JP2008220366A - Modification type pna/rna complex - Google Patents

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Takanori Kubo
貴紀 久保
Hideki Oba
英樹 大庭
Mizuo Kitamatsu
瑞生 北松
Takashi Otsuki
高史 大槻
Masahiko Shishido
昌彦 宍戸
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a complex having useful functions based on action of functional molecules and exhibiting RNA interference effect on a target gene. <P>SOLUTION: The modification type PNA/RNA complex consists of a modification peptide nucleic acid and a double-stranded RNA, and the double stranded RNA is a double stranded RNA having a sense stranded RNA composed of a base sequence which is complementary to a target sequence in a target gene and an antisense stranded RNA having a base sequence which is complementary to the sense strand and can suppress expression of the target gene, and a single-stranded DNA is bound directly or through a linker to at least either one end of the sense stranded RNA and antisense stranded RNA of the double stranded RNA. In the modification type peptide nucleic acid, a functional molecule is bound directly or through a linker to a peptide nucleic acid, and the peptide nucleic acid has a sequence hybridizable to the single-stranded DNA and the peptide nucleic acid is hybridized to the single-stranded DNA. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、標的遺伝子の発現を抑制できる2本鎖RNAと、機能性分子が結合している修飾型ペプチド核酸との複合体であって、該機能性分子の作用に基づく有用な機能を有し、且つ2本鎖RNAの作用に基づくRNA干渉効果を奏することができる修飾型PNA/RNA複合体に関する。   The present invention is a complex of a double-stranded RNA capable of suppressing the expression of a target gene and a modified peptide nucleic acid to which a functional molecule is bound, and has a useful function based on the action of the functional molecule. And a modified PNA / RNA complex capable of producing an RNA interference effect based on the action of double-stranded RNA.

近年、21塩基の短い2本鎖RNA (small interfering RNA:siRNA )を利用するRNA干渉(RNA interference:RNAi)法が注目されている。このRNAi法は、100塩基対程度の2本鎖RNAを細胞内へ導入させることにより、細胞質内でDicerの働きにより20〜25塩基対程度の2本鎖RNAへと分解され、その後複数のタンパク質とRNA/タンパク質複合体を形成し(この複合体をRICS:RNA-induced silencing complexと呼ぶ)、標的遺伝子から産出されたmRNAの相同部位と結合し強力に遺伝子発現を抑制するというものである。今日では、3’末端に2塩基のダングリングエンドをもつ21塩基長の化学的に合成した2本鎖RNAを利用する方法が主流となっている。また、27塩基対からなる2本鎖RNAが21塩基長からなるsiRNAに比べ100倍程度高いRNA干渉効果を示すことが明らかとなり、注目を浴びている。(非特許文献1参照)。   In recent years, an RNA interference (RNAi) method using a short double-stranded RNA (siRNA) of 21 bases has attracted attention. In this RNAi method, double-stranded RNA of about 100 base pairs is introduced into the cell, and it is degraded into double-stranded RNA of about 20-25 base pairs by the action of Dicer in the cytoplasm, and then multiple proteins And an RNA / protein complex (this complex is called RICS: RNA-induced silencing complex), which binds to the homologous site of mRNA produced from the target gene and strongly suppresses gene expression. Today, the mainstream method is to use a chemically synthesized double-stranded RNA having a length of 21 bases having a dangling end of 2 bases at the 3 'end. In addition, it has become clear that double-stranded RNA consisting of 27 base pairs has an RNA interference effect that is about 100 times higher than siRNA consisting of 21 bases. (Refer nonpatent literature 1).

このような合成RNAを用いて行うRNA干渉法は、サンプル調整も比較的容易であり、取り扱い操作も簡便で、しかも非常に強力な効果を示すため、ライフサイエンス分野のみならずバイオビジネス分野においても大きな注目を浴びている。   The RNA interference method using such synthetic RNA is relatively easy to prepare samples, easy to handle, and has a very powerful effect, so it can be used not only in the life science field but also in the biobusiness field. It is getting a lot of attention.

しかしながら、この優れたRNA干渉法でも、細胞内での安定性、細胞導入性、細胞内局在化、遺伝子発現抑制効果、ターゲット特異性等の点では、更なる改善が望まれている。また、RNA干渉効果を奏する2本鎖RNAにおいて、機能性分子を単に連結させたのでは、所期のRNA干渉効果が減弱されることもある。   However, even with this excellent RNA interference method, further improvements are desired in terms of intracellular stability, cell introduction property, intracellular localization, gene expression suppression effect, target specificity, and the like. In addition, in a double-stranded RNA that exhibits an RNA interference effect, the intended RNA interference effect may be attenuated by simply linking functional molecules.

一方、近年、修飾型PNAが注目されており、特に合成上簡便な機能性ペプチドを結合させたPNAが細胞導入性に優れているという報告がされている(非特許文献2参照)。しかしながら、修飾型PNAの効果とRNA干渉効果を併せ持つ分子、及びその設計方法については報告されていない。
J. Rossi et. al. Nature Biotech., 23, 222-226 (2005) N. Bendifallah et. al. Bioconjugate Chem., 17, 750-758 (2006)
On the other hand, in recent years, modified PNA has attracted attention, and in particular, it has been reported that PNA bound with a functionally simple functional peptide is excellent in cell introduction (see Non-Patent Document 2). However, a molecule having both the effect of modified PNA and the RNA interference effect, and its design method have not been reported.
J. Rossi et.al. Nature Biotech., 23, 222-226 (2005) N. Bendifallah et. Al. Bioconjugate Chem., 17, 750-758 (2006)

従来、ペプチドを初めとして様々な機能を有する分子が報告されており、このような機能性分子によって、RNA干渉に使用されるRNA分子を修飾することが有効であると考えられる。しかしながら、単に、機能性分子をリンカーを介してRNA分子に結合したのでは、機能性分子の機能が損なわれたり、RNA分子の機能が減弱化されることがあり、結果として、機能性分子及びRNA分子の双方の機能を有効に獲得することができないことがある。   Conventionally, molecules having various functions such as peptides have been reported, and it is considered effective to modify RNA molecules used for RNA interference with such functional molecules. However, simply linking a functional molecule to an RNA molecule via a linker may impair the function of the functional molecule or attenuate the function of the RNA molecule. It may not be possible to effectively acquire both functions of the RNA molecule.

そこで、本発明は、機能性分子の作用に基づく有用機能を備え、且つ標的遺伝子に対してRNA干渉効果を奏することができる複合体を提供することを主な目的とする。   Therefore, the main object of the present invention is to provide a complex that has a useful function based on the action of a functional molecule and that can exert an RNA interference effect on a target gene.

本発明者等は、前記課題を解決するため鋭意研究を重ねたところ、修飾型ペプチド核酸と2本鎖RNAの複合体において、下記の(i)〜(iv)を充足させることにより、RNA干渉効果を有効に保持したまま、結合されている機能性分子の作用に基づく有用作用を発揮できることを見出した。
(i)前記2本鎖RNAが、標的遺伝子中の標的配列に相補的な塩基配列からなるセンス鎖RNA、及び該センス鎖に相補的な塩基配列を有するアンチセンス鎖RNAを有し、且つ前記標的遺伝子の発現を抑制できる2本鎖RNAである。
(ii)前記2本鎖RNAには、前記センス鎖RNA及びアンチセンス鎖RNAの少なくとも一方の末端に、直接又はリンカーを介して、1本鎖DNAが結合している。
(iii)前記修飾型ペプチド核酸は、機能性分子が直接又はリンカーを介して、ペプチド核酸に結合している。
(iv)前記ペプチド核酸は、前記1本鎖DNAにハイブリダイズ可能な配列を有し、前記1本鎖DNAとハイブリダイズしている。
The inventors of the present invention have made extensive studies in order to solve the above-mentioned problems. As a result, RNA interference can be achieved by satisfying the following (i) to (iv) in a complex of a modified peptide nucleic acid and a double-stranded RNA. It has been found that useful effects can be exhibited based on the action of the bound functional molecule while the effect is effectively retained.
(i) the double-stranded RNA has a sense strand RNA having a base sequence complementary to a target sequence in a target gene, and an antisense strand RNA having a base sequence complementary to the sense strand, and It is a double-stranded RNA that can suppress the expression of the target gene.
(ii) Single-stranded DNA is bound to the double-stranded RNA directly or via a linker at least one end of the sense strand RNA and the antisense strand RNA.
(iii) In the modified peptide nucleic acid, the functional molecule is bound to the peptide nucleic acid directly or via a linker.
(iv) The peptide nucleic acid has a sequence capable of hybridizing to the single-stranded DNA and is hybridized to the single-stranded DNA.

本発明は、かかる知見に基づいて、更に改良を重ねることにより完成したものである。   The present invention has been completed by making further improvements based on such findings.

即ち、本発明は、下記に掲げる修飾型PNA/RNA複合体及びその製造方法を提供する。
項1. 修飾型ペプチド核酸と2本鎖RNAの複合体であって、
前記2本鎖RNAが、標的遺伝子中の標的配列に相補的な塩基配列からなるセンス鎖RNA、及び該センス鎖に相補的な塩基配列を有するアンチセンス鎖RNAを有し、且つ前記標的遺伝子の発現を抑制できる2本鎖RNAであり、
前記2本鎖RNAには、前記センス鎖RNA及びアンチセンス鎖RNAの少なくとも一方の末端に、直接又はリンカーを介して、1本鎖DNAが結合しており、
前記修飾型ペプチド核酸は、1又は2以上の機能性分子が直接又はリンカーを介して、ペプチド核酸に結合しているものであり、
前記ペプチド核酸は、前記1本鎖DNAにハイブリダイズ可能な配列を有し、前記1本鎖DNAとハイブリダイズしている、
ことを特徴とする、修飾型PNA/RNA複合体。
項2. 前記センス鎖RNAが19〜30個のリボヌクレオチドで構成され、且つ前記アンチセンス鎖RNAが前記センス鎖と同数のリボヌクレオチドで構成されている、項1に記載の修飾型PNA/RNA複合体。
項3. 前記センス鎖RNAが27個のリボヌクレオチドで構成され、且つ前記アンチセンス鎖RNAが、前記センス鎖RNAと完全相補的な27個のリボヌクレオチドで構成されている、項1又は2に記載の修飾型PNA/RNA複合体。
項4. 前記1本鎖DNAが、5〜20個のデオキシヌクレオチドで構成されている、項1乃至3のいずれかに記載の修飾型PNA/RNA複合体。
項5. 前記2本鎖RNAに対する前記1本鎖DNAの結合本数が1であり、且つ前記1本鎖DNAが前記センス鎖の5’末端に結合している、項1乃至4のいずれかに記載の修飾型PNA/RNA複合体。
項6. 前記修飾型ペプチド核酸が、5〜20個の塩基を含むものである、項1乃至5のいずれかに記載の修飾型PNA/RNA複合体。
項7. 前記機能性分子がペプチドである、項1乃至6のいずれかに記載の修飾型PNA/RNA複合体。
項8. 前記機能性分子が炭素数6〜50の脂肪酸である、項1乃至6のいずれかに記載の修飾型PNA/RNA複合体。
項9. 前記脂肪酸が、ラウリン酸、ステアリン酸、ミスチリン酸、又はパルミチン酸である、項8に記載の脂質修飾PNA/RNA複合体。
項10. 前記機能性分子が、炭素数6〜50飽和又は不飽和の炭化水素である、項1乃至6のいずれかに記載の修飾型PNA/RNA複合体。
項11. 前記修飾型ペプチド核酸が、炭素数6〜50の脂肪酸及びペプチドが直接又はリンカーを介してペプチド核酸に結合しているものである、項1乃至6のいずれかに記載の修飾型PNA/RNA複合体。
項12. 項1乃至11のいずれかに記載の修飾型PNA/RNA複合体の製造方法であって、
標的遺伝子中の標的配列に相補的な塩基配列からなるセンス鎖RNA、及び該センス鎖に相補的な塩基配列を有するアンチセンス鎖RNAを有し、且つ前記標的遺伝子の発現を抑制できる2本鎖RNAであり、前記センス鎖及びアンチセンス鎖の少なくとも一方の末端に、直接又はリンカーを介して1本鎖DNAが結合している、DNA結合2本鎖RNAと、
機能性分子が直接又はリンカーを介して、前記1本鎖DNAにハイブリダイズ可能な配列を有するペプチド核酸に結合している、修飾型ペプチド核酸とを、
1:1.5〜1:5のモル比で混合し、前記DNA結合2本鎖RNAのDNA領域と、前記修飾型ペプチド核酸のペプチド核酸領域をハイブリダイズさせることを特徴とする、
修飾型PNA/RNA複合体の製造方法。
That is, the present invention provides the following modified PNA / RNA complexes and methods for producing the same.
Item 1. A complex of a modified peptide nucleic acid and a double-stranded RNA,
The double-stranded RNA has a sense strand RNA having a base sequence complementary to the target sequence in the target gene, and an antisense strand RNA having a base sequence complementary to the sense strand, and the target gene A double-stranded RNA that can suppress expression,
In the double-stranded RNA, single-stranded DNA is bound to at least one end of the sense strand RNA and the antisense strand RNA directly or via a linker,
The modified peptide nucleic acid is one in which one or more functional molecules are bound to the peptide nucleic acid directly or through a linker,
The peptide nucleic acid has a sequence capable of hybridizing to the single-stranded DNA and is hybridized to the single-stranded DNA.
A modified PNA / RNA complex characterized in that
Item 2. Item 2. The modified PNA / RNA complex according to Item 1, wherein the sense strand RNA is composed of 19 to 30 ribonucleotides, and the antisense strand RNA is composed of the same number of ribonucleotides as the sense strand.
Item 3. Item 3. The modification according to Item 1 or 2, wherein the sense strand RNA is composed of 27 ribonucleotides, and the antisense strand RNA is composed of 27 ribonucleotides that are completely complementary to the sense strand RNA. Type PNA / RNA complex.
Item 4. Item 4. The modified PNA / RNA complex according to any one of Items 1 to 3, wherein the single-stranded DNA is composed of 5 to 20 deoxynucleotides.
Item 5. Item 5. The modification according to any one of Items 1 to 4, wherein the number of bonds of the single-stranded DNA to the double-stranded RNA is 1, and the single-stranded DNA is bound to the 5 ′ end of the sense strand. Type PNA / RNA complex.
Item 6. Item 6. The modified PNA / RNA complex according to any one of Items 1 to 5, wherein the modified peptide nucleic acid contains 5 to 20 bases.
Item 7. Item 7. The modified PNA / RNA complex according to any one of Items 1 to 6, wherein the functional molecule is a peptide.
Item 8. Item 7. The modified PNA / RNA complex according to any one of Items 1 to 6, wherein the functional molecule is a fatty acid having 6 to 50 carbon atoms.
Item 9. Item 9. The lipid-modified PNA / RNA complex according to Item 8, wherein the fatty acid is lauric acid, stearic acid, myristylic acid, or palmitic acid.
Item 10. Item 7. The modified PNA / RNA complex according to any one of Items 1 to 6, wherein the functional molecule is a saturated or unsaturated hydrocarbon having 6 to 50 carbon atoms.
Item 11. Item 6. The modified PNA / RNA complex according to any one of Items 1 to 6, wherein the modified peptide nucleic acid is a fatty acid having 6 to 50 carbon atoms and a peptide bound to the peptide nucleic acid directly or via a linker. body.
Item 12. Item 12. A method for producing a modified PNA / RNA complex according to any one of Items 1 to 11,
A double strand which has a sense strand RNA consisting of a base sequence complementary to the target sequence in the target gene, and an antisense strand RNA having a base sequence complementary to the sense strand, and which can suppress the expression of the target gene A DNA-bound double-stranded RNA, wherein a single-stranded DNA is bound to at least one end of the sense strand and the antisense strand, directly or via a linker;
A modified peptide nucleic acid in which a functional molecule is bound to a peptide nucleic acid having a sequence capable of hybridizing to the single-stranded DNA, directly or via a linker,
Mixing at a molar ratio of 1: 1.5 to 1: 5, and hybridizing the DNA region of the DNA-binding double-stranded RNA and the peptide nucleic acid region of the modified peptide nucleic acid,
A method for producing a modified PNA / RNA complex.

本発明の修飾型PNA/RNA複合体は、2本鎖RNAに基づくRNA干渉効果と共に機能性分子に基づく有用効果を奏することができるので、RNA干渉効果を奏する従来の2本鎖RNA分子に比して、その実用的価値が高められている。それ故、本発明の修飾型PNA/RNA複合体は、例えば、ガンやエイズ等の疾病の治療に有効な遺伝子医薬として応用できる。
更に、本発明の修飾型PNA/RNA複合体は、優れたヌクレアーゼ耐性を示し、更には安全性が高いので、医薬として有用性が高い。
The modified PNA / RNA complex of the present invention can exhibit a useful effect based on a functional molecule as well as an RNA interference effect based on a double-stranded RNA, so that it can be compared with a conventional double-stranded RNA molecule that exhibits an RNA interference effect. And its practical value is enhanced. Therefore, the modified PNA / RNA complex of the present invention can be applied as a gene drug effective for the treatment of diseases such as cancer and AIDS.
Furthermore, since the modified PNA / RNA complex of the present invention exhibits excellent nuclease resistance and is highly safe, it is highly useful as a medicine.

本発明の修飾型PNA/RNA複合体は、RNA干渉効果を担う部分として、標的遺伝子中の標的配列に相補的な塩基配列からなるセンス鎖RNA、及び該センス鎖に相補的な塩基配列を有するアンチセンス鎖RNAがハイブリダイズしており、前記標的遺伝子の発現を抑制できる2本鎖RNAを含む。   The modified PNA / RNA complex of the present invention has a sense strand RNA consisting of a base sequence complementary to the target sequence in the target gene and a base sequence complementary to the sense strand as a part responsible for the RNA interference effect The antisense strand RNA is hybridized and contains a double stranded RNA capable of suppressing the expression of the target gene.

ここで、標的遺伝子とは、RNA干渉効果によって遺伝子発現の抑制対象となる遺伝子である。本発明の修飾型ペプチド核酸/RNA複合体において、標的対象遺伝子については、特に制限されず、該修飾型ペプチド核酸/RNA複合体の用途に基づいて適宜選択することができる。   Here, the target gene is a gene whose gene expression is to be suppressed by the RNA interference effect. In the modified peptide nucleic acid / RNA complex of the present invention, the target gene is not particularly limited, and can be appropriately selected based on the use of the modified peptide nucleic acid / RNA complex.

標的遺伝子中の標的配列については、RNA干渉効果によって遺伝子発現を抑制可能な配列である限り特に制限されず、公知の方法で、具体的には、NCBIのBLASTサーチ等を用いて適宜決定することができる。例えば、標的遺伝子のコード領域(ORF)の開始コドンから50〜100塩基下流のエキソン部分にある塩基"AA"に続く19〜30塩基からなる領域であって、GC含有量が50%前後の領域を標的配列とすればよい。このような標的配列に対する相補鎖を採用することで、優れたRNA干渉効果を獲得することが、当業界で経験的に明らかにされている。また、例えば、上記標的配列は、IDT社(Integrated DNA Technologies, INC)のマニュアル(Dicer Substrate RNAi Design)に従って設定することが出来る。また最近では、(i)アンチセンス鎖RNAの5’末端がA/Uペアであり、(ii)センス鎖RNAの5’末端がG/Cペアであり、(iii)アンチセンス鎖RNAの5’末端側に5つ程度のA/Uペアがあり、且つ(vi)2本鎖中に9つ以上のG/Cペアが無い2本鎖RNAを設計することで高いRNA干渉効果をもつ2本鎖RNAをデザインできると報告されている(Ui-Tei et. al, Nucleic Acids Res., 32, 936-948 (2004))。   The target sequence in the target gene is not particularly limited as long as it is a sequence capable of suppressing gene expression due to RNA interference effect, and is appropriately determined by a known method, specifically using NCBI BLAST search or the like. Can do. For example, a region consisting of 19 to 30 bases following the base “AA” in the exon portion 50 to 100 bases downstream from the start codon of the target gene coding region (ORF) and having a GC content of around 50% May be the target sequence. Employing such a complementary strand to the target sequence has empirically revealed in the art that an excellent RNA interference effect can be obtained. Further, for example, the target sequence can be set according to the manual (Dicer Substrate RNAi Design) of IDT (Integrated DNA Technologies, INC). Recently, (i) the 5 ′ end of the antisense strand RNA is an A / U pair, (ii) the 5 ′ end of the sense strand RNA is a G / C pair, and (iii) the antisense strand RNA 5 'It has a high RNA interference effect by designing double-stranded RNA that has about 5 A / U pairs on the end side and (vi) no more than 9 G / C pairs in the double strand 2 It has been reported that single-stranded RNA can be designed (Ui-Tei et. Al, Nucleic Acids Res., 32, 936-948 (2004)).

前記センス鎖RNAを構成するリボヌクレオチドの数としては、RNA干渉効果を発現可能である限り特に制限されないが、例えば、19〜30個、好ましくは21〜27個、更に好ましくは27個が挙げられる。   The number of ribonucleotides constituting the sense strand RNA is not particularly limited as long as an RNA interference effect can be expressed. For example, 19 to 30, preferably 21 to 27, and more preferably 27 can be mentioned. .

また、前記アンチセンス鎖RNAは、前記センス鎖RNAとハイブリダイズして二本鎖を形成可能なRNAである。即ち、当該アンチセンス鎖RNAは、前記センス鎖RNAに対して相補的なヌクレオチド配列を含むRNAである。当該アンチセンス鎖RNAは、必ずしも、前記センス鎖RNAの全長に対する相補的な配列を有していなくてもよいが、前記センス鎖RNA中の19塩基長以上の領域に対する相補的な配列を有していることが好ましい。   The antisense strand RNA is RNA that can hybridize with the sense strand RNA to form a double strand. That is, the antisense strand RNA is RNA containing a nucleotide sequence complementary to the sense strand RNA. The antisense strand RNA does not necessarily have a sequence complementary to the entire length of the sense strand RNA, but has a sequence complementary to a region of 19 bases or more in the sense strand RNA. It is preferable.

前記アンチセンス鎖を構成するリボヌクレオチドの数についても特に制限されるものではないが、例えば、19〜30個、好ましくは21〜27個、更に好ましくは27個が挙げられる。なお、前記センス鎖と前記アンチセンス鎖は、リボヌクレオチド数が相互に異なっていてもよいが、それぞれのリボヌクレオチド数が同数であることが好ましい。   The number of ribonucleotides constituting the antisense strand is not particularly limited, and examples thereof include 19 to 30, preferably 21 to 27, and more preferably 27. The sense strand and the antisense strand may differ from each other in the number of ribonucleotides, but the number of ribonucleotides is preferably the same.

また、前記センス鎖RNAと前記アンチセンス鎖は、ハイブリダイズした2本鎖の状態で、何れか一方又は双方の末端において、ダングリングエンド(オーバーハング)を有していても良い。例えば、前記センス鎖RNA及び前記アンチセンス鎖が共に21個のリボヌクレオチドから構成されている場合には、前記センス鎖RNAの5’末端及び前記アンチセンス鎖RNAの5’末端に2個のリボヌクレオチドからなるダングリングエンドが形成されていてもよい。即ち、このような2本鎖RNAの場合には、前記アンチセンス鎖RNAの3’末端側から1〜19個目のリボヌクレオチド配列は、前記センス鎖RNAの5’末端側から3〜21番目のリボヌクレオチドに相補的な配列である。   The sense strand RNA and the antisense strand may have a dangling end (overhang) at either or both ends in a hybridized double-stranded state. For example, when both the sense strand RNA and the antisense strand are composed of 21 ribonucleotides, two ribosomes are provided at the 5 ′ end of the sense strand RNA and the 5 ′ end of the antisense strand RNA. A dangling end composed of nucleotides may be formed. That is, in the case of such a double-stranded RNA, the 1st to 19th ribonucleotide sequences from the 3 ′ end of the antisense strand RNA are 3 to 21 from the 5 ′ end of the sense strand RNA. It is a sequence complementary to the ribonucleotide.

本発明の修飾型ペプチド核酸/RNA複合体において、好適な2本鎖RNAとしては、前記センス鎖RNAが27個のリボヌクレオチドで構成されており、且つ前記アンチセンス鎖RNAが前記センス鎖RNAと完全相補的な27個のリボヌクレオチドで構成されているものが挙げられる。   In the modified peptide nucleic acid / RNA complex of the present invention, as a preferable double-stranded RNA, the sense strand RNA is composed of 27 ribonucleotides, and the antisense strand RNA is combined with the sense strand RNA. Examples thereof include those composed of 27 ribonucleotides that are completely complementary.

本発明の修飾型ペプチド核酸/RNA複合体において、前記2本鎖RNAには、前記センス鎖RNA及びアンチセンス鎖RNAの4つの末端の内のいずれか少なくとも1つに、1本鎖DNAが直接又はリンカーを介して結合している。即ち、前記センス鎖RNAの5’末端、前記センス鎖の3’末端、前記アンチセンス鎖の5’末端、及び前記アンチセンス鎖の3’末端の中の少なくとも1つの末端に、1本鎖DNAが結合している。当該1本鎖DNAの結合本数については、特に限定されないが、RNA干渉効果を効率的に奏させるという観点から、好ましくは1〜3、更に好ましくは1又は2、特に好ましくは1である。   In the modified peptide nucleic acid / RNA complex of the present invention, the double-stranded RNA includes a single-stranded DNA directly on at least one of the four ends of the sense strand RNA and the antisense strand RNA. Alternatively, they are bonded via a linker. That is, a single-stranded DNA is present at at least one of the 5 ′ end of the sense strand RNA, the 3 ′ end of the sense strand, the 5 ′ end of the antisense strand, and the 3 ′ end of the antisense strand. Are joined. The number of bonds of the single-stranded DNA is not particularly limited, but is preferably 1 to 3, more preferably 1 or 2, particularly preferably 1 from the viewpoint of efficiently exhibiting an RNA interference effect.

本発明において、前記2本鎖RNAに対する前記1本鎖DNAの結合本数が1であり、且つ前記1本鎖DNAが前記センス鎖RNAの5’末端に結合しているものが好適である。このように、前記センス鎖RNAの5’末端に対してのみ前記1本鎖DNAが結合している場合には、2本鎖RNAに基づく、RNA干渉効果を顕著ならしめることができる。更に、前記センス鎖RNAの5’末端に対してのみ前記1本鎖DNAが結合しており、且つ前記2本鎖RNAの前記センス鎖と前記アンチセンス鎖の塩基数がそれぞれ27個の場合には、RNA干渉効果をより一層増強して発現させることが可能になる。   In the present invention, it is preferable that the number of binding of the single-stranded DNA to the double-stranded RNA is 1, and the single-stranded DNA is bound to the 5 'end of the sense strand RNA. Thus, when the single-stranded DNA is bound only to the 5 'end of the sense strand RNA, the RNA interference effect based on the double-stranded RNA can be made remarkable. Furthermore, when the single-stranded DNA is bound only to the 5 ′ end of the sense strand RNA, and the number of bases of the sense strand and the antisense strand of the double-stranded RNA is 27, respectively. Can be expressed with further enhanced RNA interference effect.

前記1本鎖DNAを構成するデオキシリボヌクレオチドの数としては、後述するPNAとのハイブリダイズが可能であることを限度として、特に限定されるものではないが、例えば、5〜20個、好ましくは6〜15個、更に好ましくは9〜12個が挙げられる。   The number of deoxyribonucleotides constituting the single-stranded DNA is not particularly limited as long as it can be hybridized with PNA described later, but for example 5 to 20, preferably 6 ~ 15, more preferably 9-12.

また、前記1本鎖DNAは、後述するPNAとハイブリダイズするために使用されるものであり、その塩基配列については、特に制限されず、任意に設計した配列を採用することができる。好ましくは、配列中にピリミジン塩基を60%以上含まず、且つ連続した5個以上のピリミジン塩基を含まず、特にシトシン塩基を連続して3個以上含まない1本鎖DNAである。   The single-stranded DNA is used to hybridize with PNA described later, and the base sequence is not particularly limited, and an arbitrarily designed sequence can be adopted. Preferably, it is a single-stranded DNA that does not contain 60% or more of pyrimidine bases in the sequence, does not contain 5 or more consecutive pyrimidine bases, and particularly does not contain 3 or more consecutive cytosine bases.

前記1本鎖DNAは、前記2本鎖RNAのセンス鎖RNA及び/又はアンチセンス鎖RNAの末端リボヌクレオチドに直接結合していてもよいが、リンカーを介して結合していてもよい。好ましくは、前者、即ちリンカーを介することなく直接結合しているものである。   The single-stranded DNA may be directly bound to the terminal ribonucleotide of the sense strand RNA and / or the antisense strand RNA of the double-stranded RNA, or may be bound via a linker. Preferably, the former, i.e., those directly bonded without a linker.

RNA鎖の5’末端に1本鎖DNAを直接結合させるには、具体的には、RNA鎖の5’末端のリボヌクレオチドの5’の炭素原子と、1本鎖DNAの3’末端の3’の炭素原子とエステル結合したリン酸残基とをエステル結合させればよい。また、RNA鎖の3’末端に、1本鎖DNAを直接結合させるにはRNA鎖の3’末端のリボヌクレオチドの3’の炭素原子とエステル結合したリン酸残基と、1本鎖DNAの5’末端の5’の炭素原子とをエステル結合させればよい。   In order to directly bind the single-stranded DNA to the 5 ′ end of the RNA strand, specifically, the 5 ′ carbon atom of the ribonucleotide at the 5 ′ end of the RNA strand and the 3 ′ end of the 3 ′ end of the single-stranded DNA What is necessary is just to make an ester bond between the carbon atom of 'and an ester-bonded phosphate residue. In addition, in order to directly bind single-stranded DNA to the 3 ′ end of the RNA strand, a phosphate residue ester-bonded to the 3 ′ carbon atom of the ribonucleotide at the 3 ′ end of the RNA strand and the single-stranded DNA What is necessary is just to carry out ester bond with 5 'carbon atom of 5' terminal.

また、前記1本鎖DNAと前記2本鎖RNAのセンス鎖RNA及び/又はアンチセンス鎖RNAとをリンカーを介して結合させる場合、当該リンカーとして、例えば、二官能性リンカーが挙げられる。   Further, when the single-stranded DNA and the sense strand RNA and / or antisense strand RNA of the double-stranded RNA are bound via a linker, examples of the linker include a bifunctional linker.

ここで、二官能性リンカーとしては、官能基を2つ含むリンカーであれば特に制限されないが、例えば、N-スクシニミジル=3-(2-ピリジルジチオ)プロピナート、N-4-マレイミド酪酸、S-(2-ピリジルジチオ)システアミン、ヨードアセトキシスクシンイミド、N-(4-マレイミドブチリルオキシ)スクシンイミド、N-[5-(3’-マレイミドプロピルアミド)−1−カルボキシペンチル]イミノジアセティクアシッド等を使用できる。   Here, the bifunctional linker is not particularly limited as long as it includes two functional groups. For example, N-succinimidyl = 3- (2-pyridyldithio) propinate, N-4-maleimidobutyric acid, S- (2-pyridyldithio) cysteamine, iodoacetoxysuccinimide, N- (4-maleimidobutyryloxy) succinimide, N- [5- (3′-maleimidopropylamide) -1-carboxypentyl] iminodiacetic acid, etc. Can be used.

前記のものの他に、前記二官能性リンカーとして、下記の構造のものを使用することもできる。   In addition to the above, as the bifunctional linker, one having the following structure can also be used.

Figure 2008220366
Figure 2008220366

ここで、前記一般式(L-4)〜(L-21)において、n1は、1〜40の整数、好ましくは2〜20の整数、更に好ましくは2〜12の整数を示す。   Here, in the general formulas (L-4) to (L-21), n1 represents an integer of 1 to 40, preferably an integer of 2 to 20, and more preferably an integer of 2 to 12.

また、前記一般式(L-22)〜(L-24)において、n2は、1〜20の整数、好ましくは1〜10の整数、更に好ましくは1〜6の整数を示す。   In the general formulas (L-22) to (L-24), n2 represents an integer of 1 to 20, preferably an integer of 1 to 10, and more preferably an integer of 1 to 6.

また、前記一般式(L-25)において、n3及びn4は、同一又は異なって、1〜20の整数、好ましくは1〜10の整数、更に好ましくは1〜6の整数を示す。   Moreover, in the said general formula (L-25), n3 and n4 are the same or different, and show the integer of 1-20, Preferably the integer of 1-10, More preferably, the integer of 1-6 is shown.

前記一般式(L-4)〜(L-25)に示すリンカーは、その右側又は左側のいずれに1本鎖DNAが結合していてもよい。好ましくは、左側に1本鎖DNAが結合しており、右側に前記2本鎖RNAのセンス鎖RNA及び/又はアンチセンス鎖RNAの末端が結合するように構成されているものである。   In the linkers represented by the general formulas (L-4) to (L-25), single-stranded DNA may be bound to either the right side or the left side. Preferably, single-stranded DNA is bound on the left side, and the ends of the sense strand RNA and / or antisense strand RNA of the double-stranded RNA are bound on the right side.

また、前記2本鎖RNAのセンス鎖RNA及び/又はアンチセンス鎖RNAの末端リボヌクレオチドにおけるリンカーの結合部位については、特に限定されるものではない。例えば、当該リンカーは、前記センス鎖RNA及び/又はアンチセンス鎖RNAの末端リボヌクレオチドのリン酸残基を構成する水素原子と置換されて結合していてもよく、また当該末端リボヌクレオチドの水酸基を構成する水素原子と置換されて結合していてもよい。   Moreover, the binding site of the linker in the terminal ribonucleotide of the sense strand RNA and / or antisense strand RNA of the double-stranded RNA is not particularly limited. For example, the linker may be bonded to a hydrogen atom constituting the phosphate residue of the terminal ribonucleotide of the sense strand RNA and / or antisense strand RNA, and the hydroxyl group of the terminal ribonucleotide may be bonded. It may be substituted for and bonded to a constituent hydrogen atom.

本発明の修飾型PNA/RNA複合体には、RNA干渉効果以外の所望の機能を担う部分として、機能性分子が直接又はリンカーを介して結合しているPNA(本明細書では、「修飾型PNA」と表記する)を含んでいる。   In the modified PNA / RNA complex of the present invention, a PNA (in the present specification, “modified type” in which a functional molecule is bound directly or via a linker as a portion having a desired function other than the RNA interference effect. PNA ”).

PNA(正式名:ペプチド核酸)とは、ペプチド骨格に核酸塩基をもつ分子であり、具体的には2−アミノエチルグリシンを骨格単位とし、これにメチレンカルボニル基を介して核酸塩基を結合させた構造をもった化合物である。本発明の修飾型PNA/RNA複合体において、使用される修飾型PNAの塩基配列としては、前記1本鎖DNAに対してハイブリダイズできるように設定されていればよく、例えば、前記1本鎖DNAの塩基配列に相補的な塩基配列に対して、相同性が50%以上、好ましくは80%以上、更に好ましくは100%(即ち、前記1本鎖DNAの塩基配列に相補的な塩基配列)であることが望ましい。   PNA (official name: peptide nucleic acid) is a molecule having a nucleobase in the peptide backbone, specifically 2-aminoethylglycine as a backbone unit, and a nucleobase bound to this via a methylenecarbonyl group. It is a compound with a structure. In the modified PNA / RNA complex of the present invention, the base sequence of the modified PNA to be used may be set so that it can hybridize to the single-stranded DNA. For example, the single-stranded DNA Homology is 50% or more, preferably 80% or more, more preferably 100% (that is, a base sequence complementary to the base sequence of the single-stranded DNA) with respect to a base sequence complementary to the DNA base sequence. It is desirable that

また、前記PNAを構成する塩基の数としては、前記1本鎖DNAとのハイブリダイズが可能である限り特に限定されるものではないが、例えば、5〜20個、好ましくは6〜15個、更に好ましくは9〜12個、特に好ましくは前記1本鎖DNAの塩基数と同数が挙げられる。   The number of bases constituting the PNA is not particularly limited as long as it can be hybridized with the single-stranded DNA, but for example, 5 to 20, preferably 6 to 15, More preferably, it is 9 to 12, particularly preferably the same number as the number of bases of the single-stranded DNA.

また、前記修飾型PNAに結合している機能性分子としては、本発明の修飾型PNA/RNA複合体に対して所望の機能性を付与できるものを適宜選択して使用される。このような機能性分子としては、具体的には、ペプチド、タンパク質、糖、アミノ酸、DNA、RNA、低分子有機・無機材料、コレステロール、デンドリマー、脂質、炭化水素、高分子材料等が例示される。   Moreover, as the functional molecule bound to the modified PNA, a molecule capable of imparting desired functionality to the modified PNA / RNA complex of the present invention is appropriately selected and used. Specific examples of such functional molecules include peptides, proteins, sugars, amino acids, DNA, RNA, low molecular organic / inorganic materials, cholesterol, dendrimers, lipids, hydrocarbons, polymer materials, and the like. .

前記ペプチドとしては、例えば、2〜40個、好ましくは2〜30個、更に好ましくは6〜25個のアミノ酸から構成されるペプチドが挙げられる。具体的には、細胞膜透過ペプチド[アルギニンが2〜10個連結したペプチド(特に、オクタアルギニン(R8))、ペネトラチン等]、核局在化シグナルペプチド配列(HIV-1 Tat、SV40 T抗原等)、核外移行性シグナルペプチド(HIV-1 Rev、MAPKK等)、細胞膜融合ペプチド(gp41、バイアルフュージョンペプチド等)が挙げられる。中でも、本発明において、アルギニンが2〜10個連結したペプチド、特にR8は好適に使用される。アルギニンが2〜10個連結したペプチド(特にR8)は細胞内への導入を促進する作用があり、このようなペプチドが結合したペプチド核酸を使用すれば、遺伝子導入剤の使用量を低減させて或いは遺伝子導入剤を使用することなく、修飾型ペプチド核酸/RNA複合体を細胞内に効率的に導入できるという利点が得られる。   Examples of the peptide include peptides composed of 2 to 40, preferably 2 to 30, more preferably 6 to 25 amino acids. Specifically, cell membrane permeation peptides [peptides with 2 to 10 arginine linked (particularly octaarginine (R8)), penetratin, etc.], nuclear localization signal peptide sequences (HIV-1 Tat, SV40 T antigen, etc.) , Nuclear export signal peptides (HIV-1 Rev, MAPKK, etc.), cell membrane fusion peptides (gp41, vial fusion peptides, etc.). Among them, in the present invention, a peptide having 2 to 10 arginines linked, particularly R8 is preferably used. Peptides (especially R8) in which 2 to 10 arginines are linked have the effect of promoting introduction into cells. If peptide nucleic acids to which such peptides are bound are used, the amount of gene introduction agent used can be reduced. Alternatively, there is an advantage that the modified peptide nucleic acid / RNA complex can be efficiently introduced into cells without using a gene introduction agent.

前記タンパク質としては、生体内に存在するタンパク質、薬理作用を有するタンパク質、分子認識作用を有するタンパク質等を使用でき、該タンパク質の一例として、エクスポーチン/インポーチン・タンパク質、フェブロネクチン、アビジン、抗体等を挙げることができる。   As the protein, proteins existing in vivo, proteins having a pharmacological action, proteins having a molecular recognition action, etc. can be used. Examples of the protein include exportin / importin protein, febronectin, avidin, antibody, etc. Can be mentioned.

前記糖としては、例えば、グルコース、ガラクトース、グルコサミン、ガラクトサミン等の単糖、これらを任意に組み合わせたオリゴ糖又は多糖等が挙げられる。   Examples of the sugar include monosaccharides such as glucose, galactose, glucosamine, and galactosamine, and oligosaccharides or polysaccharides obtained by arbitrarily combining these.

前記低分子有機・無機材料としては、例えば、Cy3、Cy5等の蛍光物質;ビオチン;量子ドット;金微粒子等が挙げられる。   Examples of the low-molecular organic / inorganic material include fluorescent substances such as Cy3 and Cy5; biotin; quantum dots; gold fine particles.

前記デンドリマーとしては、例えば、ポリアミドアミンデンドリマー等が挙げられる。   Examples of the dendrimer include polyamidoamine dendrimers.

上記脂質としては、例えば、炭素数6〜50の脂肪酸、DOPE(1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine)等が挙げられる。RNA干渉効果、ヌクレアーゼ耐性、及び細胞内への移行能を飛躍的に向上せしめるという観点から、好ましくは炭素数6〜50の脂肪酸、更に好ましくは、ラウリン酸、ステアリン酸、ミスチリン酸、パルミチン酸が挙げられる。   Examples of the lipid include fatty acids having 6 to 50 carbon atoms, DOPE (1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine) and the like. From the viewpoint of dramatically improving the RNA interference effect, nuclease resistance, and ability to migrate into the cell, preferably a fatty acid having 6 to 50 carbon atoms, more preferably lauric acid, stearic acid, myristylic acid, palmitic acid. Can be mentioned.

前記炭化水素としては、例えば、炭素数6〜50の飽和又は不飽和炭化水素、好ましくは炭素数6〜30の直鎖状飽和又は不飽和炭化水素、特に好ましくは炭素数12〜28の直鎖状飽和炭化水素が挙げられる。   Examples of the hydrocarbon include, for example, a saturated or unsaturated hydrocarbon having 6 to 50 carbon atoms, preferably a linear saturated or unsaturated hydrocarbon having 6 to 30 carbon atoms, and particularly preferably a linear chain having 12 to 28 carbon atoms. A saturated saturated hydrocarbon.

前記高分子材料としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリエチレンイミン等が挙げられる。   Examples of the polymer material include polyethylene glycol and polyethyleneimine.

前記機能性分子の中でも、好ましくはペプチド、脂質、及び炭化水素であり、更に好ましくは、ペプチド、炭素数6〜50の脂肪酸、及び炭素数6〜50の飽和又は不飽和炭化水素であり、特に好ましくはオクタアルギニン及びパルミチン酸である。   Among the functional molecules, preferably peptides, lipids, and hydrocarbons, more preferably peptides, fatty acids having 6 to 50 carbon atoms, and saturated or unsaturated hydrocarbons having 6 to 50 carbon atoms, particularly Preferred are octaarginine and palmitic acid.

前記修飾型PNAにおいて、PNAに結合している機能性分子の数についても特に制限されず、機能性分子は、前記PNAに対して1つのみ結合していてもよいが、同種又は異種の2以上の機能性分子が前記PNAに対して結合していてもよい。好ましい修飾型PNAとして、前記PNAに対して、1又は2個の機能性分子が結合しているものが例示される。また、RNA干渉効果、ヌクレアーゼ耐性、及び細胞内への移行能を一層向上させて修飾型PNA/RNA複合体の機能性を高めるという観点から、2個の機能性分子が結合している修飾型PNAの好適な一例として、ペプチド及び脂質が結合しているPNA、好ましくはペプチド及び炭素数6〜50の脂肪酸が結合しているPNA、更に好ましくはオクタアルギニン及びパルミチン酸が結合しているPNAが挙げられる。このようにペプチド及び脂質をPNAに結合させた修飾型PNAの場合、PNAに対するペプチド及び脂質の結合部位については、特に制限されるものではないが、脂質がPNAのC末端(ペプチド骨格のカルボキシル基側)に結合し、且つペプチドがPNAのN末端(ペプチド骨格のアミノ基側)に結合しているものが好ましい。   In the modified PNA, the number of functional molecules bound to the PNA is not particularly limited, and only one functional molecule may be bound to the PNA. The above functional molecules may be bound to the PNA. A preferable modified PNA is exemplified by one or two functional molecules bound to the PNA. In addition, from the viewpoint of further improving the functionality of the modified PNA / RNA complex by further improving the RNA interference effect, nuclease resistance, and ability to migrate into the cell, a modified form in which two functional molecules are bonded. As a suitable example of PNA, PNA to which peptide and lipid are bound, preferably PNA to which peptide and fatty acid having 6 to 50 carbon atoms are bound, more preferably PNA to which octaarginine and palmitic acid are bound. Can be mentioned. In the case of a modified PNA in which a peptide and a lipid are bound to PNA in this way, the binding site of the peptide and lipid to PNA is not particularly limited, but the lipid is the C-terminal of PNA (the carboxyl group of the peptide backbone) And the peptide is preferably bonded to the N-terminus of the PNA (the amino group side of the peptide backbone).

前記修飾型PNAにおいて、前記機能性分子は、前記PNAに直接していてもよいが、リンカーを介して結合していることが望ましい。前記機能性分子と前記PNAとを連結するリンカーとしては、前述する二官能性リンカーを好適に使用できる。なお、前記一般式(L-4)〜(L-25)に示すリンカーを使用する場合、その右側又は左側のいずれに前記機能性分子が結合していてもよいが、合成の簡便性の観点から、好ましくは、左側に前記機能性分子が結合しており、右側に前記PNAが結合するように構成されているものである。   In the modified PNA, the functional molecule may be directly attached to the PNA, but is preferably bound via a linker. As the linker for linking the functional molecule and the PNA, the above-mentioned bifunctional linker can be preferably used. When the linkers represented by the general formulas (L-4) to (L-25) are used, the functional molecule may be bonded to either the right side or the left side of the linker. Preferably, the functional molecule is bound to the left side and the PNA is bound to the right side.

また、前記修飾型PNAにおいて、前記機能性分子又はそれを連結させるリンカーの結合部位については、特に限定されるものではないが、前記機能性分子又はそれを連結させるリンカーが、前記PNAのペプチド骨格のN末端側のアミノ基を構成する水素原子、或いはC末端側のカルボキシル基を構成する水酸基と置換されて結合していることが好ましい。   In the modified PNA, the binding site of the functional molecule or a linker that links the functional molecule is not particularly limited. However, the functional molecule or the linker that links the functional molecule or the linker is not the peptide skeleton of the PNA. It is preferable that the hydrogen atom constituting the amino group on the N-terminal side or the hydroxyl group constituting the carboxyl group on the C-terminal side be substituted and bonded.

また、前記機能性分子が脂質である場合、脂質のカルボキシル基とPNAのアミド基をアミド結合により直接結合させてもよいが、合成の簡便性の観点から、リジンをリンカーとして介して脂質とPNAを結合させてもよい。例えば、リジンをリンカーとして介して脂肪酸をPNAのC末端に結合させるには、PNAのC末端のカルボキシル基とリジンのαアミノ基をアミド結合により結合させ、更にリジンのεアミノ基と脂肪酸のカルボキシル基をアミド結合により結合させればよい。また、リジンをリンカーとして介して脂肪酸をPNAのN末端に結合させるには、PNAのN末端のアミノ基とリジンのカルボキシル基をアミド結合により結合させ、更にリジンのεアミノ基と脂肪酸のカルボキシル基をアミド結合により結合させればよい。   In addition, when the functional molecule is a lipid, the carboxyl group of the lipid and the amide group of PNA may be directly bonded by an amide bond. From the viewpoint of simplicity of synthesis, the lipid and the PNA are bonded via lysine as a linker. May be combined. For example, to bind a fatty acid to the C-terminal of PNA through lysine as a linker, connect the carboxyl group at the C-terminal of PNA and the α-amino group of lysine with an amide bond, and then further link the ε-amino group of lysine with the carboxyl of fatty acid. A group may be bonded by an amide bond. In addition, in order to bind a fatty acid to the N-terminus of PNA via lysine as a linker, the amino group at the N-terminus of PNA and the carboxyl group of lysine are linked by an amide bond, and then the ε-amino group of lysine and the carboxyl group of fatty acid. May be bonded by an amide bond.

また、前記機能性分子が炭化水素である場合、例えば、末端をブロモ(Br)化した炭化水素とリジンのεアミノ基をメンシュトキン反応で反応させることにより、炭化水素がリジンのεアミノ基に2つ結合した2本鎖脂質結合型リジン誘導体を得ることが出来る。この炭化水素結合型リジン誘導体は、上記と同様にPNAの末端に導入することが出来る。   In addition, when the functional molecule is a hydrocarbon, for example, by reacting a hydrocarbon having a terminal bromo (Br) with the ε-amino group of lysine by the Menstkin reaction, the hydrocarbon is converted to the ε-amino group of lysine. Two-linked lipid-linked lysine derivatives can be obtained. This hydrocarbon-bonded lysine derivative can be introduced at the end of PNA as described above.

本発明の修飾型PNA/RNA複合体は、前記2本鎖RNAに連結している1本鎖DNAに対して、前記修飾型PNAがハイブリダイズすることによって形成されてなる複合体である。本発明の修飾型PNA/RNA複合体は、前記2本鎖RNAに連結している1本鎖DNA領域において、2つの前記修飾型PNAがハイブリダイズしてPNA/DNA/PNAの三重らせん構造をとっていてもよいが、DNA/PNAの二重らせん構造をとっているものが好ましい。   The modified PNA / RNA complex of the present invention is a complex formed by hybridizing the modified PNA to a single-stranded DNA linked to the double-stranded RNA. In the modified PNA / RNA complex of the present invention, in the single-stranded DNA region linked to the double-stranded RNA, the two modified PNAs hybridize to form a triple helical structure of PNA / DNA / PNA. Although it may be taken, it preferably has a DNA / PNA double helix structure.

本発明の修飾型PNA/RNA複合体は、公知の方法に従って調製することができる。具体的には、以下の(1)〜(3)の工程で製造する方法が例示される:(1)前記1本鎖DNAが直接又はリンカーを介して結合したDNA結合2本鎖RNAを公知の方法に従って調製する、(2)また、別途、機能性分子が直接又はリンカーを介して結合した修飾型PNAを公知の方法に従って調製する、(3)次いで、DNA結合2本鎖RNAに結合した1本鎖DNAと修飾型PNAとを公知の方法に従って相互にハイブリダイズさせる。   The modified PNA / RNA complex of the present invention can be prepared according to a known method. Specifically, the method of producing in the following steps (1) to (3) is exemplified: (1) DNA-bound double-stranded RNA in which the single-stranded DNA is bound directly or via a linker is known. (2) Separately, a modified PNA in which a functional molecule is bound directly or via a linker is prepared according to a known method. (3) Next, it is bound to DNA-bound double-stranded RNA. Single-stranded DNA and modified PNA are hybridized with each other according to a known method.

前記方法の(3)の工程において、前記DNA結合2本鎖RNAと、前記修飾型PNAとを1:1.5〜1:5、好ましくは1:1.5〜1:2のモル比で混合し、前記DNA結合2本鎖RNAのDNA領域と前記修飾型PNAのPNA領域をハイブリダイズさせることが好ましい。このようなモル比でDNAとPNAとをハイブリダイゼーション条件下に晒すことにより、両者を効率的にハイブリダイズさせることが可能になり、本発明の修飾型PNA/RNA複合体の製造効率を向上させることができる。   In the step (3) of the method, the DNA-bound double-stranded RNA and the modified PNA are mixed at a molar ratio of 1: 1.5 to 1: 5, preferably 1: 1.5 to 1: 2, It is preferable to hybridize the DNA region of the DNA-binding double-stranded RNA and the PNA region of the modified PNA. By exposing DNA and PNA to hybridization conditions at such a molar ratio, it becomes possible to efficiently hybridize the two and improve the production efficiency of the modified PNA / RNA complex of the present invention. be able to.

以下、本発明を更に詳しく説明するため実施例を挙げる。これらの実施例は、単なる例示であり、本発明を限定するものではない。
参考例1:修飾型PNAの合成
修飾型PNAはいずれも従来法であるFmocペプチド固相合成法により得られた。FmocのPNAモノマーはアプライドバイオシステムズジャパン社より購入した。Fmocのアミノ酸モノマーおよび合成に必要な溶媒と試薬類は渡辺化学工業より購入した。
Examples are given below to illustrate the present invention in more detail. These examples are illustrative only and do not limit the invention.
Reference Example 1: Synthesis of modified PNA All modified PNAs were obtained by the conventional Fmoc peptide solid-phase synthesis method. Fmoc PNA monomer was purchased from Applied Biosystems Japan. The amino acid monomer of Fmoc and the solvents and reagents necessary for synthesis were purchased from Watanabe Chemical Industry.

具体的には、機能性分子としてペプチドを有する修飾型PNAは、以下の方法に従って合成した。修飾型PNA合成用脂としてFmoc-NH-SAL-PEG-resinを用いて、まず、20%ピペリジンを含むジメチルホルムアミド(DMF)溶液で室温にて7分間撹拌した後、DMFで洗浄した。次に,目的の修飾型PNAのシークエンスを作るのに対応するアミノ酸、HATU(O-(ベンゾトリアゾル-1-イル)-N,N,N’,N’-テトラメチルウロニウムヘキサフルオロリン酸塩)、及びDIPEA(N,N-ジイソプロピルエチルアミン)をDMFに溶解させた後、樹脂に加えた。40℃にて60分間撹拌した後,DMFで洗浄した(この操作を以下「カップリング」と表記する)。続いて、5%無水酢酸及び6%ルチジンを含むDMF溶液で室温にて5分間撹拌した後、DMFで洗浄した(この操作を以下「キャッピング」と表記する)。更に、樹脂を20%ピペリジンを含むDMF溶液で室温にて7分間撹拌した後、DFMで洗浄した(この操作を以下「デプロテクション」と表記する)。樹脂表面上に目的のシークエンスの修飾型PNAになるまで、アミノ酸、PNAモノマー及びNH2-(CH2CH2O)2-CH2-COOHをそれぞれ用いて、カップリング、キャッピング、デプロテクションの操作を繰り返した。その後、目的の修飾型PNAが結合した樹脂に、TFA(トリフルオロ酢酸)/m-クレゾール(= 4/1 v/v)を加えて、室温にて90分間撹拌した。これにより樹脂から切り離された目的の修飾型PNAの粗精製物が得られた。この粗精製物を逆相HPLCにより分取精製し、最後に,目的の修飾型PNAはMALDI-TOF Massにより確認した。 Specifically, a modified PNA having a peptide as a functional molecule was synthesized according to the following method. Fmoc-NH-SAL-PEG-resin was used as a modified PNA synthesis fat. First, the mixture was stirred for 7 minutes at room temperature in a dimethylformamide (DMF) solution containing 20% piperidine, and then washed with DMF. Next, the amino acid HATU (O- (benzotriazol-1-yl) -N, N, N ', N'-tetramethyluronium hexafluorophosphoric acid corresponding to the sequence of the desired modified PNA Salt) and DIPEA (N, N-diisopropylethylamine) were dissolved in DMF and then added to the resin. The mixture was stirred at 40 ° C for 60 minutes and then washed with DMF (this operation is hereinafter referred to as “coupling”). Subsequently, the mixture was stirred for 5 minutes at room temperature in a DMF solution containing 5% acetic anhydride and 6% lutidine, and then washed with DMF (this operation is hereinafter referred to as “capping”). Further, the resin was stirred with a DMF solution containing 20% piperidine at room temperature for 7 minutes and then washed with DFM (this operation is hereinafter referred to as “deprotection”). Coupling, capping, and deprotection operations using amino acids, PNA monomers, and NH 2- (CH 2 CH 2 O) 2 --CH 2 --COOH, respectively, until the desired sequence is modified PNA on the resin surface Was repeated. Thereafter, TFA (trifluoroacetic acid) / m-cresol (= 4/1 v / v) was added to the resin to which the target modified PNA was bound, and the mixture was stirred at room temperature for 90 minutes. As a result, a target modified PNA crude product separated from the resin was obtained. This crude product was separated and purified by reverse phase HPLC, and finally the target modified PNA was confirmed by MALDI-TOF Mass.

また、機能性分子として、パルミチン酸(パルミトイル基)が結合している修飾型PNAは、以下の方法に従って合成した。先ず、リジンのεアミノ基とパルミチン酸のカルボキシル基を脱水縮合反応して、パルミトイル基を有するリジン(以下、Lys(C16)と表記する)を合成した。このLys(C16)を利用し、上記と同様の合成方法に従って、パルミチン酸が結合している修飾型PNA、並びにパルミチン酸及びペプチドが結合している修飾型PNAを合成した。   A modified PNA to which palmitic acid (palmitoyl group) is bound as a functional molecule was synthesized according to the following method. First, the ε-amino group of lysine and the carboxyl group of palmitic acid were subjected to a dehydration condensation reaction to synthesize lysine having a palmitoyl group (hereinafter referred to as Lys (C16)). Using this Lys (C16), a modified PNA to which palmitic acid was bound and a modified PNA to which palmitic acid and a peptide were bound were synthesized according to the same synthesis method as described above.

また、機能性分子として、2つの炭素数18の直鎖状飽和炭化水素(ステアリル基)が1つのPNAに結合している修飾型PNAは、以下の反応式に示す方法に従って合成した。具体的には、先ず、ステアリルブロミドとα-アミノ基がBoc基で保護されたリジンのε-アミノ基とをエタノール中で反応させステアリル基が2つリジンのε-アミノ基に結合したBoc-リジン修飾体を得た。その後、Boc基をTFAで除去し、Fmoc-OSu(ヒドロキシスクシンイミドエステル)を用いてα-アミノ基をFmoc化したステアリル修飾リジン(Fmoc-Lys(C18)2-OH)を得た。このFmoc-Lys(C18)2-OHを利用し、上記と同様の合成方法に従って、ステアリル誘導体が結合している修飾型PNA、並びにステアリル誘導体及びペプチドが結合している修飾型PNAを合成した。 Further, a modified PNA in which two straight-chain saturated hydrocarbons having 18 carbon atoms (stearyl group) are bonded to one PNA as a functional molecule was synthesized according to the method shown in the following reaction formula. Specifically, first, stearyl bromide was reacted with ε-amino group of lysine whose α-amino group was protected with Boc group in ethanol, and Boc- in which two stearyl groups were bonded to ε-amino group of lysine. A modified lysine was obtained. Thereafter, the Boc group was removed with TFA, and stearyl-modified lysine (Fmoc-Lys (C18) 2 -OH) in which the α-amino group was converted to Fmoc using Fmoc-OSu (hydroxysuccinimide ester) was obtained. Using this Fmoc-Lys (C18) 2 —OH, a modified PNA to which a stearyl derivative was bound and a modified PNA to which a stearyl derivative and a peptide were bound were synthesized according to the same synthesis method as described above.

Figure 2008220366
Figure 2008220366

合成した修飾型ペプチド核酸の構造を以下に示す。
修飾型ペプチド核酸:
R8-PNA: H−RRR RRR RR−linker(O2)−TGG TGC GAA−Gly−NH2
K8-PNA: H−KKK KKK KK−linker(O2)−TGG TGC GAA−Gly−NH2
Pen-PNA: H−RQI KIW FQN RRM KWK K−linker(O2)−TGG TGC GAA−Gly−NH2
PNA-R8: H−TGGTGC GAA−linker(O2)−RRR RRR RR−NH2
PNA-C16: H−linker(O6)-TGGTGC GAA-linker(O6)-Lys(C16)-linker(O2)-NH2
R2PNA-C16: H−RR−linker(O6)−TGGTGC GAA−linker(O6)-Lys(C16)-linker(O2)-NH2
R4PNA-C16: H−RRRR−linker(O6)−TGG TGC GAA−linker(O6)-Lys(C16)-linker(O2)-NH2
R6PNA-C16: H-RRRRR−linker(O6)−TGG TGC GAA−linker(O6)-Lys(C16)-linker(O2)-NH2
C18-PNA-1:H-Lys(C18)2-linker(O6)-CTT-linker(O2)-NH2
C18-PNA-2:H-Lys(C18)2-linker(O6)-CTTCTT-linker(O2)-NH2
C18-PNA-3:H-Lys(C18)2-linker(O6)-CTTCTT CTT-linker(O2)-NH2
C18-PNA-4:H-Lys(C18)2-linker(O6)-RR-linker(O6)-CTTCTT CTT-linker(O2)-NH2
The structure of the synthesized modified peptide nucleic acid is shown below.
Modified peptide nucleic acid:
R8-PNA: H-RRR RRR RR-linker (O2) − TGG TGC GAA −Gly−NH 2
K8-PNA: H-KKK KKK KK-linker (O2) − TGG TGC GAA −Gly-NH 2
Pen-PNA: H-RQI KIW FQN RRM KWK K-linker (O2) − TGG TGC GAA −Gly−NH 2
PNA-R8: H− TGGTGC GAA −linker (O2) −RRR RRR RR−NH 2
PNA-C16: H-linker (O6) -TGGTGC GAA -linker (O6) -Lys (C16) -linker (O2) -NH 2
R2PNA-C16: H-RR-linker (O6) -TGGTGC GAA -linker (O6) -Lys (C16) -linker (O2) -NH 2
R4PNA-C16: H-RRRR- linker (O6) - TGG TGC GAA -linker (O6) -Lys (C16) -linker (O2) -NH 2
R6PNA-C16: H-RRRRR-linker (O6) − TGG TGC GAA −linker (O6) -Lys (C16) -linker (O2) -NH 2
C18-PNA-1: H- Lys (C18) 2 -linker (O6) - CTT -linker (O2) -NH 2
C18-PNA-2: H-Lys (C18) 2 -linker (O6) -CTTCTT -linker (O2) -NH 2
C18-PNA-3: H-Lys (C18) 2 -linker (O6) -CTTCTT CTT -linker (O2) -NH 2
C18-PNA-4: H-Lys (C18) 2 -linker (O6) -RR-linker (O6) -CTTCTT CTT -linker (O2) -NH 2

R, Q, I, K, W, F, N, およびMは一文字表記法によるアミノ酸ユニットを示す。Linker(O2)の化学構造は −NH-(CH2CH2O)2-CH2-CO−、Linker(O6)の化学構造は −NH-(CH2CH2O)6-CH2-CO−である。ATG及びCはPNAのモノマーユニットを示す。PNAの核酸塩基部分がAはアデニン、Tはチミン,Gはグアニン、Cはシトシンを示す。上記修飾型ペプチド核酸において、化合物内の左端のHおよび右端のNH2はそれぞれ化合物のN末端がフリーアミンであること、C末端がアミドであることを示している。 R, Q, I, K, W, F, N, and M represent amino acid units in a single letter notation. The chemical structure of Linker (O2) is -NH- (CH 2 CH 2 O) 2 -CH 2 -CO-, and the chemical structure of Linker (O6) is -NH- (CH 2 CH 2 O) 6 -CH 2 -CO -. A , T , G, and C represent monomer units of PNA. In the nucleobase part of PNA, A is adenine, T is thymine, G is guanine, and C is cytosine. In the modified peptide nucleic acids, that the N-terminus of each leftmost H and right NH 2 in compound compound is free amines, indicating that the C-terminus is an amide.

実施例1:センス鎖の5’末端に修飾型PNAを持つRNA複合体
1.修飾型PNA−2本鎖RNAの合成と複合体形成
27塩基長及び21塩基長のRNA鎖の5’末端に9塩基長のDNA鎖をもつ36塩基長及び30塩基長のDNA-RNAキメラオリゴヌクレオチドをそれぞれ合成し、これをセンス鎖とした。上記36塩基長からなるDNA−RNAキメラオリゴ中のRNA領域に対し相補的な配列をもつ27塩基長のアンチセンスRNAを合成し、2つをアニーリングさせることにより、9塩基長の1本鎖DNA領域をもつ2本鎖オリゴヌクレオチド(DNA結合2本鎖RNA)を形成させた。また、30塩基長からなるDNA−RNAキメラオリゴヌクレオチドについては、RNA領域の3’末端に2ntのダングリングエンド(オーバーハング)を持つようデザインされた21塩基長のアンチセンスRNAを合成し、2つをアニーリングさせることによりセンス鎖、アンチセンス鎖の3’末端に2ntのダングリングエンドを持ち、且つセンス鎖の5’末端に9塩基長のDNA領域を持つ2本鎖RNA(DNA結合2本鎖RNA)を合成した。ここで使用したオリゴヌクレオチドはRenilla luciferase遺伝子と相同配列をもつアンチセンスRNAを含むものであり、細胞中においてRNA干渉反応を行うようデザインした2本鎖オリゴヌクレオチドである。合成した1本鎖RNAは、UVスペクトル検出器を用い、260nmの吸光度を測定することにより濃度を算出した。また2本鎖のアニーリングは、universal buffer(林化成株式会社)中、同モルのセンス鎖およびアンチセンス鎖オリゴヌクレオチドを混合し、92℃で2分間加熱した後、4℃まで徐々に温度を下げることで作成した。
DNA−RNAキメラオリゴヌクレオチドの配列を以下に示す。
センス鎖:
9D-27R1: 5’- ttc gca cca - CUGGCCUUUCACUACUCCUACGAGCAC -3’
9D-27R2:5’- ttc gca cca -X- CUGGCCUUUCACUACUCCUACGAGCAC -3’
9D-21R1:5’- ttc gca cca -GGC CUU UCA CUA CUC CUA CGA-3’
アンチセンス鎖:
27R: 3’-GACCGGAAAGUGAUGAGGAUGCUCGUG-5’
21R:3’-GACCGGAAAGUGAUGAGGAUG−5’
上記センス鎖の配列において、小文字はデオキシリボヌクレオチドであることを示す。また、センス鎖9D-27R2においてXは下記構造のリンカーを示す。
Example 1: RNA complex having a modified PNA at the 5 'end of the sense strand
1. Synthesis and complex formation of modified PNA-2 double stranded RNA
36- and 30-base long DNA-RNA chimeric oligonucleotides having a 9-base DNA strand at the 5 ′ end of the 27-base and 21-base RNA strands were synthesized, respectively, and used as sense strands. A 9-base long single-stranded DNA region is synthesized by synthesizing a 27-base long antisense RNA having a complementary sequence to the RNA region in the 36-base DNA-RNA chimeric oligo and annealing the two. A double-stranded oligonucleotide (DNA-binding double-stranded RNA) having For DNA-RNA chimeric oligonucleotides with a length of 30 bases, a 21-base antisense RNA designed to have a 2 nt dangling end (overhang) at the 3 'end of the RNA region was synthesized. The two strands of RNA (two DNA-bound RNAs) have a 2 nt dangling end at the 3 'end of the sense and antisense strands and a 9-base long DNA region at the 5' end of the sense strand. Strand RNA) was synthesized. The oligonucleotide used here contains an antisense RNA having a homologous sequence with the Renilla luciferase gene, and is a double-stranded oligonucleotide designed to perform an RNA interference reaction in cells. The concentration of the synthesized single-stranded RNA was calculated by measuring the absorbance at 260 nm using a UV spectrum detector. Double-stranded annealing is performed by mixing the same molar sense and antisense strand oligonucleotides in universal buffer (Hayashi Kasei Co., Ltd.), heating at 92 ° C for 2 minutes, and then gradually lowering the temperature to 4 ° C. It was created by that.
The sequence of the DNA-RNA chimeric oligonucleotide is shown below.
Sense strand:
9D-27R1: 5'- ttc gca cca-CUGGCCUUUCACUACUCCUACGAGCAC -3 '
9D-27R2: 5'-ttc gca cca -X- CUGGCCUUUCACUACUCCUACGAGCAC -3 '
9D-21R1: 5'- ttc gca cca -GGC CUU UCA CUA CUC CUA CGA-3 '
Antisense strand:
27R: 3'-GACCGGAAAGUGAUGAGGAUGCUCGUG-5 '
21R: 3'-GACCGGAAAGUGAUGAGGAUG-5 '
In the sense strand sequence, lower case letters indicate deoxyribonucleotides. In the sense strand 9D-27R2, X represents a linker having the following structure.

Figure 2008220366
Figure 2008220366

修飾型ペプチド核酸とDNA結合2本鎖RNAとの間で複合体を形成させる為に、9塩基長の1本鎖DNA領域と相同配列を持ち、N末端又はC末端にペプチドを持つPNA(修飾型PNA)を上記DNA結合2本鎖RNAに同モル量加え、アニーリングを行った。   To form a complex between a modified peptide nucleic acid and DNA-bound double-stranded RNA, a PNA (modified) that has a homologous sequence with a 9-base long single-stranded DNA region and a peptide at the N-terminus or C-terminus Type PNA) was added to the DNA-bound double-stranded RNA in the same molar amount, followed by annealing.

27塩基長の2本鎖RNAと9塩基長の1本鎖DNAを持つDNA結合2本鎖RNAをDR27A、DNAとRNAとの間をジスルフィド結合で結合させたDNA結合2本鎖RNAをDR27B、DR27Aと修飾型PNAとの間の修飾型PNA/RNA複合体をDRP27A、DR27Bと修飾型PNAとの間の修飾型PNA/RNA複合体をDRP27Bとした。また、2ntのダングリングエンド領域を持ち21塩基のRNAと9塩基のDNAから構成されたDNA結合2本鎖RNAをDR21A、このDR21Aと修飾型PNAとの間の修飾型PNA/RNA複合体をDRP21Aとした。また、使用した修飾型ペプチド核酸は、1)8量体のArg(R8)がPNAのC末端側に結合したもの、2)8量体のLys(K8)がPNAのC末端側に結合したもの、3)ペネトラチン(Pen)がPNAのC末端側に結合したもの、4)8量体のArg(R8)がPNAのN末端側に結合したものの4種類である(参考例1参照)。この修飾型PNAとDR27Aのハイブリッドを形成した修飾型PNA/RNA複合体をそれぞれDRP27A-1(DR27A + R8-PNA)、DRP27A-2(DR27A + K8-PNA)、DRP27A-3(DR27A + Pen-PNA)、DR27A-4(DRP27A + PNA-R8);修飾型PNAとDR27のハイブリッドを形成した修飾型PNA/RNA複合体をそれぞれDRP27B-1(DR27B + R8-PNA)、DRP27B-2(DR27B + K8-PNA)、DRP27B-3(DR27B + Pen-PNA)、DRP27B-4(DR27B + PNA-R8);修飾型PNAとDR21Aとハイブリッドを形成した修飾型PNA/RNA複合体をそれぞれDRP21A-1(DR21A + R8-PNA)、DRP21A-2(DR21A + K8-PNA)、DRP21A-3(DR21A + Pen-PNA)、DRP21A-4(DR21A + PNA-R8)とした。図1に複合体の構造を示す。   DR27A is a DNA-bound double-stranded RNA having 27-base long double-stranded RNA and 9-base-long single-stranded DNA, and DR27B is a DNA-bound double-stranded RNA in which DNA and RNA are bound by a disulfide bond. The modified PNA / RNA complex between DR27A and modified PNA was designated as DRP27A, and the modified PNA / RNA complex between DR27B and modified PNA was designated as DRP27B. In addition, a DNA-binding double-stranded RNA composed of 21-base RNA and 9-base DNA having a 2nt dangling end region is DR21A, and a modified PNA / RNA complex between this DR21A and the modified PNA. This was DRP21A. The modified peptide nucleic acids used were 1) octamer Arg (R8) bound to the C-terminal side of PNA 2) octamer Lys (K8) bound to the C-terminal side of PNA 3) Penetratin (Pen) bound to the C-terminal side of PNA, 4) Octamer Arg (R8) bound to the N-terminal side of PNA (see Reference Example 1). The modified PNA / RNA complexes that formed hybrids of this modified PNA and DR27A were designated as DRP27A-1 (DR27A + R8-PNA), DRP27A-2 (DR27A + K8-PNA), and DRP27A-3 (DR27A + Pen-), respectively. PNA), DR27A-4 (DRP27A + PNA-R8); the modified PNA / RNA complexes formed by hybridizing the modified PNA and DR27 were respectively DRP27B-1 (DR27B + R8-PNA) and DRP27B-2 (DR27B + K8-PNA), DRP27B-3 (DR27B + Pen-PNA), DRP27B-4 (DR27B + PNA-R8); each of the modified PNA / RNA complexes that hybridized with the modified PNA and DR21A is DRP21A-1 ( DR21A + R8-PNA), DRP21A-2 (DR21A + K8-PNA), DRP21A-3 (DR21A + Pen-PNA), and DRP21A-4 (DR21A + PNA-R8). FIG. 1 shows the structure of the composite.

合成した修飾型PNA/RNA複合体は20%ポリアクリルアミドゲルを用いて確認した。10μl(2μM)のハイブリッド溶液を20% ポリアクリルアミドゲルにアプライし、250Vで70分間サンプルを電気泳動した。その後、銀染色キット(GEヘルスケア バイオサイエンス)で産物を染色し(染色条件は製品マニュアル参照)、ChemiImager 4000(Alpha Innotech corporation)でゲル解析を行った。結果を図2に示す。図2において「A(1〜3)」はDRP27Aの各種RNA/PNA複合体、「B(1〜2)」はDRP27Bの各種RNA/PNA複合体、「C(1〜4)」はDRP21Aの各種RNA/PNA複合体について、複合体形成の結果を示している。   The synthesized modified PNA / RNA complex was confirmed using a 20% polyacrylamide gel. 10 μl (2 μM) of the hybrid solution was applied to a 20% polyacrylamide gel, and the sample was electrophoresed at 250 V for 70 minutes. Thereafter, the product was stained with a silver staining kit (GE Healthcare Bioscience) (see the product manual for staining conditions), and gel analysis was performed with ChemiImager 4000 (Alpha Innotech Corporation). The results are shown in FIG. In FIG. 2, “A (1-3)” is various RNA / PNA complexes of DRP27A, “B (1-2)” is various RNA / PNA complexes of DRP27B, and “C (1-4)” is DRP21A. The results of complex formation are shown for various RNA / PNA complexes.

図2の結果より、DR27AやDR27BとPNAのC末端側にペプチドをもつ修飾型PNA/RNA複合体であるDRP27A(-1,-2, -3)やDRP27B(-1, -2, -3)は完全な2者複合体を形成していることが明らかとなった。またDRP27A-4は、該RNAと該PNAの比が1:1では完全な複合体を形成しておらず、該RNAと該PNAの比が1:1.5及び1:2の場合において完全な複合体を形成していることが示唆された。   From the results shown in FIG. 2, DRP27A (-1, -2, -3) and DRP27B (-1, -2, -3), which are modified PNA / RNA complexes having peptides on the C-terminal side of DR27A and DR27B and PNA, ) Was found to form a complete binary complex. DRP27A-4 does not form a complete complex when the ratio of the RNA and the PNA is 1: 1, but is completely complex when the ratio of the RNA and the PNA is 1: 1.5 and 1: 2. It was suggested that the body was formed.

一方、21塩基長のRNA分子を持つDR21Aと修飾型PNAとの複合体であるDRP21A(-1,-2,-3,-4)においても3者複合体と修飾型PNAが結合していないキメラ2本鎖オリゴヌクレオチドが観測されている。これらの結果より、アンチセンス鎖の5’末端にCPP-PNAを結合させる場合、DRP27AやDRP27Bなどの比較的立体障害が少ない構造のものが適していることが示された。   On the other hand, in DRP21A (-1, -2, -3, -4), which is a complex of DR21A with 21 base RNA molecules and modified PNA, the ternary complex and modified PNA are not bound Chimeric double stranded oligonucleotides have been observed. From these results, it was shown that, when CPP-PNA is bound to the 5 'end of the antisense strand, a structure having relatively little steric hindrance such as DRP27A and DRP27B is suitable.

2.修飾型PNA/RNA複合体のDicerによるプロセシング
それぞれの修飾型PNA/RNA複合体のDicerによるプロセシングを検討した。Dicerによる切断実験は、20 mM Tris-HCl(pH 8.0), 15 mM NaCl, 2.5 mM Mg2Cl溶液中、0.5 UのリコンビナントDicer(Gene Therapy Systems社製)と最終濃度2 μMになるよう調整した3者複合体をサンプルチューブに10 μl準備し、37℃に設定したインキュベーター中、12時間インキュベートした。その後、Dicerによる切断反応を停止させる為に、2μlのDicer Stop Solution (Gene Therapy Systems社製)を反応溶液に加え、更に2μlのローデングダイを加えた。得られた産物を20%ポリアクリルアミドゲルを用い250Vで70分間サンプルを電気泳動した。その後、銀染色キット(GEヘルスケア バイオサイエンス社製)で産物を染色し(染色条件は製品マニュアル参照)、ChemiImager 4000(Alpha Innotech corporation製)でゲル解析を行った。また、コントロールとしてDicer処理していない21塩基長の2本鎖RNAからなるsiRNA (21 siRNA)を用いた。
2. Processing of modified PNA / RNA complexes by Dicer We examined the processing of each modified PNA / RNA complex by Dicer. Dicer cleavage experiment was adjusted to a final concentration of 2 μM with 0.5 U recombinant Dicer (Gene Therapy Systems) in 20 mM Tris-HCl (pH 8.0), 15 mM NaCl, 2.5 mM Mg 2 Cl solution. 10 μl of the tripartite complex was prepared in a sample tube and incubated in an incubator set at 37 ° C. for 12 hours. Thereafter, 2 μl of Dicer Stop Solution (Gene Therapy Systems) was added to the reaction solution, and 2 μl of loading dye was added to stop the cleavage reaction by Dicer. The obtained product was subjected to electrophoresis using a 20% polyacrylamide gel at 250 V for 70 minutes. Thereafter, the product was stained with a silver staining kit (manufactured by GE Healthcare Bioscience) (see the product manual for staining conditions), and gel analysis was performed with ChemiImager 4000 (manufactured by Alpha Innotech corporation). Further, as a control, siRNA (21 siRNA) composed of double-stranded RNA of 21 base length not treated with Dicer was used.

図3に結果を示す。図3において「A(1〜3)」はDRP27Aの各種RNA/PNA複合体、「B(1〜2)」はDRP27Bの各種RNA/PNA複合体、「C(1〜3)」はDRP21Aの各種RNA/PNA複合体のリコンビナントDicerによるプロセシングの結果である。   The results are shown in FIG. In FIG. 3, “A (1-3)” is various RNA / PNA complexes of DRP27A, “B (1-2)” is various RNA / PNA complexes of DRP27B, and “C (1-3)” is DRP21A. It is a result of the processing by various recombinant Dicer of various RNA / PNA complex.

その結果、RNA領域に27塩基長の2本鎖RNAを持ち、センス鎖の5’末端に1本鎖DNA領域を持つDR27Aは、リコンビナントDicer存在下において21塩基長のsiRNAと同様の位置にバンドが確認され、Dicerの切断によって2塩基のダングリングエンドを含む21塩基長のsiRNAが生成していることが強く示唆された。また、ほとんどのRNA/PNA複合体において、DR27Aと同様にリコンビナントDicerによりプロセシングを受け2塩基のダングリングエンドを含む21塩基長のsiRNAが生成していることが強く示唆された。また、DRP27A-4においては、修飾型PNAの当量数を変化させてもDicerによるプロセシングの効果に影響がないことが示唆された。また、DR27BやDRP27B(-1、-2、-3)においても、リコンビナントDicerによる21siRNAへのプロセシングが確認されている。この結果より、27塩基長のRNA領域を持つ2本鎖RNAの5’末端にDNAや修飾型ペプチド核酸を結合させても、Dicerによるプロセシングに影響しないことが明らかとなった。   As a result, DR27A, which has a 27-base long double-stranded RNA in the RNA region and a single-stranded DNA region at the 5 'end of the sense strand, is banded in the same position as the 21-base long siRNA in the presence of recombinant Dicer. It was strongly suggested that a 21-base siRNA containing a 2-base dangling end was generated by Dicer cleavage. In addition, it was strongly suggested that most RNA / PNA complexes were processed by a recombinant Dicer in the same way as DR27A, and a 21-base siRNA containing a 2-base dangling end was generated. In addition, in DRP27A-4, it was suggested that changing the number of equivalents of modified PNA does not affect the processing effect by Dicer. In addition, in DR27B and DRP27B (-1, -2, -3), processing to 21 siRNA by recombinant Dicer has been confirmed. From this result, it became clear that even when DNA or a modified peptide nucleic acid was bound to the 5 ′ end of a double-stranded RNA having a 27-base long RNA region, the processing by Dicer was not affected.

一方、2塩基のダングリングエンドと21塩基長のRNA領域を持ち、1本鎖DNA領域を保有するDR21Aや修飾型PNAとの複合体であるDRP21A(-1,-2,-3,-4)は、リコンビナントDicerで処理しても21塩基長のsiRNAと同様の産物は得られず、バンドの位置は全く変化していなかった。この結果より、21塩基長のRNA領域を持つ2本鎖及び3本鎖複合体はリコンビナントDicerに認識されていないことが明らかとなった。   On the other hand, DRP21A (-1, -2, -3, -4, which is a complex with DR21A or modified PNA, which has a dangling end of 2 bases and an RNA region of 21 bases in length and a single-stranded DNA region ), Even when treated with the recombinant Dicer, a product similar to a 21-base long siRNA was not obtained, and the position of the band was not changed at all. From this result, it was revealed that double-stranded and triple-stranded complexes having a 21-base long RNA region were not recognized by the recombinant Dicer.

3.修飾型PNA/RNA複合体の分解酵素耐性
修飾型PNA/RNA複合体のヌクレアーゼ耐性を検討した。実験は、最終濃度が2 μMになるよう調整した修飾型PNA/RNA複合体又は2本鎖DNA−RNAキメラオリゴヌクレオチド(DNA結合2本鎖RNA)を10%FBS(三光純薬株式会社)を含むRPMI-1640培地(インビトロジェン社製)中(最終量110μl)、37℃でインキュベートし、0h、0.5h、1h、2h、4h、6h、8h、12h、24h、48h後にそれぞれ10μl取り、2μlのローデングダイを含むサンプルチューブに添加した。分解反応を停止させる為、サンプル採取後すぐ液体窒素中にて凍結し、−20℃にて保存した。得られた産物を20% ポリアクリルアミドゲルを用い250Vで70分間サンプルを電気泳動した。その後、銀染色キット(GEヘルスケア バイオサイエンス社製)で産物を染色し(染色条件は製品マニュアル参照)、ChemiImager 4000(Alpha Innotech corporation製)でゲル解析を行った。比較として、一般にsiRNA法で使用されている3’末端に2塩基のダングリングエンドを持つ21塩基長のsiRNAも同様の方法で分解酵素耐性を検討した。
3. Degradation enzyme resistance of the modified PNA / RNA complex The nuclease resistance of the modified PNA / RNA complex was investigated. Experiments were conducted using modified PNA / RNA complexes or double-stranded DNA-RNA chimeric oligonucleotides (DNA-bound double-stranded RNA) adjusted to a final concentration of 2 μM with 10% FBS (Sanko Junyaku Co., Ltd.). Incubate in RPMI-1640 medium (manufactured by Invitrogen) (final amount 110 μl) at 37 ° C., take 10 μl each after 0 h, 0.5 h, 1 h, 2 h, 4 h, 6 h, 8 h, 12 h, 24 h, 48 h, 2 μl Added to the sample tube containing the loading die. In order to stop the decomposition reaction, the sample was frozen in liquid nitrogen immediately after sampling and stored at -20 ° C. The obtained product was subjected to electrophoresis using a 20% polyacrylamide gel at 250 V for 70 minutes. Thereafter, the product was stained with a silver staining kit (manufactured by GE Healthcare Bioscience) (see the product manual for staining conditions), and gel analysis was performed with ChemiImager 4000 (manufactured by Alpha Innotech corporation). As a comparison, 21-base long siRNA having a 2-base dangling end at the 3 ′ end generally used in the siRNA method was also examined for resistance to the degrading enzyme by the same method.

図4のAに21siRNA、DR27A、DRP27A-1の分解酵素耐性結果を示す。この結果より、2塩基のダングリングエンドを含む21塩基長の2本鎖RNA(21 siRNA)は10% FBSを含む培地中において速やかに分解されているのが確認された。一方、27塩基長の2本鎖RNA領域と9塩基のDNA領域を持つDR27Aや修飾型ペプチド核酸を結合させたDRP27A-1は、21siRNA比べ飛躍的に高い分解酵素耐性が確認された。特に修飾型PNAを結合させたDRP27 A-1は、血清を含む培地中で非常に高い安定性を保有していることが確認された。   FIG. 4A shows the degradation enzyme resistance results of 21siRNA, DR27A, and DRP27A-1. From this result, it was confirmed that a 21-base long double-stranded RNA (21 siRNA) containing a 2-base dangling end was rapidly degraded in a medium containing 10% FBS. On the other hand, DR27A-1, which has a 27-base long double-stranded RNA region and a 9-base DNA region, and DRP27A-1 combined with a modified peptide nucleic acid were confirmed to have significantly higher resistance to degradation enzymes than 21 siRNA. In particular, it was confirmed that DRP27 A-1 conjugated with modified PNA possesses very high stability in a medium containing serum.

また、DRP27A-4についても同様に分解酵素耐性を解析した。DRP27A-4についてはPNA-CPPの当量数を2本鎖RNAに対し、1当量、1.5当量、2当量と変化させ、それぞれの複合体形成時の10%FBSを含む培地中での安定性を評価した。図4のBにPNA濃度を変化させたときの修飾型PNA−2本鎖RNA 複合体の分解酵素耐性を示す。その結果、DRP27A-4はDRP27A-1と同様に高い分解酵素耐性を有していることが明らかとなった。また、PNAの当量数を変化させても、修飾型PNA/RNA複合体の分解酵素耐性には大きな変化は観測されなかった。   Similarly, DRP27A-4 was also analyzed for degradation enzyme resistance. For DRP27A-4, the number of equivalents of PNA-CPP is changed to 1 equivalent, 1.5 equivalents, and 2 equivalents with respect to the double-stranded RNA, and the stability in the medium containing 10% FBS at the time of each complex formation is improved. evaluated. FIG. 4B shows the degradation enzyme resistance of the modified PNA double-stranded RNA complex when the PNA concentration is changed. As a result, it was clarified that DRP27A-4 has a high resistance to degrading enzymes as DRP27A-1. In addition, even when the number of equivalents of PNA was changed, no significant change was observed in the degradation enzyme resistance of the modified PNA / RNA complex.

4.修飾型PNA/RNA複合体のRNA干渉効果(参考試験)
それぞれの修飾型PNA/RNA複合体のRNA干渉効果をウミシイタケルシフェラーゼをターゲットとして評価した。実験前に1x105cell/mlに調整したHeLa細胞(ヒト子宮頸ガン細胞、東北大学加齢医学研究所)を96wellプレート上にそれぞれ100μl撒き、37℃で一晩インキュベートした。翌日、ウェル上の古い培地を取り除き、抗生物質を含ない新しい培地をウェルにそれぞれ80 μl加え、ホタルおよびウミシイタケルシフェラーゼを発現するベクター(psiCHECKTM-2 Vector: プロメガ社製)とLipofectamineTM 2000 (商品名、インビトロジェン社製)の複合溶液を10μlずつHeLa細胞が入ったそれぞれのウェルに加えた。ここで発現ベクターは1ウェルあたり0.02μgになるように、またLipofectamineTM 2000は1ウェルあたり0.2μlになるよう設定し、OptiMem(インビトロジェン社製)で必要量を調整した。また、複合体を形成させる為に、発現ベクターとLipofectamineTM 2000をOptiMemを用いて混合した後、室温で30分間インキュベートした。上記複合溶液を加えた後、細胞を5% CO2 存在下、37℃で4時間インキュベートした。その後、ウミシイタケルシフェラーゼの遺伝配列と相同的なアンチセンス配列を含むオリゴヌクレオチド複合体を最終濃度が0.2nM又は0.5nMになるようLipofectamineTM 2000 (インビトロジェン社製)と複合体を形成させ、10μlの複合体溶液を発現ベクターを導入したHeLa細胞に加えた。ここで、1ウェルあたりの最終量は100 μlとなる。オリゴヌクレオチドとLipofectamineTM 2000の複合溶液は、1ウェルあたり5 μlのオリゴヌクレオチド水溶液と5 μlのLipofectamineTM 2000 (0.2μl) OptiMem溶液を混合し、30分間室温でインキュベートすることにより作成した。オリゴヌクレオチドを導入した後、48時間インキュベートし、Dula-GloTMLuciferase Assay System(プロメガ社製)を用いてホタルおよびウミシイタケルシフェラーゼの発現量をルミノメータ(MicroLumat LB96p: BERTHOLD社製)で測定し、ホタルルシフェラーゼの発現量をコントロールとしてウミシイタケルシフェラーゼの発現量(%)を算出した。
4). RNA interference effect of modified PNA / RNA complex (reference test)
The RNA interference effect of each modified PNA / RNA complex was evaluated using Renilla luciferase as a target. Before the experiment, HeLa cells (human cervical cancer cells, Tohoku University Institute for Aging Medicine) adjusted to 1 × 10 5 cells / ml were plated on a 96-well plate, and incubated at 37 ° C. overnight. The next day, remove the old medium on the wells, each 80 [mu] l added to fresh medium without containing an antibiotic to the well, a vector expressing firefly and Renilla luciferase (psiCHECK TM -2 Vector: manufactured by Promega) and Lipofectamine TM 2000 ( 10 μl of a complex solution (trade name, manufactured by Invitrogen) was added to each well containing HeLa cells. Here, the expression vector was set to 0.02 μg per well and Lipofectamine 2000 was set to 0.2 μl per well, and the required amount was adjusted with OptiMem (Invitrogen). In order to form a complex, the expression vector and Lipofectamine 2000 were mixed using OptiMem and then incubated at room temperature for 30 minutes. After adding the complex solution, the cells were incubated for 4 hours at 37 ° C. in the presence of 5% CO 2 . Thereafter, an oligonucleotide complex containing an antisense sequence homologous to the genetic sequence of Renilla luciferase was allowed to form a complex with Lipofectamine TM 2000 (manufactured by Invitrogen) to a final concentration of 0.2 nM or 0.5 nM, and 10 μl The complex solution was added to HeLa cells into which the expression vector was introduced. Here, the final volume per well is 100 μl. The oligonucleotide / Lipofectamine 2000 complex solution was prepared by mixing 5 μl of the oligonucleotide aqueous solution with 5 μl of Lipofectamine 2000 (0.2 μl) OptiMem solution per well and incubating at room temperature for 30 minutes. After introducing the oligonucleotide, it was incubated for 48 hours, and the expression level of firefly and Renilla luciferase was measured with a luminometer (MicroLumat LB96p: manufactured by BERTHOLD) using Dula-Glo Luciferase Assay System (manufactured by Promega). Using the luciferase expression level as a control, the Renilla luciferase expression level (%) was calculated.

図5にRNA干渉効果の結果を示す。図5において「A」にはDR27A、DRP27A-1、DRP27A-2、DRP27A-3、及びDRP27A-4の添加濃度0.5nM時のRNA干渉効果;「A-1」にはDR27A及びDRP27A-1の添加濃度0.2nM時のRNA干渉効果;「B-1」にはDR27B、DRP27B-1、DRP27B-2、及びDRP27B-3の添加濃度0.5nM時のRNA干渉効果;「B-2」にはDR27B及びDRP27B-1の添加濃度0.2nM時のRNA干渉効果;「C-1」にはDR21A、DRP21A-1、DRP21A-2、及びDRP21A-3の添加濃度0.5nM時のRNA干渉効果;並びに「C-2」にはDR21A及びDRP21A-1の添加濃度0.2nM時のRNA干渉効果を表している。また、それぞれ比較として21 siRNA及び27nt dsRNAのRNA干渉効果の結果も示している。その結果、DR27Aや修飾型PNAを結合させたDRP27A(-1,-2,-3,-4)において、若干ではあるが、21 siRNAや27nt dsRNAよりも高いRNA干渉効果を保有することが明らかとなった。また、この結果より修飾型PNAのような比較的大きな分子を結合させてもRNA干渉効果に負の影響を及ぼさないことが分かった。また、DNA領域とRNA領域の結合部位にジフルフィド結合を持つリンカーを導入したDR27BやDRP27B-1、DRP27B-2、DRP27B-3は、DR27Bにおいて21 siRNAや27nt dsRNAに比べRNA干渉効果の減少が確認されたが、CPP-PNAを複合体化させることによりRNA干渉効果の改善が観測された。   FIG. 5 shows the results of the RNA interference effect. In FIG. 5, “A” indicates the RNA interference effect when DR27A, DRP27A-1, DRP27A-2, DRP27A-3, and DRP27A-3 are added at a concentration of 0.5 nM; “A-1” indicates that DR27A and DRP27A-1 RNA interference effect at an addition concentration of 0.2 nM; “B-1” has DR27B, DRP27B-1, DRP27B-2, and DRP27B-3 at an addition concentration of 0.5 nM; “B-2” has DR27B And DRP27B-1 at an added concentration of 0.2 nM; “C-1” includes DR21A, DRP21A-1, DRP21A-2, and DRP21A-3 at an added concentration of 0.5 nM; and “C "-2" represents the RNA interference effect when DR21A and DRP21A-1 are added at a concentration of 0.2 nM. For comparison, the results of the RNA interference effect of 21 siRNA and 27 nt dsRNA are also shown. As a result, it is clear that DRP27A (-1, -2, -3, -4) conjugated with DR27A and modified PNA has a higher RNA interference effect than 21 siRNA and 27nt dsRNA. It became. Moreover, it was found from this result that even a relatively large molecule such as modified PNA was bound, the RNA interference effect was not negatively affected. In addition, DR27B, DRP27B-1, DRP27B-2, and DRP27B-3, in which a linker having a difluide bond is introduced at the binding site between the DNA region and the RNA region, have confirmed that the RNA interference effect is reduced in DR27B compared to 21 siRNA and 27nt dsRNA. However, the RNA interference effect was improved by complexing CPP-PNA.

2塩基のダングリングエンドをもつDR21AやDRP21A-1、DRP21A-2、DRP21A-3においては、21 siRNAや27nt dsRNAに比べ著しいRNA干渉効果の低下が確認された。   In DR21A, DRP21A-1, DRP21A-2, and DRP21A-3 having a dangling end of 2 bases, a significant decrease in RNA interference effect was confirmed compared to 21 siRNA and 27 nt dsRNA.

これらの結果より、修飾型PNAの機能を十分に発揮させるためには、RNA領域が27塩基長のDNA-RNAキメラオリゴヌクレオチドを利用するのが適していると考えられる。また、DRP27A-1及びDRP27B-1の場合には、0.2nMと低濃度であっても、優れたRNA干渉効果が認められたことから、2本鎖RNAを構成するセンス鎖RNAの5’末端にのみDNAが結合している修飾型PNA/RNA複合体によれば、RNA干渉効果をより一層有効に発現できることも確認された。   From these results, it is considered that it is suitable to use a DNA-RNA chimeric oligonucleotide whose RNA region has a length of 27 bases in order to fully exert the function of the modified PNA. In addition, in the case of DRP27A-1 and DRP27B-1, an excellent RNA interference effect was observed even at a low concentration of 0.2 nM. Therefore, the 5 ′ end of the sense strand RNA constituting the double-stranded RNA It was also confirmed that the modified PNA / RNA complex in which DNA is bound only to RNA can express the RNA interference effect more effectively.

また、21A(21siRNA)、27A(27nt dsRNA)、DR27A、DRP27A-1、DRP27A-4においては遺伝子導入剤(LipofectamineTM 2000)にて細胞に導入後、6時間後に培地を交換し、そのまま48時間インキュベートしたときのRNA干渉効果についても検討した(図5のD)。その結果、6時間後の洗浄を行った場合のRNA干渉効果の結果と、洗浄を行わずそのままインキュベートしたときのRNA干渉効果の結果は、相対的にほぼ同様であった。 For 21A (21 siRNA), 27A (27nt dsRNA), DR27A, DRP27A-1, and DRP27A-4, the cells were introduced into the cells with a gene transfer agent (Lipofectamine 2000), and the medium was changed 6 hours later. The RNA interference effect when incubated was also examined (D in FIG. 5). As a result, the result of the RNA interference effect when washing was performed after 6 hours and the result of the RNA interference effect when incubated without washing were relatively similar.

5.修飾型PNA/RNA複合体のRNA干渉効果の持続性
次に、修飾型PNA/RNA複合体のRNA干渉効果の持続性を検討した。RNA干渉効果の持続性を評価するために、50nMに調整した修飾型PNA/RNA複合体又はDNA結合2本鎖RNAをそれぞれ7日間、HeLa細胞(ヒト子宮頸ガン細胞、東北大学加齢医学研究所)とインキュベートし、その後のRNA干渉効果を追跡した。遺伝子発現抑制実験で用いたターゲットはウミシイタケルシフェラーゼで、測定の48時間前にホタル及びウミシイタケルシフェラーゼの遺伝子をもつベクター(psiCHECKTM-2 Vector: プロメガ社製)をLipofectamineTM 2000(インビトロジェン社製)を用い細胞へ導入させた。遺伝子発現抑制解析は、Dula-GloTMLuciferase Assay System(プロメガ社製)を用いてホタルおよびウミシイタケルシフェラーゼの発現量をルミノメータで測定し、ホタルルシフェラーゼの発現量をコントロールとしウミシイタケルシフェラーゼの発現量(%)を算出した。ここで使用した発現ベクターや修飾型PNA/RNA複合体等の導入方法は前述と同様の方法でLipofectamineTM 2000と複合体を形成させ、それぞれ10 μlのサンプルを細胞に添加した。また、細胞溶液の最終容量は100 μlになるよう調整した。
5. Persistence of RNA interference effect of modified PNA / RNA complex Next, the persistence of RNA interference effect of the modified PNA / RNA complex was examined. In order to evaluate the persistence of RNA interference effect, modified PNA / RNA complex or DNA-binding double-stranded RNA adjusted to 50 nM for 7 days, HeLa cells (human cervical cancer cells, Tohoku University aging medicine research) Where) and subsequent RNA interference effects were followed. The target used in the gene expression suppression experiment was Renilla luciferase, and a vector (psiCHECK TM -2 Vector: Promega) with firefly and Renilla luciferase genes 48 hours before measurement was Lipofectamine TM 2000 (Invitrogen) Was introduced into cells. In the gene expression suppression analysis, the expression level of firefly and Renilla luciferase was measured with a luminometer using Dula-Glo Luciferase Assay System (Promega), and the expression level of Renilla luciferase was controlled using the expression level of firefly luciferase as a control ( %) Was calculated. The expression vectors and modified PNA / RNA complexes used here were complexed with Lipofectamine 2000 in the same manner as described above, and 10 μl of each sample was added to the cells. The final volume of the cell solution was adjusted to 100 μl.

得られた結果を図6に示す。その結果、27塩基長のRNA鎖を持つキメラオリゴヌクレオチド(DR27A,DRP27A,DR27B,DRP27B)は21塩基長のsiRNAに比べ高いRNA干渉効果と持続性を保有していることが明らかとなった。また、PNA-ペプチド分子を結合させた修飾型PNA/RNA複合体は、PNA-ペプチド分子が結合していないDR27A,DR27Bに比べ、より優れたRNA干渉効果と持続性を保有していることが確認された。   The obtained result is shown in FIG. As a result, it was clarified that chimeric oligonucleotides (DR27A, DRP27A, DR27B, DRP27B) having a 27-base RNA chain possess higher RNA interference effects and persistence than 21-base siRNA. In addition, the modified PNA / RNA complex with PNA-peptide molecules bound has better RNA interference effects and persistence than DR27A and DR27B without PNA-peptide molecules bound. confirmed.

6.修飾型PNA/RNA複合体のHeLa細胞に対する細胞毒性
修飾型PNA/RNA複合体のHeLa細胞に対する細胞毒性を評価した。実験前に1x105cell/mlに調整したHeLa細胞(ヒト子宮頸ガン細胞、東北大学加齢医学研究所)を96wellプレート上にそれぞれ100μl撒き、37℃で一晩インキュベートした。翌日、ウェル上の古い培地を取り除き、抗生物質を含ない新しい培地をウェルにそれぞれ90 μl加えた。各種RNAの細胞毒性は、細胞内におけるRNAの毒性を評価する為に、LipofectamineTM 2000(インビトロジェン社製)で2本鎖RNAを積極的に細胞中へ導入させることにより評価した。PNA/RNA複合体の最終濃度が0nM, 0.2nM, 0.5nM, 1nM, 2nM, 5nM, 10nM, 20nM, 50nMになるようLipofectamineTM 2000 (インビトロジェン社製) と複合体を形成させ、10μlの複合体を上記の90 μlの培地を含むHeLa細胞へ加え、1ウェルあたりの最終量を100 μlとした。RNAとLipofectamineTM 2000の複合溶液は、1ウェルあたり5 μlのPNA/RNA複合体の水溶液と5 μlのLipofectamineTM 2000 (0.2μl) OptiMem溶液を混合し、30分間室温でインキュベートすることにより作成した。PNA/RNA複合体を導入したHeLa細胞は5% CO2 存在下、37℃で48時間インキュベートした。その後、CellTiter-Glo Luminescent Cell Viability Assay(プロメガ社製)中のCellTiter-Glo Reagent を各ウェルに50μl加え、約60min攪拌後、ルミノメータ(MicroLumat LB96p: BERTHOLD社製)で各ウェル中のLuminescence量を測定した。測定したLuminescence量は生細胞中のATPに依存するので、コントロール細胞のLuminescence量(RNAが0nM、LipofectamineTM 2000が0μlのとき。これを生存率100%とする。)と各種2本鎖を導入した細胞のLuminescence量の相対値を算出することにより、各ウェル中の生存率を算出した。(プロメガ社CellTiter-Glo Luminescent Cell Viability Assayマニュアル参照。)
今回使用したPNA/RNA複合体の最大濃度である50nMのときの細胞生存率の結果を図7に示す。その結果、全てPNA/RNA複合体において細胞毒性は十分に許容される範囲であった。
6). Cytotoxicity of modified PNA / RNA complex to HeLa cells The cytotoxicity of modified PNA / RNA complex to HeLa cells was evaluated. Before the experiment, HeLa cells (human cervical cancer cells, Tohoku University Institute for Aging Medicine) adjusted to 1 × 10 5 cells / ml were plated on a 96-well plate, and incubated at 37 ° C. overnight. The next day, the old medium on the wells was removed and 90 μl of fresh medium without antibiotics was added to each well. Cytotoxicity of various RNAs was evaluated by positively introducing double-stranded RNA into cells with Lipofectamine 2000 (Invitrogen) in order to evaluate the intracellular toxicity of RNA. Form a complex with Lipofectamine TM 2000 (Invitrogen) so that the final concentration of PNA / RNA complex is 0nM, 0.2nM, 0.5nM, 1nM, 2nM, 5nM, 10nM, 20nM, 50nM, and 10μl of complex Was added to the above HeLa cells containing 90 μl of medium to make a final volume of 100 μl per well. A complex solution of RNA and Lipofectamine TM 2000 was prepared by mixing 5 μl of a PNA / RNA complex aqueous solution with 5 μl of Lipofectamine TM 2000 (0.2 μl) OptiMem solution per well and incubating for 30 minutes at room temperature. . HeLa cells introduced with the PNA / RNA complex were incubated at 37 ° C. for 48 hours in the presence of 5% CO 2 . Then, add 50μl of CellTiter-Glo Reagent in CellTiter-Glo Luminescent Cell Viability Assay (Promega) to each well, and after stirring for about 60 min, measure the amount of Luminescence in each well with a luminometer (MicroLumat LB96p: manufactured by BERTHOLD) did. Since the measured amount of Luminescence depends on ATP in living cells, the amount of Luminescence of control cells (when RNA is 0 nM, Lipofectamine TM 2000 is 0 μl. This is defined as 100% survival rate) and various double strands are introduced. The survival rate in each well was calculated by calculating the relative value of the Luminescence amount of the obtained cells. (See Promega CellTiter-Glo Luminescent Cell Viability Assay manual.)
FIG. 7 shows the results of cell viability when the maximum concentration of the PNA / RNA complex used this time is 50 nM. As a result, the cytotoxicity of all PNA / RNA complexes was well tolerated.

7.修飾型PNA/RNA複合体のHeLa細胞に対する細胞導入性の検討
実験前に1x105 cell/mlに調整したHeLa細胞(ヒト子宮頸ガン細胞、東北大学加齢医学研究所)を24ウェルプレートにそれぞれ1ml撒き10 % ウシ胎児血清 (FBS:三光純薬株式会社製)及び抗生物質(Kanamycin Sulfate : インビトロジェン社製)含む培地中(MEM: インビトロジェン社製)、5 % CO2存在下、37 ℃で培養した。
7). Examination of modified PNA / RNA complex transduction into HeLa cells <br/> 24 HeLa cells (human cervical cancer cells, Institute of Aging Medicine, Tohoku University) adjusted to 1x10 5 cells / ml before the experiment Each well was plated with 1 ml of 10% fetal calf serum (FBS: manufactured by Sanko Junyaku Co., Ltd.) and antibiotics (Kanamycin Sulfate: manufactured by Invitrogen), in the presence of 5% CO 2 , The cells were cultured at 37 ° C.

蛍光ラベル化オリゴヌクレオチド導入前に、抗生物質を含まない培地(450μl)へ交換した。蛍光ラベル化オリゴヌクレオチドは、2本鎖RNA、2本鎖DNA/RNAキメラオリゴヌクレオチド、修飾型PNA/RNA複合体のアンチセンスRNA鎖のそれぞれの5’末端をFAM(5’-Fluorescein Phosphoramidite使用:Glen Research社製)でラベル化したものを使用した。蛍光ラベル化オリゴヌクレオチドとLipofectamineTM 2000 (インビトロジェン社製) と複合体を形成させる為に、20 μM の蛍光ラベル化オリゴヌクレオチド水溶液12.5 μlとOptiMem溶液12.5 μlの混合溶液25 μlと、LipofectamineTM 2000 (インビトロジェン社製) 溶液2 μlとOptiMem溶液23 μl の混合溶液25 μlそれぞれ混ぜ合わせた50 μlの混合溶液を室温で30分間インキュベートした。また、LipofectamineTM 2000 (インビトロジェン社製)を使用しない場合(図7中の‐LF2000)は、上記複合体形成条件中の2 μl のLipofectamineTM 2000溶液をOptiMem溶液に代え、同様の操作でサンプルを調整した。調整した50 μlの蛍光ラベル化オリゴヌクレオチド複合体は、上記で準備した450 μlの細胞へ添加し(siRNAの終濃度:500 nM)、5 % CO2存在下、37 ℃で4時間インキュベートした。その後、細胞をPBS(-)又は培地で3回洗浄し、共焦点蛍光レーザー顕微鏡、及びフローサイトメトリーにて細胞導入を評価した。 Prior to introduction of the fluorescently labeled oligonucleotide, the medium was changed to a medium (450 μl) containing no antibiotics. Fluorescently-labeled oligonucleotides use double-stranded RNA, double-stranded DNA / RNA chimeric oligonucleotides, and 5 'ends of antisense RNA strands of modified PNA / RNA complexes, using FAM (5'-Fluorescein Phosphoramidite: Labeled by Glen Research). In order to form a complex with fluorescently labeled oligonucleotide and Lipofectamine TM 2000 (Invitrogen), 25 μl of a mixed solution of 12.5 μl of 20 μM fluorescently labeled oligonucleotide aqueous solution and 12.5 μl of OptiMem solution, Lipofectamine TM 2000 ( 50 μl of a mixed solution prepared by mixing 2 μl of the solution and 25 μl of the mixed solution of 23 μl of the OptiMem solution was incubated at room temperature for 30 minutes. When Lipofectamine 2000 (manufactured by Invitrogen) is not used (-LF2000 in Fig. 7), 2 µl of Lipofectamine 2000 solution in the above complex formation conditions is replaced with the OptiMem solution, and the sample is prepared in the same manner. It was adjusted. The adjusted 50 μl of the fluorescence-labeled oligonucleotide complex was added to 450 μl of the cells prepared above (final siRNA concentration: 500 nM) and incubated at 37 ° C. for 4 hours in the presence of 5% CO 2 . Thereafter, the cells were washed three times with PBS (−) or a medium, and cell introduction was evaluated with a confocal fluorescence laser microscope and flow cytometry.

共焦点蛍光レーザー顕微鏡は、Radiance 2000システム(Bio Rad社)を用い、アルゴンレーザーを用いて蛍光を観察した。フローサイトメトリーは、coulter EPICS XL cytometer(Beckman coulter)を用い、細胞10000カウントあたりの細胞導入性について測定した。フローサイトメトリー解析はXL EXPO32TMsoftware (Beckman coulter) を用いた。 The confocal fluorescence laser microscope used a Radiance 2000 system (Bio Rad), and observed fluorescence using an argon laser. For flow cytometry, a coulter EPICS XL cytometer (Beckman coulter) was used to measure the cell transferability per 10,000 counts of cells. For flow cytometry analysis, XL EXPO32 software (Beckman coulter) was used.

結果を図8及び9に示す。図8中、「A」は27nt dsRNA、DR27A、DRP27A-1、DRP27A-2、DRP27A-3の細胞導入性を共焦点蛍光顕微鏡で観察した結果を示す。図8中、「B」はそのフローサイトメトリー解析の結果及び使用した蛍光ラベル化オリゴヌクレオチドの構造を示す。図9中、「C」はDRP27A-4においてPNA-CPPの2本鎖RNAに対する当量数を変化させたときの細胞導入性を共焦点蛍光顕微鏡で観察した結果、「D」はそのフローサイトメトリー解析の結果及び使用した蛍光ラベル化オリゴヌクレオチドの構造を示す。また、図8中、「A」、「B」における‐LF2000及び +LF2000はそれぞれ細胞導入剤としてのLipofectamineTM 2000 (インビトロジェン社製)の非存在下及び存在下を示している。図8「A」の結果より、LipofectamineTM 2000非存在下において27nt dsRNAfやDR27Afといったオリゴヌクレオチドのみで構成されている分子は細胞内への導入が確認されなかったが、修飾型PNAを結合させたDRP27A-1fやDRP27A-3fは細胞中の蛍光が確認され、PNAに結合したペプチドの効果により細胞導入性が向上したものと考えられる。なお、LipofectamineTM 2000存在下においては、27nt dsRNAf、 DR27Af、DRP27A(-1f,-2f,-3f)において同程度の細胞への導入が確認されている。また、図8「B」の結果においても、LipofectamineTM 2000非存在下において、27nt dsRNAfやDR27Afの細胞内蛍光シグナルに比べ、CPP-PNAを結合させたDRP27A-fの細胞内蛍光シグナルの方が大きいことが示され、修飾型PNAを用いることにより細胞導入性が向上していることが強く示唆された。 The results are shown in FIGS. In FIG. 8, “A” indicates the result of observation of cell-entry properties of 27 nt dsRNA, DR27A, DRP27A-1, DRP27A-2, and DRP27A-3 with a confocal fluorescence microscope. In FIG. 8, “B” indicates the result of the flow cytometry analysis and the structure of the fluorescent labeled oligonucleotide used. In FIG. 9, “C” is a result of observing the cell transduction property when the number of equivalents of PNA-CPP to double-stranded RNA in DRP27A-4 was changed with a confocal fluorescence microscope, and “D” is its flow cytometry. The results of the analysis and the structure of the fluorescently labeled oligonucleotide used are shown. In FIG. 8, -LF2000 and + LF2000 in "A" and "B" respectively indicate the absence and presence of Lipofectamine 2000 (manufactured by Invitrogen) as a cell introduction agent. From the result of FIG. 8 “A”, in the absence of Lipofectamine 2000, molecules composed only of oligonucleotides such as 27 nt dsRNAf and DR27Af were not confirmed to be introduced into cells, but modified PNA was bound. DRP27A-1f and DRP27A-3f were confirmed to have fluorescence in the cells, and the cell introduction property was considered to be improved by the effect of the peptide bound to PNA. In the presence of Lipofectamine 2000, introduction of 27nt dsRNAf, DR27Af, and DRP27A (-1f, -2f, -3f) into cells to the same extent has been confirmed. Also in the result of FIG. 8 “B”, in the absence of Lipofectamine 2000, the intracellular fluorescence signal of DRP27A-f conjugated with CPP-PNA is better than the intracellular fluorescence signal of 27nt dsRNAf or DR27Af. It was shown to be large, and it was strongly suggested that the cell introduction property was improved by using the modified PNA.

DRP27A-4はPNA-CPPの2本鎖RNA対する当量数を増加させるに従って細胞導入性が向上していることが確認された。また、遺伝子導入剤を用いなくても高い細胞導入性が確認され、PNAの濃度が増すにつれ単独でも優れた細胞導入が確認された。さらに、遺伝子導入剤(LipofectamineTM 2000)を用いた場合においても、DR27Aに比べ、PNA-CPPを結合させたDRP27A-4の方が非常に高い細胞導入性を有していることが共焦点蛍光顕微鏡及びフローサイトメトリーで確認することが出来た(図9)。 It was confirmed that DRP27A-4 improved its cell introduction property as the number of equivalents of PNA-CPP to double-stranded RNA was increased. Moreover, high cell transferability was confirmed without using a gene transfer agent, and excellent cell transfer was confirmed by itself as the concentration of PNA increased. Furthermore, even when a gene transfer agent (Lipofectamine TM 2000) is used, confocal fluorescence indicates that DRP27A-4 combined with PNA-CPP has a much higher cell transferability than DR27A. This could be confirmed with a microscope and flow cytometry (FIG. 9).

実施例2 センス鎖の3’末端に修飾型ペプチド核酸を持つRNA複合体
1.修飾型ペプチド核酸−2本鎖RNAの合成と複合体形成
25塩基長のRNA鎖(25R)の3’末端に9塩基長のDNA鎖を持つ34塩基長DNA-RNAキメラオリゴヌクレオチド(25R-9D)を合成し、これをセンス鎖とした。上記34塩基長からなるDNA−RNAキメラオリゴ中のRNA領域に対し相補的な配列を持ち、アンチセンス鎖の3’末端に2ntのダングリングエンドを持つよう設計した27塩基長のアンチセンスRNA(27R)を合成し、2つをアニーリングさせることにより、9塩基長の1本鎖DNA領域をセンス鎖の3’末端に持つ2本鎖オリゴヌクレオチド(DNA結合2本鎖RNA)を形成させた。ここで使用しオリゴヌクレオチドはRenilla luciferase遺伝子と相同配列をもつアンチセンスRNAを含むものであり、細胞中においてRNA干渉反応を行うようデザインした2本鎖オリゴヌクレオチドである。合成した1本鎖RNAは、UVスペクトル検出器を用い、260nmの吸光度を測定することにより濃度を算出した。また2本鎖のアニーリングは、universal buffer(林化成株式会社)中、同モルのセンス鎖およびアンチセンス鎖オリゴヌクレオチドを混合し、92℃で2分間加熱した後、4℃まで徐々に温度を下げることで作成した。
DNA−RNAキメラオリゴヌクレオチドの配列を以下に示す。
センス鎖:
25R: 5’-GGCCUUUCACUACUCCUACGAGCAC-3’
25R-9D: 5’- GGCCUUUCACUACUCCUACGAGCAC - ttc gca cca -3’
アンチセンス鎖:
27R: 3’-GACCGGAAAGUGAUGAGGAUGCUCGUG-5’
上記センス鎖の配列において、小文字はデオキシリボヌクレオチドであることを示す。
Example 2 RNA complex having a modified peptide nucleic acid at the 3 ′ end of the sense strand
1. Synthesis and complex formation of modified peptide nucleic acid-double-stranded RNA
A 34-base DNA-RNA chimeric oligonucleotide (25R-9D) having a 9-base DNA strand at the 3 ′ end of a 25-base RNA strand (25R) was synthesized and used as a sense strand. 27-base antisense RNA (27R) designed to have a complementary sequence to the RNA region in the 34-base DNA-RNA chimeric oligo and to have a 2 nt dangling end at the 3 ′ end of the antisense strand. ) And annealing the two, a double-stranded oligonucleotide (DNA-bound double-stranded RNA) having a 9-base long single-stranded DNA region at the 3 ′ end of the sense strand was formed. The oligonucleotide used here contains an antisense RNA having a homologous sequence with the Renilla luciferase gene, and is a double-stranded oligonucleotide designed to perform an RNA interference reaction in a cell. The concentration of the synthesized single-stranded RNA was calculated by measuring the absorbance at 260 nm using a UV spectrum detector. Double-stranded annealing is performed by mixing the same molar sense and antisense strand oligonucleotides in universal buffer (Hayashi Kasei Co., Ltd.), heating at 92 ° C for 2 minutes, and then gradually lowering the temperature to 4 ° C. It was created by that.
The sequence of the DNA-RNA chimeric oligonucleotide is shown below.
Sense strand:
25R: 5'-GGCCUUUCACUACUCCUACGAGCAC-3 '
25R-9D: 5'- GGCCUUUCACUACUCCUACGAGCAC-ttc gca cca -3 '
Antisense strand:
27R: 3'-GACCGGAAAGUGAUGAGGAUGCUCGUG-5 '
In the sense strand sequence, lower case letters indicate deoxyribonucleotides.

修飾型PNAと1上記DNA結合2本鎖RNAとの間で複合体を形成させる為に、9塩基長の1本鎖DNA領域と相同配列を持ち、N末端又はC末端にペプチドを持つPNA(修飾型PNA)を上記2本鎖オリゴヌクレオチドへ同モル量加え、アニーリングを行った。   In order to form a complex between the modified PNA and 1 DNA-bound double-stranded RNA, a PNA having a homologous sequence with a 9-base long single-stranded DNA region and having a peptide at the N-terminus or C-terminus ( Modified PNA) was added to the above double-stranded oligonucleotide in the same molar amount and annealed.

25塩基長のセンス鎖RNAと27塩基長のアンチセンス鎖RNAとの2本鎖RNAを25/27 RNA;2本鎖RNAと9塩基長の1本鎖DNAを持つDNA結合2本鎖RNAをDR25/27A;DR25/27Aと修飾型PNAとの間の複合体をDRP25/27Aとした。また、使用した修飾型PNAは、1)8量体のArg(R8)がPNAのC末端側に結合したもの、2)8量体のLys(K8)がPNAのC末端側に結合したもの、3)ペネトラチン(Pen)がPNAのC末端側に結合したもの、4)8量体のArg(R8)がPNAのN末端側に結合したものの4種類である(参考例1参照)。この修飾型PNAとDR25/27Aとハイブリッドを形成した修飾型PNA/RNA複合体をそれぞれDRP25/27A-1(DR25/27A + R8-PNA)、DRP25/27A-2(DR25/27A + K8-PNA)、DRP25/27A-3(DR25/27A + Pen-PNA)、DR25/27A-4(DRP25/27A + PNA-R8)とした。図10に合成した複合体の構造を示す。合成した修飾型PNA/RNA複合体は20%ポリアクリルアミドゲルを用いて確認した。   25/27 RNA double-stranded RNA of 25-base sense RNA and 27-base antisense RNA; DNA-bound double-stranded RNA with double-stranded RNA and 9-base single-stranded DNA DR25 / 27A; A complex between DR25 / 27A and modified PNA was designated as DRP25 / 27A. The modified PNA used was 1) the octamer Arg (R8) bound to the C-terminal side of PNA, 2) the octamer Lys (K8) bound to the C-terminal side of PNA 3) Four types of penetratin (Pen) bound to the C-terminal side of PNA, 4) Octamer Arg (R8) bound to the N-terminal side of PNA (see Reference Example 1). The modified PNA / RNA complexes hybridized with this modified PNA and DR25 / 27A were respectively converted to DRP25 / 27A-1 (DR25 / 27A + R8-PNA) and DRP25 / 27A-2 (DR25 / 27A + K8-PNA) ), DRP25 / 27A-3 (DR25 / 27A + Pen-PNA), DR25 / 27A-4 (DRP25 / 27A + PNA-R8). FIG. 10 shows the structure of the synthesized composite. The synthesized modified PNA / RNA complex was confirmed using a 20% polyacrylamide gel.

2.修飾型PNA/RNA複合体のDicerによるプロセシング
それぞれの修飾型PNA/RNA複合体のDicerによるプロセシングを検討した。実験は上記実施例1と同様の操作を行った。
2. Processing of Modified PNA / RNA Complexes by Dicer Processing of each modified PNA / RNA complex by Dicer was examined. In the experiment, the same operation as in Example 1 was performed.

図11に結果を示す。その結果、センス鎖の3’末端に1本鎖DNA領域を持つDR25/27Aは、リコンビナントDicer存在下においてRNA複合体の1部が21塩基長のsiRNAと同様の位置にバンドが確認されたが、プロセシングされていないRNA複合体も多く確認された。また、修飾型PNAとの複合体であるDRP25/27A(-1,-2,-3,-4)においても、上記同様、RNA複合体の1部が21塩基長のsiRNAと同様の位置にバンドが確認された。   The results are shown in FIG. As a result, DR25 / 27A, which has a single-stranded DNA region at the 3 'end of the sense strand, was confirmed to have a band in the same position as siRNA with 21 bases in the presence of recombinant Dicer. Many unprocessed RNA complexes were also confirmed. In addition, in DRP25 / 27A (-1, -2, -3, -4), which is a complex with a modified PNA, a part of the RNA complex is located at the same position as that of the 21-base siRNA as described above. A band was identified.

3.修飾型PNA/RNA複合体のRNA干渉効果(参考試験)
それぞれの修飾型PNA/RNA複合体のRNA干渉効果をウミシイタケルシフェラーゼをターゲットとして評価した。実験は上記実施例1と同様の方法で行った。
3. RNA interference effect of modified PNA / RNA complex (reference test)
The RNA interference effect of each modified PNA / RNA complex was evaluated using Renilla luciferase as a target. The experiment was performed in the same manner as in Example 1 above.

図12に0.5nMのときの結果を示す。その結果、PNAのみを結合させたDR25/27Aは、RNAのみで構成されている25/27 RNAに比べ、若干ではあるがRNA干渉効果の向上が観測された。一方、RNA干渉反応で一般に良く使用されている 21 siRNAと比べると殆どの修飾型PNA/RNA複合体においてRNA干渉効果の向上が観測された。   FIG. 12 shows the result at 0.5 nM. As a result, DR25 / 27A to which only PNA was bound was observed to have a slightly improved RNA interference effect compared to 25/27 RNA composed of RNA alone. On the other hand, an improvement in RNA interference effect was observed in most modified PNA / RNA complexes compared to 21 siRNA, which is commonly used in RNA interference reactions.

実施例3 脂質修飾型PNAをセンス鎖の5’末端側に持つRNA複合体
1.脂質修飾型PNA−2本鎖RNAの合成と複合体形成
機能性PNA分子としてパルミチン酸を導入した脂質結合型PNA(PNA-C16; 具体的製法は参考例1参照)を合成し、DNA結合2本鎖RNAとの間でハイブリダイゼーションを形成させた。また、脂質と同時にカチオン性のアミノ酸であるアルギニンが2残基(R2)、4残基(R4)又は6残基(R6)結合したペプチドを有する脂質・ペプチド結合型PNA(R2PNA-C16, R4PNA-C16, R6PNA-C16; 具体的製法は参考例1参照)も合成し、同様にDNA結合2本鎖RNAとの間でハイブリダイゼーションを形成させた。脂質修飾PNAと複合体と形成させるために使用したDNA結合2本鎖RNAは実施例1と同様である。また、脂質結合型PNA又は脂質・ペプチド結合型PNAとDNA結合2本鎖RNAとの複合体形成も実施例1と同様の方法で作成した。合成した脂質修飾型PNA/RNA複合体、及び脂質・ペプチド修飾型PNA/RNA複合体の構造を図13に示す。図13において、DRP27A-5(DR27A + PNA-C16)は27塩基長の2本鎖RNAと9塩基長のPNAのC末端側にパルミチン酸を結合させたものとの3者複合体である。DRP27A-6(DR27A + R2PNA-C16)、DRP27A-7(DR27A + R4PNA-C16)、DRP27A-8(DR27A + R6PNA-C16)は、DRP27A-5のPNA部位のN末端側にアルギニンをそれぞれ2,4,6残基結合させたものである。
Example 3 RNA complex having lipid-modified PNA at the 5 'end of the sense strand
1. Synthesis of lipid-modified PNA-double-stranded RNA and complex formation Lipid-binding PNA (PNA-C16; see Reference Example 1 for specific production method) into which palmitic acid was introduced as a functional PNA molecule was synthesized, and DNA binding 2 Hybridization was formed with the single-stranded RNA. In addition, lipid / peptide bond type PNA (R2PNA-C16, R4PNA) having a peptide in which arginine, which is a cationic amino acid at the same time as lipid, is linked by 2 residues (R2), 4 residues (R4) or 6 residues (R6) -C16, R6PNA-C16; refer to Reference Example 1 for the specific production method), and hybridization was similarly formed with DNA-bound double-stranded RNA. The DNA-bound double-stranded RNA used to form the complex with the lipid-modified PNA is the same as in Example 1. In addition, complex formation between lipid-bound PNA or lipid / peptide-bound PNA and DNA-bound double-stranded RNA was also produced in the same manner as in Example 1. The structures of the synthesized lipid-modified PNA / RNA complex and lipid / peptide-modified PNA / RNA complex are shown in FIG. In FIG. 13, DRP27A-5 (DR27A + PNA-C16) is a ternary complex of a 27-base long double-stranded RNA and a 9-base long PNA bound with palmitic acid on the C-terminal side. DRP27A-6 (DR27A + R2PNA-C16), DRP27A-7 (DR27A + R4PNA-C16), DRP27A-8 (DR27A + R6PNA-C16) have arginine at the N-terminal side of the PNA site of DRP27A-5, respectively. This is a combination of 4,6 residues.

脂質修飾PNA/RNA複合体は、1当量のDNA結合2本鎖RNAに対し、1当量、又は2当量の脂質結合型PNA又は脂質・ペプチド結合型PNAを加え複合体を形成させた。合成した脂質修飾PNA/RNA複合体、及び脂質・ペプチド修飾PNA/RNA複合体は、20%ポリアクリルアミドゲル電気泳動にて確認した(図14)。20%ポリアクリルアミドによる確認は実施例1と同様の方法で行った。その結果、PNAとDNA結合2本鎖RNAは複合体を形成しており、脂質やペプチドによって3者の複合体形成が妨げられていないということが明らかとなった。   The lipid-modified PNA / RNA complex was formed by adding 1 equivalent or 2 equivalents of lipid-bound PNA or lipid / peptide-bound PNA to 1 equivalent of DNA-bound double-stranded RNA. The synthesized lipid-modified PNA / RNA complex and lipid / peptide-modified PNA / RNA complex were confirmed by 20% polyacrylamide gel electrophoresis (FIG. 14). Confirmation with 20% polyacrylamide was carried out in the same manner as in Example 1. As a result, it was clarified that PNA and DNA-bound double-stranded RNA formed a complex, and the formation of the complex was not hindered by lipids and peptides.

2.脂質修飾型PNA/RNA複合体のDicerによるプロセシング
次に、合成した脂質修飾PNA/RNA複合体、及び脂質・ペプチド修飾PNA/RNA複合体のDicerによる21nt siRNAへのプロセシングを確認した。Dicerによる切断実験は反応は実施例1と同様の方法で行った。
2. Processing of lipid-modified PNA / RNA complex with Dicer Next, processing of the synthesized lipid-modified PNA / RNA complex and lipid-peptide modified PNA / RNA complex into 21nt siRNA by Dicer was confirmed. The Dicer cleavage experiment was carried out in the same manner as in Example 1.

結果を図15に示す。その結果、全ての脂質修飾PNA/RNA複合体、及び脂質・ペプチド修飾PNA/RNA複合体(DRP27A-5,-6,-7,-8)において、Dicerによるプロセシングが確認され、21塩基長の2本鎖RNAへプロセシングされていることが確認された。この結果より、PNAに脂質やペプチドが結合していても、細胞内Dicerよるプロセシングは妨げられないということが確認された。   The results are shown in FIG. As a result, processing by Dicer was confirmed in all lipid-modified PNA / RNA complexes and lipid / peptide-modified PNA / RNA complexes (DRP27A-5, -6, -7, -8). It was confirmed that it was processed into double-stranded RNA. From these results, it was confirmed that the processing by intracellular Dicer is not hindered even when lipids or peptides are bound to PNA.

3.脂質修飾型PNA/RNA複合体の分解酵素耐性
脂質修飾PNA/RNA複合体、及び脂質・ペプチド修飾PNA/RNA複合体の分解酵素耐性を検討した。分解酵素耐性実験は実施例1と同様の方法で行った。
3. Degradation enzyme resistance of lipid modified PNA / RNA complex The degradation enzyme resistance of lipid modified PNA / RNA complex and lipid / peptide modified PNA / RNA complex was examined. The degradation enzyme resistance experiment was performed in the same manner as in Example 1.

結果を図16に示す。その結果、脂質修飾PNA/RNA複合体及び脂質・ペプチド修飾PNA/RNA複合体(DRP27A-5,-6,-7,-8)は10%血清中において72時間後でもほとんど分解されておらず、非常に高い分解酵素耐性を保有していることが明らかとなった。また、PNAの末端に結合した脂質部位(C16)が血清中のタンパク質と複合体を形成していることも推認され、このことから、血中滞留性が高く、RNA干渉反応に有利な現象を発現していることが示唆された。   The results are shown in FIG. As a result, the lipid-modified PNA / RNA complex and the lipid / peptide-modified PNA / RNA complex (DRP27A-5, -6, -7, -8) were hardly degraded even after 72 hours in 10% serum. It was revealed that it possesses a very high resistance to degrading enzymes. It is also presumed that the lipid site (C16) bound to the end of PNA forms a complex with serum proteins, which suggests a phenomenon that is highly retentive in blood and advantageous for RNA interference reactions. It was suggested that it was expressed.

4.脂質修飾型PNA/RNA複合体のRNA干渉効果
脂質修飾PNA/RNA複合体、及び脂質・ペプチド修飾PNA/RNA複合体のRNA干渉効果をウミシイタケルシフェラーゼをターゲットとして評価した。用いた細胞はHeLa細胞(ヒト子宮頚ガン細胞、東北大学加齢医学研究所)及びSH10-TC細胞(ヒト胃がん細胞、東北大学加齢医学研究所)である。HeLaを用いた実験では培地としてMEM培地(インビトロジェン)、抗生物質としてカナマイシン(インビトロジェン)を用いた。SH10-TCを用いた実験では培地としてRPMI-1640培地(インビトロジェン)、抗生物質としてペニシリン及びストレプトマイシン(インビトロジェン)を用いた。RNA干渉効果での実験操作は実施例1と同様の方法で行った。
4). RNA interference effect of lipid-modified PNA / RNA complex The RNA interference effect of lipid-modified PNA / RNA complex and lipid / peptide-modified PNA / RNA complex was evaluated using Renilla luciferase as a target. The cells used were HeLa cells (human cervical cancer cells, Tohoku University Institute of Aging Medicine) and SH10-TC cells (human gastric cancer cells, Tohoku University Institute of Aging Medicine). In experiments using HeLa, MEM medium (Invitrogen) was used as the medium, and kanamycin (Invitrogen) was used as the antibiotic. In experiments using SH10-TC, RPMI-1640 medium (Invitrogen) was used as a medium, and penicillin and streptomycin (Invitrogen) were used as antibiotics. The experimental procedure for the RNA interference effect was performed in the same manner as in Example 1.

結果を図17に示す。図17においてAはHeLa細胞に対する脂質修飾型PNA/RNA複合体のRNA干渉効果(0.5 nM)、BはSH10-TC細胞に対する脂質修飾型PNA/RNA複合体のRNA干渉効果(1 nM)である。その結果、脂質修飾PNA/RNA複合体、及び脂質・ペプチド修飾PNA/RNA複合体は、未修飾の27nt dsRNA(27A)に比べて、同等の或いは高い遺伝子発現抑制を示した。特に、HeLa細胞においてはDRP27A-5、DRP27A-6及びDRP27A-8で、SH10-TC細胞においてはDRP27A-5及びDRP27A-8で優れた遺伝子発現抑制能が観測された。また、これらは一般に広く使用されている21nt siRNAよりも優れたRNA干渉効果を示している。この結果から、脂質修飾PNA/RNA複合体、及び脂質・ペプチド修飾PNA/RNA複合体を利用することで、優れたRNA干渉効果を奏させることが可能になることが明らかとなった。   The results are shown in FIG. In FIG. 17, A is the RNA interference effect (0.5 nM) of the lipid-modified PNA / RNA complex on HeLa cells, and B is the RNA interference effect (1 nM) of the lipid-modified PNA / RNA complex on SH10-TC cells. . As a result, the lipid-modified PNA / RNA complex and the lipid / peptide-modified PNA / RNA complex showed the same or higher suppression of gene expression than the unmodified 27nt dsRNA (27A). In particular, DRP27A-5, DRP27A-6 and DRP27A-8 were observed in HeLa cells, and DRP27A-5 and DRP27A-8 showed excellent gene expression suppression ability in SH10-TC cells. In addition, they show an RNA interference effect superior to 21nt siRNA which is generally widely used. From these results, it was revealed that an excellent RNA interference effect can be achieved by using a lipid-modified PNA / RNA complex and a lipid / peptide-modified PNA / RNA complex.

5.脂質修飾型PNA/RNA複合体の細胞導入性
脂質修飾PNA/RNA複合体、及び脂質・ペプチド修飾PNA/RNA複合体の細胞導入性をHeLa細胞及びSH10-TC細胞を用いて検討した。HeLa細胞を用いた実験では培地としてカナマイシン(インビトロジェン)を添加したMEM培地(インビトロジェン)を用いた。SH10-TC細胞を用いた実験では、培地としてペニシリン及びストレプトマイシン(インビトロジェン)を添加したRPMI-1640培地(インビトロジェン)を用いた。脂質修飾型PNA/RNA複合体の細胞導入実験は実施例1と同様の方法で行った。
5. Cell transduction properties of lipid-modified PNA / RNA complexes Cell transduction properties of lipid-modified PNA / RNA complexes and lipid / peptide-modified PNA / RNA complexes were examined using HeLa cells and SH10-TC cells. In experiments using HeLa cells, MEM medium (Invitrogen) supplemented with kanamycin (Invitrogen) was used as the medium. In experiments using SH10-TC cells, RPMI-1640 medium (Invitrogen) supplemented with penicillin and streptomycin (Invitrogen) was used as the medium. The cell introduction experiment of the lipid-modified PNA / RNA complex was performed in the same manner as in Example 1.

結果を図18に示す。図18において、HeLa細胞に対する細胞導入性の結果をA及びBに、SH10-TC細胞に対する細胞導入性の結果をC及びDに示す。ここで、A及びCは共焦点蛍光顕微鏡解析、B及びDはフローサイトメトリー解析の結果を示す。また、遺伝子導入剤を用いたときを+LF2000、用いなかったときを-LF2000と記した。   The results are shown in FIG. In FIG. 18, the results of cell introduction into HeLa cells are shown in A and B, and the results of cell introduction into SH10-TC cells are shown in C and D. Here, A and C show the results of confocal fluorescence microscope analysis, and B and D show the results of flow cytometry analysis. Further, + LF2000 when a gene introduction agent was used and -LF2000 when it was not used.

その結果、遺伝子導入剤を用いたときは全ての複合体で高い細胞導入性が共焦点蛍光顕微鏡及びフローサイトメトリー確認された。また、Arg残基数が増すにつれ、PNA/RNA複合体の細胞導入性も向上していることが確認された。特にSH10-TC細胞ではその効果が顕著に現れた。また、細胞内に導入されたPNA/RNA複合体は、積極的に細胞質へ局在化していることが観察された。   As a result, when the gene introduction agent was used, high cell introduction property was confirmed in all the complexes by confocal fluorescence microscopy and flow cytometry. It was also confirmed that the cell introduction property of the PNA / RNA complex was improved as the number of Arg residues increased. In particular, the effect was remarkable in SH10-TC cells. It was also observed that the PNA / RNA complex introduced into the cells was positively localized in the cytoplasm.

遺伝子導入剤を用いなかった場合においては、カチオン性が無いDRP27A-5は殆ど細胞内に導入されていなかった。しかしながら、Arg残基数が増すにつれ、少量ながら細胞内へ導入が確認され、最もArg数が多いDRP27A-8は遺伝子導入剤を用いなくてもある程度の細胞導入性が共焦点蛍光顕微鏡及びフローサイトメトリーにおいて観察された。   When no gene introduction agent was used, DRP27A-5 having no cationicity was hardly introduced into the cells. However, as the number of Arg residues increased, introduction into cells was confirmed in a small amount, and DRP27A-8, which has the largest Arg number, has a certain degree of cell introduction ability even without the use of a gene introduction agent. Observed in the metric.

これらの結果は、脂質をコンジュゲートし、且つペプチドを同時にコンジュゲートした脂質・ペプチド修飾PNA/RNA複合体が高い細胞導入性を有し、RNA干渉法の問題点を解決できる可能性があることを示唆している。   These results indicate that lipid-peptide modified PNA / RNA complex conjugated with lipid and peptide conjugated at the same time has high cell transmissibility and may solve the problems of RNA interference method. It suggests.

実施例1で合成した、センス鎖の5’末端に修飾型PNAを有する修飾型PNA/RNA複合体の構造を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the structure of a modified PNA / RNA complex synthesized in Example 1 and having a modified PNA at the 5 ′ end of the sense strand. 実施例1において、修飾型PNA/RNA複合体の形成の有無を確認した結果を示す図である。In Example 1, it is a figure which shows the result of having confirmed the presence or absence of formation of a modified PNA / RNA complex. 実施例1において、修飾型PNA/RNA複合体のヌクレアーゼ耐性を評価した結果を示す図である。In Example 1, it is a figure which shows the result of having evaluated the nuclease tolerance of a modified PNA / RNA complex. 実施例1において、修飾型PNA/RNA複合体のDicerによるプロセシングを検討した結果を示す図である。In Example 1, it is a figure which shows the result of having examined the processing by Dicer of a modified PNA / RNA complex. 実施例1において、修飾型PNA/RNA複合体のRNA干渉効果を評価した結果を示す図である。In Example 1, it is a figure which shows the result of having evaluated the RNA interference effect of the modified PNA / RNA complex. 実施例1において、修飾型PNA/RNA複合体のRNA干渉効果の持続性を評価した結果を示す図である。In Example 1, it is a figure which shows the result of having evaluated the durability of the RNA interference effect of a modified PNA / RNA complex. 実施例1において、修飾型PNA/RNA複合体の細胞毒性を評価した結果を示す図である。In Example 1, it is a figure which shows the result of having evaluated the cytotoxicity of the modified PNA / RNA complex. 実施例1において、修飾型PNA/RNA複合体のHeLa細胞に対する細胞導入性を評価した結果を示す図である。In Example 1, it is a figure which shows the result of having evaluated the cell introduction property with respect to the HeLa cell of a modified PNA / RNA complex. 実施例1において、修飾型PNA/RNA複合体のHeLa細胞に対する細胞導入性を評価した結果を示す図である。In Example 1, it is a figure which shows the result of having evaluated the cell introduction property with respect to the HeLa cell of a modified PNA / RNA complex. 実施例2で合成した、センス鎖の3’末端に修飾型PNAを有する修飾型PNA/RNA複合体の構造を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the structure of a modified PNA / RNA complex synthesized in Example 2 and having a modified PNA at the 3 ′ end of the sense strand. 実施例2において、修飾型PNA/RNA複合体のDicerによるプロセシングを検討した結果を示す図である。In Example 2, it is a figure which shows the result of having examined the processing by Dicer of a modified PNA / RNA complex. 実施例2において、修飾型PNA/RNA複合体のRNA干渉効果を評価した結果を示す図である。In Example 2, it is a figure which shows the result of having evaluated the RNA interference effect of the modified PNA / RNA complex. 実施例3において、センス鎖の5’末端に脂質修飾型PNAを有する脂質修飾型PNA/RNA複合体の構造を示す図である。In Example 3, it is a figure which shows the structure of the lipid modification type PNA / RNA complex which has lipid modification type PNA in 5 'terminal of a sense strand. 実施例3において、脂質修飾型PNA/RNA複合体の形成の有無を確認した結果を示す図である。In Example 3, it is a figure which shows the result of having confirmed the presence or absence of formation of a lipid modification type PNA / RNA complex. 実施例3において、脂質修飾型PNA/RNA複合体のDicerによるプロセシングを検討した結果を示す図である。In Example 3, it is a figure which shows the result of having examined processing by Dicer of a lipid modification type PNA / RNA complex. 実施例3において、脂質修飾型PNA/RNA複合体のヌクレアーゼ耐性を評価した結果を示す図である。In Example 3, it is a figure which shows the result of having evaluated the nuclease tolerance of a lipid modification type PNA / RNA complex. 実施例3において、脂質修飾型PNA/RNA複合体のRNA干渉効果を評価した結果を示す図である。In Example 3, it is a figure which shows the result of having evaluated the RNA interference effect of a lipid modification type PNA / RNA complex. 実施例3において、脂質修飾型PNA/RNA複合体の細胞導入性を評価した結果を示す図である。In Example 3, it is a figure which shows the result of having evaluated the cell introduction property of the lipid modification type PNA / RNA complex.

Claims (12)

修飾型ペプチド核酸と2本鎖RNAの複合体であって、
前記2本鎖RNAが、標的遺伝子中の標的配列に相補的な塩基配列からなるセンス鎖RNA、及び該センス鎖に相補的な塩基配列を有するアンチセンス鎖RNAを有し、且つ前記標的遺伝子の発現を抑制できる2本鎖RNAであり、
前記2本鎖RNAには、前記センス鎖RNA及びアンチセンス鎖RNAの少なくとも一方の末端に、直接又はリンカーを介して、1本鎖DNAが結合しており、
前記修飾型ペプチド核酸は、1又は2以上の機能性分子が直接又はリンカーを介して、ペプチド核酸に結合しているものであり、
前記ペプチド核酸は、前記1本鎖DNAにハイブリダイズ可能な配列を有し、前記1本鎖DNAとハイブリダイズしている、
ことを特徴とする、修飾型PNA/RNA複合体。
A complex of a modified peptide nucleic acid and a double-stranded RNA,
The double-stranded RNA has a sense strand RNA having a base sequence complementary to the target sequence in the target gene, and an antisense strand RNA having a base sequence complementary to the sense strand, and the target gene A double-stranded RNA that can suppress expression,
In the double-stranded RNA, single-stranded DNA is bound to at least one end of the sense strand RNA and the antisense strand RNA directly or via a linker,
The modified peptide nucleic acid is one in which one or more functional molecules are bound to the peptide nucleic acid directly or through a linker,
The peptide nucleic acid has a sequence capable of hybridizing to the single-stranded DNA and is hybridized to the single-stranded DNA.
A modified PNA / RNA complex characterized in that
前記センス鎖RNAが19〜30個のリボヌクレオチドで構成され、且つ前記アンチセンス鎖RNAが前記センス鎖と同数のリボヌクレオチドで構成されている、請求項1に記載の修飾型PNA/RNA複合体。   The modified PNA / RNA complex according to claim 1, wherein the sense strand RNA is composed of 19 to 30 ribonucleotides, and the antisense strand RNA is composed of the same number of ribonucleotides as the sense strand. . 前記センス鎖RNAが27個のリボヌクレオチドで構成され、且つ前記アンチセンス鎖RNAが、前記センス鎖RNAと完全相補的な27個のリボヌクレオチドで構成されている、請求項1又は2に記載の修飾型PNA/RNA複合体。   The sense strand RNA is composed of 27 ribonucleotides, and the antisense strand RNA is composed of 27 ribonucleotides that are completely complementary to the sense strand RNA. Modified PNA / RNA complex. 前記1本鎖DNAが、5〜20個のデオキシヌクレオチドで構成されている、請求項1乃至3のいずれかに記載の修飾型PNA/RNA複合体。   The modified PNA / RNA complex according to any one of claims 1 to 3, wherein the single-stranded DNA is composed of 5 to 20 deoxynucleotides. 前記2本鎖RNAに対する前記1本鎖DNAの結合本数が1であり、且つ前記1本鎖DNAが前記センス鎖の5’末端に結合している、請求項1乃至4のいずれかに記載の修飾型PNA/RNA複合体。   The number of bonds of the single-stranded DNA to the double-stranded RNA is 1, and the single-stranded DNA is bound to the 5 ′ end of the sense strand. Modified PNA / RNA complex. 前記修飾型ペプチド核酸が、5〜20個の塩基を含むものである、請求項1乃至5のいずれかに記載の修飾型PNA/RNA複合体。   The modified PNA / RNA complex according to any one of claims 1 to 5, wherein the modified peptide nucleic acid contains 5 to 20 bases. 前記機能性分子がペプチドである、請求項1乃至6のいずれかに記載の修飾型PNA/RNA複合体。   The modified PNA / RNA complex according to any one of claims 1 to 6, wherein the functional molecule is a peptide. 前記機能性分子が炭素数6〜50の脂肪酸である、請求項1乃至6のいずれかに記載の修飾型PNA/RNA複合体。   The modified PNA / RNA complex according to any one of claims 1 to 6, wherein the functional molecule is a fatty acid having 6 to 50 carbon atoms. 前記脂肪酸が、ラウリン酸、ステアリン酸、ミスチリン酸、又はパルミチン酸である、請求項8に記載の脂質修飾PNA/RNA複合体。   The lipid-modified PNA / RNA complex according to claim 8, wherein the fatty acid is lauric acid, stearic acid, myristylic acid, or palmitic acid. 前記機能性分子が、炭素数6〜50飽和又は不飽和の炭化水素である、請求項1乃至6のいずれかに記載の修飾型PNA/RNA複合体。   The modified PNA / RNA complex according to any one of claims 1 to 6, wherein the functional molecule is a saturated or unsaturated hydrocarbon having 6 to 50 carbon atoms. 前記修飾型ペプチド核酸が、炭素数6〜50の脂肪酸及びペプチドが直接又はリンカーを介してペプチド核酸に結合しているものである、請求項1乃至6のいずれかに記載の修飾型PNA/RNA複合体。   The modified PNA / RNA according to any one of claims 1 to 6, wherein the modified peptide nucleic acid has a fatty acid having 6 to 50 carbon atoms and a peptide bound to the peptide nucleic acid directly or via a linker. Complex. 請求項1乃至11のいずれかに記載の修飾型PNA/RNA複合体の製造方法であって、
標的遺伝子中の標的配列に相補的な塩基配列からなるセンス鎖RNA、及び該センス鎖に相補的な塩基配列を有するアンチセンス鎖RNAを有し、且つ前記標的遺伝子の発現を抑制できる2本鎖RNAであり、前記センス鎖及びアンチセンス鎖の少なくとも一方の末端に、直接又はリンカーを介して1本鎖DNAが結合している、DNA結合2本鎖RNAと、
機能性分子が直接又はリンカーを介して、前記1本鎖DNAにハイブリダイズ可能な配列を有するペプチド核酸に結合している、修飾型ペプチド核酸とを、
1:1.5〜1:5のモル比で混合し、前記DNA結合2本鎖RNAのDNA領域と、前記修飾型ペプチド核酸のペプチド核酸領域をハイブリダイズさせることを特徴とする、
修飾型PNA/RNA複合体の製造方法。
A method for producing a modified PNA / RNA complex according to any one of claims 1 to 11,
A double strand which has a sense strand RNA consisting of a base sequence complementary to the target sequence in the target gene, and an antisense strand RNA having a base sequence complementary to the sense strand, and which can suppress the expression of the target gene A DNA-bound double-stranded RNA, wherein a single-stranded DNA is bound to at least one end of the sense strand and the antisense strand, directly or via a linker;
A modified peptide nucleic acid in which a functional molecule is bound to a peptide nucleic acid having a sequence capable of hybridizing to the single-stranded DNA, directly or via a linker,
Mixing at a molar ratio of 1: 1.5 to 1: 5, and hybridizing the DNA region of the DNA-binding double-stranded RNA and the peptide nucleic acid region of the modified peptide nucleic acid,
A method for producing a modified PNA / RNA complex.
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