝胶，带有连接的标记A和B1-B12。泳道1：标记；泳道2：HP-T-A；泳道3：合并的并在Zeba柱上脱盐的库B。
具体实施方式
本发明的特征在于用于识别结合于生物靶的一种或多种化合物的许多方法。该方法包括合成化合物的库，其中化合物包含具有一个或多个多样性位置的功能部分。化合物的功能部分可操作地连接于起始寡核苷酸，该起始寡核苷酸识别功能部分的结构。总之，模式1提供了许多方法以在库合成期间保持dsDNA的双链特性，其在化学反应步骤期间是重要的，并且可以用于(如图2-6所示)产生可达两个多样性节点。模式2(图7-9)预测一个多样性节点并使用发夹形寡核苷酸，该发夹形寡核苷酸共价闭合(例如，经由发夹结构或化学方式)于接头的远端。模式3提供了产生具有一个、两个、三个、或更多个多样性节点的库的方法。以下详细描述模式1、2、以及3。
模式1
本发明的特征在于一种用于识别结合于生物靶的一种或多种化合物的方法。该方法包括合成化合物的库，其中化合物包含具有不大于两个多样性位置的功能部分。化合物的功能部分可操作地连接于起始寡核苷酸，该起始寡核苷酸通过提供包含A起始化合物的溶液而识别功能部分的结构。
起始寡核苷酸包括具有1或更大整数的接头L(例如，聚乙二醇)，其中起始寡核苷酸包含功能部分，该功能部分包括连接于L并分离到A反应容器(reaction vessels)中的A结构单元，其中A是2或更大的整数，该功能部分可操作地连接于识别A结构单元的起始寡核苷酸。
在一些实施方式中，可以通过常用节点(共有节点，common node)S进一步衍生A结构单元。在其它实施方式中，随后用S转化A，S是骨架分子，该骨架分子便于另外的多样性节点的引入。在一些实施方式中，可以直接筛选A-S，从而展现单个多样性节点。在其它实施方式中，将A-S反应容器(例如，其可以首先包括来自原始材料的A-S的纯化)混合在一起并等分到B反应容器中(其中B是1或更大的整数)，并与B结构单元之一反应。仍然在B反应容器中的A-S-B在一些情况下与C结构单元反应(其中C是1的整数)，被纯化，并经受使用B引物的聚合或连接反应，其中B引物的序列不同并且B引物确定B结构单元。
在一些实施方式中，A-S可以是1的整数。在一个实施方式中，A-S可以直接连接于B起始寡核苷酸，并在B结构单元的反应以后，混合B反应。在一些实施方式中，直接筛选A-S-B混合物，其中B表示仅有的多样性节点，从而展现单个多样性节点。在其它实施方式中，A-S-B混合物(其中B表示仅有的多样性节点)，随后被等分到C反应容器中，与C结构单元进行反应，并经受使用C引物的第二链聚合或连接反应，其中C引物的序列不同并且C引物确定C结构单元。
在一些实施方式中，B可以1的整数以及A-S大于1，在这种情况下，将现在用B衍生的A-S等分到C反应容器中，与C结构单元进行反应，然后经受使用C引物的第二链聚合反应，其中C引物的序列不同并且C引物确定C结构单元。这种一般策略可以扩展成包括另外的多样性节点(例如，D、E、F等)，使得第一多样性节点与结构单元和/或S进行反应，并通过起始寡核苷酸加以编码，混合，再等分到容器中，然后通过结构单元衍生随后的多样性节点，其由用于聚合或连接反应的引物加以编码。
在一些实施方式中，A可以是1的整数，B可以是1的整数，以及使用C起始寡核苷酸。连接于C起始寡核苷酸的A-S-B形成在C反应容器中，与C结构单元进行反应，并直接筛选。
在一些实施方式中，S首先与起始寡核苷酸进行反应，随后使A、B和/或C(例如，或D、E、F等)进行反应。
在一些实施方式中，A、B、或C(例如，或D、E、F等)可以包含用于另外多样性节点的位点。如果这是这种情况，那么可以或不可以使用或需要S以引入另外的多样性节点。
在一个实施方式中，起始寡核苷酸包括在标识区互补的发夹结构(图2)。标识区的长度可以是，例如，2至100个碱基对，优选长度为5至20个碱基对，以及最优选长度为6至12个碱基对。起始寡核苷酸进一步包括在发夹结构的环区中的序列，其可以用作用于扩增的引物结合区(图3)，使得单独与标识区相比，引物结合区对于其互补引物(例如，其可以包括旁侧标识区)具有更高的解链温度。
在一个实施方式中，环区可以包括修饰碱基，该修饰碱基与未修饰碱基相比可以形成更高亲和力的双链体，这样的修饰碱基在本领域是已知的(图3)。起始寡核苷酸可以进一步包括在分子的3’端的非互补序列，其可以用来结合用于聚合或用于酶促连接的第二标识区(图4)。在一个实施方式中，可以随后交联链，例如，使用补骨脂素。
在另一个实施方式中，环区和至少在环区的3’侧的标识区可以用来杂交于还包含第二标识区的互补寡核苷酸(图5)。在其中使用许多结构单元和相应标记(例如，100种标记)的情况下，在寡核苷酸合成步骤期间可以采用混合和分离策略以产生必要数目的标记。上述用于DNA合成的混合和分离策略在本领域中是已知的。在一个实施方式中，可以随后交联链，例如，使用补骨脂素。可以在选择结合本体与感兴趣的一个或多个靶以后，通过PCR来扩增获得的库成员(图6)。
例如，包括起始寡核苷酸的头段，可以与接头和A进行反应，A包括，例如，1000种不同的变体。对于每种A结构单元，可以连接DNA标记A或将引物延伸到头段。可以在例如1000孔板或10×100孔板中进行这些反应。可以合并所有反应，可选地加以纯化，并分开到第二组孔板中。接着，可以使用B结构单元进行相同的程序，该B结构单元同样包括，例如，1000种不同变体。可以将DNA标记B连接于头段，并可以合并所有的反应。A与B的1000×1000个组合的库(即，1,000,000种化合物)，由标记的1,000,000种不同组合来标记。可以延伸相同的方式以添加变体C、D、E等。然后可以使用产生的库以确定结合于目标的化合物。可以通过PCR和DNA标记的测序来估计结合于库的化合物的组成，从而确定富集的化合物。
模式2
在另一个实施方式中(图7)，该方法包括合成化合物的库，其中化合物包含具有不多于两个多样性位置的功能部分。化合物的功能部分可操作地连接于起始寡核苷酸，该起始寡核苷酸包含独特的基因序列，该独特的基因序列通过提供包含A起始化合物的溶液识别功能部分的结构，其中L是1或更大的整数，其中起始化合物包括分离到A反应容器中的具有A结构单元的功能部分(其中，例如，A是2或更大的整数)，该功能部分可操作地连接于识别A结构单元的起始寡核苷酸。在一些实施方式中，用常见S来预衍生A结构单元。在其它实施方式中，随后用S转化A，S是便于另外的多样性节点引入的骨架分子。接着，将A-S反应容器(其可以首先包括来自原始材料的A-S的纯化)混合在一起并等分到B反应容器中(其中B是1或更大的整数)，然后与B结构单元之一进行反应。仍然在B反应容器中的A-S-B，在一些实施方式中，与C结构单元进行反应(其中C是1的整数)，加以纯化，并分开保持在B容器中供筛选。在一些实施方式中，A-S是1的整数。在一个实施方式中，A-S可以直接连接于B起始寡核苷酸，并且在B结构单元的反应以后，将B反应混合并等分到C反应容器中，与C结构单元进行反应，然后分开保持在C容器中供筛选。在其它实施方式中，B可以是1的整数以及A-S大于1，在这种情况下，将现在用B衍生的A-S等分到C反应容器中，与C结构单元进行反应，并分开保持在C容器中供筛选。这种一般策略可以扩展成包括另外的多样性节点(例如，D、E、F等)，使得第一多样性节点与结构单元和/或S进行反应并通过起始寡核苷酸加以编码，混合，再等分到容器中，然后通过结构单元来衍生随后的多样性节点并保持在它们各自的容器中供筛选(图8)。
例如，如在模式1中所描述的，包括起始寡核苷酸的头段可以与接头和A结构单元进行反应，A结构单元包括，例如，1000种不同变体。对于每种A结构单元，可以连接DNA标记A或将引物延伸到头段。可以合并反应。接着，可以使用B结构单元进行相同的程序，但对于B未添加DNA标记。由于未编码B，所以可以合并所有“B”反应(例如，1000种反应)并可以进行选择步骤以确定所有A结构单元，该所有A结构单元与未知B结构单元一起产生所期望的结合效应。然后在选择步骤中确定的A结构单元的库(例如，10个A结构单元)可以与相同的1000个B结构单元进行反应，导致10,000种或更少化合物的筛选。在此轮中，可以添加用于B的DNA标记并且可以确定产生所期望结合效应的B结构单元连同例如10个A结构单元，导致例如1,000,000种化合物的初始库的逐步卷积。可以单独测试一组这些最终的化合物以确定最好的，例如，粘合剂、激活剂、或抑制剂。
为了在B合成以后避免合并所有反应，可以例如使用BIND阅读器(SRU生物系统(Biosystems))，以监测在传感器表面上以高通量格式的结合(例如，384孔板和1536孔板)。例如，可以用DNA标记来编码A结构单元以及可以位置编码B结构单元。然后可以利用BIND传感器、测序、以及A标记的微阵列分析或限制酶切消化分析，来确定粘合剂。此分析便于鉴定产生所期望分子的A和B结构单元的组合。可以使用本领域技术人员已知的用于监测结合的其它方法，包括，例如，ELISA。
模式1和模式2
模式1和模式2的起始寡核苷酸可以包含在标识区的互补的发夹结构。起始寡核苷酸进一步包含在发夹结构的环区中的序列，其可以用作用于扩增的引物结合区，使得引物结合区单独与标识区相比具有对于它的互补引物(其可以包括旁侧标识区)更高的解链温度。
在一个实施方式中，起始寡核苷酸包括能够与结构单元功能上进行反应的接头分子。可以通过本领域已知的方法将接头分子直接连接于寡核苷酸的5’端，或可以将接头分子包埋在分子内，例如，离开衍生碱基(例如，尿苷的C5位置)，或可以利用本领域已知的标准技术将接头放置在寡核苷酸的中部。
起始寡核苷酸可以是单链或双链的。可以通过由寡核苷酸形成的发夹结构或通过使用例如补骨脂素部分的交联，来实现双链寡核苷酸的形成(如本领域已知的)。
起始寡核苷酸可以在编码结构单元的标识区的任何一侧包含两个引物结合区(例如，以能够进行PCR反应)。可替换地，起始寡核苷酸可以包含在5’端的一个引物结合位点。在其它实施方式中，起始寡核苷酸是发夹结构，以及环区形成引物结合位点，或通过寡核苷酸杂交于在环的3’侧的标识区来引入引物结合位点。包含同源于起始寡核苷酸的3’端的区以及携带在它的5’端的引物结合区(例如，以能够进行PCR反应)的引物寡核苷酸可以杂交于起始寡核苷酸，以及可以包含标识区，该标识区编码在多样性位置之一处所使用的结构单元。引物寡核苷酸可以包含另外的信息，如随机核苷酸的区，例如，长度为2至16个核苷酸，其被包括用于生物信息分析。
在一个实施方式中，起始寡核苷酸并不包含PCR引物结合位点。
在另一个实施方式中，在适合于化合物库的至少一种成员结合于靶的条件下使化合物的库、或其部分与生物靶接触，接着除去并不结合于靶的库成员，然后分析一个或多个标识区。示例性的生物靶包括，例如，酶(例如，激酶、磷酸酶、甲基化酶、脱甲基酶、蛋白酶、以及DNA修复酶)、与蛋白质：蛋白质相互作用有关的蛋白质(例如，用于受体的配体)、受体靶(例如，GPCR和RTK)、离子通道、细菌、病毒、寄生物、DNA、RNA、朊病毒、或碳水化合物)。
在一个实施方式中，在适合于化合物库的至少一种成员结合于靶的条件下使化合物的库、或其部分与生物靶接触，接着除去并不结合于靶的库成员，接着通过本领域已知的方法来扩增标识区，随后通过本领域已知的方法来分析一个或多个标识区。
在一个实施方式中，标识区的扩增方法可以包括，例如，聚合酶链反应(PCR)、线性链扩增(LCR)、滚环扩增(RCA)、或本领域已知的用来扩增核酸序列的任何其它方法。
在进一步的实施方式中，在结构单元添加的最后步骤以后并不合并化合物的库，并对池(pool)进行单独筛选以确定结合于靶的一种或多种化合物。
在另一个实施方式中，结合于靶的分子并不经受扩增，而是被直接分析。分析方法包括，例如，用于去卷积标识区的微阵列分析或基于珠的方法(图9)。还可以通过无标记光子晶体生物传感器来检测在筛选步骤期间结合的分子。
在一个实施方式中，起始寡核苷酸和/或引物寡核苷酸包含功能部分，该功能部分提供了例如通过荧光标记、Q点、或生物素的它的检测。
在一个实施方式中，微阵列分析使用先进的检测能力，如，例如，瞬逝共振光子晶体。
在一个实施方式中，扩增的方法包括：形成油包水乳剂以产生多个含水微反应器，其中微反应器中的至少一个具有结合于靶的化合物库的至少一种成员，能够与结合于靶的化合物库的至少一种成员的编码寡核苷酸结合的单珠，以及包含为进行核酸扩增所必需的试剂的扩增反应溶液；在微反应器中扩增编码寡核苷酸以形成编码寡核苷酸的扩增拷贝；以及在微反应器中使编码寡核苷酸的扩增拷贝结合于珠。
在已确定结合于感兴趣的靶的来自第一库的结构单元以后，可以以重复方式制备第二库，其中添加一个或两个另外的多样性节点，以及产生库并对多样性进行取样(如本文描述的)。可以重复此过程必需的一样多的次数以产生具有所期望的分子和药物性能的分子。
示例性的A结构单元包括，例如，氨基酸(并不限于α-氨基酸)、具有胺的点击化学反应物(click-chemistry reactants)(例如，叠氮化物或炔烃链)、或硫羟反应物。A结构单元的选择取决于，例如，在接头中所使用的活性基团的特性、骨架部分的特性、以及用于化学合成的溶剂。参见，例如，表1。
表1.示例性的位置A结构单元
示例性的B和C结构单元分别描述在表2和3中。通过借助于相应的限制酶之一进行PCR和限制酶切消化可以将限制位点引入例如B或C位置，用于最终产物的分析和选择。
表2.位置B结构单元和编码DNA标记的实例
表3.位置C结构单元和编码DNA标记的实例
模式3
在本文描述的任一种模式(例如，模式1和2)中，可以修饰头段寡核苷酸以维持在半含水或非水(例如，有机)条件下的溶解度。在一些实施方式中，头段包括标识区。在其它实施方式中，具有接头的头段可以首先用结构单元(例如，功能部分)或骨架加以衍生，然后添加标识序列。
可以通过用脂族链修饰例如T或C碱基的C5位置，而没有显著扰乱它们的氢键合于它们的互补碱基的能力，来使头段的核苷酸碱基更具疏水性。参见，例如，表4修饰碱基的实例。此外，头段寡核苷酸可以散布有促进在有机溶剂中的溶解度的修饰。例如，偶氮苯亚磷酰胺可以将疏水性部分引入头段设计。疏水性酰胺化物(amidites)到头段中的上述插入可以发生在分子中的任何地方。然而，插入不能干扰在选择完成以后在库合成或随后的PCR反应期间利用另外DNA标记进行的随后标记，或微阵列分析(如果用于标记去卷积)。本文描述的到头段设计的上述添加会使得头段可溶于，例如，15％、25％、30％、50％、75％、90％、95％、98％、99％、或100％有机溶剂中。因此，在头段设计中添加疏水性残基提供了在半含水或非水(例如，有机)条件中改善的溶解度，同时使得头段适合用于核酸标记。此外，随后引入库中的DNA标记还可以在T或C碱基的C5位置加以修饰，以致它们还使得库更加疏水并且可溶于有机溶剂，用于库合成的随后步骤。
表4.示例性的修饰核苷酸碱基
可以变化在头段与小分子库之间的接头分子以增加头段在有机溶剂中的溶解度。各种各样的接头可商业上获得，接头可以结合(连接，couple)头段与小分子库。对于给定小分子库设计(骨架和结构单元)凭经验选择接头，使得可以在有机溶剂例如15％、25％、30％、50％、75％、90％、95％、98％、99％、或100％有机溶剂中合成库。可以在库合成以前利用模型反应来变化接头，以选择适当的链长，该链长可以增加头段在有机溶剂中的溶解。上述接头可以包括这样的接头，该接头具有例如增加的烷基链长、增加的聚乙二醇单元、具有正电荷的支链物质(以中和在头段上的负磷酸酯电荷)、或增加量的疏水性(例如，苯环结构的添加)。
接头分子可以提供在头段DNA与化合物库的成员之间的适当隔离物。例如，可以使用双功能接头。在一些实施方式中，双功能接头可以包括，例如，三部分。第一部分可以是与DNA形成共价键的活性基团，如，例如，羧酸，优选通过N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)酯加以激活以与DNA(例如，氨基修饰的dT)上的氨基基团反应，修饰单链DNA头段的5’或3’端(借助于标准寡核苷酸化学来实现)的酰胺化物(amidite)，点击化学对(在有Cu(I)催化剂存在的条件下叠氮炔(azide alkyne)环加成)，或硫羟活性基团。第二部分也可以是活性基团，该活性基团与化合物库(在位置A的结构单元或骨架部分)形成共价键。上述活性基团可以是，例如，胺、硫羟、叠氮化物、或炔(用于基于水的反应)，或多种其它活性基团(用于基于有机的反应)。第三部分可以是在第一部分与第二部分之间引入的可变长度的化学惰性隔离物。这样的隔离物可以是乙二醇单元的链(例如，不同长度的PEG)、链烷、烯烃、多烯链、或肽链。接头可以包含分支或插入物，该分支或插入物具有改善头段在有机溶剂中的溶解度的疏水性部分(如，例如，苯环)、以及用于库检测目的的荧光部分(例如，荧光素或Cy-3)。
商购接头的实例包括，例如，氨基-羧酸接头(例如，肽(例如，Z-Gly-Gly-Gly-Osu或Z-Gly-Gly-Gly-Gly-Gly-Gly-Osu)、PEG(例如，Fmoc-氨基PEG2000-NHS或氨基-PEG(12-24)-NHS)、或链烷酸链(例如，Boc-ε-氨基己酸-Osu))、点击化学接头(例如，肽(例如，叠氮基高丙氨酸-Gly-Gly-Gly-OSu或炔丙基甘氨酸-Gly-Gly-Gly-OSu)、PEG(例如，叠氮基-PEG-NHS)、或链烷酸链(例如，5-叠氮基戊酸、(S)-2-(叠氮基甲基)-1-Boc-吡咯烷、或4-叠氮基-丁-1-酸N-羟基琥珀酰亚胺酯))、硫羟活性接头(例如，PEG(例如，SM(PEG)n NHS-PEG-马来酰亚胺)、链烷链(例如，3-(吡啶-2-基二硫烷基)-丙酸-Osu或磺基琥珀酰亚胺基6-(3'-[2-吡啶基二硫代]-丙酰胺基)己酸酯)))、用于寡核苷酸合成的酰胺化物(amidites)(例如，氨基修饰剂(例如，6-(三氟乙酰基氨基)-己基-(2-氰乙基)-(N,N-二异丙基)-亚磷酰胺)、硫羟修饰剂(例如，S-三苯甲基-6-巯基己基-1-[(2-氰乙基)-(N,N-二异丙基)]-亚磷酰胺、或点击化学修饰剂(例如，6-己炔-1-基-(2-氰乙基)-(N,N-二异丙基)-亚磷酰胺、3-二甲氧基三苯甲基氧基-2-(3-(3-炔丙基氧基丙酰胺基)丙酰胺基)丙基-1-O-琥珀酰、长链烷基氨基CPG、或4-叠氮基-丁-1-酸N-羟基琥珀酰亚胺酯))。
在头段设计中的疏水性残基可以随接头设计而变化以促进在有机溶剂中的库合成。例如，设计头段和接头组合以具有适当的残基，其中辛醇：水系数(Poct)为，例如，1.0至2.5。
实施例
以下实施例旨在说明本发明。它们并不用于以任何方式限制本发明。
实施例1.头段(变体1)的制备
合成了具有以下序列的磷酸化寡核苷酸头段(寡核苷酸HP)并通过IDT DNA进行HPLC纯化。
5’-(磷酸酯)TCCTGGCTGAGGCGAGAGTT(dT-C6-NH)
TTCTCTCGCCTCAGCCAGGACC-3’(SEQ ID NO:51)
将寡核苷酸折叠成具有突出物的发夹结构(图10)并且寡核苷酸包含切割位点(CCTCAGC)，该切割位点用于限制酶BbvCI或此酶Nb.BbvCI或Nt.BbvCI的切口变体，其可以切割顶部链或底部链(New England BioLabs)。在发夹环的中部，插入侧链C5-氨基修饰的dT(dT-C6-NH；“C6”是指6个碳接头)，其用于氨基-PEG接头(PEG2000，大约45个乙二醇单元)的结合。合成DNA标记A、B、以及C的顶部链和底部链，并通过IDT DNA加以纯化，然后通过标准脱盐加以纯化。通过IDT DNA来合成更长的寡核苷酸，如3’端和PCR引物，并进行HPLC纯化。
将10纳摩尔寡核苷酸HP溶解于50μl水中。将20倍摩尔过量的Fmoc-氨基-PEG2000-羧基-NHS酯(JenKem Technology USA)溶解于50μl二甲基甲酰胺(DMF)中并且在室温下经2小时期间以两份加入到寡核苷酸溶液(最终溶剂组成为50％DMF/50％水)中。随后，添加60μl的1MTris HCl，pH 7.0(最终浓度为200mM)以骤冷过量的NHS酯，然后在室温下温育溶液另外的30分钟。用水将获得的反应混合物稀释至500μl并借助于通过NAP-5柱(Sephadex-25,GE Healthcare)进行脱盐。
将获得的材料冷冻干燥并溶解于100μl水中。添加20μl哌啶(至最终浓度为20％)，然后在室温下温育2小时。由于胺的脱保护和水不溶性Fmoc基团的释放，形成混浊沉淀物。然后通过0.2-μm旋转过滤器(Millipore)过滤反应并通过添加3体积乙醇使用300mM乙酸钠进行沉淀。已发现，修饰寡核苷酸的Fmoc受保护形式可溶于乙醇和异丙醇。由于高结合效率，使用获得的头段(HP-1)而没有进一步纯化(图11)。
实施例2.头段(变体2)的制备
由Trilink,Inc.按照如上所述的类似程序制备具有以下序列的完全头段(HP-1)，然后进行RP-HPLC纯化。
5’-(磷酸酯)TCCTGGCTGAGGCGAGAGTT(dT-C6-NH)(X)TTCTCTCGCCTCAGCCAGGACC-3’(SEQ ID NO:52)
其中X表示氨基-PEG2000。
实施例3.模型库成员的合成
步骤1：DTAF的结合
为了制备“1的库”，将模型化合物，5-(4,6-二氯三嗪基-氨基荧光素)(DTAF；Anaspec)(图12)，结合于HP-1的氨基基团。DTAF结构上表示具有一种结合的氨基化合物的三氯三嗪骨架。为了形成库，可以借助于在三个氯位置中的每个处的结构单元的多样性来衍生三氯三嗪骨架。DTAF还向模型库提供荧光标记。设置反应(10μl)如下。向溶解在水中的5μl的400μM HP-1中添加2μl的750mM硼酸盐缓冲液，pH 9.5，以及1μl的DMF。将DTAF溶解在DMF中至50mM并将2μl加入反应。HP-1和DTAF的最终浓度分别为200μM和10mM，从而产生50倍过量的DTAF。最终DMF浓度为30％。注意到，在可达90％DMF中，HP-1仍然是可溶的，这表明它可溶于有机溶剂例如DMF中。使反应在4℃下进行16-20小时。然后用水将反应混合物稀释至30-50μl并在Zeba离心柱(Pierce)上进行脱盐。此时，未进行进一步的纯化。
步骤2：氨基-生物素的结合
在DTAF结合于HP-1以后，在骨架分子上的一种更加活性的基团仍然可用于修饰。我们选择氨基-生物素类似物，EZ-Link戊胺-生物素(Pierce)以在此位置进行结合，以便产生模型结合化合物(图12)。设置反应如下。20μl反应混合物包含约200皮摩尔HP-1-DTAF(步骤1)(溶解于150mM硼酸盐缓冲液中，pH 9.5)以及10纳摩尔戊胺-生物素。使反应在75℃下进行4-12小时。然后，如上所述，通过在Zeba离心柱上进行脱盐来纯化反应。
步骤3：DNA标记与HP-1-DTAF-生物素的连接
通过IDT DNA来合成磷酸化DNA标记(3’端引物区以及5’和3’PCR引物)。寡核苷酸序列(图13)如下。
DNA标记A1(顶部)：5’-磷-GGAGGACTGT(SEQ ID NO:53)
DNA标记A1(底部)：5’-磷-AGTCCTCCGG(SEQ ID NO:54)
DNA标记B1(顶部)：5’-磷-CAGACGACGA(SEQ ID NO:55)
DNA标记B1(底部)：5’-磷-GTCGTCTGAC(SEQ ID NO:56)
DNA标记C1(顶部)：5’-磷-CGATGCTCTT(SEQ ID NO:57)
DNA标记C1(底部)：5’-磷-GAGCATCGTC(SEQ ID NO:58)
3’端(顶部)：5’-磷-GCTGTGCAGGTAGAGTGC-3’(SEQ ID NO:59)
3’端(底部)：5’-AACGACACGTCCATCTCACG(SEQ ID NO:60)
5’PCR引物：5’-CTCTCGCCTCAGCCAGGA(SEQ ID NO:61)
3’PCR引物：5’-GCACTCTACCTGCACAGC(SEQ ID NO:62)
将相当量的标记的顶部和底部对以及3’端寡核苷酸溶解于水中，然后在200mMNaCl、50mM Tris HCl(pH 7.0)缓冲液中，通过加热至85℃并降温到4℃进行退火。
首先，将双链A1标记连接于头段。连接反应(20μl)包含在1x T4DNA连接酶缓冲液和60韦斯(Weiss)单位的T4DNA连接酶(New England BioLabs)中的2.5μM的HP-1-DTAF-生物素和2.5μM双链A1标记。在16℃下温育反应16小时。在包括不同百分比的TBE-脲、NativePage、SDS-PAGE、或2％和4％琼脂糖E-凝胶(Invitrogen,Inc.)的任何测试凝胶上，获得的产物并不解析。用PEG接头和DTAF-生物素修饰的寡核苷酸的迁移率主要通过这些基团的存在而不是通过DNA本身来确定(数据未示出)。为了测试连接效率，我们连接所有标记和3’端寡核苷酸并进行获得的构建物的PCR测定以证实连接效率。连接反应(70μl)包含：2.5μM的HP-1-DTAF-生物素；2.5μM各种退火的双链DNA标记(A1、B1、以及C1)、以及3’端标记；1x T4DNA连接酶缓冲液；以及210韦斯(Weiss)单位的T4DNA连接酶。在16℃下温育反应20小时。
将反应混合物加载在4％琼脂糖凝胶上并从凝胶中提取荧光带。这种材料用于测试24周期PCR扩增，其中使用如上所述的引物5’和3’。结果总结在图13中。
步骤4：在链霉亲和素珠上的HP-1-DTAF-生物素的纯化以及与链霉亲和素的反应
在链霉亲和素(SA)Dynal磁珠M-280(Invitrogen)上的HP-1-DTAF-生物素的纯化用作用于化学DNA标记库的亲和选择的模型。在包含0.05％Triton X-100的2x PBS缓冲液中预平衡SA珠。在室温下将50皮摩尔的HP-1-DTAF-生物素加载到25μl预洗涤SA珠上15分钟，同时转动。收集流过物并用1ml相同缓冲液洗涤珠3次，时间为30分钟。在80℃下用30μl水进行最后洗涤10分钟(收集)。在90℃下，用30μl的25mM EDTA和5mM NaOH洗脱珠10分钟，然后通过添加3μl的1M Tris HCl，pH 7.0，立即中和洗脱液。
关于链霉亲和素结合实验，用在50mM NaCl/10mM Tris HCl(pH 7.0)中的过量链霉亲和素温育5μl洗脱样品10分钟。将样品与凝胶-加载缓冲液混合而没有沸腾，然后利用MES电泳缓冲液在4-12％SDS NuPage凝胶(Invitrogen)上进行解析。结果总结在图14中。
实施例4.H(-Arg-εAhx)6-Arg-OH肽与HP-1-DTAF的结合
我们已选择了富含精氨酸的肽R7，H(-Arg-εAhx)6-Arg-OH(Bachem)，以用作用于在三嗪骨架上的最后活性基团的另一种修饰。这是用于细胞内化合物递送的精氨酸-氨基己酸细胞膜可渗透肽。类似于上述反应条件来设置反应：20μl反应包含溶解在150mM硼酸盐缓冲液(pH 9.5)中的约200皮摩尔的HP-1-DTAF(步骤1)、以及10纳摩尔R7肽。在这些条件下，精氨酸的侧链并没有进行反应，并且在肽中仅有的活性胺是N端。在75℃下使反应进行12小时，然后通过在Zeba离心柱上脱盐而进行纯化。
实施例5.用于细胞内T7RNAP递送检测实验的DNA构建物
用于化学“1的库”细胞内传递实验的DNA构建物由～400bp的VHDNA单克隆的PCR产物制备，该PCR产物的特征在于在5’端的T7启动区以及靠近分子的3’端的短抗体恒定Cmu区。为了将DNA构建物连接于模型化合物库的修饰头段，通过克隆的PCR扩增，在T7启动区的上游添加BsmI限制位点。BsmI限制酶切消化产生便于连接到头段(3’CC突出物)的3’GG突出物。由IDT DNA,Inc.合成了带有BsmI位点(下划线)的5’引物。
5’-GGATGCCGAATGCCTAATACGACTCACTATAGGG-ACAATTACTATTTACAATTACA(SEQ IDNO:63)
在PCR扩增以后，利用PCR纯化试剂盒(Invitrogen)来纯化DNA构建物，然后在65℃下在NEB缓冲液4中，用250U BsmI(New England BioLabs)消化获得的DNA两小时。在2％琼脂糖凝胶上纯化DNA。连接反应(30μl)包含2皮摩尔用BsmI消化的各种VH DNA构建物、以及在1x T4DNA连接酶缓冲液和60韦斯(Weiss)单位的T4DNA连接酶(New England BioLabs)中的HP-1-DTAF-R7(精氨酸-氨基己酸肽)。在16℃下温育反应20小时。由于高的连接效率，材料进一步用于细胞内递送/T7RNAP实验而没有进一步纯化。结果总结在图15中。
实施例6. 10×10库的合成
步骤1：标记A与头段HP-T的连接
在此示例性库中，仅使用位置B和C。将一种标记A连接于HP-T。该标记具有以下序列：
DNA标记A1(顶部)：5’-磷-GGAGGACTGT(SEQ ID NO:64)
DNA标记A1(底部)：5’-磷-AGTCCTCCGG(SEQ ID NO:65)
在1x T4DNA连接酶缓冲液中，将30纳摩尔HP-T与45纳摩尔的各种标记A1顶部寡核苷酸和标记A1底部寡核苷酸混合，然后通过加热至95℃，时间为1分钟，接着以0.2℃/秒冷却至4℃来进行退火。然后使样品到16℃。添加300韦斯(Weiss)单位的T4DNA连接酶并且允许在16℃下温育样品16-20小时。在连接以后，利用Zeba柱(Pierce)对HP-T-A进行脱盐。参见，例如，图16-A。
步骤2.标记B1-B12和C标记的连接
类似于上述连接反应，设置12种连接反应。在12个管中的每个中，将5纳摩尔B1-B12顶部和底部寡核苷酸对加入1x T4DNA连接酶缓冲液中，然后如上所述进行退火。将HP-T-A溶解于1x T4DNA连接酶缓冲液中。将2.5纳摩尔HP-T-A等分在这些12个管中。将30韦斯(Weiss)单位的T4DNA连接酶加入每个管中并在16℃下使反应进行20小时。在温育以后，在0.5ml Zeba离心柱上单独地对每种反应混合物脱盐，用150mM硼酸盐缓冲液(pH 9.0)进行平衡。向每个管中添加溶解在乙腈中的20x过量氰尿酰氯(50纳摩尔)，并在4℃下温育1.5小时。在此温育以后，按照连接的B1-B12标记，添加溶解在乙腈或DMF中的100x过量(250纳摩尔，即，相对于氰尿酰氯，5x过量)的胺B1-B12。在4℃下，使与胺的反应进行20小时。在此反应以后，合并库，在2-ml Zeba柱上脱盐两次并冷冻干燥。参见，例如，图16-B和16-C。
如同上述反应，利用与上述反应条件类似的反应条件，添加C标记和胺。
其它实施方式
在上述说明书中提及的所有出版物、专利、以及专利申请以引用方式结合于本文。本发明的所描述的方法和系统的各种改进和变化，对于本领域技术人员来说，会是显而易见的，而没有偏离本发明的范围和精神。虽然已经连同具体实施方式一起描述了本发明，但是应当理解，如要求的本发明不应当不适当地限于这样的具体实施方式。确实，对于本领域技术人员来说显而易见的用于实施本发明的所描述模式的各种改进旨在本发明的范围内。
其它实施方式是在权利要求中。
Claims (21)
1.一种标记DNA编码的化合物库的方法，所述方法包括：
(a)将双功能接头的第一官能团结合于起始寡核苷酸，其中所述起始寡核苷酸是折叠成发夹结构的单链寡核苷酸，所述发夹结构包括含有至少一个天然核苷或核苷类似物的单链寡核苷酸环，
其中所述双功能接头直接连接于所述起始寡核苷酸的5’端，包埋在所述起始寡核苷酸内，或放置在所述起始寡核苷酸的中部；以及
(b)将所述双功能接头的第二官能团结合于所述化合物库的成分，
其中，所述起始寡核苷酸包含编码所述化合物库的成分的标识区，或者
其中，所述方法进一步包括在步骤(b)之前或之后将编码所述化合物库的成分的标识区加入所述起始寡核苷酸中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述化合物库的成分是第一结构单元。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述方法进一步包括加入编码加入到所述库中的所述第一结构单元的标识区。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述方法进一步包括使第二结构单元与所述第一结构单元反应。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述方法进一步包括加入编码加入到所述库中的所述第二结构单元的标识区。
6.根据权利要求3或5所述的方法，其中，所述标识区包括在C5位置含脂族链的T或C核苷酸。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述起始寡核苷酸包含在头段中。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述方法进一步包括将标识区结合至所述头段，其中所述标识区编码加入到所述库中的所述第二结构单元。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述头段包括在C5位置含脂族链的T或C核苷酸。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述头段包括偶氮苯。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述头段包含用于聚合酶扩增的引物结合区。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述双功能接头连接于所述起始寡核苷酸的5’端。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述双功能接头包埋在所述起始寡核苷酸内。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述双功能接头放置在所述起始寡核苷酸的中部。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法的化学反应在半含水或非水条件下进行。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法的化学反应在有机条件下进行。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述双功能接头包含乙二醇单元的链、链烷、烯烃、多烯链、或肽链。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述DNA编码的化合物库的成员具有1.0至2.5的辛醇：水系数。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述起始寡核苷酸包含用于聚合酶扩增的引物结合区。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述发夹结构包含用于聚合酶扩增的所述引物结合区。
21.根据权利要求1所述的方法，其中，所述起始寡核苷酸包含在头段中。
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