JP2002538229A - Dnaチップの製造における固定化ヌクレオシド誘導体の光分解脱保護方法 - Google Patents
Dnaチップの製造における固定化ヌクレオシド誘導体の光分解脱保護方法Info
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Abstract
Description
体に固定化されたヌクレオシド誘導体の特定の光分解脱保護方法に関する。
よび診断用途に使用されるDNAチップは、通常、フォトリソグラフ技術によっ
て製造される。これらの技術において、ヌクレオシド誘導体は、その光反応性保
護基により適当な基体上に固定化される。次いで、光分解により特定の脱保護を
行う。合成後の有効な精製法の欠如に起因して、保護基の化学組成に関して非常
に高い要件が求められる。
第1の方法では、DNAチップはフロー室内で適当な溶媒または溶媒混合物を介
して露光される(ジー・エッチ・マックガール(G.H.McGall)、エー
・ディー・バローン(A.D.Barone)エム・ディグルマン(M.Dig
glemann)、エス・ピー・エー・フォドール(S.P.A.Fodor)
、イー・ジェンターレン(E.Gentalen)、エヌ・ヌゴー(N.Ngo
)著「J.Am.Chem.Soc.」、1997年、119巻、5081−5
090頁参照)。この方法では、固定化ヌクレオチド誘導体を有する基体、例え
ば、ガラス基体を、フロー室内に取付ける。照射中に、好適な溶媒混合物をポン
プによりフロー室を通じて流通させることによって基体の合成側を湿潤させ、固
定化成長DNA鎖を疑似的溶解形態で存在させる。それ故、いずれの場合も、光
制御脱保護操作において、溶媒または溶媒混合物が確実に関与している。その構
造に起因して、チップ面は基体(例えば、ガラス基体)を通じて「不正側」、即
ち裏側から露光される。
な光学的分解が生じる。更に、基体の加熱または基体面の不十分な湿潤によって
熱反応または二次光分解反応が生じる可能性がある。被分離基としての光反応性
保護基が疑似的に光路の他端に位置する場合、その前方に存在するオリゴヌクレ
オチド鎖が光フィルターとして作用する可能性があり、その結果、一方で二次光
分解反応の危険性が生じ、他方で露光時間が長くなる傾向がある。
ップは、溶媒の使用なしに、「正当側」、即ち表面側から露光される(エム・シ
ー・ピルング(M.C.Pirrung)、エル・ファロン(L.Fallon
)、ジー・マックガール(G.McGall)著「J.Org.Chem.」、
1998年、63巻、241−246頁参照)。経験則によるこの方法の特有の
欠点は、合成されたオリゴヌクレオチドの品質が劣るということである。これは
、ヌクレオチド誘導体の緩慢かつ不完全な脱保護と共に、二次的熱または光分解
反応に起因すると考えられる。
な脱保護を可能とする、基体上に固定化されたヌクレオチド誘導体、特にDNA
チップ製造において通常使用される保護基の特定の光分解脱保護方法を提供する
ことを課題とする。
物および/または極性非プロトン性溶媒中にポリマー化合物を分散させたゲル又
は粘性液の層を、脱保護すべきヌクレオチド誘導体を有する基体上に塗布するこ
とにより解決される。
有する合成ヌクレオチド又はヌクレオチド配列が得られることが見出された。
体の特定の光分解脱保護を意味する。それ故、完全な脱保護に加え、例えば、マ
スクを介して光反応性保護基の一部のみを分離することも本発明の範囲に含まれ
る。
極性非プロトン性溶媒中に1種以上のポリマー化合物を分散してなるゲル又は粘
性液の層を、基体表面、即ち、ヌクレオシド、ヌクレオチド又はオリゴヌクレオ
チドから成るの固定化ヌクレオシド誘導体を有する基体に、好ましくは表面側か
ら、当該ヌクレオチド誘導体の露光開始前に塗布する。上記ゲル層または粘性液
層の厚さは、それぞれ、広範囲に変化させることができるが、最適な光学的分解
のためには、好ましくは0.1μm〜5mm、より好ましくは10μm〜5mm
の範囲である。
〜40重量%、より好ましくは1〜20重量%の割合で含有される。好ましい実
施形態では、かかるポリマーは15〜90℃、特に30〜50℃のゾル/ゲル転
移温度を有するゲルの製造に使用される。これらゲルの長所は、室温において疑
似固体状を呈し、僅かに加熱することによって液状に変化するので、光分解脱保
護後に相当するゲルを基体から非常に容易に分離することが可能である。
ましくは100〜1,000g/cm2の範囲である。上記ゲル濃度は、通常、
当業者に公知の圧縮試験により測定される。ゼラチンを使用する場合、ゲル濃度
はブルーム(Bloom)法によって決定することができる。この場合、ゲル濃
度は特定の円筒形ピストンによって(10℃の温度で17時間後に得られる)6
.67%ゼラチンゲルの表面を押圧した際、4mm深さの凹部を形成するのに要
する力(g)に相当する。詳しくは、この方法により求められたゲル濃度は、本
発明の方法においてゼラチンゲルに対し5〜300gの値に相当する。
、5〜40,000mPa・s、好ましくは50〜15,000Pa・sの動的
粘度を示す。ポリマー化合物の種類は特に限定されず、水または各溶媒の存在下
に所望のゲル又は粘性液が得られる限り如何なるポリマー化合物を使用してもよ
い。本発明の方法のおいて、かかるポリマー化合物として多くの合成または天然
ポリマーを使用することができる。合成ポリマーとしては、ポリビニルアルコー
ル(PVA)、ポリビニルアセタール、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリ
ドン(PVP)、ポリビニルアセテート、ポリエチレンイミン、ノボラック樹脂
(フェノール及びホルムアルデヒドの重縮合生成物)が、特に好ましい。また、
天然ポリマーとしては、ゼラチン、アガロース、寒天、ペクチン、ガラクトマン
ナン類、カラギーナン類、スクレログルカン類、キサンタン類及びアルギナート
類が好ましく使用される。
プロトン性溶媒が、ゲル又は粘性液用溶媒として使用される。前記アルコールと
しては、直鎖状または分岐状のいずれでもよく、水との混合物の形で使用される
。水に対する前記アルコールの重量比は、90/10〜10/90の範囲である
。前記アルコールは、1つ以上のOH基を含んでいてもよく、特に、メタノール
、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−メ
チル−1−プロパノール、2−ブタノール、2−メチル−2−プロパノール、エ
チレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、グ
リセリン、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタン
ジオール及び2,3−ブタンジオールから成る群より選択される。好ましい極性
非プロトン性溶媒としては、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホル
ムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMA)、アセトニトリル、N−
メチルピロリドン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレング
リコールジメチルエーテル、スルホラン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジ
ノン、1,3−ジメチルテトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン、2−メトキ
シ−1−メチルエチルアセテート又はプロピレンカーボネートが挙げられる。
ゲル又は粘性液に添加剤を添加してもよく、これによって、可及的に二次反応を
抑制した迅速な光分解を行うことができる。好適な添加剤としては、例えば、弱
塩基形状の促進剤が挙げられ、その具体例としては、イミダゾール、ピラゾール
、1−メチルイミダゾール、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデカ−
7−エン(DBU)、1,5−ジアザビシクロ[4,3,0]ノナ−5−エン(
DBN)、1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、モルホリン、N−
メチルモルホリン、ピペリジン、N−メチルピペリジン、ピペラジン、N−メチ
ルピペラジン、ジ−イソプロピルエチルアミン、トリエチルアミン、ピリジン、
キノリン、コリジン、ルチジン又はピコリンが挙げられる。更に、光分解に対し
積極的な作用を有する、尿素、チオ尿素、塩酸グアニジン、グリシン、トリス(
ヒドロキシメチル)アミノメタン、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン塩
酸塩又はマンニトール等の化合物を添加することにより、特に好ましい結果が得
られることが判明した。
スチジン、イミダゾール、チオ尿素、トリス(ヒドロキシメチル)ニトロメタン
、ナトリウム酸および/またはアスコルビン酸等のレドックス緩衝剤を使用する
こともできる。
ム塩またはカリウム塩等のアルカリ塩)をゲル又は粘性液に添加して、光分解を
促進することもできる。好ましい実施形態では、更に、稠度調節剤をゲル又は粘
性液の合計重量に対し、(NaCl、KCl、CaCl2等の)アルカリ塩また
はアルカリ土類塩換算で0.001〜10重量%の量でゲル又は粘性液に添加す
ることもできる。しかしながら、本発明の範囲内で、適当な添加剤を、ポリマー
化合物に共有結合させ、その化合物を官能基の形で含有させてもよい。かかる官
能性ポリマー化合物としては、例えば、エステル化または部分エステル化ポリビ
ニルアルコールが挙げられる。
、固定化する。前記固定化は、例えば、溶媒の気化によって行うことができる。
更に、基体表面にヌクレオシド誘導体を共有結合によって固定化することもでき
る。このためには、基体にOH又NH2末端官能基を有するカップリング剤を共
有結合的に塗布する。これらの遊離官能基は、後のヌクレオシド誘導体のフォト
リソグラフ合成反応の開始点として直接作用することができる。
4−シアノ−2−ニトロフェニル)エポキシカルボニル]チミジン、5’−O−
[2−(2−クロロ−6−ニトロフェニル)エポキシカルボニル]チミジン、5
’−O−[2−(2−ニトロフェニル)プロポキシカルボニル]チミジン(NP
POC−T)、5’−O−[2−(2−ニトロフェニル)プロポキシチオカルボ
ニル]チミジン、5’−O−[2−(4−ブロモ−2−ニトロフェニル)プロピ
ルスルホニル]チミジン、5’−O−[2−(4−ブロモ−2−ニトロフェニル
)プロポキシカルボニル]チミジン、5’−O−[2−(4−ヨード−2−ニト
ロフェニル)プロポキシカルボニル]チミジン、5’−O−(α−メチル−2−
ニトロピペロニルオキシカルボニル)チミジン(MeNPOC−T)、5’−O
−[(8−ニトロナフト−1−イル)メトキシカルボニル]チミジン、5’−O
−[1−(3−ニトロチエニ−2−イル)エポキシカルボニル]チミジン(NT
EOC−T)、5’−O−[2−(3−ニトロチエニ−2−イル)プロポキシカ
ルボニル]チミジン(NTPOC−T)、5’−O−[7−メトキシクマリン−
4−イル)メチルオキシカルボニル]チミジン(MCMOC−T)等が挙げられ
る。
体表面の被覆は、好ましくは、スピンコーティング法によって行われる。
形態で存在するヌクレオシド誘導体の光分解を行うことができる。前記光分解は
、好ましくは二次反応を可及的に抑制するために窒素またはアルゴン等の保護ガ
ス雰囲気で行われる。
移温度を有するゲルの場合は、その除去は、適当な溶媒(DMSO、DMF、水
等)中での熱処理等のみによって達成することができる。
解の促進、二次生成物の防止、(オリゴ)ヌクレオチド鎖の好適な配向および反
応熱の吸収を可能とするという利点を有する。このように、迅速、特定かつ完全
なヌクレオシド誘導体の光反応性脱保護が促進され、その結果、所望の純度を有
する合成ヌクレオチド又はオリゴヌクレオチド配列が得られる。
1重量%(残部:水)から成る粘性溶液の使用が、本発明の方法の実施に特に好
適であることが判明した。この実施形態は、実施例1の試験No.18に記載さ
れる。
応室底部にヌクレオシド溶液を塗布した。溶媒を蒸発させると、光反応性保護形
態のヌクレオシドが反応室底部に均一に分布していた。前記ヌクレオシドは、そ
のままの”乾燥”状態および/またはポリマー化合物のゲル及び/又は粘性液で
被覆された状態の何れかで表面側から光照射された。HPLCを使用して光分解
の定量分析を行った。この方法によって、乾燥ヌクレオシドの光分解による脱保
護が、ポリマー化合物のゲル又は粘性液で被覆された場合の光照射による脱保護
より明確に劣っていることが判明した。
微小滴定板の微小反応槽の底部に光反応性ヌクレオシドの0.5mmolアセト
ニトリル溶液8μl(1mmol溶液の場合4μl)を塗布する。2〜3分後溶
媒を蒸発させる。次いで、理想的には、ポリマー化合物のゲル又は粘性液30μ
l(通常は、15〜100μl)を均一に塗布する(層厚:3〜4mm)。次に
サンプルを光照射する(光源:干渉フィルター「Lambda−max;365
nm」を備えた水銀高圧ランプ「HBO 100W」、照射時間:30分)。最
後に照射サンプルをメタノール/水、アセトニトリル/水、アセトニトリル/メ
タノール/水または同様の適当な溶媒で希釈し、HPLCクロマトグラフ中に噴
射する。
NPPOC−T)への光照射
に示す。
(MeNPOC−T)への光照射
に示す。
NPPOC−T)への光照射
に示す。
ニル]−N4−フェノキシアセチルシチジン(NPPOC−dCPAC)への光照射
に示す。
ニル]−N6−フェノキシアセチルアデノシン(NPPOC−dAPAC)への光照
射
に示す。
ニル]−N2−フェノキシアセチルグアノシン(NPPOC−dGPAC)への光照
射:
に示す。
(MeNPOC−T)への光照射:
に示す。
Claims (19)
- 【請求項1】 1種以上のポリマー化合物と、水、水/C1−C4アルコール
混合物および極性非プロトン性溶媒から成る群より選択された少なくとも1つの
成分とから成るゲル又は粘性液の層を、基体に固定化されたヌクレオシド誘導体
上に塗布する工程と;ヌクレオシド誘導体を露光して、保護基を光分解により分
離する工程とから成ることを特徴とする、基体に固定化されたヌクレオシド誘導
体の特定の光分解脱保護方法。 - 【請求項2】 ゲル又は粘性液の層厚が、0.1μm〜5mmである請求項
1に記載の方法。 - 【請求項3】 ポリマー化合物の濃度が、ゲル又は粘性液の合計重量に対し
、0.1〜40重量%、好ましくは1〜20重量%である請求項1又は2に記載
の方法。 - 【請求項4】 前記ゲルが、15〜90℃、好ましくは30〜50℃のゾル
/ゲル転移温度を示す請求項1〜3の何れかに記載の方法。 - 【請求項5】 前記ゲルが、20〜10,000g/cm2、好ましくは1
00〜1,000g/cm2の濃度を有する請求項1〜4の何れかに記載の方法
。 - 【請求項6】 前記粘性液が、各濃度において25℃の温度で測定した際、
5〜40,000mPa・s、好ましくは50〜15,000Pa・sの動的粘
度を有する請求項1〜3の何れかに記載の方法。 - 【請求項7】 前記1種以上のポリマー化合物が、ポリビニルアルコール、
ポリビニルアセタール、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリビニ
ルアセテート、ポリエチレンイミン、ノボラック樹脂、ゼラチン、アガロース、
寒天、ペクチン、ガラクトマンナン類、カラギーナン類、スクレログルカン類、
キサンタン類及びアルギナート類から成る群より選択される請求項1〜6の何れ
かに記載の方法。 - 【請求項8】 水/C1−C4アルコール混合物中のC1−C4アルコールに対
する水の重量比が、90/10〜10/90である請求項1〜7の何れかに記載
の方法。 - 【請求項9】 前記極性非プロトン性溶媒が、ジメチルスルホキシド(DM
SO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMA)、
アセトニトリル、N−メチルピロリドン、ジエチレングリコールジメチルエーテ
ル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、スルホラン、1,3−ジメチ
ル−2−イミダゾリジノン、1,3−ジメチルテトラヒドロ−2(1H)−ピリ
ミジノン、2−メトキシ−1−メチルエチルアセテート及びプロピレンカーボネ
ートから成る群より選択される請求項1〜8の何れかに記載の方法。 - 【請求項10】 前記ゲル又は粘性液が、更に、促進剤、レドックス緩衝剤
およびUV増感剤から成る群より選択された1種以上の添加剤を、0.1〜10
重量%、好ましくは1〜5重量%の量で含有する、請求項1〜9のいずれかに記
載の方法。 - 【請求項11】 前記促進剤が、イミダゾール、ピラゾール、1−メチルイ
ミダゾール、尿素、チオ尿素、塩酸グアニジン、グリシン、トリス(ヒドロキシ
メチル)アミノメタン、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン塩酸塩および
マニトールから成る群より選択される請求項10に記載の方法。 - 【請求項12】 前記レドックス緩衝剤が、ヒスチジン、ポリヒスチジン、
イミダゾール、チオ尿素、トリス(ヒドロキシメチル)ニトロメタン、ナトリウ
ム酸およびアスコルビン酸から成る群より選択される請求項10に記載の方法。 - 【請求項13】 前記UV増感剤が、安息香酸および安息香酸塩から成る群
より選択される請求項10に記載の方法。 - 【請求項14】 全ての添加剤またはその一部が前記ポリマー化合物に共有
結合している請求項10〜13の何れかに記載の方法。 - 【請求項15】 前記ゲル又は粘性液が、更に、アルカリ塩およびアルカリ
土類塩から選択された1種以上の稠度調節剤を、ゲル又は粘性液の合計重量に対
し0.001〜10重量%の量で含有する請求項1〜14の何れかに記載の方法
。 - 【請求項16】 前記ゲル又は粘性液が、基体上のヌクレオシド誘導体にス
ピンコーティング法によって塗布される請求項1〜15の何れかに記載の方法。 - 【請求項17】 前記光分解が、保護ガス雰囲気下で、好ましくは窒素また
はアルゴン雰囲気下で行われる請求項1〜16の何れかに記載の方法。 - 【請求項18】 前記露光が基体のヌクレオシド固定化側から行われる請求
項1〜17の何れかに記載の方法。 - 【請求項19】 光分解による脱保護後に、前記ゲルが加熱により液状に変
化し、前記基体から除去される請求項1〜5及び7〜18の何れかに記載の方法
。
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