DE102004002351A1 - New RNA aptamers specific for lipopolysaccharide-binding protein, useful for diagnosis and treatment of sepsis, inhibit the lipopolysaccharide-induced signaling cascade - Google Patents
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Abstract
Description
Erfindung betreffend Wundheilunginvention concerning wound healing
Die vorliegende Erfindung betrifft die Selektion von 2'-Fluor-Pyrimidinmodifizierten RNA-Aptameren, die spezifisch an Lipopolysaccharid-bindendes Protein (LBP) binden und ein gemeinsames Lead-Strukturmotiv besitzen.The The present invention relates to the selection of 2'-fluoro-pyrimidine modified RNA aptamers specific to lipopolysaccharide-binding protein (LBP) and have a common lead structure motif.
Lipopolysaccharid (LPS) löst in höheren Organismen eine Vielzahl von pathophysiologischen Wirkungen aus, welche als Manifestation der bakteriellen Sepsis bekannt sind. Weder das Problem der rechtzeitigen Diagnose noch der Therapie ist medizinisch gelöst. Die hochkonservierte Lipoid A-Komponente repräsentiert das toxische Prinzip der LPS. Versuche zur Entwicklung therapeutisch wirksamer, Lipoid A-spezifischer Antikörper sind bisher erfolglos geblieben. Es besteht daher ein dringender Bedarf an neuen Ansätzen nicht nur zur Therapie der Sepsis, sondern auch zur Erforschung ihrer molekularen Grundlagen.lipopolysaccharide (LPS) triggers in higher Organize a variety of pathophysiological effects, which are known as a manifestation of bacterial sepsis. Neither the problem of timely diagnosis nor therapy is medically solved. The highly preserved Lipoid A component represents the toxic principle the LPS. Attempts to develop more therapeutically effective, lipoid A-specific antibody have so far been unsuccessful. There is therefore an urgent one Need for new approaches not only for the treatment of sepsis, but also for research their molecular bases.
Stand der TechnikState of technology
Bisher ist keine erfolgreiche Therapie der Sepsis bekannt. Ansätze, die auf Antikörpern basieren, sind erfolglos geblieben. Wie im Folgenden dargelegt, sind Aptamere eine bisher im Kontext der Sepsis unerforschte Alternative zu Antikörpern. Nukleinsäure-Moleküle (und ihre Derivate), die spezifische Liganden binden, werden Aptamere (lat. aptus, passend) genannt. Aptamere falten sich in definierte 3D-Strukturen, die es ihnen ermöglichen, andere Moleküle spezifisch zu binden, ähnlich wie Antikörper-Antigen-Komplexe, mit Affinitäten bis in den picomolaren Bereich. Bisher sind Aptamere für mehr als hundert verschiedene Zielmoleküle oder Zielstrukturen (targets) selektiert worden, wie zum Beispiel Aminosäuren, Nukleotide, biologische Cofaktoren, Zucker, Farbstoffe, Antibiotika, Peptide, Proteine, Viren und ganze Zellen. Aptamere besitzen gegenüber Antikörpern potenzielle Vorteile:
- 1) Auf Grund ihrer Größe von 8–15 kDa (Antikörper: 150 kDa) können Aptamere potenziell an schlecht zugängliche Zielstrukturen besser binden als Antikörper; zudem resultieren aus dem Größenunterschied andere Transporteigenschaften.
- 2) Die Herstellung von Aptameren durch chemische Synthese ist reproduzierbarer, ortsunabhängiger und störunanfälliger als die biotechnologische Herstellung von Antikörpern.
- 3) Aptamere repräsentieren eine andere Klasse polymerer Moleküle als Proteine und besitzen daher andere pharmakologische Eigenschaften, die sich als günstig erweisen können.
- 1) Because of their size of 8-15 kDa (antibody: 150 kDa), aptamers can potentially bind better to poorly accessible target structures than antibodies; In addition, the difference in size results in other transport properties.
- 2) The production of aptamers by chemical synthesis is more reproducible, location-independent and störunanfälliger than the biotechnological production of antibodies.
- 3) Aptamers represent a different class of polymeric molecules than proteins and therefore possess other pharmacological properties that may prove beneficial.
Derzeit gibt es keine wirksamen Therapien zur Bekämpfung des septischen Schocks.Currently There are no effective therapies to combat septic shock.
Aus
der Patentschrift
Die
Patentschrift
Die
Patentschrift
Die Patentschrift US 2003/0175730 A1 „Multivalent RNA Aptamers and their expression in multicellular organisms" verwendet als Target B52 (Drosophila splicing factor), als Bibliothek wird eine 108 Nukleotide lange Primärsequenz mit einem 40 Nukleotide langen randomisierten Bereich verwendet, die Selektion erfolgt in 9 Zyklen. Als Matrix wird eine Nitrocellulose-Membran eingesetzt. Die RNA ist unmodifiziert.The patent US 2003/0175730 A1 "Multivalent RNA Aptamers and their expression in multicellular organisms" used as a target B52 (Drosophila splicing factor), as a library, a 108 nucleotide primary sequence is used with a 40 nucleotide randomized area, the selection is in FIG Cycles. The matrix used is a nitrocellulose membrane. The RNA is unmodified.
Die
Patentschrift
Der Stand der Technik bietet keine Lösungen, um Aptamere, die spezifisch an Lipopolysaccharid-bindendes Protein (LBP) binden, bereitzustellen. Sämtliche Zielmoleküle und verwendeten Selektionsmatrices unterscheiden sich sehr stark, und die darin beschriebenen Techniken können nicht übertragen werden. Nitrocellulose als Selektionsmatrix ist nicht geeignet, und auch Ni-NTA Magnetic Agarose Beads allein führen zu keiner erfolgreichen Selektion.Of the The state of the art does not offer any solutions to aptamers specific to lipopolysaccharide-binding protein (LBP). All targets and selection matrices used are very different, and the techniques described therein can not be transferred. nitrocellulose as a selection matrix is not suitable, and also Ni-NTA Magnetic Lead agarose beads alone to no successful selection.
Es besteht daher der Bedarf an einem einfachen und optimierten Selektionsverfahren zur Bereitstellung von RNA-Aptameren, die spezifisch an Lipopolysaccharid-bindendes Protein (LBP) binden und zur Behandlung sowie Erforschung der Sepsis eingesetzt werden.It There is therefore a need for a simple and optimized selection method for providing RNA aptamers specific to lipopolysaccharide binding Protein (LBP) bind and treat and study sepsis be used.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die beschriebenen Nachteile im Stand der Technik zu beheben und ein Verfahren zur Herstellung von RNA-Aptameren für Lipopolysaccharid-bindendes Protein (LBP) – bereitzustellen, das einfach durchführbar ist, und RNA-Aptamere zur Herstellung eines Arzneimittels zur Behandlung von Sepsis bereitzustellen, die spezifisch und hochaffin an LBP binden.task The present invention is the disadvantages described in State of the art to remedy and a method for the production of RNA aptamers for To provide lipopolysaccharide-binding protein (LBP) - that simple feasible and RNA aptamers for the manufacture of a medicament for treatment to provide sepsis that are specific and highly affine to LBP tie.
Lösung der AufgabeSolution of the task
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Bereitstellung von 2'-Fluor-Pyrimidin-modifizierten RNA-Aptameren, die spezifisch an Lipopolysaccharid-bindendes Protein (LBP) binden und als Arzneimittel zur Behandlung von Sepsis eingesetzt werden, sowie ein einfaches optimiertes Herstellverfahren dieser RNA-Aptamere, gemäß der Ansprüche 9 bis 13.These The object is achieved by the provision of 2'-fluoro-pyrimidine-modified RNA aptamers specific to lipopolysaccharide-binding protein (LBP) and used as a drug for the treatment of sepsis as well as a simple optimized production method of these RNA aptamers, according to claims 9 to 13th
Das Herstellverfahren besitzt den entscheidenden Vorteil, dass es eine optimierte Kombination aus den Selektionsmatrices Ni-NTA Agarose und Ni-NTA Magnetic Agarose Beads aufweist. Die Selektion erfolgt in 8 Selektionsrunden und ist mit Ni-NTA Agarose in den Runden 1–4, 7 und 8 und mit Ni-NTA Magnetic Agarose Beads in den Runden 5 & 6 erfolgreich.The Manufacturing process has the distinct advantage that it has a optimized combination of the selection matrices Ni-NTA agarose and Ni-NTA magnetic agarose beads. The selection takes place in 8 rounds of selection and is with Ni-NTA agarose in rounds 1-4, 7 and 8 and succeeded with Ni-NTA Magnetic Agarose Beads in rounds 5 & 6.
Die
selektierten Aptamere sind 2'-Fluor-Pyrimidin-modifiziert
und binden spezifisch an Lipopolysaccharid-bindendes Protein (LBP).
In der Kernregion weisen sie eine konservierte einzelsträngige Region
auf, die von 2 Helices begrenzt wird, wobei die genannten 2 Helices
Teil einer three-helix-junction sind. Three-helix-junction bezeichnet
hier einen Bereich des Nukleinsäure-Moleküls, in dem
3 Helices (P1–P3)
zusammen treffen (
Aptamere sind erfindungsgemäß Nukleinsäuren oder Nukleinsäurederivate (DNA- und RNA-äquivalent), die auf Grund ihrer Strukturbesonderheiten an ein bestimmtes Protein als Zielmolekül binden. Um Aptamere gegen Nukleinsäure-spaltende Enzyme wie DNasen und RNasen zu stabilisieren, werden entsprechende Modifikationen des Zucker-Phosphat-Rückgrats entweder vor ihrer Selektion oder danach eingeführt. Unmodifizierte Aptamere werden in biologischen Flüssigkeiten in Sekundenschnelle abgebaut, durch Modifikationen stabilisierte Aptamere haben in biologischen Seren eine Halbwertszeit von > 1 Minute, im Allgemeinen sogar > 1 Stunde.aptamers are according to the invention nucleic acids or nucleic acid derivatives (DNA and RNA equivalent), due to their structural peculiarities to a particular protein as a target molecule tie. To aptamers against nucleic acid-cleaving enzymes such as DNases and to stabilize RNases, corresponding modifications are made of the sugar phosphate backbone either before or after their selection. Unmodified aptamers be in biological fluids mined in seconds, stabilized by modifications Aptamers have a half-life of> 1 minute, generally> 1 hour, in biological sera.
Die selektierten Aptameren binden spezifisch an das murine Lipopolysaccharidbindende Protein (mLBP), das eine Schlüsselfunktion im Zusammenhang der LPS-induzierten Signalkaskade besitzt. Die selektierten Aptamere erfüllen somit die Voraussetzung für eine Testung auf diagnostische und therapeutische Wirkung bei der Behandlung des septischen Schocks und können als molekulare Werkzeuge in der Sepsis-Forschung eingesetzt werden.The selected aptamers bind specifically to the murine lipopolysaccharide binding protein (mLBP), which has a key function in the context of the LPS-induced signaling cascade. The selected aptamers thus fulfill the requirements for testing for diagnostic and therapeutic effects in the treatment of septic shock and can be used as molecular tools in sepsis research.
Gegenstand der Erfindung sind auch Allele oder Derivate der selektierten Aptamere. Allele sind Zustandsformen von Nukleinsäuren, welche durch Mutationen ineinander überführt werden können. Unter Mutationen wird verstanden: (1) die Translokation affiner Teilsequenzen, (2) Punktmutationen inner- oder außerhalb einer affinen Teilsequenz, (3) Deletionen inner- oder außerhalb einer affinen Teilsequenz. Derivate bezeichnet chemische Abkömmlinge, die durch Abtrennung, Einführung oder Austausch von Atomen oder Atomgruppen eines oder mehrerer Nukleotide aus einer Nukleinsäure erhalten werden. Auch die Allele oder Derivate sind gegen Nukleinsäure-spaltende Enzyme stabilisiert und binden spezifisch an Lipopolysaccharid-bindendes Protein (LBP). Weiterhin sind auch orthologe Gene (z. B. für das humane LBP) Gegenstand der Erfindung, da entsprechende spezifische Aptamere ebenfalls nach dem hier dargelegten Verfahren bereitgestellt werden können.object The invention also includes alleles or derivatives of the selected aptamers. Alleles are states of nucleic acids caused by mutations be converted into each other can. Mutations are understood to mean: (1) the translocation affine Partial sequences, (2) point mutations inside or outside one affine subsequence, (3) deletions inside or outside an affine subsequence. Derivatives means chemical derivatives, by separation, introduction or exchange of atoms or atomic groups of one or more nucleotides from a nucleic acid to be obtained. Also, the alleles or derivatives are against nucleic acid-cleaving Enzymes stabilize and bind specifically to lipopolysaccharide-binding protein (LBP). Furthermore, orthologous genes (eg for the human LBP) subject of the invention, since corresponding specific aptamers can also be provided according to the method set forth herein.
Ein erfindungsgemäßes Aptamer ist in einem in-vitro-Selektionsverfahren durch folgende Verfahrensschritte herstellbar:
- a) Bereitstellung eines komplexen Gemisches von DNA-Sequenzvarianten (randomisierter Pool) durch chemische DNA-Synthese.
- b) Herstellung eines komplexen Gemisches von Transkript-Sequenzvarianten aus dem randomisierten DNA-Pool.
- c) Selektion auf 2'-Fluor-Pyrimidin-modifizierte RNA-Moleküle (2'-F-Y-RNA), die spezifisch das Lipopolysaccharid-bindende Protein (LBP) oder Teilsequenzen daraus binden.
- d) Amplifizierung der selektierten 2'-Fluor-Pyrimidin-modifizierte RNA-Moleküle (2'-F-Y-RNAs).
- a) Provision of a complex mixture of DNA sequence variants (randomized pool) by chemical DNA synthesis.
- b) Preparation of a complex mixture of transcript sequence variants from the randomized DNA pool.
- c) Selection for 2'-fluoro-pyrimidine-modified RNA molecules (2'-FY-RNA) that specifically bind the lipopolysaccharide-binding protein (LBP) or partial sequences thereof.
- d) Amplification of the selected 2'-fluoro-pyrimidine-modified RNA molecules (2'-FY-RNAs).
Die Verfahren der chemischen DNA-Synthese und der reversen Transkription, wie sie in den Schritten a und b verwendet werden, sind dem Fachmann bekannt und in Laborstandardwerken wie Sambrook, Fritsch, Maniatis, 1989, Molecular Cloning, CSH Laboratory Press, Cold Spring Harbour, NY. etc ausführlich beschrieben. Die Selektion von 2'-F-Y-RNA-Molekülen, die spezifisch das mLBP oder Teilsequenzen dessen binden (Schritt c), erfolgt beispielsweise mittels Affinitätschromatographie. Hierzu wird das mit einem N-terminalen, 6 × His tag versehene mLBP an einem Säulenmaterial immobilisiert, mit dem randomisierten 2'-F-Y-RNA-Pool inkubiert und nichtbindende 2'-F-Y-RNA-Moleküle durch entsprechende Waschschritte abgetrennt. Am mLBP gebundene Aptamere werden eluiert und aufgefangen. Vorteilhafterweise werden die Aptamere vor der Selektion de- und renaturiert, damit sie in einer reproduzierbaren Konformation vorliegen. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass ohne weitere erfinderische Leistungen alternative Methoden der Proteinbiochemie zur Selektion von Nukleinsäuren und Nukleinsäure-Derivaten, die spezifisch das LBP oder Teilsequenzen dessen binden, verwendet werden können, ohne den Schutzumfang der Ansprüche zu verlassen.The Methods of chemical DNA synthesis and reverse transcription, as used in steps a and b are those skilled in the art known and in laboratory standard works such as Sambrook, Fritsch, Maniatis, 1989, Molecular Cloning, CSH Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY. etc in detail described. The selection of 2'-F-Y RNA molecules, the specifically bind the mLBP or partial sequences thereof (step c), takes place for example by means of affinity chromatography. For this purpose is that with an N-terminal, 6 × His tagged mLBP on a columnar material immobilized, incubated with the randomized 2'-F-Y RNA pool and non-binding 2'-F-Y RNA molecules corresponding washing steps separated. Aptamers bound to the mLBP are eluted and collected. Advantageously, the aptamers before the selection of de- and renatured so that they exist in a reproducible conformation. It will be apparent to those skilled in the art that without further inventive benefits alternative methods of protein biochemistry for the selection of nucleic acids and Nucleic acid derivatives, which specifically bind the LBP or partial sequences thereof can be without the scope of the claims to leave.
Die
Amplifizierung der selektierten RNA (Schritt d) erfolgt beispielsweise
mittels PCR, wobei die 2'-F-Y-RNA
zunächst über reverse
Transkription in DNA umgeschrieben wird. Ein Teil der DNA wird nach
Standardmethoden in Plasmide ligiert, kloniert und sequenziert.
Auswertbare Sequenzen werden zunächst
mittels eines alignment-Programms (z. B. Clustal X) untersucht,
um Gemeinsamkeiten auf Primärstrukturebene
zu identifizieren. Da solche Programme das alignment über die
ganze Sequenz optimieren, werden die so vorgruppierten Sequenzen
dann auf weitere Gemeinsamkeiten, d.h. auf Abfolgen von vier und
mehr identischen Nukleotiden untersucht und im Text-Editor entsprechend
dieser Gemeinsamkeiten verschoben und sortiert. Dies ist ein intellektuell
bedeutsamer Schritt des Verfahrens, der die Gruppierung der Aptamere
nach Konsensus-Sequenzmotiven ermöglicht (
Von Plasmiden, die Aptamere kodieren, werden mittels T7 RNA-Polymerase Transkripte hergestellt, um Aptamere für funktionelle Studien zu erhalten. Die Stabilisierung der Aptamere gegen Nukleinsäure-spaltende Enzyme wie DNasen oder RNasen wird durch Modifikationen realisiert, die die Affinität der Aptamere nicht beeinflussen. Diese Modifikationen werden alternativ vor oder nach der Selektion eingebracht. Bevorzugterweise besteht die Modifikation darin, dass die 2'-Hydroxylgruppe der Zuckergruppe eines oder mehrerer Pyrimidin-Nukleotide durch eine Fluorid-, Amino- oder Methoxygruppe substituiert ist. Das erfindungsgemäße RNA-Aptamer zeichnet sich gegenüber Peptiden durch eine sehr hohe Affinität zum Lipopolysaccharid-bindenden Protein (LBP) aus.Plasmids encoding aptamers are transcribed using T7 RNA polymerase to obtain aptamers for functional studies. The stabilization of the aptamers against nucleic acid-cleaving enzymes such as DNases or RNases is realized by modifications that do not affect the affinity of the aptamers. These modifications are alternatively introduced before or after the selection. Preferably, the modification is that the 2'-hydroxyl group of the sugar group of one or more pyrimidine nucleotides is substituted by a fluoride, amino or methoxy group. The RNA aptamer according to the invention is distinguished from peptides by a very high affinity for lipopolysaccharide binding the protein (LBP).
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Aptamer ein modifiziertes RNA-Aptamer und spezifisch für das Lipopolysaccharid-bindende Protein (LBP) oder Teilsequenzen davon.In a preferred embodiment the aptamer is a modified RNA aptamer and specific for the lipopolysaccharide binding Protein (LBP) or partial sequences thereof.
Vorzugsweise
weisen die selektierten Aptamere in der Kernregion eine konservierte
einzelsträngige Region
auf, die von 2 Helices begrenzt wird, wobei die genannten 2 Helices
Teil einer three-helix-junction sind. Three-helix-junction bezeichnet
hier einen Bereich des Nukleinsäure-Moleküls, in dem
3 Helices (P1-P3) zusammen kommen (
Die Erfindung betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen RNA-Aptamere, oder einer Mischung solcher RNA-Aptamere, zur Herstellung eines Arzneimittels zur Behandlung von Patienten mit septischem Schock.The Invention relates to the use of the RNA aptamers according to the invention, or a mixture of such RNA aptamers, for the preparation of a Drug for the treatment of patients with septic shock.
Der Begriff Patient bezieht sich dabei gleichermaßen auf Menschen und Wirbeltiere. Damit kann das Arzneimittel in der Human- und Veterinärmedizin verwendet werden. Das therapeutisch wirksame Arzneimittel der vorliegenden Erfindung wird den Patienten als Teil einer pharmazeutisch akzeptablen Komposition entweder oral, rektal, parenteral intravenös, intramuskulär oder subkutan, intracisternal, intravaginal, intraperitoneal, intravasculär, lokal (Puder, Salbe oder Tropfen) oder in Sprayform verabreicht.Of the The term patient refers equally to humans and vertebrates. This allows the drug in human and veterinary medicine be used. The therapeutically effective drug of the present Invention is presented to the patient as part of a pharmaceutically acceptable Composition either oral, rectal, parenterally intravenous, intramuscular or subcutaneous, intracisternal, intravaginal, intraperitoneal, intravascular, local (Powder, ointment or drops) or administered in spray form.
Pharmazeutisch akzeptable Kompositionen können die Modifikationen als Salze, Ester, Amide und "Prodrugs" beinhalten, sofern sie nach zuverlässiger medizinischer Beurteilung keine übermäßige Toxizität, Irritationen oder allergische Reaktionen am Patienten auslösen.pharmaceutical acceptable compositions can which include modifications as salts, esters, amides and prodrugs, provided they are of a reliable medical grade Assess no excessive toxicity, irritation or cause allergic reactions in the patient.
Der Terminus "Prodrug" bezieht sich auf Verbindungen, die zur Verbesserung der Aufnahme transformiert werden, wie beispielsweise durch Hydrolyse im Blut. Dosierungsformen für die örtliche Administration des Impfstoffes dieser Erfindung schließen Salben, Puder, Sprays oder Inhalationsmittel ein. Die aktive Komponente wird unter sterilen Bedingungen, mit einem physiologisch akzeptablen Trägerstoff und möglichen Stoffen zur Haltbarmachung, Puffern oder Treibmitteln, je nach Bedarf, vermischt.Of the Term "prodrug" refers to Compounds that are transformed to improve uptake, such as by hydrolysis in the blood. Dosage forms for the local Administration of the vaccine of this invention include ointments, Powders, sprays or inhalants. The active component is used under sterile conditions, with a physiologically acceptable excipient and possible Preservatives, buffers or propellants, as appropriate, mixed.
Ausführungexecution
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von experimentellen Ausführungsprotokollen näher erläutert.in the The invention will now be described in terms of experimental execution protocols explained in more detail.
Der Begriff RNA umfasst im Folgenden sowohl unmodifizierte RNA als auch 2'-Fluor-Pyrimidin-modifizierte RNA. 2'-Fluor-Pyrimidin-modifizierte RNA wird mit 2'-F-RNA abgekürzt. Das Ausführungsbeispiel zeigt RNA-Aptamere die spezifisch das murine LBP binden. Diese Ergebnisse können ohne weitere erfinderische Schritte auch auf den Menschen übertragen werden.Of the The term RNA in the following includes both unmodified RNA and 2'-fluoro pyrimidine-modified RNA. 2'-fluoro pyrimidine-modified RNA is abbreviated with 2'-F-RNA. The embodiment shows RNA aptamers that specifically bind the murine LBP. These results can without further inventive steps also transferred to humans become.
Schritt a) Bereitstellung eines komplexen Gemisches von DNA-Sequenzvarianten (randomisierter Pool) durch chemische DNA-Synthese.step a) Provision of a complex mixture of DNA sequence variants (randomized pool) by chemical DNA synthesis.
Der
synthetische Pool randomisierter DNA-Moleküle enthält einen randomisierten Bereich
von 60 Nukleotiden und ist flankiert von zwei konstanten DNA-Bereichen
mit je 20 Nukleotiden Länge:
5'-CCAAGCTTGCATGCCTGCAG(N)60GGTACCGAGCTCGAATTCCC-3'The synthetic pool of randomized DNA molecules contains a randomized region of 60 nucleotides and is flanked by two constant DNA regions of 20 nucleotides each:
5'-CCAAGCTTGCATGCCTGCAG (N) 60 GGTACCGAGCTCGAATTCCC-3 '
Es wird das Syntheseverfahren nach Klussmann et al., 1996 verwendet.It the synthesis method according to Klussmann et al., 1996 is used.
Schritt b) Herstellung eines komplexen Gemisches von Transkript-Sequenzvarianten aus dem randomisierten DNA-Pool.step b) Preparation of a complex mixture of transcript sequence variants from the randomized DNA pool.
Die Herstellung eines Pools an randomisierter RNA aus dem randomisierten DNA-Pool erfolgt durch eine Auffüllreaktion mit T7-Sequenase und anschließende T7-Transkription. Diese Auffüllreaktion erfolgt durch eine gentechnisch modifizierte Form der T7-DNA-Polymerase (T7-Sequenase Version 2.0 DNA-Polymerase). Im Gegensatz zur nativen T7-DNA-Polymerase besitzt sie keine 3'-5'-Exonukleaseaktivität.The Producing a pool of randomized RNA from the randomized RNA DNA pool is made by a Auffüllreaktion with T7-Sequenase and subsequent T7 transcription. This replenishment reaction is carried out by a genetically modified form of T7 DNA polymerase (T7-Sequenase Version 2.0 DNA polymerase). Unlike the native ones T7 DNA polymerase has no 3'-5 'exonuclease activity.
Der Ablauf der Auftüllreaktion mit T7-Sequenase gliedert sich in die Schritte:
- – Annealing des Primer A 5 min bei 90°C und Abkühlung der Probe bei Raumtemperatur für 10 min. (Primer A: 5'-TAATACGACTCACTATAGGGAATTCGAGCTCGGTACC-3')
- – Auffüllreaktion (2 h bei 37°C). Die beiden Schritte werden wie folgt wird in zwei separaten Ansätzen durchgeführt.
- Annealing of primer A for 5 minutes at 90 ° C. and cooling the sample at room temperature for 10 minutes. (Primer A: 5'-TAATACGACTCACTATAGGGAATTCGAGCTCGGTACC-3 ')
- - Replenishment reaction (2 h at 37 ° C). The two steps are performed as follows in two separate approaches.
Die Aufreinigung der dsDNA erfolgt mit Microcon-Filtereinheiten. Die erhaltene aufgereinigte dsDNA wird in eine präparative T7-Transkription eingesetzt.The Purification of the dsDNA is done with Microcon filter units. The purified dsDNA obtained is used in preparative T7 transcription.
Die T7-Transkription erlaubt die Abschrift einer DNA-Sequenz in die komplementäre RNA-Sequenz. Zur Abschrift mittels der aus dem Bakteriophagen T7 isolierten DNA-abhängigen RNA-Polymerase muss die DNA-Sequenz den T7-Promotor enthalten. Nach der Erkennung beginnt die Polymerase mit der Polymerisation, wobei sie den Gegenstrang zum Promotor als Matrize benutzt. Dabei ist die Transkriptionseffizienz am größten, wenn die Sequenz der transkribierten RNA mit zwei Guanosinresten beginnt. Für die Synthese modifizierter RNA unter Verwendung von 2'-Fluor-UTP und 2'-Fluor-CTP wird anstelle der normalen T7-RNA-Polymerase eine Mutante (Y639F; Biozym Diagnostik GmbH c/o Epicentre, Hessisch-Oldendorf, Germany) verwendet, die anstelle des Tyrosins an Position 639 ein Phenylalanin (Y639F) besitzt (Sousa & Padilla, 1995). Während die Wildtyp-T7-RNA-Polymerase rNTPs 70–80-fach besser einbaut als dNTPs, werden von der Mutante rNTPs nur noch 4-fach bevorzugt. 2'-Fluor-Pyrimidin-Nukleotide werden so in der Transkription wesentlich besser eingebaut als von der Wildtyp-Polymerase (Huang et al., 1997). Zur Herstellung der 2'-F-RNA-Startpools für die entsprechende initiale Selektionsrunde wird ein Reaktionsvolumen von 750 μl (2 Ansätze à 375 μl) mit insgesamt 2,4 nmol DNA-Templat (aus präparativer T7-Sequenase-Reaktion) gewählt. Die Verwendung von [α-32P]-ATP in einem Reaktionsansatz ermöglicht die radioluminographische Detektion des Produktes im Polyacrylamidgel.T7 transcription allows the transcription of a DNA sequence into the complementary RNA sequence. For transcription by means of the DNA-dependent RNA polymerase isolated from bacteriophage T7, the DNA sequence must contain the T7 promoter. Upon detection, the polymerase begins to polymerize using the counterstrand to the promoter as a template. The transcription efficiency is greatest when the sequence of transcribed RNA begins with two guanosine residues. For the synthesis of modified RNA using 2'-fluoro-UTP and 2'-fluoro-CTP, a mutant (Y639F, Biozym Diagnostik GmbH c / o Epicenter, Hessisch-Oldendorf, Germany) is used instead of the normal T7 RNA polymerase which has a phenylalanine (Y639F) in place of the tyrosine at position 639 (Sousa & Padilla, 1995). While the wild-type T7 RNA polymerase incorporates rNTPs 70-80-fold better than dNTPs, mutant rNTPs are only 4-fold more preferred. 2'-fluoro-pyrimidine nucleotides are thus incorporated much better in the transcription than by the wild-type polymerase (Huang et al., 1997). To prepare the 2'-F-RNA start pools for the corresponding initial selection round, a reaction volume of 750 μl (2 batches of 375 μl) with a total of 2.4 nmol DNA template (from preparative T7 Sequenase reaction) is selected. The use of [α- 32 P] -ATP in a reaction mixture allows the radioluminographic detection of the product in the polyacrylamide gel.
Die
Reaktionsdauer beträgt
3–4 h
bei 37°C;
der Transkription folgt eine Ethanolfällung, im Anschluss daran wird
die 2'-F-RNA über ein
10% denaturierendes Polyacrylamidgel gereinigt. Ansatz
(375 μl):
Die Isolierung der T7-Transkripte erfolgt nach der radioluminographischen Detektion im Gel durch Ausschneiden der entsprechenden Gelregion und „crush & soak" Elution mit anschließender Ethanolfällung. Die Menge an Aktivität wird über Cerenkov-Zählung und die Ausbeute durch Absorptionsmessung der Nukleinsäurelösung bei 260 nm im Photometer ermittelt.The Isolation of the T7 transcripts is carried out by radioluminographic Detection in the gel by excision of the corresponding gel region and "crush & soak" elution followed by ethanol precipitation Amount of activity will over Cerenkov counting and the yield by absorbance measurement of the nucleic acid solution 260 nm determined in the photometer.
Schritt c) Selektion auf 2'-Fluor-Pyrimidin-modifizierte RNA-Moleküle (2'-F-Y-RNA), die spezifisch das Lipopolysaccharid-bindende Protein (LBP) oder Teilsequenzen daraus binden.step c) Selection for 2'-fluoro-pyrimidine-modified RNA molecules (2'-F-Y RNA) specific the lipopolysaccharide binding protein (LBP) or partial sequences tie from it.
Selektionsrunde
Nr. 1: chemisch synthetisierte Templat-DNA (NOXXON Pharma AG, Berlin)
wird in einer präparativen
T7-Sequenase-Reaktion mit einem über hängenden,
den T7-Promotor tragenden Primer A hybridisiert und in vollständige Doppelstrang-DNA
umgewandelt.
(Primer A: 5'-TAATACGACTCACTATAGGGAATTCGAGCTCGGTACC-3')Selection round no. 1: chemically synthesized template DNA (NOXXON Pharma AG, Berlin) is hybridized in a preparative T7 Sequenase reaction with a hanging, the T7 promoter bearing primer A and converted into complete double-stranded DNA.
(Primer A: 5'-TAATACGACTCACTATAGGGAATTCGAGCTCGGTACC-3 ')
Die erhaltene Templat-DNA wird präparativ transkribiert. Etwa 553 pmol 2'-Fluor-Pyrimidin-modifizierte RNA (2'-F-RNA), also 3,3 × 1014 Moleküle werden in die erste Selektionsrunde eingesetzt.The resulting template DNA is transcribed preparatively. About 553 pmol of 2'-fluoropyrimidine-modified RNA (2'-F-RNA), ie 3.3 × 10 14 molecules, are used in the first round of selection.
Vor der Selektionsrunde werden 80 μl Ni-NTA Agarose-Suspension für die Kopplung von mLBP-Hiss (biometec, Greifswald) durch viermaliges Waschen mit 2 × 400 μl H2Obidest und 2 × 400 μl Bindungspuffer (PBSM) (140 mM NaCl, 2,7 mM KCl, 10 mM Na2HPO4, 1,76 mM KH2PO4, 2 mM MgCl2) äquilibriert. Zur Trennung der Agarose von der Lösung wird 10 s bei 13000 Upm in einer Tischfuge zentrifugiert und der Überstand vorsichtig abgenommen. Nach dem letzten Waschschritt wird die Agarose in 360 μl PBSM resuspendiert und mit 40 μl mLBP-His6 (40 μg) vermischt. Die Kopplung an die Ni-NTA Matrix erfolgt für 45 min unter gelegentlichem leichten Mischen bei Raumtemperatur. Anschließend wird die Agarose bei 1000 Upm für 5 min in einer Tischfuge pelletiert und nach Abnahme des Überstandes 2 × mit 400 μl PBSM gewaschen und zum Schluss in 160 μl PBSM aufgenommen.Before the selection round, 80 μl of Ni-NTA agarose suspension for the coupling of mLBP-Hiss (biometec, Greifswald) are washed four times with 2 × 400 μl bidistilled H 2 O and 2 × 400 μl binding buffer (PBSM) (140 mM NaCl, 2.7mM KCl, 10mM Na 2 HPO 4 , 1.76mM KH 2 PO 4 , 2mM MgCl 2 ). To separate the agarose from the solution is centrifuged for 10 s at 13000 rpm in a table joint and the supernatant carefully removed. After the last washing step, the agarose is resuspended in 360 μl PBSM and mixed with 40 μl mLBP-His 6 (40 μg). The coupling to the Ni-NTA matrix is carried out for 45 minutes with occasional gentle mixing at room temperature. Subsequently, the agarose is pelleted at 1000 rpm for 5 min in a table joint and washed after removal of the supernatant 2 × with 400 ul PBSM and finally taken up in 160 ul PBSM.
Der 2'-F-RNA-Startpool (553 pmol) wird auf eine Konzentration von 2,9 μM in 187 μl PBSM eingestellt, 4 min bei 90°C denaturiert und innerhalb von 20 min auf Raumtemperatur abgekühlt. Vor der Selektion wird auch eine Vorselektion durchgeführt, indem der 2'-F-RNA-Startpool mit äquilibrierter Ni-NTA Agarose (50 μl) für 20 min bei 37°C in einer 1 ml Säule (Mobicols, MoBiTec) inkubiert wird. Anschließend wird die Lösung mit den nicht an die Ni-NTA Agarose bindenden 2'-F-RNA-Molekülen in ein Reaktionsgefäß zentrifugiert, in ein zweites Reaktionsgefäß mit etwa 200 μl Agarose-gekoppeltem mLBP-His6 überführt und für 1 h bei 37°C inkubiert. Nach zweimaligem Waschen der Ni-NTA Agarose mit je 200 μl PBSM und jeweiliger Zentrifugation für 5 min bei 1000 Upm (Tischzentrifuge) erfolgt die Elution der gebundenen 2'-F-RNA-Moleküle mit 200 μl Elutionspuffer (140 mM NaCl, 2,7 mM KCl, 10 mM Na2HPO4, 1,76 mM KH2PO4, 2 mM MgCl2, 300 mM Imidazol, 7 M Harnstoff) innerhalb 1 h bei 37°C und gelegentlichem Schütteln. Aus dem Eluat wird die 2'-F-RNA mittels einer Phenol-Chloroformextraktion und Ethanolfällung isoliert. Die Agarose der Vorselektion, die Überstände der Se lektionswaschschritte und die eluierte 2'-F-RNA werden mittels Cerenkov-Zählung quantifiziert. Die eluierte 2'-F-RNA wird revers transkribiert und die ssDNA nach vorhergehender T7-Sequenase-Reaktion mittels PCR amplifiziert. Im Anschluß daran folgt eine T7-Transkription.The 2'-F-RNA start pool (553 pmol) is adjusted to a concentration of 2.9 μM in 187 μl PBSM, denatured for 4 min at 90 ° C and cooled to room temperature within 20 min. Before selection, pre-selection is also performed by incubating the 2'-F-RNA start pool with equilibrated Ni-NTA agarose (50 μl) for 20 min at 37 ° C in a 1 ml column (Mobicols, MoBiTec). Subsequently, the solution is centrifuged with the not binding to the Ni-NTA agarose 2'-F-RNA molecules in a reaction vessel, transferred to a second reaction vessel with about 200 ul agarose-coupled mLBP-His 6 and for 1 h at 37 ° C incubated. After washing the Ni-NTA agarose twice with 200 .mu.l of PBSM and centrifuging for 5 min at 1000 rpm (tabletop centrifuge), the elution of the bound 2'-F-RNA molecules with 200 .mu.l elution buffer (140 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 10mM Na 2 HPO 4 , 1.76mM KH 2 PO 4 , 2mM MgCl 2 , 300mM imidazole, 7M urea) over 1h at 37 ° C with occasional shaking. From the eluate, the 2'-F-RNA is isolated by phenol-chloroform extraction and ethanol precipitation. The pre-selection agarose, the supernatants of the secondary washing steps and the eluted 2'-F-RNA are quantified by Cerenkov counting. The eluted 2'-F-RNA is reverse transcribed and the ssDNA after previous T7-Sequenase reaction amplified by PCR. This is followed by T7 transcription.
Selektionsrunden Nr. 2–8. In allen weiteren Selektionsrunden wird murines (m) LBP-His6 (0,08, 0,16 oder 0,32 nmol) an eine entsprechende Menge äquilibrierter Ni-NTA Agarose (20 μl) (Runden 2–4, 7 und 8) oder Ni-NTA Magnetic Beads (20 oder 40 μl) (Runden 5 und 6) gekoppelt. Die 2'-F-RNA-Gemische (0,048–0,25 nmol) werden vor dem jeweiligen Vorselektionsschritt in 100 μl PBSM gelöst und wie oben beschrieben de- und renaturiert. Für die Runden 5 und 6 werden 20 μl bzw. 40 μl Ni-NTA Magnetic Beads Suspension für die Kopplung von mLBP-His6 (biometec) durch viermaliges Waschen mit 2 × 400 μl H2Obidest und 2 × 400 μl PBSM äquilibriert. Zur Trennung der Beads von der Lösung wird das Reaktionsgefäß in einen 12-Tube-Magneten gestellt und der Überstand nach 1 min abgenommen. Nach dem letzten Waschschritt werden die Beads mit 5 μg (Runde 5) bzw. 10 μg (Runde 6) mLBP-His6 in einem Gesamtvolumen von 100 μl bzw. 200 μl PBSM versetzt. Die Kopplung an die Ni-NTA Matrix erfolgt für 45 min unter gelegentlichem leichten Mischen bei Raumtemperatur. Anschließend werden die Beads vor der Selektion mit 200 μl PBSM gewaschen.Selection rounds No. 2-8. In all further rounds of selection, murine (m) LBP-His 6 (0.08, 0.16 or 0.32 nmol) is added to a corresponding amount of equilibrated Ni-NTA agarose (20 μl) (laps 2-4, 7 and 8). or Ni-NTA Magnetic Beads (20 or 40 μl) (rounds 5 and 6). The 2'-F-RNA mixtures (0.048-0.25 nmol) are dissolved in 100 μl of PBSM prior to the respective preselection step and de- and renatured as described above. For rounds 5 and 6, 20 μL or 40 μL Ni-NTA Magnetic Beads Suspension for coupling mLBP-His 6 (biometec) are equilibrated by washing four times with 2 x 400 μL bidistilled H 2 O and 2 x 400 μL PBSM. To separate the beads from the solution, the reaction vessel is ge in a 12-tube magnet and the supernatant removed after 1 min. After the last washing step, the beads are mixed with 5 μg (round 5) or 10 μg (round 6) mLBP-His 6 in a total volume of 100 μl or 200 μl PBSM. The coupling to the Ni-NTA matrix is carried out for 45 minutes with occasional gentle mixing at room temperature. Subsequently, the beads are washed before selection with 200 ul PBSM.
Nach einem wie oben beschriebenen Vorselektionsschritt (für Runden mit Ni-NTA Magnetic Agarose Beads entsprechend) erfolgen die Selektionen in einem Volumen von 100–300 μl. Gewaschen und eluiert wird wie zuvor beschrieben.To a preselection step (for rounds with Ni-NTA Magnetic Agarose Beads according to) the selections are made in a volume of 100-300 μl. Washed and eluted as previously described.
Die Tabelle zeigt die Selektionsparameter der Selektion mit Ni-NTA Agarose, wobei die Konzentrationsverhältnisse 2'-F-RNA:mLBP jeweils vor dem Vorselektionsschritt, also ohne Berücksichtigung von 2'-F-RNA-Molekülen, die dem Pool durch Bindung an die Matrix entzogen werden, dargestellt werden.The Table shows the selection parameters of selection with Ni-NTA agarose, the concentration ratios 2'-F-RNA: mLBP each before the preselection step, ie without consideration of 2'-F-RNA molecules, the removed from the pool by binding to the matrix become.
d) Amplifizierung der selektierten 2'-Fluor-Pyrimidin-modifizierte RNA-Moleküle (2'-F-Y-RNAs)d) Amplification of the selected 2'-fluoro-pyrimidine-modified RNA molecules (2'-F-Y-RNAs)
Dazu wird eine reverse Transkription der selektierten RNA mit anschließender T7-Sequenase Auffüllreaktion und Amplifikation mittels PCR durchgeführt.To is a reverse transcription of the selected RNA with subsequent T7-Sequenase Auffüllreaktion and amplification performed by PCR.
RNA wird mit Hilfe einer RNA-abhängigen DNA-Polymerase (Reverse Transkriptase) Primer-abhängig (Primer B: 5'-CCAAGCTTGCATGCCTGCAG-3') in den komplementären DNA-Gegenstrang umgeschrieben.RNA is using an RNA-dependent DNA polymerase (reverse transcriptase) primer-dependent (primer B: 5'-CCAAGCTTGCATGCCTGCAG-3 ') into the complementary DNA counterstrand rewritten.
Dazu wird beispielsweise die SuperScriptTM RNase H– Reverse Transkriptase verwendet, die mehrere DNA-Kopien von einem RNA-Templat herstellt. Sie stammt ursprünglich aus dem Moloney Murine Leukemia Virus und ist mit einer RNase H-Deletion versehen.For this purpose the SuperScript ™ RNase H is, for example, - reverse transcriptase is used, the more DNA copies of producing an RNA template. It is originally from the Moloney murine leukemia virus and is provided with an RNase H deletion.
Der Ablauf der reversen Transkription gliedert sich in die Schritte:
- – Annealing des Primers (3 min bei 90°C)
- – Abkühlung der Probe bei Raumtemperatur für 10–15 min (dann auf Eis) und
- – Reverse Transkription (60 min bei 42°C).
- Annealing of the primer (3 min at 90 ° C)
- - Cool the sample at room temperature for 10-15 min (then on ice) and
- - reverse transcription (60 min at 42 ° C).
Nach der Reaktion wird das Enzym durch Inkubation des Ansatzes für 10 min bei 70°C inaktiviert.To the reaction, the enzyme by incubation of the mixture for 10 min at 70 ° C inactivated.
Der Primer wird wenigstens im 1,1-fachen Überschuß zur RNA dazugegeben. (x = 4,4 μl in den Runden 1, 3 & 5; 4,8 μl in Runde 2; 8,8 μl in den Runden 4, 6 & 7; 1,54 μl in Runde 8)The primer is added to RNA at least in 1.1-fold excess. (x = 4.4 μl in rounds 1, 3 &5; 4.8 μl in round 2; 8.8 μl in rounds 4, 6 &7; 1.54 μl in round 8)
Nach der reversen Transkription wird die RNA durch Zugabe von 5,5 μl einer 2 M NaOH-Lösung zum Ansatz und Inkubation bei 37°C für 1 h hydrolysiert. Die cDNAs werden mittels Ethanolfällung isoliert und in 20 μl H2Obidest resuspendiert.After reverse transcription, the RNA is hydrolyzed by addition of 5.5 μl of a 2 M NaOH solution and allowed to incubate at 37 ° C for 1 h. The cDNAs are isolated by ethanol precipitation and resuspended in 20 ul H 2 O bidest .
Die
nach einer reversen Transkription isolierten ssDNA-Fragmente werden
mit einem überhängenden Primer
(Primer
A: 5'-TAATACGACTCACTATAGGGAATTCGAGCTCGGTACC-3')
hybridisiert
und in der T7-Sequenase-Reaktion (siehe Schritt b) zu einem vollständigen Doppelstrang
aufgefüllt.
Der Primer wird wenigstens im 1,1-fachen Überschuss zur DNA hinzugegeben. Annealing:
(Primer A: 5'-TAATACGACTCACTATAGGGAATTCGAGCTCGGTACC-3 ')
hybridized and filled in the T7 Sequenase reaction (see step b) to a complete duplex. The primer is added at least 1.1 times excess to the DNA. annealing:
Die Aufreinigung der dsDNA erfolgt mit Microcon-Filtereinheiten.The Purification of the dsDNA is done with Microcon filter units.
Die PCR (Polymerase Chain Reaction) wird beispielsweise mit der DNA-Polymerase aus dem thermophilen Bakterium Thermus aquaficus (Tap) durchgeführt und anhand eines Agarosegeles analysiert.The PCR (Polymerase Chain Reaction) is used for example with DNA polymerase performed from the thermophilic bacterium Thermus aquaficus (Tap) and analyzed using an agarose gel.
Als DNA-Template werden die dsDNA aus den Sequenase-Reaktionen eingesetzt. Es werden maximal 25 Zyklen durchgeführt und nach jeweils 5, 10, 15, 20 und 25 Zyklen Proben (10 μl) dieses Ansatzes auf einem Agarosegel analysiert.When DNA template, the dsDNA from the Sequenase reactions are used. A maximum of 25 cycles are carried out and after every 5, 10, 15, 20 and 25 cycles of samples (10 μl) analyzed this approach on an agarose gel.
Nach
Ermittlung der Zyklenzahl, mit der die meisten Kopien des dsDNA-Templats
und möglichst
keine Artefakte erzielt werden, wird die restliche dsDNA in entsprechenden
PCR-Ansätzen
präparativ
amplifiziert. Standardansatz:
Temperaturbedingungen:Temperature conditions:
- 95°C/0,5 min (Denaturierung zu Beginn)95 ° C / 0.5 min (denaturation at the beginning)
- 95°C/1,0 min (Denaturierung)95 ° C / 1.0 min (denaturation)
- 53°C/2,0 min (Annealing)53 ° C / 2.0 min (annealing)
- 72°C/1,0 min (Extension)72 ° C / 1.0 min (extension)
- 12–17 Zyklen12-17 cycles
Allgemeine Techniken und TeilverfahrenGeneral Techniques and sub-procedures
Die Reinigung von Nukleinsäuren erfolgt nach Standardmethoden der Gelelektrophorese. Dabei werden 8–15 %ige Gele mit Zusatz von 8 M Harnstoff verwendet. Die präparative Aufreinigung von T7-Produkten und 5'-markierter RNA erfolgt auf 10 %igen Gelen, die Analyse Bleiionen-induzierter und enzymatischer RNA-Spaltungen auf 10 und 20 %igen Gelen (jeweils mit 8 M Harnstoff).The Purification of nucleic acids is carried out by standard methods of gel electrophoresis. It will be 8-15% Gels with added 8 M urea used. The preparative Purification of T7 products and 5'-labeled RNA is 10% Gelen, the analysis of lead ion-induced and enzymatic RNA cleavage on 10 and 20% gels (each with 8 M urea).
Die Untersuchung der PCR-Produkte nach der reversen Transkription und nach Amplifikation von Insert-Sequenzen aus Klonierungsvektroren sowie die Analyse von Plasmid-DNA aus Minipräparationen erfolgt mit der Agarosegelelektrophorese.The Examination of PCR products after reverse transcription and after amplification of insert sequences from cloning vectors and the analysis of plasmid DNA from minipreparations done with the Agarose gel electrophoresis.
Nukleinsäurebanden in Polyacrylamid- und Agarosegelen werden standardmäßig durch Ethidiumbromidfärbung angefärbt und unter UV-Licht sichtbar gemacht. Oligonukleotide werden aufgrund ihrer hoher Lichtabsorption in Gelen mit UV-shadowing detektiert. Das Gel wird dazu in Cellophanfolie eingeschlagen und auf eine DC-Platte (DC-Alufolie, Kieselgel 60 F254 (Merck)) imprägniert mit fluoreszierendem Farbstoff gelegt. Durch aufgestrahltes UV-Licht (254 nm) werfen die Nukleinsäuren einen dunklen Schatten auf der Kieselgelplatte. Diese Methode ist sehr unempfindlich und wird daher ausschließlich für präparative Zwecke genutzt. Die Detektion von radioaktiv (z.B. 32P) markierten Nukleinsäuren erfolgt mittels Radioluminographie, unter Verwendung einer Bio-Imaging-Bildplatte und des Bio-Imaging Analysers BAS 1000 (Fujifilm). Diese Methode wird zur Detektion gelgereinigter, intern 32P-markierter RNA nach der T7-Transkription oder 5'-markierter RNA angewendet, weiterhin zur Auswertung von Bindungsassays und Spaltungen zur Strukturaufklärung.Nucleic acid bands in polyacrylamide and agarose gels are stained by standard ethidium bromide staining and visualized under UV light. Oligonucleotides are detected due to their high light absorption in gels with UV shadowing. The gel is wrapped in cellophane film and placed on a TLC plate (TLC aluminum foil, silica gel 60 F 254 (Merck)) impregnated with fluorescent dye. By irradiating UV light (254 nm), the nucleic acids cast a dark shadow on the silica gel plate. This method is very insensitive and is therefore used exclusively for preparative purposes. The detection of radioactively (eg 32 P) labeled nucleic acids is carried out by means of radioluminography, using a bio-imaging image plate and the bio-imaging analyzer BAS 1000 (Fujifilm). This method is used for the detection of gel-purified, internally 32 P-labeled RNA after T7 transcription or 5'-labeled RNA, as well as for the evaluation of binding assays and cleavage for structure elucidation.
Bei Polyacrylamidgelen wird nach erfolgter Elektrophorese eine der beiden Glasplatten entfernt und das Gel mit der anderen Platte in Cellophanfolie eingeschlagen. Zur Orientierung werden außerdem radioaktive Markierungen an den Rän dern des Gels aufgebracht. Es erfolgt eine Exposition der Bio-Imaging-Bildplatte für 1–10 Minuten oder auch über Nacht, abhängig von der auf das Gel aufgetragenen Radioaktivitätsmenge.at Polyacrylamide gels become one of the two after electrophoresis Glass plates removed and the gel with the other plate in cellophane wrap taken. For orientation also radioactive markings at the edges applied to the gel. Exposure of the bioimaging image plate takes place for 1-10 minutes or over Night, dependent from the amount of radioactivity applied to the gel.
Nitrocellulosefilter für die Bestimmung von Dissoziationskonstanten werden auf Whatman-Papiere fixiert und ebenfalls in Cellophanfolie eingeschlagen. Eine Bio-Imaging-Bildplatte wird über Nacht exponiert und das Auslesen der Daten erfolgt wie für Gele mit dem Bio-Imaging Analyser, die digitale Datenauswertung und – bearbeitung im Anschluß mit entsprechender Software (PCBAS Version 2.09). Die Elution von Nukleinsäuren erfolgt mittels Diffusionselution oder Elektroelution. Über denaturierende Polyacrylamidgelelektrophorese separierte Oligonukleotide werden mittels Diffusionselution isoliert. Dazu werden die Banden der radioaktiv markierten Nukleinsäuren zunächst mit einem 1:1 Ausdruck eines Imaging-Bildes als Schablone aus dem Gel ausgeschnitten. Die Nukleinsäuren in dem Gelstück werden entweder über Nacht bei 4°C unter Schütteln in 400 μl 1 M NaOAc pH 4,7 je cm2 Gelstück (oder kleiner) oder mittels der „crush & soak"-Methode eluiert. Die Eluate werden jeweils mit 1 ml Ethanol präzipitiert.Nitrocellulose filters for the determination of dissociation constants are fixed on Whatman papers and also wrapped in cellophane film. A bio-imaging plate is exposed overnight and the readout of the data is done as for gels with the Bio-Imaging Analyzer, the digital data analysis and processing followed by appropriate software (PCBAS Version 2.09). The elution of nucleic acids takes place by means of diffusion elution or electroelution. Oligonucleotides separated by denaturing polyacrylamide gel electrophoresis are isolated by means of diffusion elution. For this purpose, the bands of the radiolabelled nucleic acids are first excised from the gel with a 1: 1 print of an imaging image as a template. The nucleic acids in the gel piece are either eluted overnight at 4 ° C. with shaking in 400 μl of 1 M NaOAc pH 4.7 per cm 2 piece of gel (or smaller) or by means of the "crush &soak" method 1 ml of ethanol precipitated.
Zur Durchführung der „crush & soak"-Methode wird das herausgeschnittene Gelstückchen mit einer sterilen Pipettenspitze an der Reaktionsgefäßwand zerkleinert. Nach Zugabe von 400 μl 1 M NaOAc pH 4,7 wird das Reaktionsgefäß insgesamt dreimal in flüssigem Stickstoff eingefroren und auf Eis wieder aufgetaut. Anschließend erfolgt die eigentliche Elution bei 4°C für 4–6 h unter Schütteln. Das Eluat wird dann durch ein mit silikonisierter Glaswolle präpariertes Reaktionsgefäß zur Abtrennung von Gelmatrix zentrifugiert und mit Ethanol präzipitiert.to execution the "crush & soak" method becomes that cut out gel pieces crushed with a sterile pipette tip on the reaction vessel wall. After addition of 400 .mu.l 1 M NaOAc pH 4.7, the reaction vessel is a total of three times in liquid nitrogen frozen and thawed on ice again. Then done the actual elution at 4 ° C for 4-6 h under Shake. The eluate is then prepared by a siliconized glass wool Reaction vessel for separation centrifuged from gel matrix and precipitated with ethanol.
Mittels Phenol- und Chloroformextraktion werden Proteine aus wäßrigen Nukleinsäurelösungen entfernt werden. Die Entfernung von Proteinen erfolgt z. B. nach der Dephosphorylierung von RNA.through Phenol and chloroform extraction removes proteins from aqueous nucleic acid solutions become. The removal of proteins takes place z. B. after dephosphorylation of RNA.
Nach
Zugabe von 1 Volumen Phenol (0,1 M Tris gepuffert auf pH 7,6) zur
wäßrigen Lösung wird
1 min intensiv gerüttelt
(Vortex), anzentrifugiert und 1 Volumen Chloroform hinzugefügt. Nach
erneutem Vortexen wird für
1–5 min
bei 13000 Upm (Tischzentrifuge) und Raumtemperatur zentrifugiert.
Die obere wässrige
Phase wird abgenommen und die phenolische mit 100 μl Wasser
nachextrahiert. Die vereinigten wäßrigen Phasen werden mit 2
Volumen Chloroform extrahiert. Die Fällung der Nukleinsäuren insbesondere
die Präzipitation von
PCR-Produkten sowie
Syntheseprodukten der reversen Transkription aus wäßrigen Lösungen erfolgt durch
Ethanolpräzipitation.
Zur Reduzierung der Kopräzipitation
von Nukleosidtriphosphaten wird dabei Ammoniumacetat verwendet. Präzipitation
mit Ammoniumacetat:
Bei sehr kleinen Nukleinsäuremengen und kurzkettigen Nukleinsäuren wird die wäßrige Lösung auf 20 μg/ ml Glykogen als Fällungshilfe eingestellt. Die nach jeder Selektionsrunde eluierte RNA wird ebenfalls vorzugsweise in Anwesenheit von Glykogen präzipitiert. Es wird für mindestens 1 h bei –20°C gefällt und die Nukleinsäuren durch eine anschließende, mindestens 30-minütige Zentrifugation bei 13000 Upm/4°C (Heraeus, Biofuge 15R) pelletiert; der Überstand wird anschließend abgenommen und verworfen. Die Pellets werden mit etwa 130 μl eisgekühltem 70 %igem Ethanol gewaschen und erneut für 10–15 min bei 13000 Upm und 4°C zentrifugiert. Der Überstand wird verworfen und das Pellet bei Raumtemperatur getrocknet und in H2Obidest oder Bindungspuffer (PBSM) aufgenommen.For very small amounts of nucleic acid and short-chain nucleic acids, the aqueous solution is adjusted to 20 ug / ml glycogen as a precipitation aid. The RNA eluted after each round of selection is also preferably precipitated in the presence of glycogen. It is precipitated for at least 1 h at -20 ° C and the nucleic acids by a subsequent, at least 30 minutes centrifugation at 13000 rpm / 4 ° C (Heraeus, Biofuge 15R) pelleted; the supernatant is then removed and discarded. The pellets are washed with about 130 μl of ice-cooled 70% ethanol and again centrifuged for 10-15 min at 13000 rpm and 4 ° C. The supernatant is discarded and the pellet dried at room temperature and taken up in H 2 O bidistilled or binding buffer (PBSM).
Die Aufkonzentrierung und Entsalzung von Protein- und Nukleinsäurelösungen erfolgt mittels Microcon-Filtereinheiten (Millipore). Zur Aufreinigung von DNA nach der T7-Sequenase-Reaktion und nach der präparativen PCR werden Filtereinheiten vom Typ YM-30 verwendet (Retentionsgrenze für doppelsträngige Nukleinsäuren: ca. 50 Basenpaare; für einzelsträngige Nukleinsäuren: ca. 60 Nukleotide).The Concentration and desalting of protein and nucleic acid solutions takes place using Microcon filter units (Millipore). For the purification of DNA after the T7 Sequenase reaction and after the preparative PCR are filter units of type YM-30 used (retention limit for double-stranded nucleic acids: approx. 50 base pairs; For single nucleic Acids: about 60 nucleotides).
In das Probenreservoir einer Filtereinheit werden maximal 500 μl Nukleinsäurelösung pipettiert. Durch die anschließende Zentrifugation bei 11000 Upm (Heraeus, Biofuge 13) für 15 min wird die Lösung durch die Membranporen gepresst, wobei jene Nukleinsäuren, die aufgrund ihrer Größe die Retentionsgrenze überschreiten, auf der Membran zurückgehalten werden. Die Membran wird dann zweimal mit je 10o μl H2Obidest und mittels entsprechener Zentrifugation gewaschen. Zur Elution werden 20 μl (nach T7-Sequenase-Reaktion) bzw. 25 μl H2Obidest (nach präparativer PCR) auf die Membran des Probenreservoirs pipettiert und 10 min bei Raumtemperatur stehen gelassen. Das Probenreservoir mit der gereinigten Nukleinsäure wird dann umgedreht in ein steriles Reaktionsgefäß gesteckt und die Nukleinsäurelösung durch Zentrifugation bei 4000 Upm (Heraeus, Biofuge 13) für 5 min darin gesammelt. Der Elutionsschritt wird bei der Aufreinigung von PCR-Produkten mit 25 μl H2Obidest wiederholt.A maximum of 500 μl nucleic acid solution is pipetted into the sample reservoir of a filter unit. The subsequent centrifugation at 11000 rpm (Heraeus, Biofuge 13) for 15 min, the solution is forced through the membrane pores, wherein those nucleic acids that exceed the retention limit due to their size, are retained on the membrane. The membrane is then washed twice with 10o .mu.l H 2 O bidest and washed by appropriate centrifugation. For elution, 20 μl (after T7-Sequenase reaction) or 25 .mu.l H 2 O bidistilled (after preparative PCR) pipetted onto the membrane of the sample reservoir and allowed to stand for 10 min at room temperature. The sample reservoir containing the purified nucleic acid is then placed upside down in a sterile reaction tube and the nucleic acid solution is collected by centrifugation at 4000 rpm (Heraeus, Biofuge 13) for 5 min. The elution step is repeated during the purification of PCR products with 25 μl H 2 O bidest .
Die PCR (Polymerase Chain Reaction) wird beispielsweise mit der DNA-Polymerase aus dem thermophilen Bakterium Thermus aquaticus (Taq) durchgeführt und anhand eines Agarosegeles analysiert.The PCR (Polymerase Chain Reaction), for example, with the DNA polymerase from the thermophilic bacterium Thermus aquaticus (Taq) analyzed using an agarose gel.
Als DNA-Template werden die dsDNAs aus den Sequenase-Reaktionen eingesetzt. Es werden maximal 25 Zyklen durchgeführt und nach jeweils 5, 10, 15, 20 und 25 Zyklen Proben (10 μl) dieses Ansatzes auf einem Agarosegel analysiert.When DNA template, the dsDNAs from the Sequenase reactions are used. A maximum of 25 cycles are carried out and after every 5, 10, 15, 20 and 25 cycles of samples (10 μl) analyzed this approach on an agarose gel.
Nach
Ermittlung der Zyklenzahl, mit der die meisten Kopien des dsDNA-Templats
und möglichst
keine Artefakte erzielt werden, wird die restliche dsDNA in entsprechenden
PCR-Ansätzen
präparativ
amplifiziert. Standardansatz:
Temperaturbedingungen:Temperature conditions:
- 95°C/0,5 min (Denaturierung zu Beginn)95 ° C / 0.5 min (denaturation at the beginning)
- 95°C/1,0 min (Denaturierung)95 ° C / 1.0 min (denaturation)
- 53°C/2,0 min (Annealing)53 ° C / 2.0 min (annealing)
- 72°C/1,0 min (Extension)72 ° C / 1.0 min (extension)
- 5–25 Zyklen5-25 cycles
Zur Amplifikation der Insert-Sequenzen aus einem Klonierungsvektor für anschließende T7-Transkription wird eine präparative PCR (aus 5–15 Einzelansätzen bestehend) mit zuvor linearisierten Plasmiden durchgeführt, dabei wird eine DNA-Templat-Menge von 1 ng je Ansatz verwendet, die Zyklenzahl beträgt 35.to Amplification of insert sequences from a cloning vector for subsequent T7 transcription becomes a preparative PCR (from 5-15 individual approaches consisting) carried out with previously linearized plasmids, thereby For example, a DNA template amount of 1 ng per batch is used, the number of cycles is 35th
Die T7-Transkriptionen als Teil der Selektionsrunden zur Erzeugung von 2'-F-RNA-Pool wird mit Reaktionsansätzen von 150–190 μl und 0,15–0,5 nmol DNA-Templat (aus präparativer PCR) durchgeführt. Zur Herstellung der 2'-F-RNA-Startpools für die entsprechende initiale Selektionsrunde wird ein Reaktionsvolumen von 750 μl (2 Ansätze à 375 μl) mit insgesamt 2,4 nmol DNA-Templat (aus präparativer T7-Sequenaee-Reaktion) gewählt. Die Verwendung von [α-32P]-ATP in einem Reaktionsansatz ermöglicht die radioluminographische Detektion des Produktes im Polyacrylamidgel.The T7 transcriptions as part of the selection rounds for the generation of 2'-F-RNA pool is carried out with reaction mixtures of 150-190 .mu.l and 0.15-0.5 nmol DNA template (from preparative PCR). To prepare the 2'-F-RNA start pools for the corresponding initial round of selection, a reaction volume of 750 μl (2 batches of 375 μl) with a total of 2.4 nmol DNA template (from preparative T7 sequence reaction) is selected. The use of [α- 32 P] -ATP in a reaction mixture allows the radioluminographic detection of the product in the polyacrylamide gel.
Die
Reaktionsdauer beträgt
3–4 h
bei 37°C;
der Transkription folgt eine Ethanolfällung, im Anschluss daran wird
die 2'-F-RNA über ein
10% denaturierendes Polyacrylamidgel gereinigt. Ansatz
(Bsp. 150 μl):
Die Isolierung der T7-Transkripte erfolgt nach der radioluminographischen Detektion im Gel durch Ausschneiden der entsprechenden Gelregion und „crush & soak" Elution mit anschließender Ethanolfällung. Die Menge an Aktivität wird über Cerenkov-Zählung und die Ausbeute durch Absorptionsmessung der Nukleinsäurelösung bei 260 nm im Photometer ermittelt.The Isolation of the T7 transcripts is carried out by radioluminographic Detection in the gel by excision of the corresponding gel region and "crush & soak" elution followed by ethanol precipitation Amount of activity will over Cerenkov counting and the yield by absorbance measurement of the nucleic acid solution 260 nm determined in the photometer.
2'-Fluor-Pyrimidin-RNA-Aptamere2'-fluoro-pyrimidine RNA aptamers
Zur Erzeugung nichtradioaktiv markierter 2'-F-RNA-Aptamere wird ein Reaktionsvolumen von 300 μl mit 0,37 nmol DNA-Templat gewählt. Die Reaktionsdauer beträgt 4 h bei 37°C; nach anschließender Ethanolfällung und Gelaufreinigung wird die 2'-F-RNA durch UV-shadowing detektiert und aus dem entsprechenden Gelstück mittels „crush & soak" Elution isoliert. Es folgt eine Ethanolfällung.to Generation of non-radioactively labeled 2'-F-RNA aptamers becomes a reaction volume of 300 μl with 0.37 nmol DNA template was selected. The reaction time is 4 h at 37 ° C; after subsequent ethanol precipitation and gel purification becomes the 2'-F RNA detected by UV shadowing and isolated from the corresponding gel piece by means of "crush & soak" elution. This is followed by an ethanol precipitation.
Unmodifizierte RNAUnmodified RNA
Um
für Spaltungsanalysen
einen weiteren Längenmarker
zu erhalten, wird von einem zu analysierenden 2'-F-RNA-Aptamer eine unmodifizierte Vergleichs-RNA
gleicher Sequenz mittels T7-Transkription unter Verwendung des Wildtyp-Enzyms
hergestellt. Zur Generierung freier 5'-Hydroxylgruppen für eine radioaktive Markierung
am 5'-Ende werden
sogenannte Starter-Nukleotide eingesetzt. Vorraussetzung ist, dass
das letzte Nukleotid des Starters komplementär zum ersten Nukleotid der
Matrize ist. Erfindungsgemäß dient
ein Dinukleotid als Starter, das 5'-ApG. Es wird in vierfachem Überschuß zum GTP
eingesetzt, um die Initiation der Transkription mit 5'-ApG anstelle von
5'-GTP zu begünstigen.
Die Menge an DNA-Templat im Ansatz beträgt 30 pmol. Nach einer Reaktionsdauer
von 3 h bei 37°C
erfolgt die Aufreinigung und Isolierung wie bereits für 2'-Fluor-Pyrimidin-RNA-Aptamere beschrieben. Ansatz
RNA wird mit Hilfe einer RNA-abhängigen DNA-Polymerase (Reverse Transkriptase) Primer-abhängig (Primer B: 5'-CCAAGCTTGCATGCCTGCAG-3') in den komplementären DNA-Gegenstrang umgeschrieben.RNA is using an RNA-dependent DNA polymerase (reverse transcriptase) primer-dependent (primer B: 5'-CCAAGCTTGCATGCCTGCAG-3 ') into the complementary DNA counterstrand rewritten.
Dazu wird beispielsweise die SuperScriptTM RNase H– Reverse Transkriptase verwendet, die mehrere DNA-Kopien von einem RNA-Templat herstellt. Sie stammt ursprünglich aus dem Moloney Murine Leukemia Virus und ist mit einer RNase H-Deletion versehen.For this purpose the SuperScript ™ RNase H is, for example, - reverse transcriptase is used, the more DNA copies of producing an RNA template. It is originally from the Moloney murine leukemia virus and is provided with an RNase H deletion.
Der Ablauf der reversen Transkription gliedert sich in die Schritte Annealing des Primers (3 min bei 90°C), Abkühlung der Probe bei Raumtemperatur für 10–15 min (dann auf Eis) und reverse Transkription (60 min bei 42°C). Nach der Reaktion wird das Enzym durch Inkubation des Ansatzes für 10 min bei 70°C inaktiviert. Der Primer wird wenigstens im 1,1-fachen Überschuß zur RNA eingesetzt.Of the The process of reverse transcription is divided into the steps Annealing of the primer (3 min at 90 ° C), cooling of the sample at room temperature for 10-15 min (then on ice) and reverse transcription (60 min at 42 ° C). To the reaction, the enzyme by incubation of the mixture for 10 min at 70 ° C inactivated. The primer becomes at least 1.1-fold excess RNA used.
Nach der reversen Transkription wird die RNA durch Zugabe von 5,5 μl einer 2 M NaOH-Lösung zum Ansatz und Inkubation bei 37°C für 1 h hydrolysiert. Die cDNAs werden mittels Ethanolfällung isoliert und in 20 μl H2Obidest resuspendiert.After reverse transcription, the RNA is hydrolyzed by addition of 5.5 μl of a 2 M NaOH solution and allowed to incubate at 37 ° C for 1 h. The cDNAs are isolated by ethanol precipitation and resuspended in 20 ul H 2 O bidest .
Die
nach einer reversen Transkription isolierten ssDNA-Fragmente werden
mit einem überhängenden Primer
(Primer
A: 5'-TAATACGACTCACTATAGGGAATTCGAGCTCGGTACC-3')
hybridisiert
und in der T7-Sequenase-Reaktion zu einem vollständigen Doppelstrang aufgefüllt. Der Überhang des
Primer enthält
den für
die T7-Transkription notwendigen Promotor. Diese Auffüllreaktion
erfolgt durch eine gentechnisch modifizierte Form der T7-DNA-Polymerase
(T7-Sequenase Version 2.0 DNA-Polymerase).
Im Gegensatz zur nativen T7-DNA-Polymerase besitzt sie keine 3'-5'-Exonukleaseaktivität.The isolated after a reverse transcription ssDNA fragments are coated with an overhanging primer
(Primer A: 5'-TAATACGACTCACTATAGGGAATTCGAGCTCGGTACC-3 ')
hybridized and filled in the T7 Sequenase reaction to a complete duplex. The overhang of the primer contains the promoter necessary for T7 transcription. This replenishment reaction is carried out by a genetically modified form of T7 DNA polymerase (T7-Sequenase Version 2.0 DNA polymerase). Unlike the native T7 DNA polymerase, it has no 3'-5 'exonuclease activity.
Der
Ablauf der Auffüllreaktion
mit T7-Sequenase gliedert sich in die Schritte Annealing des Primer
(5 min bei 90°C),
Abkühlung
der Probe bei Raumtemperatur i für
10 min und Auffüllreaktion
(2 h bei 37°C).
Der Primer wird wenigstens im 1,1-fachen Überschuss zur DNA eingesetzt.
Die Aufreinigung der dsDNA erfolgt mit Microcon-Filtereinheiten. Annealing:
Die Reaktion wird zusätzlich im präparativen Maßstab (2 × 500 μl) für das DNA-Templat des Startpools der Selektion unter Verwendung von 1,2 nmol chemisch synthetisierter ssDNA durchgeführt.The Reaction becomes additional in the preparative scale (2 × 500 μl) for the DNA template of the start pool of Selection using 1.2 nmol of chemically synthesized ssDNA performed.
Sämtliche Klonierungen werden vorzugsweise mittels TOPO TA Cloning® Kits der Firma Invitrogen im 1-Schritt-Verfahren nach Herstellerangaben durchgeführt. Mittels Taq-Polymerase generierte PCR-Produkte werden ohne vorherige Aufreinigung direkt in einen Klonierungsvektor mittels einer Topoisomerase eingebaut.All clonings are preferably carried out by means of TOPO TA Cloning® kits from Invitrogen in a one-step procedure according to the manufacturer's instructions. PCR products generated by Taq polymerase are directly incorporated into a cloning vector by means of a topoisomerase without prior purification.
Topoisomerase ist über eine Phosphotyrosinbindung kovalent am jeweiligen 5'-Ende des Vektors gebundenen. Die konservierte Energie der Phosphodiesterbindung ermöglicht eine Ligation der Vektor-DNA mit PCR-Produkt unter Freisetzung der Topoisomerase. Die Tap-Polymerase besitzt eine sequenzunabhängige Transferase-Aktivität, wodurch sie ein einzelnes Desoxyadenosin an das 3'-Ende von PCR-Produkten hängt. Der linearisierte Vektor hat dagegen ein überhängendes Desoxythymidin am 3'-Ende.topoisomerase is over a phosphotyrosine bond covalently bound to the respective 5 'end of the vector. The preserved Phosphodiester bond energy allows ligation of the vector DNA with PCR product to release the topoisomerase. The tap polymerase has a sequence-independent transferase activity, whereby it attaches a single deoxyadenosine to the 3 'end of PCR products. Of the In contrast, linearized vector has an overhanging deoxythymidine at the 3 'end.
Zur
DNA-Ligation werden die amplifizierten PCR-Produkte direkt in der
Klonierungsreaktion mit dem Klonierungsvektor (pCR®2.1-TOPO®Vektor)
verwendet. Der Ansatz wird für
30 min bei Raumtemperatur inkubiert und anschließend auf Eis gestellt. Reaktionsansatz:
Die Transformation wird nach Standardmethoden beispielsweise mit chemisch kompetenten E. coli Zellen (One Shot® TOP 10) durchgeführt. Dazu werden 6 μl der Klonierungsreaktion zu 50 μl TOP 10 Zellen pipettiert und vorsichtig gemischt. Die Zellen werden 30 min auf Eis und anschließend für 30 s bei 42°C inkubiert (Hitzeschock). Nach 2 min auf Eis werden 250 μl SOC-Medium zugegeben und 1 h bei 37°C und 200 Upm im Warmluftschüttler geschüttelt. Aliquots von 50, 10 und 150 μl des Transformationsansatzes werden auf je eine Antibiotika und X-GAL b enthaltende Agarplatte ausplattiert und über Nacht bei 37°C inkubiert.The transformation is carried out according to standard methods, for example with chemically competent E. coli cells (One Shot® TOP 10). For this purpose, 6 μl of the cloning reaction are pipetted into 50 μl TOP 10 cells and mixed gently. The cells are incubated for 30 min on ice and then for 30 s at 42 ° C (heat shock). After 2 min on ice 250 .mu.l SOC medium are added and shaken for 1 h at 37 ° C and 200 rpm in a hot air shaker. Aliquots of 50, 10 and 150 μl of the transformation approach are per each an agar plate containing antibiotics and X-GAL b and incubated overnight at 37 ° C.
Die analytische Plasmidisolierung (Plasmid-Minipräparation) wird nach Herstellerangaben der Firma Qiagen durchgeführt. Die nach der Transformation auf den Agarplatten gewachsenen Klone werden mittels steriler Zahnstocher gepickt und entweder auf Masterplatten oder in je 3 ml antibiotikahaltiges LB-Medium überimpft, wobei die Vermehrung in Flüssigmedium über Nacht bei 37°C im Warmluftschüttler bei 220 Upm stattfindet. Jeweils 0,5 ml einer Kultur werden mit 0,5 ml autoklaviertem Glycerin (86 %ig) vermischt, in flüssigem Stickstoff eingefroren und bei –80°C als Glycerinkultur gelagert.The Analytical plasmid isolation (plasmid minipreparation) is according to manufacturer's instructions performed by Qiagen. The grown after the transformation on the agar plates clones are picked using sterile toothpicks and either on master plates or in each case 3 ml antibiotic-containing LB medium inoculated, wherein the multiplication in liquid medium overnight at 37 ° C in a hot air shaker takes place at 220 rpm. Each 0.5 ml of a culture are with 0.5 ml of autoclaved glycerol (86%) mixed in liquid nitrogen frozen and at -80 ° C as Glycerinkultur stored.
Die Zellen in den restlichen 2,5 ml werden bei etwa 13000 Upm 20 s in einer Tischzentrifuge pelletiert. Das Pellet wird in 300 μl RNase A-haltigem P1-Puffer resuspendiert. Nach Zugabe von 300 μl P2-Puffer, vorsichtigem Mischen und 5-minütiger Inkubation bei Raumtemperatur wird mit 300 μl eisgekühltem 300 mM Kaliumacetat (pH 5,5) für 5 min auf Eis gefällt und bei 13000 Upm (Heraeus, Biofuge 13) 10 min abzentrifugiert. Der Überstand wird auf eine mit 1 ml QBT-Puffer äquilibrierte tip-20-Säule (Qiagen) gegeben. Nach viermaligem Waschen der Säule mit 1 ml QC-Puffer wird mit 0,8 ml QF-Puffer eluiert. Die eluierte DNA wird mit 0,56 ml Isopropanol gefällt, für 30 min bei 13000 Upm abzentrifugiert und die gefällte Plasmid-DNA in 50 μl H2Obidest resuspendiert.The cells in the remaining 2.5 ml are pelleted at about 13000 rpm for 20 s in a bench centrifuge. The pellet is resuspended in 300 μl of RNase A-containing P1 buffer. After addition of 300 μl of P2 buffer, gentle mixing and incubation for 5 minutes at room temperature, 300 μl of ice-cooled 300 mM potassium acetate (pH 5.5) are precipitated on ice for 5 min and 10 min at 13000 rpm (Heraeus, Biofuge 13) centrifuged. The supernatant is added to a tip-20 column (Qiagen) equilibrated with 1 ml QBT buffer. After washing the column four times with 1 ml of QC buffer, it is eluted with 0.8 ml of QF buffer. The eluted DNA is precipitated with 0.56 ml of isopropanol, centrifuged for 30 min at 13000 rpm and the precipitated plasmid DNA in 50 .mu.l of H 2 O redistested resuspended.
Mit
Restriktionsendonukleasen wird DNA an spezifischen Sequenzen gespalten.
Dies wird zur Linearisierung von Klonierungsvektoren genutzt, die
eine zu untersuchende Insert-Sequenz enthalten. In einem Ansatz,
der 1,5 bis 3,0 μg
DNA enthält,
wird beispielsweise mit dem Restriktionsenzym Apa I geschnitten.
Die Spaltung erfolgt für
2 h bei 30°C
und schließt
eine Enzymaktivierung für
20 min bei 60°C
ein. Die linearisierte DNA wird durch Ethanolfällung konzentriert und in 20 μl H2Obidest resuspendiert. Restriktionsansatz:
Die
Dephosphorylierungsreaktion erfolgt mit einer alkalischen Phosphatase
(aus Kälberdarm).
Alkalische Phosphatase katalysiert die Hydrolyse von 5'-Phosphatresten von DNA, RNA sowie Ribo-
und Desoxyribonukleosidtriphosphaten. Dephosphoryliert wird mittels
T7-Transkription generierte RNA zum Zweck einer anschließenden radioaktiven
5'-Markierung. Pro
Ansatz werden 20 pmol RNA dephosphoryliert. Die Reaktion wird für 30 min
bei 37°C
inkubiert. Die Reinigung der RNA-Moleküle erfolgt mittels Phenol/Chloroform-Extraktion
und anschließender
Ethanolfällung. Reaktionsansatz:
Die dephosphorylierte und gereinigte RNA wird in 10 μl H2Obidest resuspendiert.The dephosphorylated and purified RNA is resuspended in 10 μl H 2 O bidist .
Mit
der Polynukleotidkinase des E. coli-Phagen T4 wird der Transfer
des γ-Phosphats eines ATP-Moleküls auf ein
freies 5'-Ende von
DNA oder RNA katalysiert. Das γ-Phosphat
wird dabei mit dem 5'-Hydroxylende
des Oligonukleotids verestert. Pro Ansatz werden etwa 10 pmol RNA
eingesetzt. Die Reaktion wird für 1
h bei 37°C
inkubiert. Nach der 5'-Phosphorylierung
erfolgt eine Ethanolfällung,
im Anschluss daran wird das markierte Oligonukleotid über ein
10 % denaturierendes Polyacrylamidgel gereinigt. Die Isolierung
des markierten Oligonukleotids erfolgt nach der radioluminographischen
Detektion im Gel durch Gelelution mit anschließender Ethanolfällung. Anschließend wird
die Menge an Aktivität über Cerenkov-Zählung ermittelt. Reaktionsansatz:
Die
RNA-Ligase des E. coli-Phagen T4 katalysiert die ATP-abhängige Bildung
einer Phosphodiesterbindung zwischen einem 5'-Phosphat- und einem 3'- Hydroxylterminus von einzelsträngiger RNA
oder DNA. Das kleinste mögliche
Substrat ist dabei ein Nukleosid-3'-5'-Bisphosphat.
Pro Ansatz werden etwa 10 pmol RNA eingesetzt. Nach der Inkubation über Nacht
bei 4°C
wird die RNA über
ein 15 % denaturierendes Polyacrylamidgel gereinigt. Reaktionsansatz:
Spezifische Spaltungen durch Ribonukleasen liefern Informationen über Sekundärstrukturen sowie zugängliche Bereiche in Ribonukleinsäuren. Die verwendeten Endonukleasen produzieren entweder 5'-Hydroxyl- und 2',3'-Cyclophosphat-Termini oder 5'-Phosphat- und 3'-Hydroxyl-Enden. Neben diesen enzymatischen Spaltungen sind auch chemisch induzierte Spaltungen möglich, und beide geben damit Aufschluß über die Sekundärstruktur der untersuchten RNA (Ehresmann et al., 1987; Giegé et al., 1999).specific Cleavages by ribonucleases provide information about secondary structures as well as accessible Regions in ribonucleic acids. The endonucleases used produce either 5'-hydroxyl and 2 ', 3'-cyclophosphate termini or 5'-phosphate and 3'-hydroxyl termini. In addition to these enzymatic cleavages are also chemically induced Splits possible, and both give information about that secondary structure the investigated RNA (Ehresmann et al., 1987, Giegé et al. 1999).
Für die Spaltungen
von Aptameren werden sowohl native als auch denaturierende Bedingungen
verwendet. Um möglichst
native Konformationen zu erhalten, wird die zu charakterisierende
5'-markierte RNA
vor den Spaltungsanalysen in Bindungspuffer (PBSM) denaturiert und
zurückgefaltet.
Zu diesem Zweck wird die RNA-Lösung
mit 2-fach konzentriertem Bindungspuffer und H2Obidest auf ein Volumen von 20 μl verdünnt und anschließend für 3 min
bei 90°C
denaturiert. Anschließend
erfolgt eine Abkühlung
bei Raumtemperatur für
20 min. Die renaturierten RNA-Moleküle werden sowohl für die Spaltungen
unter denaturierenden als auch nativen Bedingungen verwendet. Ansatz:
(Σ 20 μl)
Für RNA-Spaltungen wird Ribonuklease (RNase) T1 aus Aspergillus orizae verwendet, eine Endoribonuklease, die spezifisch Phosphodiesterbindungen benachbart zum 3'-Phosphat von Guanosinnukleotiden einer RNA spaltet (Gp. ↓Np). RNase T1 spaltet sowohl unter nativen als auch denaturierenden (~4,3 M Harnstoff) Bedingungen und ermöglicht gemeinsam mit der partiellen alkalischen Hydrolyse die Zuordnung von Spaltprodukten. Die denaturierende Spaltung erfolgt für 30 min bei 55°C, die native für 20 min bei Raumtemperatur. Beide Reaktionen werden mit je 7 μl RNA-Probenpuffer (2,3 M Harnstoff; 1 × TBE; 66% [v/v] Formamid; je 0,05% [w/v] Bromphenolblau und Xylencyanol) versetzt mit EDTA (120 mM) gestoppt.For RNA cleavage Ribonuclease (RNase) T1 from Aspergillus orizae is used Endoribonuclease specifically neighboring phosphodiester bonds to the 3'-phosphate of guanosine nucleotides of an RNA cleaves (GP ↓ Np). RNase T1 cleaves both under native as well as denaturing (~ 4.3 M urea) conditions and allows together with the partial alkaline hydrolysis the assignment of fission products. The denaturing cleavage takes place for 30 min at 55 ° C, the native for 20 min at room temperature. Both reactions are mixed with 7 μl RNA sample buffer (2.3 M urea; 1 × TBE; 66% [v / v] formamide; each 0.05% [w / v] bromophenol blue and xylene cyanol) Stopped with EDTA (120mM) stopped.
RNase
V1 (Cobra Venom) spaltet sequenzunabhängig doppelsträngige Bereiche
oder Regionen mit ausgeprägtem
base stacking. Es entstehen Spaltprodukte mit einem 5'-Phosphat-Ende. Zur
Identifizierung helikaler Bereiche werden mit der RNase V1 Spaltungen
unter nativen Bedingungen durchgeführt. Die Inkubation des Reaktionsansatzes
erfolgt wie bei der Spaltung durch RNase T1 unter nativen Bedingungen
für 20
min bei Raumtemperatur. native
Spaltung:
Nuklease
S1 aus Aspergillus orizae ist eine einzelstrangspezifische Endonuklease,
welche durch Zinkionen stimmuliert wird (Np↓Np). Es entstehen Spaltprodukte
mit einem 5'-Phosphat-Ende.
Die Spaltungen werden ebenfalls unter nativen Bedingungen durchgeführt. Die
Inkubation des Reaktionsansatzes erfolgt für 20 min bei Raumtemperatur.
Die Reaktion wird mit 7 μl
RNA-Probenpuffer versetzt mit EDTA (120 mM) gestoppt. native
Spaltung:
Nuklease P1 aus Penicillium citrinum ist wie die Nuklease S1 eine einzelstrangspezifische Endonuklease und wird ebenfalls durch Zinkionen aktiviert (Np↓Np).nuclease P1 from Penicillium citrinum, like the nuclease S1, is a single strand specific Endonuclease and is also activated by zinc ions (Np ↓ Np).
Es entstehen Spaltprodukte mit einem 5'-Phosphat-Ende. Die Spaltungen werden unter nativen Bedingungen durchgeführt.It Fission products are formed with a 5'-phosphate end. The divisions will be performed under native conditions.
Die
Inkubation des Reaktionsansatzes erfolgt für 20 min bei Raumtemperatur.
Die Reaktion wird mit 7 μl
RNA-Probenpuffer versetzt mit EDTA (120 mM) gestoppt. native
Spaltung:
Zur
Detektion einzelsträngiger
bzw. flexibler Bereiche in RNA-Molekülen werden Blei-induzierte
Spaltungen durchgeführt.
Im Gegensatz zu den Spaltungen mit Nuklease S1, P1 und V1 entstehen
Fragmente mit 5'-Hydroxyl-
und 2',3'-Cyclophosphat-Enden. Der Reaktionsansatz
wird 10 min bei 37°C
inkubiert und die Reaktion mit 7 μl
RNA-Probenpuffer versetzt mit EDTA (120 mM) gestoppt. Bleispaltung:
Alle Spaltungsansätze werden nach dem Stoppen mit RNA-Probenpuffer in flüssigem Stickstoff eingefroren und auf denaturierende Polyacrylamidgelen dargestellt.All splitting approaches after stopping with RNA sample buffer in liquid nitrogen frozen and displayed on denaturing polyacrylamide gels.
Unter alkalischen Bedingungen ist es möglich, Ribonukleinsäuren unter Bildung von 2',3'-Cyclophosphaten zu hydrolysieren, wobei die Spaltungen statistisch an jeder Position entstehen. Man erhält durch Elektrophorese auf einem denaturierenden Polyacrylamidgel eine sogenannte Alkalileiter, auf deren Basis, gemeinsam mit der RNase T1-Leiter unter denaturierenden Bedingungen, die Zuordnung von Spaltprodukten möglich wird.Under alkaline conditions it is possible ribonucleic acids to form 2 ', 3'-cyclophosphates to hydrolyze, with the cleavages statistically at each position arise. You get by electrophoresis on a denaturing polyacrylamide gel a so-called alkaline conductor, on the basis of which, together with the RNase T1 conductor under denaturing conditions, the assignment of fission products is possible.
Die Hydrolyse von RNA-Molekülen erfolgt nach zwei Methoden. Für allgemeine Spaltungsanalysen wird eine NaOH-haltige Lösung verwendet. Die Reaktion wird mit 5 μl RNA-Probenpuffer gestoppt, in flüssigem Stickstoff eingefroren und auf denaturierende Polyacrylamidgele aufgetragen.The Hydrolysis of RNA molecules done by two methods. For For general cleavage analyzes, a NaOH-containing solution is used. The reaction is done with 5 μl RNA sample buffer stopped, in liquid nitrogen frozen and applied to denaturing polyacrylamide gels.
Für boundary-Untersuchungen wird sowohl 5'- als auch 3'-markierte RNA unter weniger stark alkalischen Bedingungen mit NaHCO3 hydrolysiert und die Fragmente anschließend mittels Ethanolfällung konzentriert. Die RNA-Fragmente werden in 40 μl Bindungspuffer resuspendiert For boundary studies, both 5'- and 3'-labeled RNA are hydrolyzed under less strongly alkaline conditions with NaHCO 3 , and the fragments are then concentrated by ethanol precipitation. The RNA fragments are resuspended in 40 μl of binding buffer
Die
Gleichgewichts-Dissoziationskonstante Kd läßt sich
aus Bindungskurven bei steigender Protein- aber gleichbleibender
RNA-Konzentration ermitteln. Die RNA liegt dabei in vernachlässigbar
geringen Konzentrationen vor, wobei folgender Zusammenhang besteht
(Hardt et al., 1995):
Aus mit
und
ergibt sich nach Einsetzen: und nach Umformungen: The equilibrium dissociation constant K d can be determined from binding curves with increasing protein but constant RNA concentration. The RNA is present in negligible concentrations, the following relationship exists (Hardt et al., 1995):
Out With
and
results after insertion: and after transformations:
Bei
halbmaximaler Sättigung,
mit
Mit
gegenüber
der Proteinkonzentration vernachlässigbar kleinen RNA-Konzentration resultiert:
Somit ist die Gleichgewichts-Dissoziationskonstante Kd direkt aus der Bindungskurve ablesbar.Thus, the equilibrium dissociation constant K d can be read directly from the binding curve.
Für die Bestimmung von Dissoziationskonstanten zwischen 2'-F-RNA-Aptameren und LBP werden jeweils gleiche Spurenmengen radioaktiv markierter 2'-F-RNA eingesetzt (Markierung mit 32P am 5'- oder 3'-Ende nach Standardverfahren) Die LBP-Konzentrationen werden nach einem Vorversuch mit drei willkürlich ausgewählten LBP-Konzentrationen und einer abgeleiteten Abschätzung des Kd-Wertes so gewählt, dass jeweils vier Konzentrationen über bzw. unter dem abgeschätzten Kd-Wert liegen.For the determination of dissociation constants between 2'-F-RNA aptamers and LBP, the same trace amounts of radioactively labeled 2'-F-RNA are used (labeling with 32 P at the 5 'or 3' end according to standard methods). LBP concentrations are selected according to a preliminary experiment with three arbitrarily selected LBP concentrations and a derived estimate of the K d value so that in each case four concentrations are above or below the estimated K d value.
Für eine Kd-Bestimmung werden acht Ansätze entweder mit 0,5 oder 0,04 pmol 2'-F-RNA pipettiert und auf 90 μl mit Bindungspuffer aufgefüllt. Zur Denaturierung der 2'-F-RNA werden die Ansätze für 3 min bei 90°C erhitzt und innerhalb von 20 min auf Raumtemperatur abgekühlt. Anschließend wird zu den entsprechenden Ansätzen 10 μl einer LBP-Lösung mit folgenden Mol-Mengen gegeben: 1,5, 5, 10, 15, 20, 40, 60 und 100 pmol. Es folgt eine Inkubation für 1 h bei 37°C. Ein Ansatz mit gleicher Menge renaturierter 2'-F-RNA aber ohne Protein wird als Negativkontrolle bzw. background für die Auswertung durchgeführt. Die Ansätze werden nach erfolgter Inkubation über je einen Nitrocellulosefilter gesaugt, die Filter anschließend mit 300 μl PBSM gewaschen und auf einem Whatman-Papier fixiert. Die Ermittlung der Menge an radioaktiv markiertem Aptamer, das durch die Bindung an LBP auf dem Filter zurückgehalten wird, erfolgt über radioluminografische Detektion. Eine quantitative Auswertung der radioaktiven Spots erfolgt mittels des Programms PCBAS Version 2.09. Die weiteren Datenauswertungen werden mit dem Programm GraFit Version 3.0 (Erithacus Software, UK) durchgeführt.For a K d determination, eight batches are pipetted with either 0.5 or 0.04 pmol 2'-F RNA and made up to 90 μl with binding buffer. To denature the 2'-F-RNA, the batches are heated for 3 min at 90 ° C and cooled within 20 min to room temperature. Then 10 μl of an LBP solution with the following molar amounts are added to the corresponding batches: 1.5, 5, 10, 15, 20, 40, 60 and 100 pmol. This is followed by incubation for 1 h at 37 ° C. An approach with the same amount of renatured 2'-F-RNA but no protein is performed as a negative control or background for the evaluation. After incubation, the batches are each drawn through a nitrocellulose filter, the filters are subsequently washed with 300 μl of PBSM and fixed on a Whatman paper. The determination of the amount of radioactively labeled aptamer which is retained on the filter by the binding to LBP is carried out by radioluminographic detection. A quantitative evaluation of the radioactive spots is carried out by means of the program PCBAS Version 2.09. The further data analyzes are carried out with the program GraFit Version 3.0 (Erithacus Software, UK).
Zur Bestimmung der bindenden Minimalsequenz werden boundary-Experimente durchgeführt. Sogenannte boundary-Experimente sind eine sehr einfache und informative Methode um herauszufinden, wie weit ein Aptamer in seiner Sequenz verkürzt werden kann, ohne die Bindungsfähigkeit an das Zielmolekül zu verlie ren. Dabei wird ein am 3'- oder 5'-Terminus radioaktiv markiertes Aptamer unter alkalischen Bedingungen limitiert hydrolysiert und die entstehenden Fragmente auf Bindung an das Zielmolekül untersucht.to Determination of the binding minimal sequence will be boundary experiments carried out. So-called boundary experiments are a very simple and informative Method to find out how far an aptamer is in its sequence shortened can be without the binding ability to the target molecule This is a at the 3'- or 5'-terminus radiolabeled aptamer hydrolyzed limited under alkaline conditions and the resulting Fragments examined for binding to the target molecule.
Um möglichst native Konformationen zu erhalten, werden die zu charakterisierenden 2'-F-RNA-Fragmente vor dem Bindungsassay in Bindungspuffer (PBSM) de- und renaturiert. Aptamer-Lösung wird zu diesem Zweck für 3 min bei 90°C denaturiert und anschließend bei Raumtemperatur für 20 min abgekühlt. In Ansätzen von 100 μl werden dann 200 nM oder 400 nM mLBP mit geringen Mengen 2'-F-RNA (2 – 2,5·105 cpm) für 1 h bei 37°C inkubiert und anschließend über PBSM-getränkte Nitrocellulosefilter (25 mm Durchmesser, 0,45 μm Porengröße) filtriert. Die 2'-F-RNA-mLBP-Komplexe werden nach einem Waschschritt mit 300 μl Bindungspuffer vom Filter eluiert. Dazu wird der Filter mit einem Skalpell in 8 Stücke zerschnitten. Die auf dem Filter verbliebenen 2'-F-RNA-mLBP-Komplexe werden mit 200 μl Harnstofflösung (7 M) eluiert und anschließend einer Phenol-Chloroform-Extraktion unterzogen. Die 2'-F-RNA-Fragmente werden in einer Ethanolfällung konzentriert und auf einem denaturierenden Polyacrylamidgel analysiert. Als Negativkontrollen dienende Ansätze ohne Protein oder mit bakteriellem EF-Tu werden in dem boundary-Experiment entsprechend parallel aufgearbeitet.In order to obtain native conformations as possible, the 2'-F-RNA fragments to be characterized are degraded and renatured in binding buffer (PBSM) before the binding assay. Aptamer solution is denatured for 3 min at 90 ° C for this purpose and then cooled at room temperature for 20 min. In approaches of 100 μl then 200 nM or 400 nM mLBP are incubated with small amounts of 2'-F-RNA (2 - 2.5 x 10 5 cpm) for 1 h at 37 ° C and then on PBSM-impregnated nitrocellulose filter (25 mm diameter , 0.45 μm pore size) is filtered. The 2'-F-RNA mLBP complexes are eluted from the filter after a wash with 300 μl of binding buffer. The filter is cut into 8 pieces with a scalpel. The 2'-F-RNA mLBP complexes remaining on the filter are eluted with 200 μl of urea solution (7 M) and then subjected to phenol-chloroform extraction. The 2'-F-RNA fragments are concentrated in an ethanol precipitate and analyzed on a denaturing polyacrylamide gel. Approaches serving as negative controls without protein or with bacterial EF-Tu are worked up in parallel in the boundary experiment.
Literaturliterature
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AbbildungslegendenFigure legends
Es folgt ein Sequenzprotokoll nach WIPO St. 25.It follows a sequence listing according to WIPO St. 25. Dieses kann von der amtlichen Veröffentlichungsplattform des DPMA heruntergeladen werden.This can from the official publication platform downloaded from the DPMA.
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Citations (3)
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DE19825395C1 (en) * | 1998-05-27 | 1999-09-23 | Wita Gmbh Wittmann Inst Of Tec | New antiviral RNA that binds specifically to a picorna virus protein, for preventing rhinovirus, polio and Coxsackie virus infections |
DE19916417A1 (en) * | 1999-04-01 | 2000-10-19 | Schering Ag | New amyloid-specific aptamer, useful for diagnosis and/or treatment of e.g. Alzheimer's disease, is stabilized against nucleases |
EP1333090A1 (en) * | 2002-02-01 | 2003-08-06 | NascaCell GmbH | Prionprotein-specific aptamers |
-
2004
- 2004-01-15 DE DE102004002351A patent/DE102004002351A1/en not_active Withdrawn
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