JP2002171983A - 核酸の連結方法 - Google Patents

核酸の連結方法

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JP2002171983A
JP2002171983A JP2000370426A JP2000370426A JP2002171983A JP 2002171983 A JP2002171983 A JP 2002171983A JP 2000370426 A JP2000370426 A JP 2000370426A JP 2000370426 A JP2000370426 A JP 2000370426A JP 2002171983 A JP2002171983 A JP 2002171983A
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nucleic acid
stranded nucleic
dna
sequence
rna
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Naoto Nemoto
直人 根本
Koichi Nishigaki
功一 西垣
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GENCOM CO
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 T4 RNA ligaseを用いた1本鎖核酸の連結方法
において、DNA splintを用いることを特徴とする方
法を提供すること。 【解決手段】 第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸と
を連結する方法において、第1の一本鎖核酸の一部と相
補的な配列と第2の一本鎖核酸の一部と相補的な配列と
を有する一本鎖核酸である第3の一本鎖核酸の存在下に
おいて、第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸とをRN
Aリガーゼで処理する工程を含み、第1の一本鎖核酸と
第2の一本鎖核酸の少なくとも片方がDNAであること
を特徴とする方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は一本鎖核酸の連結方
法およびその利用に関する。より詳細には、本発明は、
連結すべき2つの一本鎖核酸の各々の一部に相補的な配
列を有する一本鎖核酸の存在下において2つの一本鎖核
酸をRNAリガーゼで処理することを特徴とする方法お
よびその利用に関する。
【0002】
【従来の技術】遺伝子工学においてDNAの切断および
連結は最も重要な基本的手法の一つである。一方、RN
Aの連結はT4 RNA ligaseを用いて、主に人工rRNA
の合成(Bruce AG, Uhlenbech OC: Biochemistry,(198
2)21(5) 855-61)や全長cDNA作製のためのmRNA
の5’端へのプライマー付加する方法(Troutt AB, et a
l. : Proc Natl Acad Sci USA(1992) 89(20): 9823-5)
がある。最近になって進化分子工学の手法であるin vit
ro virus法(Nemoto,N., et al.(1997) FEBS Lett. 414,
405-408)が登場し、そこでmRNAとその3’末端にD
NAを連結する必要がでてきた。従来の方法ではその効
率が悪く、in vitro virus法の利用にあたって大きな課
題となっている。さらに、遺伝子工学の発達に伴いDN
Aの特異的切断および結合のためのより効率の良い加工
技術が求められてきている。
【0003】2種類の核酸を連結させる方法としては、
従来は制限酵素を用いた2本鎖核酸のライゲーションが
主であり、DNAリガーゼを用いたものがほとんどであ
った。最近になり西垣らが(Nishigaki K. et al. Mol
Divers 1998;4(3):187-90)2つのDNA断片の一部を
ハイブリダイズすることにより効率よくT4 RNA ligase
を用いてライゲーションする方法(Y−ライゲーション
法)を見出した。Y−ライゲーション法は、二本の一本
鎖DNA(5'-ハーフおよび3'-ハーフ)の末端に互いに
相補的配列(ステム部分)を含めておき、ハイブリダイ
ゼーション後、一本鎖領域(ブランチ部分)の末端をR
NAリガーゼで連結する方法である。しかし、この方法
では連結すべき二本の一本鎖DNAの末端に互いに相補
的な配列(ステム部分)を含めておく必要があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、T4 RNA lig
aseを用いた1本鎖核酸の連結方法において、DNA spl
intを用いることを特徴とする方法を提供することを解
決すべき課題とした。さらに本発明は、DNA splint
を用いる1本鎖核酸の連結方法において、(1)連結効
率が高く、(2)反応時間が短く、さらに(3)DNA
splintを逆転写用プライマーとしても使用できる、と
いう条件を満たした方法を提供することを解決すべき課
題とした。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するために、DNA splintを用いて濃度効果を高
める際の配列条件および反応条件を検討し、さらにDN
A splintが逆転写プライマーとしての役割も果たすよ
うに工夫することにより、プロセスの短縮、ライゲーシ
ョンおよび逆転写の両プロセスにおける飛躍的な効率化
を達成した。即ち、本発明者らは、mRNAとDNAの
連結反応において、当該mRNAおよび当該DNAに相
補的な各々10残基の配列を両端にもつDNA splint
を加え、これによってmRNAの3’末端側3残基とDNAス
ペーサの5’末端側数残基を突出させた状態で1本鎖化
し、mRNAとDNAとのT4 RNA ligaseによる連結効
率が濃度効果により飛躍的に向上することを見出した。
本発明はこれらの知見に基づいて完成したものである。
【0006】即ち、本発明によれば、第1の一本鎖核酸
と第2の一本鎖核酸とを連結する方法において、第1の
一本鎖核酸の一部と相補的な配列と第2の一本鎖核酸の
一部と相補的な配列とを有する一本鎖核酸である第3の
一本鎖核酸の存在下において、第1の一本鎖核酸と第2
の一本鎖核酸とをRNAリガーゼで処理する工程を含
み、第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸の少なくとも
片方がDNAであることを特徴とする方法が提供され
る。
【0007】好ましくは、本発明の方法は、第1の一本
鎖核酸の3’末端と第2の一本鎖核酸の5’末端とを連
結する方法において、第1の一本鎖核酸の3’末端側の
塩基配列であって3’末端の数塩基を除いた塩基配列に
対して相補的な配列と、第2の一本鎖核酸の5’末端側
の塩基配列であって5’末端の数塩基を除いた塩基配列
に対して相補的な配列とを有する一本鎖核酸である第3
の一本鎖核酸の存在下において、第1の一本鎖核酸と第
2の一本鎖核酸とをRNAリガーゼで処理することを含
み、第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸の少なくとも
片方がDNAであることを特徴とする方法である。
【0008】好ましくは、第1の一本鎖核酸はRNAで
あり、第2の一本鎖核酸はDNAである。好ましくは、
第1の一本鎖核酸は3’末端にポリA配列を有するmR
NAである。好ましくは、第2の一本鎖核酸は5’末端
に数個のCを有する核酸であって、この数個のCは第3
の一本鎖核酸と相補鎖を形成しない。好ましくは、第1
の一本鎖核酸または第2の一本鎖核酸は、(1)プロモ
ーター配列、(2)翻訳の際にリボソームによって認識
されるDNA配列、及び(3)目的タンパク質をコード
する配列を有する。
【0009】好ましくは、第1の一本鎖核酸:第3の一
本鎖核酸:第2の一本鎖核酸のモル比は、1:1〜3:
1〜5であり、より好ましくは、1:1〜2:1〜3で
ある。好ましくは、RNAリガーゼはT4RNAリガー
ゼである。好ましくは、本発明の方法では、第1の一本
鎖核酸と第2の一本鎖核酸と第3の一本鎖核酸とを混合
してアニーリングさせた後に、RNAリガーゼを添加し
て第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸とを連結する。
【0010】本発明の別の側面によれば、上記した本発
明の方法により得られる核酸連結体が提供される。本発
明のさらに別の側面によれば、本発明の方法により得ら
れるRNAを含む核酸連結体を逆転写反応に付してDN
Aのみから成る核酸連結体を製造する方法が提供され
る。
【0011】本発明のさらに別の側面によれば、本発明
の方法により得られる核酸連結体をタンパク質翻訳系に
導入して第1の一本鎖核酸をタンパク質に翻訳すること
を特徴とする、mRNAと該mRNAによりコードされ
るタンパク質から成るRNA−タンパク質複合体の製造
方法が提供される。本発明のさらに別の側面によれば、
上記した本発明の製造方法により製造されるRNA−タ
ンパク質複合体が提供される。
【0012】本発明のさらに別の側面によれば、上記し
た本発明のRNA−タンパク質複合体を逆転写反応に付
することを特徴とする、cDNAと該cDNAによりコ
ードされるタンパク質から成るDNA−タンパク質複合
体の製造方法が提供される。本発明のさらに別の側面に
よれば、上記した本発明の製造方法により製造されるD
NA−タンパク質複合体が提供される。本発明の別の側
面によれば、上記した本発明による核酸の連結方法にお
いて第3の一本鎖核酸として数種類の異なる核酸を利用
して、第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸とをランダ
ムに連結することを特徴とする、核酸ライブラリーの製
造方法が提供される。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。本発明の方法は、第1の一本鎖核酸
と第2の一本鎖核酸とを連結する方法である。本発明の
方法の特徴の一つは、第1の一本鎖核酸の一部と相補的
な配列と第2の一本鎖核酸の一部と相補的な配列とを有
する一本鎖核酸である第3の一本鎖核酸の存在下におい
て、第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸とをRNAリ
ガーゼで処理することである。本発明で用いる第1の一
本鎖核酸と第2の一本鎖核酸の種類は特に限定されず、
DNAでもRNAでもよい。但し、本発明の方法では、
第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸の少なくとも片方
はDNAである。従って、本発明における第1の一本鎖
核酸と第2の一本鎖核酸の組み合わせの例としては下記
の組み合わせが挙げられる。第1の一本鎖核酸 第2の一本鎖核酸 RNA DNA DNA DNADNA RNA
【0014】第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸の種
類はRNAとDNAに限定されるわけではなく、一般的
には、第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸のそれぞれ
の連結する末端の数残基のみがRNAもしくはDNAタ
イプであればよく、それ以外の領域は、リボヌクレオチ
ドでもデオキシリボヌクレオチドでもPNAタイプでも
よい。さらに、第3の一本鎖核酸に相補的な領域以外の
領域は、これら以外の何でもよく、例えば、ペプチドで
も糖などでもよい。第1の一本鎖核酸はRNAであるこ
とが好ましく、その3’末端はAであることが特に好ま
しい。また、第2の一本鎖核酸の5’末端はピリミジン
が好ましく、第1の一本鎖核酸の3’末端がAである場
合には、第2の一本鎖核酸の5’末端はCであることが
好ましい。さらに、本発明においては、第1の一本鎖核
酸の3’末端に一つだけリボヌクレオチドを連結して反
応を行なうことも可能であり、この方法は、進化分子工
学への応用などにも有用である。
【0015】本発明で用いるDNAとしては、天然由来
のDNAから作成した一本鎖DNAでもよいし、遺伝子
組換え技術により作成した一本鎖DNAでもよいし、化
学合成により作成した一本鎖DNAでもよい。また、本
発明で用いるRNAの種類も特に限定されず、天然の組
織又は細胞由来のRNAでも、DNAからインビトロで
発現させたRNAでもよい。本発明の方法で連結される
第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸の長さは、連結反
応が可能である限り、特に限定されない。一般的には、
第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸の長さは、各々数
十塩基から数十キロ塩基程度であり、例えば10塩基か
ら50,000塩基程度であり、より好ましくは20塩
基から10,000塩基程度である。
【0016】本発明では、第1の一本鎖核酸の一部と相
補的な配列と第2の一本鎖核酸の一部と相補的な配列と
を有する一本鎖核酸である第3の一本鎖核酸を使用す
る。なお、本明細書中においてこの第3の一本鎖核酸
は、DNA splintとも称される。第3の一本鎖核酸
(DNA splint)はDNAでもRNAでもよいが、D
NAであることが好ましい。第3の一本鎖核酸の長さは
第1の一本鎖核酸および第2の一本鎖核酸の長さなどに
応じて適宜選択することができ、一般的には10塩基か
ら数百塩基であり、好ましくは10塩基から100塩基
程度である。第3の一本鎖核酸は、第1の一本鎖核酸の
一部と相補的な配列と第2の一本鎖核酸の一部と相補的
な配列とを有するものである。このような配列を有する
第3の一本鎖核酸の存在下で第1の一本鎖核酸と第2の
一本鎖核酸とを混合することにより、第3の一本鎖核酸
に対して第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸とがアニ
ーリングして、3種の一本鎖核酸から成る複合体が形成
され、これにより第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸
とが物理的に隣接し、その後にRNAリガーゼで処理す
ることにより高効率で第1及び第2の一本鎖核酸を連結
することが可能になる。
【0017】本発明の好ましい実施態様では、第1の一
本鎖核酸の3’末端と第2の一本鎖核酸の5’末端とが
連結され、この場合において、第3の一本鎖核酸として
は、第1の一本鎖核酸の3’末端側の塩基配列であって
3’末端の数塩基を除いた塩基配列に対して相補的な配
列と、第2の一本鎖核酸の5’末端側の塩基配列であっ
て5’末端の数塩基を除いた塩基配列に対して相補的な
配列とを有する一本鎖核酸が使用される。
【0018】上記したような第3の一本鎖核酸の存在下
で第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸とを混合する
と、第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸はそれぞれ第
3の一本鎖核酸にアニリーングして複合体を形成する。
この複合体においては、第1の一本鎖核酸の3’末端側
の塩基配列であって3’末端の数塩基を除いた塩基配列
と、第2の一本鎖核酸の5’末端側の塩基配列であって
5’末端の数塩基を除いた塩基配列とが、第3の一本鎖
核酸にアニーリングするため、第1の一本鎖核酸と第2
の一本鎖核酸とが隣接することになり、第1の一本鎖核
酸の3’末端の数塩基と、第2の一本鎖核酸の5’末端
の数塩基は一本鎖のまま隣接した状態で存在することに
なる。このような状況下で、当該複合体をRNAリガー
ゼで処理することにより、第1の一本鎖核酸の3’末端
と第2の一本鎖核酸の5’末端とを効率よく連結するこ
とが可能になる。
【0019】本明細書で言う「第1の一本鎖核酸の3’
末端側の塩基配列であって3’末端の数塩基を除いた塩
基配列」及び「第2の一本鎖核酸の5’末端側の塩基配
列であって5’末端の数塩基を除いた塩基配列」におけ
る「数塩基」の数の範囲は特に限定されないが、一般的
には1塩基から100塩基、好ましくは1塩基から50
塩基、より好ましくは2塩基から10塩基、さらに好ま
しくは2塩基から5塩基程度である。
【0020】本発明の好ましい実施態様をさらに具体的
に説明する。第1の一本鎖核酸(塩基数はn)を5’−
12.....Xn-5n-4n-3n-2n-1n−3’
とし、第2の一本鎖核酸(塩基数はm)を5’−Y12
3456....Ym-1m−3’とする(ここで、
数字の添え字を付したXおよびYはそれぞれヌクレオチ
ドを示す)。このような第1の一本鎖核酸の3’末端と
第2の一本鎖核酸の5’末端とを連結する場合、第3の
一本鎖核酸としては、例えば、5’−.... n-5
n-4 n-3 4 5 6....−3’なる配列を有するも
のを使用できる。ここで、下線を付した部分は示したヌ
クレオチドに相補的なヌムレオチドを意味する。また、
「....」は任意の数のヌクレオチドが存在すること
を意味する。この例の場合では、第1の一本鎖核酸の
3’末端の3個のヌクレオチドであるXn-2n-1n
分と、第2の一本鎖核酸の5’末端の3個のヌクレオチ
ドであるY123は第3の一本鎖核酸とはアニーリン
グせず、RNAリガーゼで処理することにより、第1の
一本鎖核酸の3’末端であるXnと第2の一本鎖核酸の
5’末端のY1が連結するようになる。
【0021】本発明の好ましい実施態様では、第1の一
本鎖核酸は3’末端にポリA配列を有するmRNAであ
る。この場合、3’末端に存在するAうちの数個が第3
の一本鎖核酸とは相補鎖を形成しない(アニーリングし
ない)配列となる。本発明の好ましい実施態様では、第
2の一本鎖核酸は5’末端に数個のCを有する核酸であ
る。この場合、この数個のCは第3の一本鎖核酸と相補
鎖を形成しない(アニーリングしない)配列となる。上
記したように、第1の一本鎖核酸の3’末端の数個のA
と第2の一本鎖核酸の5’末端の数個のCを一本鎖とし
て存在させておくことにより、特に効率よく両者を連結
することができる。
【0022】本発明の方法で得られる連結体を転写翻訳
系に導入するような場合には、連結すべき一本鎖核酸に
は、(1)プロモーター配列、(2)翻訳の際にリボソ
ームによって認識されるDNA配列、及び(3)目的タ
ンパク質をコードする配列が含まれていることが好まし
い。
【0023】プロモーター配列の種類は、適用する発現
系に適したものを適宜選択すればよく特に限定されな
い。例えば、大腸菌ウイルスT7のRNA polymeraseによっ
て認識されるT7プロモーター配列などが挙げられる。
【0024】翻訳の際にリボソームによって認識される
DNA配列としては、翻訳の際に真核細胞のリボソーム
によって認識されるRNA配列(Kozak配列)に対応す
るDNA配列や原核細胞のリボソームによって認識され
るシャイン・ダルガノ配列(Shine-Dalgarno)などが挙
げられる。目的タンパク質をコードする配列の種類は特
に限定されず、目的に応じて適宜選択できる。
【0025】本発明の方法は、第1の一本鎖核酸と第2
の一本鎖核酸と第3の一本鎖核酸とを好適なモル比で混
合することにより行なわれる。第1の一本鎖核酸:第3
の一本鎖核酸:第2の一本鎖核酸のモル比はアニーリン
グ(第3の一本鎖核酸への第1の一本鎖核酸と第2の一
本鎖核酸のアニーリング)反応が進行する限り、特に限
定されないが、反応効率の観点からは、1:1〜3:1
〜5程度であることが好ましく、1:1〜2:1〜3程
度であることが特に好ましい。アニーリングは、上記3
種の一本鎖核酸を適当な緩衝液(以後の操作の便宜上か
ら言うと、RNAリガーゼ用の緩衝液が好ましい)に溶
解し、高温から段階的に低温にすることにより行なうこ
とができる。このような温度変化はPCR装置などを用
いて行なうこともできる。アニーリング条件の一例とし
ては、95℃で2分間 →60℃で5分間→45℃で1
分間→40℃で2分間→30℃で1分間→20℃で3分
間→4℃などを挙げることができるが、これは一例にす
ぎず、温度および保持時間は適宜変更することができ
る。
【0026】本発明の方法では、上記のような条件で3
種類の一本鎖核酸を混合してアニーリングさせた後に、
RNAリガーゼを添加して第1の一本鎖核酸と第2の一
本鎖核酸とを連結する。RNAリガーゼは2つの一本鎖
核酸同士を連結できるものであればよく、好ましくはT
4RNAリガーゼを使用できる。
【0027】連結反応(ライゲーション反応)の条件
は、使用するRNAリガーゼの活性が発揮される条件で
あればよく、例えば、好適な緩衝液(例えば、T4 RNA l
igasebuffer(50mM Tris-HCl, pH7.5, 10mM MgCl2, 10mM
DTT, 1mM ATP)など)中で、25℃の温度一定で反応さ
せたり、あるいは25℃で30分間と45℃で2分間の
サイクルを反復した後に25℃で30分間反応させたり
することができる。ここに示した温度及び反応時間は一
例に過ぎず反応効率が高くなるように適宜設定変更する
ことができる。反応後にフェノール抽出及びエタノール
沈殿などの常法により反応生成物を精製することによ
り、核酸連結体を得ることができる。このようにして得
られる核酸連結体自体も本発明の範囲内である。
【0028】上記したような本発明の方法において、第
1の一本鎖核酸または第2の一本鎖核酸の何れかがRN
Aである場合、得られる核酸連結体の中にはRNAが含
まれることになる。本発明によれば、このようなRNA
を含む核酸連結体を逆転写反応に付してDNAのみから
成る核酸連結体を製造する方法が提供される。即ち、上
記した連結反応後に、mRNA精製カラムを用いて未反
応のDNAを除いた後、逆転写酵素を用いて反応させる
とDNAが連結されたmRNAにのみDNA splintが
アニーリング(ハイブリダイズ)しているため逆転写す
ることができる。このことは、mRNAの安定化のため
に逆転写してDNA化する際に、別のプライマーを用意
する必要がなく、操作も簡単で済むため極めて有用であ
る。特に、in vitro virusの構築の際に、タンパク質と
mRNAが結合しているため、逆転写用プライマーをハ
イブリダイズするために温度を上げるとタンパク質が失
活する可能性があるため、このことは重要である。
【0029】さらに、本発明によれば、本発明の方法で
得られる核酸連結体を転写翻訳系に導入して第1の一本
鎖核酸をタンパク質に翻訳することを特徴とする、mR
NAと該mRNAによりコードされるタンパク質から成
るRNA−タンパク質複合体の製造方法、並びに当該製
造方法により製造されるRNA−タンパク質複合体が提
供される。
【0030】核酸からそれがコードするタンパク質を人
工的に生成させるための転写翻訳系は当業者に公知であ
る。具体的には、適当な細胞よりタンパク質合成能を有
する成分を抽出し、その抽出液を用いて目的の蛋白質を
合成させる無細胞蛋白質合成系が挙げられる。このよう
な無細胞蛋白質合成系には、リボゾ−ム、開始因子、伸
長因子及びtRNA等の転写・翻訳系に必要な要素が含
まれている。このような無細胞蛋白質合成系(細胞溶解
物由来の系)としては、例えば、真核生物の無細胞転写
翻訳系が挙げられ、より具体的には、ウサギ網状赤血球
抽出液や小麦胚芽抽出液などが挙げられるが、DNA又
はRNAから目的とする蛋白質を産生するものであれば
いずれでもよい。
【0031】無細胞翻訳系はキットとして市販されてい
るものを使用することができ、例えば、ウサギ網状赤血
球抽出液 (Rabbit Reticulocyte Lysate Systems, Nucl
easeTreated, Promega)や小麦胚芽抽出液 (Wheat Germ
Extract, Promega)などが挙げられる。本発明では、核
酸連結体を上記したような転写翻訳系に導入して第1の
一本鎖核酸をタンパク質に翻訳した後、リボゾームを除
去することによって、mRNAと該mRNAによりコー
ドされるタンパク質から成るRNA−タンパク質複合体
を製造することができる。
【0032】さらに本発明によれば、上記で得られるR
NA−タンパク質複合体を逆転写反応に付することを特
徴とする、cDNAと該cDNAによりコードされるタ
ンパク質から成るDNA−タンパク質複合体の製造方
法、並びに当該製造方法により製造されるDNA−タン
パク質複合体が提供される。即ち、mRNAと該mRN
Aによりコードされるタンパク質から成るRNA−タン
パク質複合体を逆転写酵素で処理することにより、mR
NAからcDNAへの逆転写が起こり、cDNAと該c
DNAによりコードされるタンパク質から成るDNA−
タンパク質複合体が製造されることになる。上記のよう
にして得られる、RNA−タンパク質複合体及びDNA
−タンパク質複合体は、核酸の機能の解析などにおいて
有用な材料を提供するものである。
【0033】
【実施例】以下の実施例により本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明は実施例によって限定されることは
ない。なお、以下の実施例の概要を示す模式図を図4に
示す。 実施例:DNA splintを用いたmRNAとDNAのラ
イゲーションおよび逆転写 (1)転写用DNAの構築とmRNAの作製 転写効率の高い大腸菌ウイルスT7のRNA polymeraseによ
って認識されるDNA配列(T7プロモーター配列)と翻
訳の際に真核細胞のリボソームによって認識されるDN
A配列(Kozak配列)と原核細胞のリボソームによって
認識される(シャイン・ダルガノ配列:Shine-Dalgarn
o)を有し、その下流にThioredoxinをコードしたDNA
を、次のように構築した。まず、T7プロモーター配列(R
osenberg, A. H., et al., Gene, 56, 125-135(1987)
とKozakコンサンサス配列およびShine-Dalgarno配列を
含む1本鎖DNA(配列番号1)を有機合成し、DNA
プライマー(配列番号2)とthioredoxinの一部をコー
ドしたプライマー(配列番号3)によってポリメラーゼ
連鎖反応(PCR)を行った。DNA合成酵素はKOD Taq P
olymerase(TOYOBO製)を用いた。
【0034】一方、thioredoxinを載せたpTrxFusプラス
ミド(Invitrogen社製)を鋳型として配列番号3のアン
チセンスプライマー(配列番号4)とDNAプライマー
(配列番号5)を用いてポリメラーゼ連鎖反応を行うこ
とにより、thioredoxinをコードしたDNA領域を増幅
した。これらの2つのPCR産物を重複伸長(Overlap exte
nsion)法(Horton RM, et al. (1989) Gene 77, 61-68)
に従って、結合させ、2つのプライマー(配列番号2と
配列番号5)でT7プロモーター配列−Kozakコンサンサ
ス配列−Shine-Dalgarno配列-Thioredoxinを作製した。
いずれのPCRにおいてもDNA合成酵素はKOD Taq Polym
erase(TOYOBO製)を用いた。
【0035】上記した方法で作製したDNAを、反応液
100μlあたり10μg加え、RNA合成キットRibo
max Large Scale RNA Production System(Promega社製)
を使ってmRNAに転写した。翻訳効率を上げるために
キャップアナログ(RNA capping Analog; Gibco BRL
社製)を最終濃度が7.2mMになるように加え、mR
NAの5’側を修飾した。キャップアナログおよび過剰
のNTP(ヌクレオチド3リン酸)を除去するために、
プライマー除去剤(Primer Remover: Edge Biosystems社
製)を使ってエタノール沈殿を行った。
【0036】(2)DNA splintとライゲーション用
ドナーDNA DNA splint(配列番号6)とライゲーション用ドナ
ーDNA(配列番号7)は、日本製粉で合成された。D
NA splintはthioredoxinの一部の配列とライゲーショ
ン用ドナーDNAの配列の一部をアンチセンス配列とし
て持っている。また、ライゲーション用ドナーDNAの
5’末端にはCCCの塩基配列を含み、これはDNA spli
nt(配列番号6)と相補鎖を作らない。
【0037】(3)mRNAとドナーDNAのアニーリン
グ条件 Thioredoxin mRNA、DNA splint及びドナーDN
Aの割合(モル比)を図1に示す割合(即ち、mRN
A:DNA splint:ドナーDNA=1:1:1、1:
2:2または1:2:3の何れか)で混合し、T4 RNA l
igase buffer(50mMTris-HCl, pH7.5, 10mM MgCl2, 10mM
DTT, 1mM ATP)に溶解した。得られた混合物は以下の条
件でPCR装置を用いてアニーリングした。 95℃で2分間 → 60℃で5分間 → 45℃で1
分間 → 40℃で2分間 → 30℃で1分間 →
20℃で3分間 → 4℃
【0038】(4)T4 RNA ligaseによるライゲーショ
ン反応 (3)でアニーリングした溶液中にT4 RNA ligaseを5
0units加え、25℃で温度一定あるいは以下の温度変
動条件のいずれかのライゲーション条件で反応させた。
25℃で30分間、次いで45℃で2分間;これを4回
くり返した後、25℃で30分間反応後、フェノール抽
出、エタノール沈殿を行って反応生成物を精製した。
【0039】(5)ライゲーション反応の確認 ライゲーションの効率を確認するために、6%アクリル
アミド8M尿素変性ゲル電気泳動、65℃、220V、
120mA、50分の条件で、サンプルを泳動し、Vist
ra Green(Amersham pharmacia)で染色し、Molecular Im
ager(Bio Rad)で画像化した。その結果を図1に示す。
図1では、mRNA:DNA splint:donor DNAの
モル比、及び反応温度条件(25℃で温度一定の場合と
上記(4)のように温度を変動した場合)の比較を行っ
ている。この結果から、mRNA:DNA splint:don
or DNAのモル比は1:2:2、温度を変動させた上
記(4)の反応条件で十分であることがわかった。
【0040】(6)RNA精製によるDNA splintの
除去とライゲーション産物にのみDNA splintがハイ
ブリダイズしていることの確認 ライゲーションした産物の中に混在する未反応のdonor
DNAとハイブリダイズしていないDNA splintを除
去するためにRneasy kit(QIAGEN)を用いた。その際、単
にmRNAとDNA splintを混合させたものとT4 RNA
ligaseを加えてライゲーション反応を行わせたものを比
較した(図2)。その結果、ライゲーション反応を行わ
ない場合は、DNA splintがきれいに除かれているこ
とがわかった。一方、ライゲーション反応が行われてい
る場合は、mRNAにハイブリダイズされていたDNA
splintが、6%アクリルアミド8M尿素変性ゲル電気
泳動、65℃、220V、120mA、50分の条件で
は離れるために、短いバンドとしてDNA splintを確
認することができた。
【0041】(7)DNA splintによる逆転写の確認 (6)のように精製したDNA splintがハイブリダイ
ズしたmRNAが実際に逆転写できるかどうかを確認し
た。8pmolのDNA splintがハイブリダイズしたmRNA
をAccess RT-PCR system(Promega)を用いて逆転写し
た。その後、半分をRNase H(Takara)2unitsで分解
し、逆転写したDNAがあるかどうか確認したものが図
3である。図3において、逆転写産物をRnase Hで分解
した産物中にも約400bpのバンドが検出されたこと
から、逆転写産物中に逆転写されたDNAが実際に存在
することが確認できた。
【0042】(8)In vitro virus形成の確認 調製したLigation産物が、無細胞翻訳系でIn vitro vir
us genomeとして働くことを確認するために,Rabbit Re
ticulocyte Lysate (Promega社製)を用いて,このLysat
e50μlにLigation産物2μgを加えた。翻訳産物を確
認する目的で1MBqの35S Met(Amersham社)も同時に加
えた。その後、30℃で30分反応させ、これに最終濃
度が20mM MgCl2, 600mM KClになるようにそれぞれの塩
を加え、−20℃で一晩、冷蔵した。次に翻訳産物に取
り込まれないフリーの35S Metを取り除くために、Micro
BioSpin Coloumn-6(Biolad社)を用いて精製後、EDTAを
最終濃度100μMになるように加えた。これによりmRNAを
加えたままのリボソームは完全に離れ、mRNAとタンパク
質が結合したin vito virus virionのみが残る。これを
15%SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動によって
確認したものが図5である。図5では、スペーサの長さ
による結合効率の違いを見るために、長さの異なる5種
類のスペーサを用いて短いものから順に0,1,2,
3,4の番号を付けて示してある。
【0043】
【発明の効果】本発明によるDNA splintを用いる一
本鎖核酸の連結方法は、(1)連結効率が高く、(2)
反応時間が短く、さらに(3)DNA splintを逆転写
用プライマーとしても使用できるという利点を有する。
また、本発明の方法は一本鎖DNA同士をライゲーショ
ンするためにも使えるため、例えば、様々な遺伝子ライ
ブラリのpolyAテールを利用して他の1本鎖DNA領域と
結合することが可能となる。従来は、DNAライゲーシ
ョンの場合、制限酵素部位が必要であったが、この方法
ではそのような必要がなく、ライゲーション効率も良い
という利点を有する。さらに、本発明のこのような特徴
を生かして何種類かのDNA splintを利用して一本鎖
DNAをランダムにつなぎ合わせて人工的に様々なライ
ブラリーを作製することも可能である。これは、進化分
子工学において極めて有用な技術となる。
【0044】
【配列表】 SEQUENCE LISTING <110> GenCom <120> A method for the ligation of nucleic acids <130> A01496MA <160> 7
【0045】 <210> 1 <211> 96 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic DNA <400> 1 gatcccgcga aattaatacg actcactata gggagaccac aacggtttcc ctctagaaat 60 aattttgttt aactttaaga aggagatgcc accatg 96
【0046】 <210> 2 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic DNA <400> 2 gatcccgcga aattaatacg actcactata ggg 33
【0047】 <210> 3 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic DNA <400> 3 caggtgaata attttatcgc tcatggtggc atctccttc 39
【0048】 <210> 4 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic DNA <400> 4 gaaggagatg ccaccatgag cgataaaatt attcacctg 39
【0049】 <210> 5 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic DNA <400> 5 tttcgccagg ttagcgtcga ggaactc 27
【0050】 <210> 6 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic DNA <400> 6 ccggtcgaaa cgccaggtta gc 22
【0051】 <210> 7 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic DNA <400> 7 ccctttcgac cggaaaaaaa aaaaa 25
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、ライゲーション反応の確認を示す図で
ある。
【図2】図2は、RNA精製によるDNA splintの除
去とライゲーション産物にのみDNA splintがハイブ
リダイズしていることの確認を示す図である。
【図3】図3は、DNA splintによる逆転写の確認を
示す図である。
【図4】図4は、本明細書に記載した本発明の実施例の
概要を示す模式図である。
【図5】図5は、調製したLigation産物を用いてIn vit
ro virus形成を確認した図である。

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸と
    を連結する方法において、第1の一本鎖核酸の一部と相
    補的な配列と第2の一本鎖核酸の一部と相補的な配列と
    を有する一本鎖核酸である第3の一本鎖核酸の存在下に
    おいて、第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸とをRN
    Aリガーゼで処理する工程を含み、第1の一本鎖核酸と
    第2の一本鎖核酸の少なくとも片方がDNAであること
    を特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 第1の一本鎖核酸の3’末端と第2の一
    本鎖核酸の5’末端とを連結する方法において、第1の
    一本鎖核酸の3’末端側の塩基配列であって3’末端の
    数塩基を除いた塩基配列に対して相補的な配列と、第2
    の一本鎖核酸の5’末端側の塩基配列であって5’末端
    の数塩基を除いた塩基配列に対して相補的な配列とを有
    する一本鎖核酸である第3の一本鎖核酸の存在下におい
    て、第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸とをRNAリ
    ガーゼで処理することを含み、第1の一本鎖核酸と第2
    の一本鎖核酸の少なくとも片方がDNAであることを特
    徴とする方法。
  3. 【請求項3】 第1の一本鎖核酸がRNAであり、第2
    の一本鎖核酸がDNAである、請求項1又は2に記載の
    方法。
  4. 【請求項4】 第1の一本鎖核酸が3’末端にポリA配
    列を有するmRNAである、請求項1から3の何れかに
    記載の方法。
  5. 【請求項5】 第2の一本鎖核酸が5’末端に数個のC
    を有する核酸であって、この数個のCは第3の一本鎖核
    酸と相補鎖を形成しない、請求項1から4の何れかに記
    載の方法。
  6. 【請求項6】 第1の一本鎖核酸または第2の一本鎖核
    酸が、(1)プロモーター配列、(2)翻訳の際にリボ
    ソームによって認識されるDNA配列、及び(3)目的
    タンパク質をコードする配列を有することを特徴とす
    る、請求項1から5の何れかに記載の方法。
  7. 【請求項7】 第1の一本鎖核酸:第3の一本鎖核酸:
    第2の一本鎖核酸のモル比が、1:1〜3:1〜5であ
    る、請求項1から6の何れかに記載の方法。
  8. 【請求項8】 第1の一本鎖核酸:第3の一本鎖核酸:
    第2の一本鎖核酸のモル比が、1:1〜2:1〜3であ
    る、請求項1から7の何れかに記載の方法。
  9. 【請求項9】 RNAリガーゼがT4RNAリガーゼで
    ある、請求項1から8の何れかに記載の方法。
  10. 【請求項10】 第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸
    と第3の一本鎖核酸とを混合してアニーリングさせた後
    に、RNAリガーゼを添加して第1の一本鎖核酸と第2
    の一本鎖核酸とを連結する、請求項1から9の何れかに
    記載の方法。
  11. 【請求項11】 請求項1から10の何れかに記載の方
    法により得られる核酸連結体。
  12. 【請求項12】 請求項3の方法により得られる、RN
    Aを含む核酸連結体を逆転写反応に付してDNAのみか
    ら成る核酸連結体を製造する方法。
  13. 【請求項13】 請求項1から10の何れかに記載の方
    法により得られる核酸連結体をタンパク質翻訳系に導入
    して第1の一本鎖核酸をタンパク質に翻訳することを特
    徴とする、mRNAと該mRNAによりコードされるタ
    ンパク質から成るRNA−タンパク質複合体の製造方
    法。
  14. 【請求項14】 請求項13に記載の製造方法により製
    造されるRNA−タンパク質複合体。
  15. 【請求項15】 請求項14に記載のRNA−タンパク
    質複合体を逆転写反応に付することを特徴とする、cD
    NAと該cDNAによりコードされるタンパク質から成
    るDNA−タンパク質複合体の製造方法。
  16. 【請求項16】 請求項15に記載の製造方法により製
    造されるDNA−タンパク質複合体。
  17. 【請求項17】 請求項1から10の何れかに記載の方
    法において第3の一本鎖核酸として数種類の異なる核酸
    を利用して、第1の一本鎖核酸と第2の一本鎖核酸とを
    ランダムに連結することを特徴とする、核酸ライブラリ
    ーの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2907794A1 (fr) * 2006-09-29 2008-05-02 Univ Case Western Reserve Methode de detection d'oligonucleotides courts
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