JP2002527447A - 堅いリンカーを有するヌクレオチド化合物 - Google Patents
堅いリンカーを有するヌクレオチド化合物Info
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Abstract
Description
/ヌクレオチド化合物、プライマー伸長反応においてこのような化合物を使用す
るための方法、およびこのようなヌクレオチド化合物を含むポリヌクレオチドに
関する。
っており、基礎生物学的研究から治療薬用の薬剤開発におよぶ分野に関する情報
を提供する。収集されるべきDNA配列データが莫大な量であるため、自動化技
術が、情報処理量を増加し、核酸配列決定法の経費を減少するために、開発され
てきた(例えば、米国特許第5,171,534号;Connellら、Bio
techniques、5(4):342−348(1987);およびTra
inor、Anal.Chem.、62:418−426(1990))。
ad.Sci.、74:5463−5467(1977))によって開発された
酵素的複製技術に基づいている。Sangerの技術では、一本鎖テンプレート
核酸の配列を、1組のポリヌクレオチドフラグメントを合成するための核酸ポリ
メラーゼを使用して決定する。ここで、それらのフラグメントは、(i)核酸配
列に相補的な配列を有し、(ii)一つのヌクレオチドで長さが変化し、そして
(iii)既知ヌクレオチド、例えば、A、C、G、またはTで終わる5’末端
を有する。この方法では、オリゴヌクレオチドプライマーは、配列決定されるべ
きテンプレート核酸の3’末端にハイブリダイズされ、プライマーの3’末端は
、相補的ポリヌクレオチドフラグメントのポリメラーゼ媒介重合のための開始部
位として作用する。酵素的重合工程またはプライマー伸長反応は、テンプレート
−プライマーハイブリッドを、4つの伸長可能なヌクレオチド(例えば、デオキ
シヌクレオチド「dNTP」)、核酸ポリメラーゼ酵素、およびヌクレオチド「
ターミネーター」(例えば、2’,3’−ジデオキシヌクレオチドトリホスフェ
ート(「ddNTP」))と組合せて実施される。ターミネーターの組み込みは
、3’末端にヒドロキシ基を欠き、従ってポリメラーゼによってさらに伸長され
得ないプライマー伸長生成物を形成する。すなわち、その伸長生成物は「終結さ
れる」。組み込みに対するddNTPと対応するターミネーターとの間の競合は
、異なる大きさの伸長生成物の分布をもたらし、各伸長生成物は、反応で使用さ
れる特定のターミネーターによって終結する。テンプレート核酸の完全な配列を
決定するために、4つの並行反応が実施される。各反応は、異なるターミネータ
ーを使用する。伸長生成物の大きさの分布を決定するために、この伸長生成物を
電気泳動によって分離して、一つのヌクレオチドで大きさが異なる生成物を分離
する。
蛍光色素で標識され(例えば、Proberら、Science、238:33
6−341(1987);および米国特許第5,151,507号)、および熱
安定DNAポリメラーゼ酵素が使用されている(例えば、Murray、Nuc
leic Acids Research、17(21):8889(1989
))。いくつかの利点が、色素標識ターミネーターを利用してして実現され、例
えば、(i)放射性アイソトープの貯蔵、使用、および処分に関する問題が排除
されている;(ii)色素標識プライマーを合成する必要性が排除されている;
そして(iii)A、G、C、またはTターミネーターの各々に対して異なる色
素標識を使用する場合、4つの全プライマー伸長反応が1つのチューブ中で同時
に実施され得る。熱安定ポリメラーゼ酵素の使用は、幾つかのさらなる利点を提
供する。例えば、(i)高温で実施される重合反応を可能にし、それによってテ
ンプレートの任意の二次構造を崩壊させ、その結果、より配列依存性の少ない人
工物を生じ;そして、(ii)配列決定反応は温度変化が繰り返され得、それに
よって産生される伸長産物の量を直線的に増幅し、従って、信頼のおける配列を
得るために必要とされるテンプレート核酸の量を減少するように作用する。
されてきた一方、その性能および経済性の最適化に関するいくつかの問題が残存
する。Sanger型核酸配列決定プロセスにおける熱安定ポリメラーゼ酵素と
組み合わせられた現在入手可能な色素標識ターミネーターを使用する場合(特に
、フルオレセイン型色素標識の場合)に生じる1つの問題は、非標識伸長ヌクレ
オチドに対して大過剰(例えば、比率50:1まで)の色素標識ターミネーター
が要求されることである。この大過剰の標識ターミネーターは、電気泳動分離工
程を実施する前に、配列決定反応産物を精製することを必要にする。これは、組
み込まれなかった標識ターミネーター種および真の標識配列決定フラグメントの
同時移動により生じる妨害を除外するためである。代表的な洗浄法は、エタノー
ル沈澱法またはクロマトグラフ分離法(ABI PRISMTM Dye Ter
minator Cycle Sequencing Core Kit Pr
otocol、PE、Applied Biosystems、Revisio
n A、p/n402116(1995年8月)に記載される)を包含する。こ
のような洗浄工程は、配列決定反応産物が直接的に電気泳動分離プロセスへ移さ
れる、全自動配列決定システムの開発作業を、非常に困難にする。
わせた現在入手可能な色素標識ターミネーターを使用する場合に生じる第二の問
題は、標識ターミネーターのプライマー伸長産物への組み込みの程度が変化し、
従って、プライマー伸長産物が電気泳動によって分離され、そして蛍光検出を使
用して検出される場合、ピーク高さの不均一な分布が生じることである。このよ
うな不均一なピーク高さは、それらが自動配列決定およびヘテロ接合体検出の信
頼性を、実質的に低くしてしまうために、不利である。
して大過剰を必要とせず、そしてSanger型配列決定反応において、均一な
ピーク高さ分布を生成する標識ヌクレオチドターミネーター化合物に対する継続
する必要が残る。
ド化合物、およびこのような化合物を使用する方法についての本発明者らの発見
に関する。これらの化合物は、プライマー伸長反応(例えば、Sanger型D
NA配列反応、またはPCR反応)において標識ターミネータとして、および標
識鎖伸長ヌクレオチドとして、特に有用である。
され得る、ヌクレオチドを提供することである。
とである。
ことであり、ここで、このような標識鎖終結ヌクレオチドの、非標識鎖終結ヌク
レオチドに対する減少された過剰濃度が、Sanger型DNA配列プロセスに
おいて要求される。
均等なピーク高さの分布をもたらす、標識鎖終結ヌクレオチドを提供することで
ある。
マー伸長反応を含む方法を提供することである。
は、核酸塩基部分Bを有するヌクレオシド/ヌクレオチドであり、Lは、堅い結
合であり、Sは、スペーサーであり、そしてLB/LGは、結合対または標識の
メンバーである。NUCは、Bを介してLに付加され、その結果、Bがプリンで
ある場合、Lはプリンの8位に付加され、Bが7−デアザプリンである場合、L
は7−デアザプリンの7位に付加され、そしてBがピリミジンである場合、Lは
ピリミジンの5位に付加される。本発明の重要な特徴において、Lは以下の構造
:
合計が少なくとも2であり;そしてW、X、YおよびZの各々は、炭素または窒
素のいずれかである。
組み込むポリヌクレオチドを含有する。
ーテンプレートハイブリッドを形成するために、このテンプレート核酸の部分に
オリゴヌクレオチドプライマーをアニーリングする工程、およびプライマーを伸
長するために、このプライマーテンプレートハイブリッドにプライマー伸長試薬
を添加する工程を含むプライマー伸長反応を実施するための方法を含み、ここで
、このプライマー伸長試薬は、上記のようなヌクレオシド/ヌクレオチド化合物
を含む。
よび添付の特許請求の範囲を参考にして、よりよく理解されるようになる。
面に示される。本発明は好ましい実施形態に関して記載されるが、それらが、本
発明をこれらの実施形態に限定することを意図しないことが理解される。反対に
、本発明は、代替、改変、および等価物を包含することを意図し、それらは、添
付の特許請求の範囲によって規定されるように、本発明の範囲内に包含され得る
。
種類のヌクレオシド/ヌクレオシド化合物、このような化合物を含むポリヌクレ
オチド、およびプライマー伸長反応においてこのような化合物を使用するための
方法を包含する。本発明の化合物は、Sanger型DNA配列決定法において
使用するための色素標識ヌクレオチド鎖終結剤の調製において、およびプライマ
ー伸長反応(例えばPCR)を含む方法において使用するための色素標識ヌクレ
オチド鎖伸長剤の調製における特定の応用を見いだす。
特に良好な基質であるという発見に一部基づく。すなわち、(i)Sanger
型DNA配列決定反応おいて、現在入手可能な標識ターミネーターを使用する場
合に必要とされる量と比較して、有意に減少されたモル過剰量が要求される、そ
して(ii)Sanger型DNA配列決定プロセスにおいて、現在入手可能な
標識ターミネーターを使用する場合に見られる分布と比較して、ピーク高さのよ
り均一な分布が見られる、という発見に一部基づく。
味を有することを意図する: 「Taqポリメラーゼ」は、生物Thermus aquaticus由来の
DNAポリメラーゼ酵素を意味し、これは、その変異体および/または組換え形
態を含む。
のようなヌクレオシド/ヌクレオチド、およびこのようなヌクレオチドを含むポ
リヌクレオチドが、公知の検出手段を使用して検出可能となる部位を指す。代表
的な標識には、発蛍光団、発色団、放射性同位体、スピンラベル、酵素標識、化
学ルミネセンス標識などが挙げられ、これらは標識抗体またはアビジンのような
、検出可能な抗−リガンドに高い親和性で特異的に結合し得る、抗原またはビオ
チンのような適切なディテクターまたはリガンドによって、標識化合物の直接検
出を可能にする。好ましくは、標識は、フルオレセイン型またはローダミン型色
素のような、蛍光色素である。
味する。結合基またはその関係する相補的官能基は、本明細書中で「結合対」と
称される。好ましい結合対には、イソチオシアネート、塩化スルホニル、4,6
−ジクロロトリアジニル、スクシンイミジルエステル、または他の活性カルボキ
シレートの群から選択される第一のメンバー、およびアミンである第二のメンバ
ーが含まれる。好ましくは、結合対の第二のメンバーが、スルフヒドリルである
場合にはいつでも、結合対の第一のメンバーは、マレイミド、ハロアセチル、ま
たはヨードアセトアミドである(R.Haugland,Molecular
Probes Handbook of Fluorescent Probe
s and Research Chemicals,Molecular p
robes,Inc.(1992)を参照)。特定の好ましい実施形態において
、結合対の第一のメンバーは、N−ヒドロキシスクシンイミジル(NHS)エス
テルであり、そして結合対の第二のメンバーはアミンであり、ここで、NHSエ
ステルを形成するために、カルボキシレート部位は、ジシクロヘキシルカルボジ
イミドおよびN−ヒドロキシスクシンイミドと反応される。
リンまたはピリミジン核酸塩基(例えば、アデニン、グアニン、シトシン、ウラ
シル、チミン、デアザアデニン、デアザグアノシンなど)からなる化合物をいう
。ヌクレオシド塩基が、プリンまたは7−デアザプリンである場合、このペント
ースは、プリンまたはデアザプリンの9位で核酸塩基に結合され、そして、核酸
塩基がピリミジンである場合には、ペントースは、ピリミジンの1位で核酸塩基
に結合される(例えば、KornbergおよびBaker、DNA Repl
ication 第2版(Freeman、San Francisco、19
92))。本明細書中で使用されているように、用語「ヌクレオチド」は、ヌク
レオシドのホスフェートエステル(例えば、トリホスフェートエステル)を指し
、ここで、エステル化の最も一般的な部位は、ペントースのC−5位に結合され
たヒドロキシル基である。本明細書中で使用される、用語「ヌクレオシド/ヌク
レオチド」は、ヌクレオシドおよびヌクレオチドの両方を包含する一連の化合物
を指す。ヌクレオシド/ヌクレオチドに関する「アナログ」は、改変核酸塩基部
分、改変ペントース部分、および/または改変ホスフェート部分を有する合成ア
ナログ(例えば、Scheit、Nucleotide Analogs(Jo
hn Wiley、New York、1980)に一般に記載される)を含む
。一般に、ホスフェートアナログは、ホスフェートのアナログを含み、ここで、
リン原子は+5の酸化状態にあり、そして酸素原子の1つ以上が非酸素部位と置
き換えられている(例えば、硫黄)。代表的なホスフェートアナログには、限定
されないが、ホスホロチオエート、ホスホロジチオエート、ホスホロセレノエー
ト、ホスホロジセレノエート、ホスホロアニロチオエート、ホスホラニリデート
、ホスホラミデート、ボロノホスフェートが挙げられ、これらは、対イオンが存
在するならば、会合した対イオン(例えば、H+、NH4 +、Na+)を含む。代表
的な塩基アナログには、2,6−ジアミノプリン、ヒポキサンチン、プソイドウ
リジン、C−5−プロピン、イソシトシン、イソグアニン、2−チオピリミジン
などのアナログが挙げられるが、これらに限定されない。代表的な糖アナログに
は、2’−または3’位が、水素、ヒドロキシ、アルコキシ(例えば、メトキシ
、エトキシ、アリルオキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、および
フェノキシ)、アジド、アミノまたはアルキルアミノ、フルオロ、クロロならび
にブロモである2’−または3’−改変体が挙げられるが、これらに限定されな
い。用語「標識ヌクレオシド/ヌクレオチド」は、結合を介して式Iの色素化合
物に共有結合されたヌクレオシド/ヌクレオチドを指す。
ノマーまたはそのアナログのポリマーを意味し、これは、2本鎖および1本鎖デ
オキシリボヌクレオチド、リボヌクレオチド、それらのα−アノマー形態などを
含む。通常、モノマーは、ホスホジエステル結合によって結合され、ここで、本
明細書中で、用語「ホスホジエステル結合」は、ホスホジエステル結合またはそ
のホスフェートアナログを含む結合を指し、これらは、対イオンが存在するなら
ば、付随の対イオン(例えば、H+、NH4 +、Na+)を含む。ポリヌクレオチド
は、典型的に、数モノマー単位(例えば、5〜40)〜数千モノマー単位のサイ
ズの範囲である。ポリヌクレオチドが文字の配列によって表現される(例えば、
「ATGCCTG」)場合はいつでも、他に示されない限り、ヌクレオチドは、
左から右へ5’→3’の順番であり、そして「A」はデオキシアデノシンを示し
、「C」はデオキシシチジンを示し、「G」はデオキシグアノシンを示し、そし
て「T」はデオキシチミジンを示すことが理解される。
または部位で置き換えられた分子を意味する。例えば、非置換窒素は、−NH2
であるが、一方、置換された窒素は、−NHCH3であり、そして非置換炭素は
、−CH3であるが、一方、置換された炭素は、−CH2Clである。代表的な置
換基には以下が挙げられるが、これらに限定されない:ハロ(例えば、フッ素お
よび塩素)、低級アルキル、低級アルケン、低級アルキン、スルフェート、スル
ホネート、スルホン、アミノ、アンモニウム、アミド、ニトリル、低級アルコキ
シ、フェノキシ、芳香族、フェニル、多環式芳香族、電子リッチ複素環水可溶化
基、および結合基。
水素を含む)を有する芳香族炭化水素を意味する。ビアリールは、ベンゼノイド
化合物であり、ここで、2つ以上の環が単結合によって一緒に結合されている。
この種類の親系は、ビフェニルである。縮合ベンゼノイド化合物は、環の各対が
2つの炭素を共有するような方法でオルト位で、一緒に縮合した2つ以上のベン
ゼン環によって特徴付けられる。この基の最も簡単なメンバーは、2つの環を有
するナフタレン、それぞれ3つの環を有するアントラセンおよびフェナントレン
である。
原子である環状化合物を意味し、そしてこのヘテロ原子は、6π電子系に寄与す
る不対電子を有する。代表的な電子リッチ複素環には、ピロール、インドール、
フラン、ベンゾフラン、チオフェン、ベンゾチオフェン、および他の類似の構造
が挙げられるが、これらに限定されない。
補的官能基」と反応し得る部位を意味し、このような反応は、色素を試薬または
エネルギー移動色素対のメンバーに接続する「結合」を形成する。好ましい結合
基は、相補的官能基がアミンである場合にはいつでも、イソチオシアネート、塩
化スルホニル、4,6−ジクロロトリアジニル、スクシンイミジルエステル、ま
たは他の活性カルボキシレートを含む。好ましくは、この結合基は、相補的官能
基がスルフヒドリルである場合にはいつでも、マレイミド、ハロアセチル、また
はヨードアセトアミドである。R.Haugland、Molecular P
robes Handbook of Fluorescent Probes
and Research Chemicals、Molecular pr
obes、Inc.(1992)を参照のこと。特に好ましい実施形態において
、結合基はN−ヒドロキシスクシンイミジル(NHS)エステルであり、そして
相補的官能基はアミンであり、ここで、NHSエステルを形成するために、カル
ボキシレート結合基を含む、本発明の色素が、ジシクロヘキシルカルボジイミド
およびN−ヒドロキシスクシンイミドと反応される。
を意味する。代表的な水可溶化基には、以下が挙げられるが、これらに限定され
ない:第四級アミン、スルフェート、スルホネート、カルボキシレート、ホスフ
ェート、ポリエーテル、ポリヒドロキシル、およびボロネート。
色素分子のクラスをいう:
イン型色素のサブセットには、4,7−ジクロロフルオレセイン(Menche
n)が挙げられる。DNA配列決定法で蛍光標識として使用されるフルオレセイ
ン型色素の例には、6−カルボキシフルオレセイン(6−FAM)、5−カルボ
キシフルオレセイン(5−FAM)、5または6−カルボキシ−4,7,2’,
7’−テトラクロロフルオレセイン(TET)、5または6−カルボキシ−4,
7,2’,4’,5’,7’−ヘキサクロロフルオレセイン(HEX)、5また
は6−カルボキシ−4’,5’−ジクロロ−2’,7’−ジメトキシフルオレセ
イン(JOE)、および、5−カルボキシ−2’,4’,5’,7’−テトラク
ロロフルオレセイン(ZOE)が挙げられる。しばしば、−1または−2の標記
は、例えば、HEX−1のように、特定色素の略語の後に置かれる。「−1」お
よび「−2」の標記は、使用されている特定の5または6の色素の異性体を示す
。1および2の異性体は、C−8カラムおよび15%アセトニトリル/85%
0.1 Mトリエチルアンモニウムアセテートから35%アセトニトリル/65
% 0.1 Mトリエチルアンモニウムアセテートの溶出勾配を使用する逆相ク
ロマトグラフィー分離システムにおいて、遊離色素の溶出順序(1異性体は最初
に溶出)によって定義される。
のクラスをいう:
は、一緒になる場合、Y1およびR2がプロパノであり、そしてY2およびR1がプ
ロパノであるか、あるいは一緒になる場合、Y3およびR3がプロパノであり、Y 4 およびR4がプロパノである。R1〜R4位を含む各デオキシ環の位置で、種々広
範の置換が可能である。ヌクレオシド/チド標識として有用な代表的なローダミ
ン型色素には、テトラメチルローダミン(TAMRA)、4,7−ジクロロテト
ラメチルローダミン(DTAMRM)、ローダミンX(ROX)、ローダミン6
G(R6G)、ローダミン110(R110)などが挙げられる(Bergot
ら、米国特許第5,366,860号(1994);Leeら、Nucleic
Acids Research、20(10):2471〜2483(199
2))。
ヌクレオチドプライマーの酵素的テンプレート媒介伸長を行うのに必要な成分を
含有する試薬を意味する。プライマー伸長剤は、(i)ポリメラーゼ酵素、例え
ば、Taqポリメラーゼのような熱安定ポリメラーゼ酵素;(ii)緩衝液;(
iii)鎖伸長ヌクレオチド、例えば、デオキシヌクレオチドトリホスフェート
、例えば、デオキシグアノシン5’−トリホスフェート、7−デアザデオキシグ
アノシン5’−トリホスフェート、デオキシアデノシン5’−トリホスフェート
、デオキシチミジン5’−トリホスフェート、デオキシシチジン5’−トリホス
フェート;および必要に応じて、Sanger型DNA配列決定反応において、
(iv)1つ以上の鎖終結ヌクレオチド、例えば、ジデオキシヌクレオチドトリ
ホスフェート、例えば、ジデオキシグアノシン5’−トリホスフェート、7−デ
アザジデオキシグアノシン5’−トリホスフェート、ジデオキシアデノシン5’
−トリホスフェート、ジデオキシチミジン5’−トリホスフェート、およびジデ
オキシシチジン5’−トリホスフェートを含む。
オチドとアニールし得る任意の核酸をいう。代表的なテンプレート核酸には、D
NA、RNAが挙げられ、DNAまたはRNAは、一本鎖または二本鎖であり得
る。より詳細には、テンプレート核酸は、ゲノムDNA、メッセンジャーRNA
、cDNA、PCR反応からのDNA増幅産物などであり得る。テンプレートD
NAの調製方法は、他に見出され得る(ABI PRISMTM Dye Pr
imer Cycle Sequencing Core Kit with
AmpliTaq(登録商標)DAN Polymerase,FS,Prot
ocol,Revision C,p/n 402114(1996))。
においてポリメラーゼ基質として有用な堅いリンカーを含むヌクレオシド/チド
化合物の新規なクラスを包含する。これらの化合物はすぐ下の式Iに示される一
般構造を有し、その置換形態を含む: NUC−L−S−LB/LG 式I ここで、NUCは、核酸塩基部分Bを有するヌクレオシド/チドであり、Lは堅
い結合であり、Sはスペーサーであり、そしてLB/LGは結合基または標識で
ある。NUCは、Bを介してLに結合され、その結果、Bがプリンの場合、Lは
そのプリンの8位に結合され、Bが7−デアザプリンの場合、Lはその7−デア
ザプリンの7位に結合され、そして,Bがピリミジンの場合、Lはそのピリミジ
ンの5位に結合される。本発明の化合物の重要な特徴において、Lは以下の構造
を有する:
和は、少なくとも2であり、そしてW、X、YおよびZの各々は、−CHおよび
窒素からなる群から選択され、その置換形態を含む。
あり得る。しかし、好ましい実施形態において、NUCの糖部分は、2’−デオ
キシリボヌクレオチド、3’−デオキシリボヌクレオチド、2’,3’−ジデオ
キシリボヌクレオチド、2’,3’−ジデオキシ−3’−フルオロ−リボヌクレ
オチド、2’,3’−ジデオキシ−2’−フルオロ−リボヌクレオチド、2’,
3’−ジデオキシ−3’−アジド−リボヌクレオチド、2’,3’−ジデオキシ
−2’−アジド−リボヌクレオチド、2,3’−ジデオキシ−2’−アミノ−リ
ボヌクレオチド、2,3’−ジデオキシ−3’−アミノ−リボヌクレオチド、お
よび2’,3’−デヒドロリボヌクレオチドからなる群から選択される。特に好
ましい実施形態において、NUCは、2’,3’−ジデオキシリボヌクレオチド
、2’,3’−ジデオキシ−3’−フルオロ−リボヌクレオチドまたはリボヌク
レオチドである。
炭素であり、ZおよびYのうち一方が炭素である。堅い結合のさらに好ましい実
施形態において、nは1または2であり、oは0、1または2であり、そして/
またはpは0または1である。より好ましくは、nは1または2であり、oは1
または2であり、そしてpは0または1である。いくつかの特に好ましい堅い結
合構造をすぐ下に示す:
に役立つスペーサーである。Sは、ヌクレオシド/ヌクレオチド化合物、または
このようなヌクレオチドを含む化合物に機能性(例えば、高められたヌクレアー
ゼ耐性、溶解性、輸送特性、ハイブリダイゼーション、変化した電気泳動易動度
など)を加え得る。Sは、本発明の中心的な特徴ではなく、一般的な機能を提供
するので、Sは様々な形態を有し得ることが理解される。好ましくは、Sは、低
級アルキル、低級アルキレンオキシド、またはアミド、カルバメート、スルホン
アミド、あるいはそれらの任意の組み合わせである。より好ましくは、Sは、低
級アルキルまたは低級アルキレンオキシドである。最も好ましくは、Sは、例え
ば、以下の構造を有する低級アルケニルオキシドである:
ある。
/LGが結合ペアのメンバーである場合、好ましくは、このメンバーはアミノで
あり、そしてより好ましくは、アミンは第1級アミンである。LB/LGが標識
の場合、この標識は、標識をスペーサーSに結合するための結合を含む。結合は
、好ましくは、結合基と相補的官能基との反応によって形成される。好ましい実
施形態において、LB/LGは標識であり、好ましくはこの標識は、キサンテン
型色素(例えば、ローダミまたはフルオレセイン型色素)である。
利用可能である。1つのアプローチ(本明細書中で「収束(convergen
t)合成」と称される)において、堅い結合L、スペーサーSおよび結合ペアま
たは標識LB/LGのサブ要素(まとめて「リンカーアーム部分」と称される)
は、ヌクレオシドにそれらが結合する前に構築される。次いで、完全に構築され
たリンカーアーム部分が単一反応工程でヌクレオシドに結合される。第2のアプ
ローチ(本明細暑中で「逐次合成」と称される)において、リンカーアームの第
1要素が、ヌクレオシドに結合され、引き続いてこの第1要素の活性化によって
、リンカーアーム部分の第2要素の結合を行う。このプロセスは、リンカーアー
ム部分の全ての要素がヌクレオチド/シドに組み込まれるまで連続的に繰り返さ
れる。第3のアプローチは収束合成と逐次合成の両方のストラテジーを合わせる
。すなわち、リンカーアーム部分のいくつかの要素は、多要素中間体に予め構築
され、次いで、この中間体はすでにヌクレオシドに組み込まれた要素に結合され
る。特定のヌクレオシド/チオ生成物の調製に好ましいストラテジーは、個々の
カップリング化学の利便性、およびヌクレオチド/シド上の官能基とのそれらの
適合性に依存する。
の別々に活性化可能な脱離基を含む芳香族前駆体を使用して、2つの別個の工程
で芳香族基に結合される。第1の工程において,p−ハロフェノールは、低原子
価のパラジウム触媒の存在下で第1の一置換アセチレンと結合され、ハロゲン原
子の置換によってアセチレン置換フェノールが得られる(例えば、図2の化合物
1〜11を参照のこと)。第2の工程において、トリフラート無水物を用いて、
フェノールヒドロキシルをそのトリフラートとして活性化し、続いて低原子価の
パラジウム触媒の存在下で第2の一置換アセチレン部分をカップリングすること
によって、所望の構造的特徴が得られる(例えば、図2の化合物11〜14を参
照のこと)。第1のアセチレン置換基がシリル保護基を含む場合、これはフッ化
物イオンを用いて除去され得る(例えば、図2の化合物14〜15を参照のこと
)。次いで、得られる一置換中間体は、低原子価のパラジウム触媒の存在下で、
活性化ヌクレオシド(例えば、5−ハロピリミジン、8−ハロプリン、または7
−ハロ−7−デアザ−プリン)と結合されて、保護されたリンカーヌクレオシド
を形成する(例えば、図10の化合物15〜37を参照のこと)。
環を使用して達成され得る。ここで第1位置の脱離基は、第2位置の脱離基より
置換活性(labile)である。従って、例えば、2,5−ジブロモピリジン
において、低原子価のパラジウム触媒を用いる2位におけるアセチレン置換は、
5位における置換を行うことなく起こる。例えば、図5の化合物22〜25を参
照のこと。
技術が用いられる。例えば、複数のアセチレンユニットを含むリンカーアーム部
分の場合、第1の一置換アセチレン基の活性化ヌクレオシドへの付加は、上記に
記載されるように行われる(例えば、図15の化合物33〜42を参照のこと)
。次に、第1のアセチレン基の脱保護の後、さらなる一置換アセチレン基が、塩
化銅(I)および酸素を使用して第1アセチレンに結合される(例えば、図15
の化合物42〜44を参照のこと)。あるいは、上記のような低原子価のパラジ
ウム触媒を使用して、芳香族環が付加され得る。さらなるアセチレン基または芳
香族環が、これらの合成工程の繰り返しによって付加され得る。
、逐次合成技術と収束合成技術との組み合わせを使用して調製される。例えば、
脱離基を含む芳香族環、およびその脱離基に対してパラ位にあるアセチレン基は
、第1の方法に記載されるように、パラ−ハロフェノールおよび一置換アセチレ
ン基を使用して調製され得る。一置換アセチレンヌクレオチド/シドは、第2の
方法に記載されるように調製され得る。次いで、このアセチレンは、上記のよう
に、低原子価のパラジウム触媒を使用して、この中間体に結合されて、所望の生
成物が生成する。
いカテゴリーの方法において、標識ポリヌクレオチドフラグメントは、テンプレ
ート指向性(directed)酵素的合成(例えば、ポリメラーゼ指向性プレ
イマー伸長反応)によって生成される。詳細には、本発明は、このようなプレイ
マー伸長反応を実施するための方法を含み、このプライマー伸長反応は、(1)
テンプレート核酸を提供する工程、(2)プライマー−テンプレートハイブリッ
ドを形成するために、オリゴヌクレオチドプレイマーをテンプレート核酸の一部
分にアニーリングする工程および(3)プライマーを伸長するために、プライマ
ー伸長試薬をプライマー−テンプレートハイブリッドに添加する工程であって、
このプライマー伸長試薬は、式Iのヌクレオチド化合物の構造を有するヌクレオ
チド化合物を含む、工程を包含する。
熱安定性のポリメラーゼ(例えば、rTth DNAポリメラーゼ、BST D
NAポリメラーゼ、Vent DNAポリメラーゼ、Pfu DNAポリメラー
ゼまたはTaqポリメラーゼ酵素(例えば、PCRプライマー:A Labor
atory Manual,DieffenbachおよびDveksler編
、CSHL Press(1995)))を含む。より好ましくは、熱安定性ポ
リメラーゼは、Taq DNAポリメラーゼ、またはF667位に変異を有する
変異体Taqポリメラーゼ酵素(例えば、TaborおよびRichardso
n,EP 0 655 506)である。より好ましくは、変異は、F667Y
である。本発明のプライマー伸長反応のさらに好ましい実施形態において、Ta
q ポリメラーゼ酵素は、F667Y変異に加えて、660、664、665お
よび/または681位に変異を含む変異体である。米国出願番号09/041,
878(1998年3月12日出願)を参照のこと。これらの位置における好ま
しい変異は、R660D、R660E、R660C、R660S、R660Pお
よびE681Gを含む。特に好ましい実施形態において、変異体Taqポリメラ
ーゼ酵素は、変異R660CまたはR660S、R660PおよびF667Yを
含む。
ば、電気泳動もしくはクロマトグラフィー)、または配列依存様式でフラグメン
トに結合するポリヌクレオチドプローブのセットへのハイブリダイゼーションに
供され得る(例えば、Drmanacら、Nature Biotechnol
ogy,16:54〜58(1998)、Ramsay,Nature Bio
technology,16:40〜44(1998)、および米国特許第5,
202,231号)。好ましい実施形態において、分離またはハイブリダイゼー
ションに続いて、例えば、レーザー誘発蛍光によって、フラグメントが検出され
る。特に好ましい実施形態において、複数のクラスのポリヌクレオチドが同時に
分離またはハイブリダイズされ、異なるクラスがスペクトル的に分解可能な標識
によって区別される。
は、末端ヌクレオチドに関して定義され、その結果、4つの可能な末端塩基と、
区別して検出可能な標識のセットのメンバーとの間で、対応が確立される。例え
ば、スペクトル分解可能な蛍光標識が使用される場合、このようなセットは、市
販の分光光度計を用いて発光および吸収のバンド幅を測定することによって、容
易に構築される。より好ましくは、DNA配列決定の化学的または鎖終結法の状
況において、クラスが生じ、最も好ましくは、鎖終結法(すなわち、ジデオキシ
DNA配列決定、またはSanger型配列決定)の状況において、クラスが生
じる。
ンプレートを使用する、インビトロでのDNAポリメラーゼによるDNA鎖の合
成を含む。合成は、規定された部位(この部位に基づいて、オリゴヌクレオチド
プライマーがテンプレートにアニールする)で開始される。この合成反応は、連
続したDNA伸長を支持しないヌクレオチドアナログの組み込みによって終結さ
れる。代表的な鎖終結ヌクレオチドアナログには、2’,3’−ジデオキシヌク
レオシド5’−トリホスフェート(ddNTP)が挙げられ、これは3’から5
’のDNA鎖伸長に必要な3’−OHを欠く。適切な割合のdNTP(2’−デ
オキシヌクレオシド5’トリホスフェート)、および4個のddNTPのうちの
1個が使用される場合、酵素触媒重合は、ddNTPが組み込まれる各部位にお
ける鎖のわずかな群において終結する。蛍光標識したプライマーまたは標識dd
NTPが各反応に使用される場合、配列情報は、高分解能電気泳動による分離の
後の蛍光によって検出され得る。鎖終結法において、本発明のヌクレオチドは標
識ジデオキシヌクレオチドを形成するために使用され得る。
しくは、これらは電気泳動手順によって分離される(例えば、上記のGould
およびMatthews;RickwoodおよびHames編、Gel El
ectrophoresis of Nucleic Acids:A Pra
ctical Approach,IRL Press Limited,Lo
ndon,1981;Osterman,Methods of Protei
n and Necleic Acid Research,第1巻 Spri
nger−Verlag,Berlin,1984;または米国特許第5,37
4,527号、同第5,624,800号、および/または同第5,552,0
28号)。好ましくは、このタイプの電気泳動マトリクスは、約2〜20重量%
の間の濃度(重量対容量)を有する架橋されたまたは架橋されていないポリアク
リルアミドである。より好ましくは、ポリアクリルアミドの濃度は、約4〜8%
の間である。好ましくは、特に、DNA配列決定の状況において、電気泳動マト
リクスは変性剤(例えば、ウレア、ホルムアミドなど)を含む。このようなマト
リクスを構築するための詳細な手順は、Maniatisら、「Fractio
nation of Low Molecular Weight DNA a
nd RNA in Polyacrylamide Gels Contai
ning 89% Formamide or 7M Urea」、Metho
ds in Enzymology,65:299〜305(1980);Ma
niatisら、「Chain Length Determination
of Small Double− and Single−Stranded
DNA Molecules by Polyacrylamide Gel
Electrophoresis」、Biochemistry,14:37
87〜3794(1975);Maniatisら、Molecular Cl
oning:A Laboratory Manual,Cold Sprin
g Harbor Laboratory,New York,179〜185
頁(1982);およびABIPRISMTM377DNA Sequencer
User’s Manual,Rev.A,1995年1月,第2章(p/n
903433,The Perkin−Elmer Corporation
,Foster City、CA)に示される。特定の分離に用いられる最適な
電気泳動条件(例えば、ポリマー濃度、pH、温度、変性剤の濃度)は、これら
が単鎖であろう二本鎖であろうと、多くの因子(分離されるべき核酸のサイズ範
囲、それらの塩基組成、および情報が電気泳動によって調査されるクラスの特徴
を含む)に依存する。従って、本発明の適用は、標準予備試験が特定の分離のた
めの条件を最適化することを必要とし得る。
発光を測定することによって検出される。代表的な蛍光ベースの電気泳動検出シ
ステムは、他で、例えば、米国特許第5,543,026号;同第5,274,
240号;同第4,879,012号;同第5,091,652号および同第4
,811,218号に記載される。
本発明の純粋な例であることを意図し、本発明の範囲をいずれの方法でも制限す
ることを意図しない。
の層でプレコーティングしたガラスプレート上で実施した:この化合物を、蛍光
をクエンチするか、および/または5%硫酸を用いて焦がすことにより位置決め
した。他に示されない限り、全ての精製は、SIPブランドのシリカゲル60Å
(230〜400メッシュ ASTM)で実施されるフラッシュカラムクロマト
グラフィーにより行った。1H NMRスペクトルは、室温で、CDCl3(内部
Me4Si、δ 0)またはD2O(外部Me4Si、δ 0)に溶解した溶液を
、300MHzで記録した。CDCl3またはD2Oに溶解した溶液を、13C N
MRスペクトルは75.5MHzで記録し、19F NMRスペクトルは282.
23MHzで記録し、そして31P NMRスペクトルは、D2Oに溶解した溶液
を121.44MHzで記録した。全ての場合において、観測されるNMRデー
タは示された構造と一致した。生成物の純度は分析用HPLCにより分析した。
他に示されない限り、全ての反応は周囲温度で行い、後処理において、有機溶媒
の溶液を、等量の水溶液で洗浄した。40〜50℃のバス温で、水アスピレータ
ーの真空下で、ロータリーエバポレーターで濃縮する前に、有機溶液を乾燥した
(無水Na2SO4)。
行った。カラム:AquaporeTM AX−300、7μmの粒子サイズ、
220×4.6mm(PE Applied Biosystems);勾配:
20分にわたって1.5ml/分で、40%アセトニトリル:60%重炭酸トリ
エチルアンモニウム(TEAB、0.1M)〜40%アセトニトリル:60%T
EAB(1.5M)、続いてアイソクラチック溶出;検出:260nmにおける
UV吸光度。
カラム:Spheri−5 RP−C18、5μmの粒子サイズ、220×4.
6mm(PE Applied Biosystems);勾配:20分にわた
って1.5ml/分で、100%トリエチルアンモニウムアセテート(TEAA
、0.1M)〜40%アセトニトリル:60%TEAA、続いて、5分間にわた
って1.5mL/分で、40%〜100%アセトニトリル。
) N,N−ジメチルホルムアミド中の1(1当量)の撹拌溶液に、NaH(1.
2当量、80%)を滴下した。NaH添加を完了した後、室温で0.5時間撹拌
を続け、次いでこの反応溶液を0℃に冷却した。ブロミド2(2当量)を添加し
、0℃で0.5時間撹拌を続け、続いて室温で2時間撹拌した。過剰のNaHを
分解するためにメタノールを慎重に添加した後、溶媒をエバポレートし、この粗
生成物をフラッシュカラムクロマトグラフィーによって精製し、固形物として3
を得た。
当量)を加え、0℃で1時間撹拌し、次いで、室温で12時間撹拌した。次いで
、この混合物を濃縮し、フラッシュカラムクロマトグラフィーによって精製し、
4を得た。
ウム5(1.5当量)を加えた。70℃で12時間撹拌後、この混合物を濃縮し
、次いでジクロロメタン(100mL)で希釈した。濾過によって固形物を除去
した後、有機層を水で洗浄し、乾燥し、そして濃縮した。この残渣をフラッシュ
カラムクロマトグラフィーによって精製し、6を得た。
)の混合物を80℃で1時間加熱した。次いで、この反応混合物をエバポレート
して乾燥し、この残渣をN,N−ジメチルホルムアミド(2mL)に溶解し、メ
チルトリフルオロ酢酸(6.5mL)を加えた。1時間80℃で撹拌した後、溶
媒をエバポレートし、残渣をフラッシュカラムクロマトグラフィーによって精製
し、7を得た。
.2当量)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.2当量)
およびトリエチルアミン(2当量)の存在下で、アルゴン下で、室温で12時間
(トリエチルシリル)アセチレン8(5当量)と反応させた。次いで、この反応
溶液を濃縮し、フラッシュカラムクロマトグラフィーによって精製し、9を得た
。
5mL)中の1Mテトラブチルアンモニウムフルオライドを添加し、この混合物
を0℃で2時間撹拌した。濃縮後、この残渣をフラッシュカラムクロマトグラフ
ィーによって精製し、10を得た。
−ジデオキシシチジン33(1当量)を、ヨウ化第一銅(0.2当量)、テトラ
キス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.2当量)およびトリエチルア
ミン(2当量)の存在下で、アルゴン下にて、室温で12時間リンカー10(4
当量)と反応させた。この反応溶液を濃縮し、フラッシュカラムクロマトグラフ
ィーによって精製し、34を得た。
−2’,3’−ジデオキシアデノシン35(1当量)を、ヨウ化第一銅(0.2
当量)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.2当量)およ
びトリエチルアミン(2当量)の存在下で、アルゴン下で室温12時間、リンカ
ー10(4当量)と反応させた。次いで、この反応溶液を濃縮し、フラッシュカ
ラムクロマトグラフィーによって精製し、36を得た。
こと)) N,N−ジメチルホルムアミド中で、4−ヨードフェノール1(1当量)を、
ヨウ化第一銅(0.2当量)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウ
ム(0.2当量)およびトリエチルアミン(2当量)の存在下で、アルゴン下で
室温12時間、(トリエチルシリル)アセチレン8(4当量)と反応させた。次
いで、この反応溶液を濃縮し、フラッシュカラムクロマトグラフィーによって精
製し、11を得た。
リフルオロメタンスルホン酸無水物(1.2当量)、続いて、トリエチルアミン
(1.2当量)をアルゴン下で加えた。−40℃でさらに1時間撹拌を続けた後
、次いでこの反応混合物を室温まで加温し、5時間撹拌した。この反応混合物を
ジクロロメタンで希釈し、連続して希H2SO4水溶液、飽和NaHCO3溶液、
ブライン、および水で洗浄し、乾燥し、濃縮し、フラッシュカラムクロマトグラ
フィーによって精製し、12を得た。
0.2当量)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.2当量
)およびトリエチルアミン(2当量)の存在下で、室温12時間、アルゴン下で
、リンカー13(4当量)と反応させた。次いで、この反応溶液を濃縮し、フラ
ッシュカラムクロマトグラフィーによって精製し、14を得た。
ン(1.5mL)中の1Mテトラブチルアンモニウムフルオライドを加え、この
混合物を0℃で2時間撹拌した。濃縮後、この残渣をフラッシュカラムクロマト
グラフィーによって精製し、15を得た。
’−ジデオキシシチジン33(1当量)を、ヨウ化第一銅(0.2当量)、テト
ラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.2当量)およびトリエチル
アミン(2当量)の存在下で、室温12時間、アルゴン下で、リンカー15(4
当量)と反応させた。この反応溶液を濃縮し、フラッシュカラムクロマトグラフ
ィーによって精製し、37を得た。
のこと)) オキソラン中のNaH(1.05当量、95%)の撹拌溶液に、0℃で17(
1当量)を滴下した。添加を完了した後、撹拌を0℃で1時間継続し、次いで、
ブロミド16(1.05当量)を2時間にわたって添加し、撹拌を0℃で2時間
継続し、続いて、室温で24時間撹拌した。過剰のNaHを分解するために、メ
タノールを慎重に添加した後、溶媒をエバポレートし、粗生成物を分留によって
精製し、18を得た。
溶媒をエバポレートし、残渣をフラッシュカラムクロマトグラフィーによって精
製し、19を得た。
0.2当量)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.2当量
)およびトリエチルアミン(2当量)の存在下で、室温で12時間アルゴン下で
リンカー19(4当量)と反応させた。次いで、この反応溶液を濃縮し、フラッ
シュカラムクロマトグラフィーによって精製し、20を得た。
ラン(10mL)中の1Mテトラブチルアンモニウムフルオライドを加え、この
混合物を室温で3時間撹拌した。濃縮後、この残渣をフラッシュカラムクロマト
グラフィーによって精製し、21を得た。
’−ジデオキシシチジン33(1当量)を、ヨウ化第一銅(0.2当量)、テト
ラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.2当量)およびトリエチル
アミン(2当量)の存在下で、室温12時間、アルゴン下でリンカー21(4当
量)と反応させた。次いで、この反応溶液を濃縮し、フラッシュカラムクロマト
グラフィーによって精製し、38を得た。
こと)) トリエチルアミン(30mL)中で、2,5−ジブロモピリジン22(1当量
)を、ヨウ化第一銅(0.02当量)、およびビス(トリフェニルホスフィニル
)パラジウムジクロリド(0.02当量)の存在下で、室温12時間、アルゴン
下で、リンカー13(1.05当量)と反応させた。次いで、この反応溶液をジ
クロロメタンで希釈し、ブライン溶液で洗浄し、乾燥し、濾過し、そして濃縮し
た。この濃縮物をフラッシュカラムクロマトグラフィーによって精製し、23を
得た。
(0.05当量)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.0
5当量)およびトリエチルアミン(10当量)の存在下で、室温12時間、アル
ゴン下で、(トリエチルシリル)アセチレン8(2当量)と反応させた。次いで
、この反応溶液を濃縮し、フラッシュカラムクロマトグラフィーによって精製し
、24を得た。
ン(1.5mL)中の1Mテトラブチルアンモニウムフルオライドを加え、この
混合物を2時間0℃で撹拌した。濃縮後、この残渣をフラッシュカラムクロマト
グラフィーによって精製し、25を得た。
’−ジデオキシシチジン33(1当量)を、ヨウ化第一銅(0.2当量)、テト
ラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.2当量)およびトリエチル
アミン(2当量)の存在下で、室温12時間、アルゴン下で、リンカー25(4
当量)と反応させた。次いで、この反応溶液を濃縮し、フラッシュカラムクロマ
トグラフィーによって精製し、39を得た。
こと)) トリエチルアミン(75mL)中で、2,5−ジブロモピリジン22(1当量
)を、ヨウ化第一銅(0.02当量)、およびビス(トリフェニルホスフィニル
)パラジウムジクロリド(0.02当量)の存在下で、0℃で1時間(トリエチ
ルシリル)アセチレン8(1.05当量)と反応させ、次いで、この反応混合物
を室温まで加温し、室温で12時間アルゴン下で撹拌した。次いで、この反応溶
液をジクロロメタンで希釈し、ブライン溶液で洗浄し、乾燥し、濾過し、そして
濃縮した。この濃縮物をフラッシュカラムクロマトグラフィーによって精製し、
26を得た。
(0.05当量)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.0
5当量)およびトリエチルアミン(10当量)の存在下で、室温で12時間、ア
ルゴン下で、リンカー13(2当量)と反応させた。次いで、この反応溶液を濃
縮し、フラッシュカラムクロマトグラフィーによって精製し、27を得た。
ン(1.5mL)中の1Mテトラブチルアンモニウムフルオライドを加え、そし
てこの混合物を0℃で2時間撹拌した。濃縮後、この残渣をフラッシュカラムク
ロマトグラフィーによって精製し、28を得た。
’−ジデオキシシチジン33(1当量)を、ヨウ化第一銅(0.05当量)、テ
トラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.05当量)およびトリエ
チルアミン(2当量)の存在下で、室温で12時間、アルゴン下で、リンカー2
8(3当量)と反応させた。次いで、この反応溶液を濃縮し、フラッシュカラム
クロマトグラフィーによって精製し、40を得た。
) N,N−ジメチルホルムアミド中で、4,4’−ジヨードビフェニル29(1
当量)を、ヨウ化第一銅(0.2当量)、テトラキス(トリフェニルホスフィン
)パラジウム(0.2当量)およびトリエチルアミン(2当量)の存在下で、室
温で12時間、アルゴン下で、(トリエチルシリル)アセチレン8(2当量)と
反応させた。次いで、この反応混合物を濃縮し、フラッシュカラムクロマトグラ
フィーによって精製し、30を得た。
(0.2当量)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.2当
量)およびトリエチルアミン(2当量)の存在下で、室温で12時間、アルゴン
下で、リンカー13(3当量)と反応させた。次いで、この反応物を濃縮し、フ
ラッシュカラムクロマトグラフィーによって精製し、31を得た。
ン(3mL)中の1Mテトラブチルアンモニウムフルオライドを加え、そしてこ
の混合物を0℃で2時間撹拌した。濃縮後、残渣をフラッシュカラムクロマトグ
ラフィーによって精製し、32を得た。
’−ジデオキシシチジン33(1当量)を、ヨウ化第一銅(0.2当量)、テト
ラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.2当量)およびトリエチル
アミン(2当量)の存在下で、室温で12時間、アルゴン下で、リンカー32(
3当量)と反応させた。この反応溶液を濃縮し、フラッシュカラムクロマトグラ
フィーによって精製し、41を得た。
)を、N,N−ジメチルホルムアミド中でヨウ化銅(I)(0.2当量)、テト
ラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.2当量)およびトリエチル
アミン(2当量)存在下、アルゴン下室温で12時間、(トリエチルシリル)ア
セチレン8(4当量)と反応させた。次いでこの反応物を濃縮してフラッシュカ
ラムクロマトグラフィーで精製し、42を得た。
ラン(3mL)中の1Mのテトラブチルアンモニウムフルオリドを加え、この混
合物を0℃で2時間撹拌した。濃縮した後、この混合物をフラッシュカラムクロ
マトグラフィーで精製し、43を得た。
の溶液を2時間35℃でO2存在下でCuCl(2当量)と伴に撹拌し、酢酸エ
チルで希釈し、そして飽和NH4Cl水溶液、ブラインおよび水で連続的に洗浄
し、乾燥し、濃縮して、フラッシュカラムクロマトグラフィーで精製し、44を
得た。
) 新たに蒸留したオキシ塩化リン(4当量)を、−30℃でトリメチルホスフェ
ート中のヌクレオシド34(1当量)へ加え、対応するジクロロモノホスフェー
ト45を形成した。この反応混合物を60〜90分かけて0℃へ温めさせ、次い
で冷却浴を除去し、そして撹拌を室温で1〜2時間続けた。反応物をpH8.0
の2MのTEAB緩衝液でクエンチし、HPLC(C−18逆相)で精製した。
生成物に相当するフラクションを濃縮し、モノホスフェート46を得た。
、室温で1時間カルボニルジイミダゾール(CDI)(1.8当量)と伴に撹拌
した。過剰のCDIを乾燥したメタノールの添加でクエンチした。活性化したモ
ノホスフェート47を室温で12〜24時間n−トリブチルアミン(5当量)を
含むN,N−ジメチルホルムアミド中のトリブチルアンモニウムピロホスフェー
ト(10当量)の溶液と伴に撹拌した。この反応物を2M、pH8.0のTEA
Bでクエンチし、HPLC(C−18逆相)で精製した。生成物に相当するフラ
クションを濃縮し、保護ヌクレオチドトリホスフェート48を得た。
溶解し、室温で3時間撹拌した。反応混合物を濃縮して49を得、これを5〜3
0mMの濃度へ0.1M、pH7.0のTEABで処方した。処方されたバルク
の濃度および純度を、UV/Vis分光器およびC−18逆相HPCLでそれぞ
れ確認した。
トへの転換(図18および19を参照)) ヌクレオシド−保護−リンカー化合物36、37、38、39、40、41お
よび44(総称して「NPL」化合物)は34から49への転換に関して実施例9
で述べたように、脱保護ヌクレオチドトリホスフェート化合物50、51、52
、53、54、55および56へ転換された。
50,51,52,53,54,55および56を次のとおり色素標識で標識し
た。100mMのTEA−ビカルボネート(pH7.0)中の脱保護ヌクレオチ
ドトリホスフェート化合物をエバポレートし、乾燥した。次いで、250mMの
ビカルボネート緩衝液(pH9.0)で再度懸濁した。色素−NHSの溶液(D
MSO中)(例えば、Jeb−NHS)を加え、4〜12時間室温暗所で撹拌し
た。この反応混合物をHPLC(AX−300 アニオン交換)で精製した。生
成物に相当するフラクションを濃縮し、HPLC(C−18逆相)で精製した。
最終生成物を真空で乾燥し、250mM、pH9.6のCAPSOで所望濃度へ
希釈した。処方したバルクの濃度はUV/Vis分光器で確認した。
の比較) ターミネーター滴定アッセイを全配列決定ラダー(すなわち約20から約60
0までの間のヌクレオチドの長さを有する特定の塩基で終結しているすべてのフ
ラグメントを含む配列決定ラダー)を作製するために要求される最小量の色素タ
ーミネーターを決定するために独自に発展させた。このアッセイの鍵となる構成
要素は(i)第1の色素で標識されたプライマー、および(ii)第1の色素か
らスペクトル的に分析できる第2の色素で標識されたターミネーターであった。
このアッセイにおいて、色素ターミネーターの不十分な濃度を配列決定の反応へ
加えた場合、ジデオキシ終結したフラグメントは形成されず、そして配列決定の
ゲルで見られる全ての生成物が最初の色素だけで標識された「偽終結物(fal
se stop)」で形成される生成物であった。本明細書で使われる場合「偽終
結物」という用語はジデオキシターミネーターで終結しないプライマーの伸長産
物を言い、おそらくそのような生成物はポリメラーゼ酵素が自発的にテンプレー
ト鎖から解離するとき、形成される。余りにも過剰のターミネーターが使用され
る場合、短ターミネーター産物(すなわち約50未満のヌクレオチド長)だけが
形成される。この生成物は第1と第2の色素を両方含んでいる。適切な量のター
ミネーターが使用されると場合、全配列決定ラダーが生成し、このラダーのフラ
グメント各々は第1と第2の両方の色素で標識される。
効果を定量的に比較するために使った。前記で述べられたアッセイは最初、Am
pliTaqのDNAポリミラーゼFSで配列決定するために必要とされる最少
量の色素ターミネーターを決定するために使われていた。(FS酵素は2つの点
変異−−G46DとF667Yを有する組換えTermus aquaticu
s DNAポリメラーゼである)。次いで、この色素ターミネーターの濃度を異
なって変異したTermus aquaticus DNAポリメラーゼと伴に
使用し、ここでFS変異体中に存在する2つの点変異に加えて、さらなる点変異
が導入されている。色素−標識プライマーは使用しなかった。
クル配列決定コアキットマニュアル(PE Applied Biosyste
ms p/n 402116)で提供されているプロトコルに従う付加的点変異
でAmpliTaq DNAポリメラーゼ、FSまたはThermus aqu
aticus DNAポリメラーゼを使用して実施した。緩衝液、非標識のプラ
イマー、AmpliTaq DNAポリメラーゼ、FS(使用されたとき)を含
む試薬はABI PRISMTM 色素ターミネーターコアキット(PE Appl
ied Biosystems p/n 402117)からの試薬あった。d
NTP混合物は各々2mMのdATP、dCTP、dGTPおよびdTTPから
成っていた。ピロホスファターゼ(1単位)をFSとは異なるDNAポリメラー
ゼと伴に反応へ加えた。このDNAポリメラーゼはすでにピロホスファターゼを
含んでいる市販調製品である。色素ターミネーターは本明細書に記載されたもの
であった。反応の構成要素のプレ混合物は以下の表で示されているように調製さ
れた。ここですべての定量性は反応基底化毎に与えられている。 5X緩衝液 4.0μL dNTP混合物 1.0μL テンプレート:pGEM(登録商標)−3Zf(+) 0.2μg/μL 5.0μL プライマー:−21M13(順方向) 0.8pmol/μL 4.0μL AmpliTaq DNAポリメラーゼ、FS 0.5μL H2O 0.5μL 反応をPerkin−Elmer480DNA Thermal Cycle
r(PE Applied Biosystems p/n N801−100
)で適合した0.5mlチューブで組立てた。反応体積20μLであり、これは
上記反応プレ混合物の15μL、様々な量の色素標識ターミネーターおよび合計
の反応体積を20μLにするのに十分な体積の水を含む。色素ターミネーターの
1〜250pmolを、各々の反応へ加えた。30μLの鉱油をエバポレーショ
ンを妨げるため各々の反応物の上部へ加えた。反応は次のように熱的循環した(
thermocycled):25サイクルについて、30秒間96℃、15秒
間50℃および4分間60℃;続いて4℃維持サイクル。
ions p/n CS−901)に従って、Centri−Sepスピンカラ
ムでスピンカラム精製によって精製した。カラム中のゲル物質を室温で少なくと
も30分間0.8mLの脱イオン化水で水和した。このカラムを水和した後、気
泡をゲル物質中で捕集しなかったと決定し、このカラムの上方部および下方部の
端のキャップを除去し、そしてカラムを重力で流出した。次いで、このカラムを
キットで提供されている洗浄チューブへ挿入し、2分間1300xgで可変スピ
ードのマイクロ遠心分離機で遠心分離し、洗浄チューブから除去し、そして試料
収集チューブへ挿入した。この反応混合物を注意深く油の下から除去し、ゲル物
質の上へロードした。カラムは2分間1300xgで可変スピードのマイクロ遠
心分離機で遠心分離した。次いで、溶出した試料は真空遠心分離機で乾燥した。
試薬(PE Applied Biosystems p/n 401674)
25μLで再懸濁し、ボルテックスし、2分間95℃に熱し、氷で冷やし、再び
ボルテックスし、そして遠心分離した(13,000xg)。この再懸濁した試
料10μLをPE ABI PRISMTM310 Genetic Analy
zer(PE Applied Biosystems p/n310−00−
100/120)で適用されたサンプル瓶(PE Applied Biosy
stems p/n 401957)へアリコートした。310 Geneti
c Analyzerでの電気泳動をDNA配列決定分析に特別に適合した網目
(sieving)ポリマーとキャピラリー(PE Applied Bios
ystems p/n 402837(ポリマー)およびp/n402840(
キャピラリー))で実施した。各々の場合において、網目ポリマーは核酸変性物
を含んでいた。試料を2.5kV30秒間キャピラリーの上へ動電気的に注入し
、50℃で保持したキャピラリーの外側の壁で10〜12.2kV2時間泳動さ
せた。
ラム、Stat Toolで評価し、平均ピークの高さおよび平均ピークの高さ
の標準偏差を決定した。相対誤差は平均ピークの高さの標準偏差を平均ピークの
高さで割った比で計算した。この値はピークの相対的な均等性の尺度である。ピ
ークが均等になればなるほど相対誤差は低くなる。
異なった結合を有する3つのターミネーターを使用した;この3つのターミネー
ターは2つの従来の結合と本発明による1つの結合である。3つの結合の構造は
以下;
であった。さらに、本発明者らはAmpliTaq FSとさらにR660S変
異体を含む変異ポリメラーゼを使用した。これらのデータはこれらの堅いリンカ
ーに対する最良のピーク均等性について変異酵素を使用するのが好ましいことお
よび変異酵素と堅いリンカーを組み合わせるとそれ以外で達成することができる
よりもさらによいピーク均等性を得るという結果になることを示している。 (EOリンカーを用いたAmpliTaq FS:0.342対PH−EOリン
カーを用いたR660S:0.224)。
に示されるように、すべての出版物と特許出願は本明細書中で同じ程度まで参考
として援用されている。
学の分野における当業者は明かに多くの改変がこれらの教示から離れることなし
に好ましい実施形態において可能であると理解する。すべてのそのような改変は
先の特許請求の範囲に含まれることを意図する。
Claims (45)
- 【請求項1】 以下の構造: NUC−L−S−LB/LG を有するヌクレオシド/ヌクレオチド化合物であって、ここで: NUCは、核酸塩基部分Bを有するヌクレオシド/ヌクレオチドであり; Lは、堅い結合であり; Sは、スペーサーであり; LB/LGは、結合対または標識のメンバーであり;ここで、 NUCは、Bを介してLに付加され、その結果、Bがプリンである場合、Lは
プリンの8位に付加され、Bが7−デアザプリンである場合、Lは7−デアザプ
リンの7位に付加され、そしてBがピリミジンである場合、Lはピリミジンの5
位に付加され;そして Lは、以下の構造: 【化1】 を有し、ここで、 n、oおよびpの各々が0〜3の範囲の整数であり、そしてn、oおよびpの
合計が少なくとも2であり;そして W、X、YおよびZの各々は、−CHおよびNからなる群から選択され、そし
てその置換形態を含む、 ヌクレオシド/ヌクレオチド化合物。 - 【請求項2】 請求項1に記載の化合物であって、ここで、NUCが、2’
−デオキシリボヌクレオチド、3’−デオキシリボヌクレオチド、2’,3’−
ジデオキシリボヌクレオチド、2’,3’−ジデオキシ−3’−フルオロ−リボ
ヌクレオチド、2’,3’−ジデオキシ−2’−フルオロ−リボヌクレオチド、
2’,3’−ジデオキシ−3’−アジド−リボヌクレオチド、2’,3’−ジデ
オキシ−2’−アジド−リボヌクレオチド、2’,3’−ジデオキシ−2’−ア
ミノ−リボヌクレオチド、2’,3’−ジデオキシ−3’−アミノ−リボヌクレ
オチド、2’,3’−ジデオキシ−2’,3’−ジデヒドロリボヌクレオチド、
およびリボヌクレオチド由来の置換ラジカルからなる群から選択される、化合物
。 - 【請求項3】 請求項2に記載の化合物であって、NUCが、2’,3’−
ジデオキシリボヌクレオチドおよび2’,3’−ジデオキシ−3’−フルオロ−
リボヌクレオチド由来の置換ラジカルからなる群から選択される、化合物。 - 【請求項4】 WおよびXの1つが、−CHであり、ZおよびYの1つが、
−CHであり、そしてその置換形態を含む、請求項1に記載の化合物。 - 【請求項5】 nが1または2である、請求項1に記載の化合物。
- 【請求項6】 oが1または2である、請求項1に記載の化合物。
- 【請求項7】 pが0または1である、請求項1に記載の化合物。
- 【請求項8】 nが1または2であり、oが1または2であり、そしてpが
0または1である、請求項1に記載の化合物。 - 【請求項9】 Sが以下の構造: 【化2】 を有し、ここで、nが1〜8の範囲である、請求項1に記載の化合物。
- 【請求項10】 nが1または2である、請求項9に記載の化合物。
- 【請求項11】 LB/LGが結合対のメンバーである、請求項1に記載の
化合物。 - 【請求項12】 前記結合対のメンバーがアミンである、請求項11に記載
の化合物。 - 【請求項13】 前記アミンが1級アミンである、請求項12に記載の化合
物。 - 【請求項14】 LB/LGが標識である、請求項1に記載の化合物。
- 【請求項15】 前記標識がキサンテン型色素である、請求項14に記載の
化合物。 - 【請求項16】 前記キサンテン型色素がローダミンまたはフルオレセイン
色素である、請求項15に記載の化合物。 - 【請求項17】 −L−が以下の構造: 【化3】 を有する、請求項1に記載の化合物。
- 【請求項18】 −L−が以下の構造: 【化4】 を有する、請求項1に記載の化合物。
- 【請求項19】 −L−が以下の構造: 【化5】 を有する、請求項1に記載の化合物。
- 【請求項20】 −L−が以下の構造: 【化6】 を有する、請求項1に記載の化合物。
- 【請求項21】 −L−が以下の構造: 【化7】 を有する、請求項1に記載の化合物。
- 【請求項22】 −L−が以下の構造: 【化8】 を有する、請求項1に記載の化合物。
- 【請求項23】 以下の構造: NUC−L−S−LB/LG を有するヌクレオチド化合物を含むポリヌクレオチドであって、ここで: NUCは、核酸塩基部分Bを有するヌクレオチドであり; Lは、堅い結合であり; Sは、スペーサーであり;そして LB/LGは、結合対または標識のメンバーであり;ここで、 NUCは、Bを介してLに付加され、その結果、Bがプリンである場合、Lは
プリンの8位に付加され、Bが7−デアザプリンである場合、Lは7−デアザプ
リンの7位に付加され、そしてBがピリミジンである場合、Lはピリミジンの5
位に付加され;そして Lは、以下の構造: 【化9】 を有し、ここで、 n、oおよびpの各々が0〜3の範囲の整数であり、そしてn、oおよびpの
合計が少なくとも2であり;そして W、X、YおよびZの各々は、−CHおよびNからなる群から選択され、そし
てその置換形態を含む、ポリヌクレオチド。 - 【請求項24】 請求項23に記載の化合物であって、ここで、NUCが、
2’−デオキシリボヌクレオチド、3’−デオキシリボヌクレオチド、2’,3
’−ジデオキシリボヌクレオチド、2’,3’−ジデオキシ−3’−フルオロ−
リボヌクレオチド、2’,3’−ジデオキシ−2’−フルオロ−リボヌクレオチ
ド、2’,3’−ジデオキシ−3’−アジド−リボヌクレオチド、2’,3’−
ジデオキシ−2’−アジド−リボヌクレオチド、2’,3’−ジデオキシ−2’
−アミノ−リボヌクレオチド、2’,3’−ジデオキシ−3’−アミノ−リボヌ
クレオチド、2’,3’−ジデオキシ−2’,3’−ジデヒドロリボヌクレオチ
ド、およびリボヌクレオチド由来の置換ラジカルからなる群から選択される、化
合物。 - 【請求項25】 請求項23に記載の化合物であって、NUCが、2’,3
’−ジデオキシリボヌクレオチドおよび2’,3’−ジデオキシ−3’−フルオ
ロ−リボヌクレオチド由来の置換ラジカルからなる群から選択される、化合物。 - 【請求項26】 WおよびXの1つが、−CHであり、ZおよびYの1つが
、−CHであり、そしてその置換形態を含む、請求項23に記載の化合物。 - 【請求項27】 nが1または2である、請求項23に記載の化合物。
- 【請求項28】 oが1または2である、請求項23に記載の化合物。
- 【請求項29】 pが0または1である、請求項23に記載の化合物。
- 【請求項30】 nが1または2であり、oが1または2であり、そしてp
が0または1である、請求項23に記載の化合物。 - 【請求項31】 Sが以下の構造: 【化10】 を有し、ここで、nが1〜8の範囲である、請求項23に記載の化合物。
- 【請求項32】 nが1または2である、請求項31に記載の化合物。
- 【請求項33】 LB/LGが結合対のメンバーである、請求項23に記載
の化合物。 - 【請求項34】 前記結合対のメンバーがアミノである、請求項33に記載
の化合物。 - 【請求項35】 前記アミノが1級アミンである、請求項34に記載の化合
物。 - 【請求項36】 LB/LGが標識である、請求項23に記載の化合物。
- 【請求項37】 前記標識がキサンテン型色素である、請求項36に記載の
化合物。 - 【請求項38】 前記キサンテン型色素がローダミンまたはフルオレセイン
色素である、請求項37に記載の化合物。 - 【請求項39】 プライマー伸長反応を実施するための方法であって、該方
法は、以下の工程: テンプレート核酸を提供する工程; プライマーテンプレートハイブリッドを形成するために、該テンプレート核酸
の部分にオリゴヌクレオチドプライマーをアニーリングする工程;および プライマーを伸長するために、該プライマーテンプレートハイブリッドにプラ
イマー伸長試薬を添加する工程であって、該プライマー伸長試薬は、以下の構造
: NUC−L−S−LB/LG を有するヌクレオチド化合物を含み、ここで: NUCは、核酸塩基部分Bを有するヌクレオシド/ヌクレオチドであり; Lは、堅い結合であり; Sは、スペーサーであり;そして LB/LGは、結合対または標識のメンバーであり;ここで、 NUCは、Bを介してLに付加され、その結果、Bがプリンである場合、Lは
プリンの8位に付加され、Bが7−デアザプリンである場合、Lは7−デアザプ
リンの7位に付加され、そしてBがピリミジンである場合、Lはピリミジンの5
位に付加され;そして Lは、以下の構造: 【化11】 を有し、ここで、 n、oおよびpの各々が0〜3の範囲の整数であり、そしてn、oおよびpの
合計が少なくとも2であり;そして W、X、YおよびZの各々は、−CHおよびNからなる群から選択され、そし
てその置換形態を含有する工程を含む、方法。 - 【請求項40】 前記プライマー伸長試薬が熱安定性のDNAポリメラーゼ
を含有する、請求項39に記載の方法。 - 【請求項41】 前記熱安定性ポリメラーゼがTaqポリメラーゼである、
請求項40に記載の方法。 - 【請求項42】 前記Taqポリメラーゼが、F667位に変異を有する変
異Taqポリメラーゼである、請求項41に記載の方法。 - 【請求項43】 前記変異がF667Yである、請求項42に記載の方法。
- 【請求項44】 前記Taqポリメラーゼが、R660位に変異を有する変
異Taqポリメラーゼである、請求項41の方法。 - 【請求項45】 前記変異が、R660C、R660DおよびR660Sか
らなる群から選択される、請求項44に記載の方法。
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