JP2011055770A - Nucleic acid aptamer, and method for screening the same - Google Patents

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千秋 荻野
Akihiko Kondo
昭彦 近藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nucleic acid aptamer having high specific binding force to a low-molecular-weight molecule such as an amino acid, and to provide a method for efficiently screening the same. <P>SOLUTION: The method for screening a nucleic acid aptamer using an atomic force microscope is provided, including: (a) a step of fixing a target substance onto the probe of the atomic force microscope; (b) a step of fixing a nucleic acid via a covalent bond onto a surface of a flat plate; (c) a step of scanning the surface of the flat plate obtained in the step (b) using the probe obtained in the step (a); (d) a step of retrieving the nucleic acid flying a space apart from the surface of the flat plate and caught on the probe, in the step (c); (e) a step of measuring the binding force to the target substance, for the nucleic acid obtained in the step (d); and (f) a step of repeating the steps (b) to (e) until a nucleic acid aptamer where the measured binding force in the step (e) exhibits a given value is found. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、核酸アプタマーおよび核酸アプタマーのスクリーニング方法に関する。   The present invention relates to a nucleic acid aptamer and a method for screening a nucleic acid aptamer.

アプタマーとは、標的物質と特異的に結合する核酸分子やペプチドをいう。これまでに、有機化合物、タンパク質、核酸、細胞、細胞組織、微生物などの標的物質に対する種々のアプタマーが知られている。核酸アプタマーは、抗体のような特異的な分子認識が可能な生体物質として、薬剤などへの応用が期待されている。核酸アプタマーは、試験管内で化学的に、しかも短時間で合成可能であり、免疫原性もほとんどないか全くない点が抗体にはない利点である。   Aptamers refer to nucleic acid molecules and peptides that specifically bind to a target substance. So far, various aptamers for target substances such as organic compounds, proteins, nucleic acids, cells, cellular tissues, microorganisms and the like are known. Nucleic acid aptamers are expected to be applied to drugs and the like as biological substances capable of specific molecular recognition such as antibodies. Nucleic acid aptamers have the advantage that antibodies can be synthesized chemically and in a short time in vitro, with little or no immunogenicity.

目的とする標的物質と特異的に結合する核酸アプタマーを得る方法はSELEX法として知られている。通常、ランダム配列の巨大ライブラリから親和性クロマトグラフィーの原理を用いてスクリーニングを行う。しかし、1回のスクリーニングで得られる核酸の標的物質に対する結合力や特異性は十分でないため、スクリーニングで得られた核酸のライブラリからさらにスクリーニングを繰り返す必要がある。通常、スクリーニングを繰り返す回数は、標的物質にも依存するが、数回から十数回である。このため、十分な結合力と特異性を有する核酸アプタマーを得るためには、多くの労力と時間を要する。   A method for obtaining a nucleic acid aptamer that specifically binds to a target substance of interest is known as the SELEX method. Usually, screening is performed from a large library of random sequences using the principle of affinity chromatography. However, since the binding power and specificity of the nucleic acid obtained by one screening to the target substance are not sufficient, it is necessary to repeat the screening from the nucleic acid library obtained by the screening. Usually, the number of times of repeating the screening is several to a dozen times although it depends on the target substance. For this reason, in order to obtain the nucleic acid aptamer which has sufficient binding force and specificity, much labor and time are required.

ところで、原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope;AFM)を用いると、探針と試料との間に作用する力を検出することができる。探針はカンチレバーとも呼ばれ、このカンチレバーを試料に近づけていくと、カンチレバーと試料との間に生じる微弱な力の作用によりカンチレバーがたわみ、このたわみ量を光てこ方式により検出する。光てこ方式とは、半導体レーザーをカンチレバー背面に照射し、反射したレーザー光を上下左右に4分割された光センサーで検出する方法である。このカンチレバーのたわみ量と探針・試料間の距離との関係をプロットしたフォースカーブを解析することにより探針・試料間に作用する力や、試料の硬さに関する情報を得ることができる。また、検出したたわみ量は試料台にフィードバックされ、たわみ量が一定になるように試料台の高さを制御しながら、試料表面に沿って水平方向にカンチレバーを走査することにより、試料表面の形状を知ることができる。AFMは、大気中や液体中、高温や低温などの様々な環境下で、導体、絶縁体などの試料の区別なく使用できる。生体試料などを自然に近い状態で用いることも可能である。これらの特徴から、AFMは新規バイオセンシングのツールとして期待されている(非特許文献1および2)。   By the way, when an atomic force microscope (AFM) is used, a force acting between the probe and the sample can be detected. The probe is also called a cantilever. When the cantilever is moved closer to the sample, the cantilever bends due to the weak force generated between the cantilever and the sample, and the amount of deflection is detected by the optical lever method. The optical lever method is a method of irradiating the back surface of a cantilever with a semiconductor laser and detecting the reflected laser light with an optical sensor divided into four parts vertically and horizontally. By analyzing a force curve in which the relationship between the deflection amount of the cantilever and the distance between the probe and the sample is analyzed, information on the force acting between the probe and the sample and the hardness of the sample can be obtained. The detected deflection amount is fed back to the sample stage, and the shape of the sample surface is scanned by scanning the cantilever horizontally along the sample surface while controlling the height of the sample stage so that the deflection amount is constant. Can know. AFM can be used in a variety of environments such as air, liquid, high temperature and low temperature, without distinguishing between samples such as conductors and insulators. It is also possible to use a biological sample or the like in a state close to nature. From these characteristics, AFM is expected as a new biosensing tool (Non-patent Documents 1 and 2).

本発明者らは、核酸アプタマーを得るためのSELEX法において、親和性クロマトグラフィーに代えて、AFMを用いるスクリーニング方法を試みた(非特許文献3)。すなわち、5’末端をビオチン化した1本鎖DNAをアビジンを介してAFMの探針(カンチレバー)に固定し、このカンチレバーを用いて、標的物質としてトロンビンを固定した金板表面を走査した。カンチレバーに固定した1本鎖DNAの中にアプタマーが存在すれば、アプタマーは、大量のトロンビン上の走査の過程で漏れなく確実に、アビジン・ビオチン間の結合力よりも上回るアプタマー・トロンビン間の結合力により、カンチレバーから遊離して金板上に捕捉されると考えられる。そこで、カンチレバーに捕捉された1本鎖DNAを回収し、増幅して、さらにカンチレバーに固定して、同様の操作を繰り返した。この結果、得られる1本鎖DNAのトロンビンとの結合力は、スクリーニング操作を繰り返すごとに上昇すること、すなわちアプタマーがスクリーニングされていることを見出した。   In the SELEX method for obtaining a nucleic acid aptamer, the present inventors tried a screening method using AFM instead of affinity chromatography (Non-patent Document 3). That is, single-stranded DNA with biotinylated 5 ′ end was immobilized on an AFM probe (cantilever) via avidin, and the cantilever was used to scan the surface of a metal plate on which thrombin was immobilized as a target substance. If the aptamer is present in the single-stranded DNA immobilized on the cantilever, the aptamer is surely bound in the process of scanning on a large amount of thrombin, and the binding between the aptamer and thrombin exceeds the binding force between avidin and biotin. It is thought that it is released from the cantilever and captured on the metal plate by force. Therefore, the single-stranded DNA captured by the cantilever was recovered, amplified, further fixed to the cantilever, and the same operation was repeated. As a result, it was found that the binding strength of the obtained single-stranded DNA to thrombin increases each time the screening operation is repeated, that is, aptamers are screened.

しかし、非特許文献3に記載の方法では、AFMカンチレバーに固定できる1本鎖DNAの数が少ないことから、高い特異的結合力を有する核酸アプタマーを得るためには、従来のSELEX法と同様、数回以上のスクリーニングが必要であった。   However, in the method described in Non-Patent Document 3, since the number of single-stranded DNAs that can be immobilized on the AFM cantilever is small, in order to obtain a nucleic acid aptamer having a high specific binding force, as in the conventional SELEX method, Several screenings were necessary.

T. Katoら、「In vitro selection of DNA aptamers which bind to cholic acid」、Biochimica et Biophysica Acta、2000年、第1493巻、p. 12-18T. Kato et al., “In vitro selection of DNA aptamers which bind to cholic acid”, Biochimica et Biophysica Acta, 2000, 1493, p. 12-18 V. Dupresら、「Probing molecular recognition sites on biosurfaces using AFM」、Biomaterials、2007年、第28巻、p. 2393-2402V. Dupres et al., “Probing molecular recognition sites on biosurfaces using AFM”, Biomaterials, 2007, 28, p. 2393-2402. 宮地ら、「原子間力顕微鏡を用いたDNA amtamerの選抜」、日本化学会第88春季年会講演予稿集、社団法人日本化学会、平成20年3月12日、4A4−32Miyaji et al., “Selection of DNA Atamer Using Atomic Force Microscope”, Proceedings of the 88th Annual Meeting of the Chemical Society of Japan, The Chemical Society of Japan, March 12, 2008, 4A4-32

本発明は、アミノ酸などの低分子に対する高い特異的結合力を有する核酸アプタマーを提供し、そして高い特異的結合力を有する核酸アプタマーを効率よくスクリーニングする方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a nucleic acid aptamer having a high specific binding force to a small molecule such as an amino acid, and to provide a method for efficiently screening a nucleic acid aptamer having a high specific binding force.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、原子間力顕微鏡を用いて核酸アプタマーをスクリーニングする方法において、原子間力顕微鏡の探針に標的物質を固定し、かつ探針で走査する平板の表面に核酸を固定することによって、高い特異的結合力を有する核酸アプタマーを効率よくスクリーニングする方法を提供できることを見出し、本発明を完成した。この方法により、アミノ酸などの低分子に対する高い特異的結合力を有する核酸アプタマーが得られる。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors fixed a target substance on the probe of an atomic force microscope in a method for screening a nucleic acid aptamer using an atomic force microscope, and The inventors have found that a method for efficiently screening a nucleic acid aptamer having a high specific binding force can be provided by immobilizing a nucleic acid on the surface of a flat plate scanned with a probe, thereby completing the present invention. By this method, a nucleic acid aptamer having a high specific binding force to a small molecule such as an amino acid is obtained.

本発明は、原子間力顕微鏡を用いて核酸アプタマーをスクリーニングする方法を提供し、該方法は、(a)原子間力顕微鏡の探針に標的物質を固定する工程、(b)平板の表面に核酸を非共有結合を介して固定する工程、(c)工程(a)で得られた探針で、工程(b)で得られた平板の表面を走査する工程、(d)工程(c)において、該平板の表面から遊離して該探針に捕捉された核酸を回収する工程、(e)工程(d)で得られた核酸について該標的物質に対する結合力を測定する工程、および(f)工程(e)で測定した結合力が一定値を示す核酸アプタマーが出現するまで、工程(b)〜(e)を繰り返す工程を含む。   The present invention provides a method for screening a nucleic acid aptamer using an atomic force microscope, which comprises (a) a step of fixing a target substance to a probe of an atomic force microscope, and (b) a surface of a flat plate. A step of immobilizing a nucleic acid via a non-covalent bond, (c) a step of scanning the surface of the flat plate obtained in step (b) with the probe obtained in step (a), (d) step (c) Recovering the nucleic acid released from the surface of the flat plate and captured by the probe, (e) measuring the binding force of the nucleic acid obtained in step (d) to the target substance, and (f ) It includes a step of repeating steps (b) to (e) until a nucleic acid aptamer having a constant binding force measured in step (e) appears.

1つの実施態様では、上記核酸アプタマーは、DNAアプタマーである。   In one embodiment, the nucleic acid aptamer is a DNA aptamer.

1つの実施態様では、上記標的物質は、アミノ酸、ペプチドまたはタンパク質である。   In one embodiment, the target substance is an amino acid, a peptide or a protein.

1つの実施態様では、上記標的物質は、ロイシンである。   In one embodiment, the target substance is leucine.

1つの実施態様では、上記平板は、金板である。   In one embodiment, the flat plate is a gold plate.

1つの実施態様では、上記工程(b)は、(b1)平板の表面にアビジンを固定する工程、(b2)ビオチンを末端に有する核酸を調製する工程、(b3)工程(b1)で得られた平板の表面に工程(b2)で得られた核酸を固定する工程を含む。   In one embodiment, the step (b) is obtained in (b1) a step of fixing avidin on the surface of a flat plate, (b2) a step of preparing a nucleic acid having a biotin terminal, and (b3) a step (b1). A step of fixing the nucleic acid obtained in the step (b2) to the surface of the flat plate.

1つの実施態様では、上記工程(c)は、メチオニンを含有する溶液中で行われる。   In one embodiment, step (c) above is performed in a solution containing methionine.

1つの実施態様では、上記結合力は、表面プラズモン共鳴法により測定した前記標的物質に対する解離定数である。   In one embodiment, the binding force is a dissociation constant for the target substance measured by a surface plasmon resonance method.

ある実施態様では、上記一定値は、1.55×10−6M以下である。 In one embodiment, the constant value is 1.55 × 10 −6 M or less.

本発明は、上記方法により得られるDNAアプタマーを提供し、該DNAアプタマーは、表面プラズモン共鳴法により測定されるL−ロイシンに対する解離定数が1.55×10−6M以下を示す。 The present invention provides a DNA aptamers obtained by the above method, the DNA aptamer, the dissociation constant for L- leucine as measured by surface plasmon resonance exhibits less 1.55 × 10 -6 M.

本発明は、配列番号3に記載の塩基配列の1位から64位までの塩基配列またはその相補配列、および配列番号4に記載の塩基配列の1位から26位までの塩基配列またはその相補配列からなる群から選択される少なくとも1つの塩基配列を有するDNAアプタマーを提供する。   The present invention relates to a base sequence from position 1 to position 64 of the base sequence described in SEQ ID NO: 3 or a complementary sequence thereof, and a base sequence from position 1 to position 26 of the base sequence described in SEQ ID NO: 4 or a complementary sequence thereof A DNA aptamer having at least one base sequence selected from the group consisting of:

本発明によれば、アミノ酸などの低分子に対する高い特異的結合力を有する核酸アプタマーを提供し、そして高い特異的結合力を有する核酸アプタマーを効率よくスクリーニングする方法を提供することができる。本発明によれば、核酸アプタマーをバイオセンサーのセンサー素子やドラッグデリバリーシステムのターゲッティング分子として応用できる可能性が広がる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nucleic acid aptamer which has the high specific binding power with respect to small molecules, such as an amino acid, and the method of screening efficiently the nucleic acid aptamer which has a high specific binding power can be provided. According to the present invention, the possibility of applying a nucleic acid aptamer as a sensor element of a biosensor or a targeting molecule of a drug delivery system is expanded.

本発明の方法の概略を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline of the method of this invention. L−ロイシンと1本鎖DNAとの結合力を示すヒストグラム(a)および(b)、ならびにその平均値を示すグラフ(c)である。It is a graph (c) which shows the histogram (a) and (b) which show the binding power of L-leucine and single-stranded DNA, and the average value. L−ロイシンまたはL−メチオニンと1本鎖DNAとの結合力の平均値を示すグラフである。It is a graph which shows the average value of the binding force of L-leucine or L-methionine, and single stranded DNA. SPRセンサーチップへのL−ロイシンの固定手順を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the fixation procedure of L-leucine to a SPR sensor chip. L−ロイシンを固定したSPRセンサーチップにLA−1をインジェクトした場合のSPRシグナルの経時変化を示すセンサーグラム(a)およびLA−1の濃度とSPRシグナルの平衡値との関係を示すグラフ(b)である。Sensorgram (a) showing the time-dependent change of SPR signal when LA-1 is injected into the SPR sensor chip to which L-leucine is immobilized, and a graph showing the relationship between the concentration of LA-1 and the equilibrium value of SPR signal ( b). L−ロイシンを固定したSPRセンサーチップにLB−1をインジェクトした場合のSPRシグナルの経時変化を示すセンサーグラム(a)およびLB−1の濃度とSPRシグナルの平衡値との関係を示すグラフ(b)である。Sensorgram (a) showing the time-dependent change of the SPR signal when LB-1 is injected into the SPR sensor chip to which L-leucine is immobilized, and a graph showing the relationship between the concentration of LB-1 and the equilibrium value of the SPR signal ( b).

本発明で用いる原子間力顕微鏡(AFM)とは、走査型プローブ顕微鏡の一種で、探針と試料との原子間に作用する力を検出して画像を得る顕微鏡をいう。例えば、セイコーインスツル株式会社製、オリンパス株式会社製、株式会社島津製作所製の原子間力顕微鏡が挙げられる。   The atomic force microscope (AFM) used in the present invention is a type of scanning probe microscope, and refers to a microscope that obtains an image by detecting the force acting between atoms of a probe and a sample. Examples thereof include atomic force microscopes manufactured by Seiko Instruments Inc., Olympus Corporation, and Shimadzu Corporation.

本発明でいう核酸アプタマーとは、標的物質と特異的に結合する核酸分子をいう。核酸アプタマーの標的物質との結合力は、後述するように一定値を示す必要がある。核酸アプタマーとしては、例えば、DNAアプタマー、RNAアプタマーが挙げられるが、安定性の観点からDNAアプタマーが好ましい。核酸の塩基配列の長さは特に制限されないが、好ましくは20〜100塩基である。図1に示すように、2次構造として、ヘアピン型、バルジ型、G−カルテット型などをとるものが知られているが、2次構造は特に制限されない。   The nucleic acid aptamer referred to in the present invention refers to a nucleic acid molecule that specifically binds to a target substance. The binding force of the nucleic acid aptamer with the target substance needs to show a constant value as described later. Examples of the nucleic acid aptamer include a DNA aptamer and an RNA aptamer, and a DNA aptamer is preferable from the viewpoint of stability. The length of the base sequence of the nucleic acid is not particularly limited, but is preferably 20 to 100 bases. As shown in FIG. 1, those having a hairpin type, a bulge type, a G-quartet type, or the like are known as the secondary structure, but the secondary structure is not particularly limited.

原子間力顕微鏡(AFM)の探針(以下、カンチレバーということがある)の材質は特に制限されない。金または金コーティングされた材料が好ましい。金の単分子結晶は、チオール基やジスルフィド基を持つ分子と特異的に結合して、単分子膜を形成する(自己組織化膜形成)。   The material of the atomic force microscope (AFM) probe (hereinafter sometimes referred to as a cantilever) is not particularly limited. Gold or gold coated materials are preferred. A gold monomolecular crystal specifically binds to a molecule having a thiol group or a disulfide group to form a monomolecular film (self-assembled film formation).

原子間力顕微鏡の探針に標的物質を固定する方法は、平板の表面に核酸を固定する方法(以下で詳述)で作用する力よりも強い力で固定できる方法であればよい。例えば、共有結合を介して固定する方法が挙げられる。共有結合を介して固定する方法としては、例えば、架橋剤を用いる方法が挙げられる。架橋剤としては、例えば、DTSSP(3,3’−ジチオビス[スルホスクシンイミジルプロピオネート])、SPDP(N−スクシンイミジル 3−[2−ピリジルジチオ]プロピオネート)、EMCS(N−(6−マレイミドカプロイロキシ)スクシンイミド)が挙げられる。   The target substance may be immobilized on the probe of the atomic force microscope as long as it can be immobilized with a force stronger than the force acting by the method of immobilizing nucleic acids on the surface of the flat plate (detailed below). For example, the method of fixing through a covalent bond is mentioned. Examples of a method for fixing via a covalent bond include a method using a cross-linking agent. Examples of the crosslinking agent include DTSSP (3,3′-dithiobis [sulfosuccinimidylpropionate]), SPDP (N-succinimidyl 3- [2-pyridyldithio] propionate), EMCS (N- (6- Maleimidocaproyloxy) succinimide).

本発明で用いる標的物質は特に制限されない。無機物と有機物とを問わない。有機物としては、例えば、有機化合物、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、核酸、脂質、糖が挙げられる。細胞、細胞組織、微生物などであってもよい。   The target substance used in the present invention is not particularly limited. It doesn't matter whether inorganic or organic. Examples of organic substances include organic compounds, amino acids, peptides, proteins, nucleic acids, lipids, and sugars. It may be a cell, cell tissue, microorganism or the like.

本発明で用いる平板は、核酸を固定できればよく、材質も特に制限されない。好ましくは平板であり、金または金コーティングされた材料が好ましい。   The flat plate used in the present invention is not particularly limited as long as it can fix nucleic acids. A flat plate is preferable, and gold or gold-coated material is preferable.

平板の表面に核酸を固定する方法は、上記の原子間力顕微鏡の探針に標的物質を固定する方法で作用する力よりも弱い力で固定できる方法であればよく、好ましくは非共有結合を介して固定する方法である。非共有結合を介して固定する方法としては、例えば、イオン結合を介して固定する方法、分子間力を介して固定する方法が挙げられる。好ましくは、分子間力を介して固定する方法である。分子間力を介して固定する方法としては、例えば、抗体・抗原間の結合力を介して固定する方法、リガンド・受容体間の結合力を介して固定する方法、アビジン・ビオチン間の結合力を介して固定する方法が挙げられる。   The nucleic acid may be immobilized on the surface of the flat plate as long as it can be immobilized with a force weaker than the force acting by the method of immobilizing the target substance on the probe of the atomic force microscope, and preferably noncovalent bonding is performed. It is a method of fixing via. Examples of the method for fixing via a non-covalent bond include a method for fixing via an ionic bond and a method for fixing via an intermolecular force. A method of fixing via intermolecular force is preferred. Examples of immobilization via intermolecular forces include, for example, immobilization via antibody-antigen binding force, immobilization via ligand-receptor binding force, and avidin-biotin binding force. The method of fixing via is mentioned.

アビジン・ビオチン間の結合力を介して固定する方法は、好ましくは、平板の表面にアビジンを固定する工程、ビオチンを末端に有する核酸を調製する工程、アビジンを固定した平板の表面にビオチンを末端に有する核酸を固定する工程を含む。   The method of immobilizing via the binding force between avidin and biotin is preferably a step of immobilizing avidin on the surface of the plate, a step of preparing a nucleic acid having biotin at the end, and a surface of biotin terminated on the surface of the plate on which avidin is immobilized. A step of immobilizing the nucleic acid contained in

アビジンとしては、例えば、卵白由来のアビジン、ストレプトマイセス属細菌由来のストレプトアビジンが挙げられる。   Examples of avidin include egg white-derived avidin and Streptomyces-derived streptavidin.

平板の表面にアビジンを固定する方法としては、例えば、架橋剤を用いる方法が挙げられる。架橋剤としては、例えば、DTSSP、SPDP、EMCSが挙げられる。   Examples of the method for fixing avidin on the surface of the flat plate include a method using a crosslinking agent. Examples of the crosslinking agent include DTSSP, SPDP, and EMCS.

ビオチンを末端に有する核酸を調製する方法は特に制限されない。例えば、核酸を化学合成し、5’末端または3’末端にビオチンを共有結合させる方法が挙げられる。あるいは予めビオチンを5’末端に有するプライマーを調製し、このプライマーを用いてPCR法などにより核酸を合成する方法が挙げられる。   The method for preparing a nucleic acid having biotin at its end is not particularly limited. For example, a method of chemically synthesizing nucleic acid and covalently binding biotin to the 5 'end or 3' end can be mentioned. Alternatively, a method in which a primer having biotin at the 5 'end is prepared in advance and a nucleic acid is synthesized by PCR or the like using this primer.

アビジンを固定した平板の表面にビオチンを末端に有する核酸を固定する方法は特に制限されない。例えば、ビオチンを末端に有する核酸の溶液にアビジンを固定した平板を浸漬する方法が挙げられる。ビオチンを末端に有する核酸の溶液中の核酸の濃度としては、1μMが好ましい。   The method for immobilizing a nucleic acid having biotin at its end on the surface of a plate on which avidin is immobilized is not particularly limited. For example, a method of immersing a flat plate on which avidin is fixed in a solution of nucleic acid having a biotin end is mentioned. The concentration of the nucleic acid in the solution of the nucleic acid having biotin at the end is preferably 1 μM.

標的物質を固定した探針で、核酸を固定した平板の表面を走査する方法は特に制限されない。例えば、大気中で走査する方法、液体中で走査する方法が挙げられる。生理学的条件を考慮すると、液体中で走査する方法が好ましい。スクリーニングの効率を上げる観点から、標的物質と類似する構造を有する物質を含有する溶液中で走査する方法がより好ましい。例えば、標的物質がロイシンの場合には、ロイシンと類似する構造を有するメチオニンを溶液中に含有させることがより好ましい。また、例えば、標的物質がバリンの場合には、バリンと類似する構造を有するアラニンとイソロイシンとを溶液中に含有させることがより好ましい。   The method of scanning the surface of the flat plate on which the nucleic acid is immobilized with the probe on which the target substance is immobilized is not particularly limited. For example, there are a method of scanning in the atmosphere and a method of scanning in a liquid. In consideration of physiological conditions, a method of scanning in a liquid is preferable. From the viewpoint of increasing the efficiency of screening, a method of scanning in a solution containing a substance having a structure similar to the target substance is more preferable. For example, when the target substance is leucine, it is more preferable that methionine having a structure similar to leucine is contained in the solution. For example, when the target substance is valine, it is more preferable to contain alanine and isoleucine having a structure similar to valine in the solution.

核酸を固定した平板の表面から遊離して標的物質を固定した探針に捕捉された核酸を回収する方法は特に制限されない。例えば、PCR法が挙げられる。   There is no particular limitation on the method for recovering the nucleic acid captured by the probe fixed with the target substance released from the surface of the flat plate fixed with the nucleic acid. An example is the PCR method.

得られた核酸について、標的物質に対する結合力を測定する方法は特に制限されない。例えば、AFM法により測定する方法、解離定数を表面プラズモン共鳴(SPR)法により測定する方法が挙げられる。結合力の解析に加えて速度論的解析もできる点でSPR法が好ましい。   A method for measuring the binding strength of the obtained nucleic acid to the target substance is not particularly limited. For example, a method of measuring by an AFM method and a method of measuring a dissociation constant by a surface plasmon resonance (SPR) method can be mentioned. The SPR method is preferable in that kinetic analysis can be performed in addition to the analysis of the binding force.

本発明では、結合力が一定値を示す核酸アプタマーが出現するまで、上記工程を繰り返す。一定値としては、結合力がSPR法により解離定数として測定される場合、好ましくは2×10−6M以下、より好ましくは1.55×10−6M以下である。 In the present invention, the above steps are repeated until a nucleic acid aptamer having a constant binding force appears. The constant value is preferably 2 × 10 −6 M or less, more preferably 1.55 × 10 −6 M or less when the binding force is measured as a dissociation constant by the SPR method.

上記方法によりDNAアプタマーを得ることができる。このようにして得られた本発明のDNAアプタマーは、例えば、配列番号3または4に記載の塩基配列またはその相補配列を有する。本発明のDNAアプタマーは、SPR法により測定されるL−ロイシンに対する解離定数が1.55×10−6M以下を示す。 A DNA aptamer can be obtained by the above method. The thus obtained DNA aptamer of the present invention has, for example, the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 or 4 or a complementary sequence thereof. DNA aptamers of the invention, the dissociation constant for L- leucine as measured by SPR method show the following 1.55 × 10 -6 M.

以下に、実施例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。なお、以下の実施例において、%は%(w/v)を表す。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In the following examples,% represents% (w / v).

実施例1:AFMカンチレバーへのL−ロイシンの固定
AFM(セイコーインスツル株式会社製)のカンチレバー(Bio−lever;金コーティング;ばね定数:0.03N/m;共振周波数:37kHz;レバーの長さ:60μm;レバーの高さ:7μm)をオゾン発生装置(和研薬株式会社製)内に1時間静置して、カンチレバー表面上の有機物を除去した。このカンチレバーを、4mg/mLのDTSSP(3,3’−ジチオビス[スルホスクシンイミジルプロピオネート];PIERCE社製)溶液100μLに浸漬し、室温にて30分間遮光静置した後、超純水10mLで洗浄した。この過程で、DTSSP分子中のジスルフィド結合(S−S)が切れて形成されたチオール基(−SH)がカンチレバー表面の金単分子結晶と結合する。次いで、リン酸緩衝液(PBS;100mMリン酸,150mMNaCl;pH7.5)にて調製した20mg/mLのL−ロイシン(ナカライテスク株式会社製)溶液100μLに浸漬し、室温にて1時間遮光静置した後、フォールディング緩衝液(50mM Tris−HCl,300mM NaCl,30mM KCl,5mM MgCl)10mLで洗浄した。この過程で、DTSSP分子末端のスクシンイミド基がL−ロイシン分子中のアミノ基と結合する。このようにして、L−ロイシンを固定したAFMカンチレバーを調製した。
Example 1: Fixation of L-leucine to AFM cantilever AFM (Seiko Instruments Co., Ltd.) cantilever (Bio-level; gold coating; spring constant: 0.03 N / m; resonance frequency: 37 kHz; lever length : 60 μm; lever height: 7 μm) was left in an ozone generator (Waken Pharmaceutical Co., Ltd.) for 1 hour to remove organic matter on the cantilever surface. The cantilever was immersed in 100 μL of 4 mg / mL DTSSP (3,3′-dithiobis [sulfosuccinimidyl propionate]; manufactured by PIERCE), left to stand at room temperature for 30 minutes, and then ultrapure. Washed with 10 mL of water. In this process, the thiol group (—SH) formed by breaking the disulfide bond (S—S) in the DTSSP molecule is bonded to the gold monomolecular crystal on the surface of the cantilever. Next, the sample was immersed in 100 μL of a 20 mg / mL L-leucine (manufactured by Nacalai Tesque) solution prepared with a phosphate buffer (PBS; 100 mM phosphate, 150 mM NaCl; pH 7.5), and light-shielded at room temperature for 1 hour after location, and washed folding buffer (50mM Tris-HCl, 300mM NaCl , 30mM KCl, 5mM MgCl 2) at 10 mL. In this process, the succinimide group at the end of the DTSSP molecule is bonded to the amino group in the L-leucine molecule. In this way, an AFM cantilever in which L-leucine was immobilized was prepared.

実施例2:金板表面への1本鎖DNAの固定(ラウンド1スクリーニング)
(2本鎖DNAライブラリの作製)
60塩基のランダム配列を有する1本鎖DNAの混合液(N60溶液)を鋳型DNA溶液として用いて、以下の反応液組成および反応条件でPCR反応を行った。
Example 2: Immobilization of single-stranded DNA on the surface of a metal plate (round 1 screening)
(Preparation of double-stranded DNA library)
Using a mixed solution (N60 solution) of single-stranded DNA having a random sequence of 60 bases as a template DNA solution, PCR reaction was performed under the following reaction solution composition and reaction conditions.

<反応液組成>
鋳型DNA溶液 1μL
P1プライマー(配列番号1) 2μL
P2プライマー(配列番号2) 2μL
dNTPs(各2mM) 5μL
10×緩衝液 5μL
蒸留水 3.5μL
ポリメラーゼ 0.5μL
計 50μL
dNTPs(各2mM)、10×緩衝液およびポリメラーゼは、Expand Long Template PCR System(ロシュ・ダイアグノスティックス株式会社製)のものを用いた。
<Reaction solution composition>
Template DNA solution 1μL
P1 primer (SEQ ID NO: 1) 2 μL
P2 primer (SEQ ID NO: 2) 2 μL
dNTPs (2 mM each) 5 μL
10 x buffer 5 μL
Distilled water 3.5μL
Polymerase 0.5 μL
50μL in total
As dNTPs (2 mM each), 10 × buffer and polymerase, those of Expand Long Template PCR System (Roche Diagnostics Co., Ltd.) were used.

<反応条件>
95℃:1分→95℃:2分→(95℃:15秒→72℃:30秒)×20→72℃:10分→4℃
<Reaction conditions>
95 ° C .: 1 minute → 95 ° C .: 2 minutes → (95 ° C .: 15 seconds → 72 ° C .: 30 seconds) × 20 → 72 ° C .: 10 minutes → 4 ° C.

次いで、反応液50μLに6×サンプル緩衝液(30%グリセロール,0.25%ブロモフェノールブルー,1mM EDTA)10μLを混合し、混合液を9%のポリアクリルアミドゲル中で電気泳動した。電気泳動用緩衝液には、TBE緩衝液(10mM Tris−HCl,10mMホウ酸,2mM EDTA)を用いた。電気泳動したゲルを0.1%のエチジウムブロミド溶液に浸漬し、エチジウムブロミド溶液から取り出したゲルに365nmのUVを照射して、約80〜120塩基対の長さの2本鎖DNAを含有するゲルを切り出した。切り出したゲルから常法に従い2本鎖DNAを精製し、TE緩衝液(10mM Tris−HCl,1mM EDTA;pH=8.0)100μLに溶解して、2本鎖DNA溶液を調製した。   Subsequently, 10 μL of 6 × sample buffer (30% glycerol, 0.25% bromophenol blue, 1 mM EDTA) was mixed with 50 μL of the reaction solution, and the mixture was electrophoresed in a 9% polyacrylamide gel. A TBE buffer (10 mM Tris-HCl, 10 mM boric acid, 2 mM EDTA) was used as the electrophoresis buffer. The electrophoresed gel is immersed in a 0.1% ethidium bromide solution, and the gel taken out from the ethidium bromide solution is irradiated with 365 nm UV to contain double-stranded DNA having a length of about 80 to 120 base pairs. The gel was cut out. Double-stranded DNA was purified from the excised gel according to a conventional method, and dissolved in 100 μL of TE buffer (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA; pH = 8.0) to prepare a double-stranded DNA solution.

(ビオチンを末端に有する1本鎖DNAライブラリの作製)
上記2本鎖DNA溶液を鋳型DNA溶液として用いて、以下の反応液組成および反応条件でPCR反応を行った。ビオチンを5’末端に有するビオチン化P1プライマーは、ライフテクノロジーズジャパン株式会社に委託して作製した。
(Preparation of single-stranded DNA library with biotin at the end)
Using the double-stranded DNA solution as a template DNA solution, a PCR reaction was performed under the following reaction solution composition and reaction conditions. The biotinylated P1 primer having biotin at the 5 ′ end was prepared by consigning to Life Technologies Japan Co., Ltd.

<反応液組成>
鋳型DNA溶液 1μL
ビオチン化P1プライマー(配列番号1) 2μL
dNTPs(各2mM) 5μL
10×緩衝液 5μL
蒸留水 36.5μL
ポリメラーゼ 0.5μL
計 50μL
dNTPs(各2mM)、10×緩衝液およびポリメラーゼは、Expand Long Template PCR System(ロシュ・ダイアグノスティックス株式会社製)のものを用いた。
<Reaction solution composition>
Template DNA solution 1μL
Biotinylated P1 primer (SEQ ID NO: 1) 2 μL
dNTPs (2 mM each) 5 μL
10 x buffer 5 μL
Distilled water 36.5μL
Polymerase 0.5 μL
50μL in total
As dNTPs (2 mM each), 10 × buffer and polymerase, those of Expand Long Template PCR System (manufactured by Roche Diagnostics) were used.

<反応条件>
95℃:1分→95℃:2分→(95℃:15秒→72℃:30秒)×45→72℃:10分→4℃
<Reaction conditions>
95 ° C .: 1 minute → 95 ° C .: 2 minutes → (95 ° C .: 15 seconds → 72 ° C .: 30 seconds) × 45 → 72 ° C .: 10 minutes → 4 ° C.

次いで、反応液にエタノールを混合して沈殿を生じさせ、沈殿を70%エタノールで洗浄した後、TE緩衝液45μLに溶解して、1本鎖DNA溶液を調製した。   Subsequently, ethanol was mixed with the reaction solution to cause precipitation. The precipitate was washed with 70% ethanol and then dissolved in 45 μL of TE buffer to prepare a single-stranded DNA solution.

(金板表面への1本鎖DNAの固定)
スライドガラス(松浪硝子工業株式会社製)に、377partA(エポキシ樹脂;Epoxy Technology社製)150μLと377partB(硬化剤;Epoxy Technology社製)150μLとの混合液5μLを滴下し、次いで金蒸着ウエハ(株式会社SUMCO製)を接着させた。これをマッフル炉(株式会社デンケン製)に入れ、150℃にて1時間加熱してエポキシ樹脂を固めた後、自然冷却した。スライドガラスからウエハを剥がして、金表面を有するスライドガラスを金板として得た。
(Immobilization of single-stranded DNA on the surface of a metal plate)
5 μL of a mixed solution of 150 μL of 377 part A (epoxy resin; manufactured by Epoxy Technology) and 150 μL of 377 part B (hardening agent: manufactured by Epoxy Technology) is dropped onto a slide glass (manufactured by Matsunami Glass Industrial Co., Ltd.), and then a gold-deposited wafer (stock) Company SUMCO). This was put into a muffle furnace (manufactured by Denken Co., Ltd.), heated at 150 ° C. for 1 hour to harden the epoxy resin, and then naturally cooled. The wafer was peeled off from the slide glass to obtain a slide glass having a gold surface as a gold plate.

この金板に、20mMの酢酸緩衝液(pH5.0)にて調製した4mg/mLのDTSSP溶液100μLを丁寧に滴下し、次いで金板を室温にて30分間遮光静置した後、超純水10mLで洗浄した。この過程で、DTSSP分子中のジスルフィド結合(S−S)が切れて形成されたチオール基(−SH)が金板表面の金単分子結晶と結合する。この金板に、PBSにて調製した1mg/mLのストレプトアビジン(SIGMA社製)溶液100μLを丁寧に滴下し、次いで金板を室温にて1時間遮光静置した後、PBS10mLで洗浄した。この過程で、DTSSP分子末端のスクシンイミド基がストレプトアビジン分子中のアミノ基と結合する。この金板に、フォールディング緩衝液にてOD(260nm)=0.4となるように調製した1本鎖DNA溶液100μLを丁寧に滴下し、次いで金板を室温にて1時間遮光静置した後、Tween20を0.01%含むフォールディング緩衝液10mL、次いでフォールディング緩衝液10mLで洗浄した。このようにして、1本鎖DNAを固定した金板を作製した。   To this metal plate, 100 μL of a 4 mg / mL DTSSP solution prepared with a 20 mM acetate buffer (pH 5.0) was carefully added dropwise, and then the metal plate was allowed to stand at room temperature for 30 minutes, and then ultrapure water. Washed with 10 mL. In this process, the thiol group (—SH) formed by breaking the disulfide bond (S—S) in the DTSSP molecule is bonded to the gold monomolecular crystal on the surface of the gold plate. To this metal plate, 100 μL of a 1 mg / mL streptavidin (manufactured by SIGMA) solution prepared in PBS was carefully added dropwise, and then the metal plate was left to stand at room temperature for 1 hour, and then washed with 10 mL of PBS. In this process, the succinimide group at the end of the DTSSP molecule is bonded to the amino group in the streptavidin molecule. To this metal plate, 100 μL of a single-stranded DNA solution prepared so that OD (260 nm) = 0.4 with a folding buffer was carefully dropped, and then the metal plate was left to stand at room temperature for 1 hour in the dark. , And washed with 10 mL of folding buffer containing 0.01% Tween 20 and then with 10 mL of folding buffer. In this way, a gold plate on which single-stranded DNA was immobilized was prepared.

実施例3:AFMのカンチレバーによる金板表面の走査(ラウンド1スクリーニング)
以下の走査条件で常法に従い、実施例1で調製したAFMカンチレバーを用いて、実施例2で作製した金板の表面を走査し、AFMカンチレバーと金板表面との間に作用する力(L−ロイシンと1本鎖DNAとの結合力)を測定した。結果を図2(a)に示す。
Example 3: Scanning of metal plate surface with AFM cantilever (round 1 screening)
The surface of the metal plate produced in Example 2 was scanned using the AFM cantilever prepared in Example 1 according to a conventional method under the following scanning conditions, and the force (L (L) acting between the AFM cantilever and the metal plate surface) -The binding force between leucine and single-stranded DNA was measured. The results are shown in FIG.

<走査条件>
AFM:コンタクトモード、FCM(Force Curve Mapping)測定モード
分解能:20μm×20μm→512×512画素
走査周波数:1Hz
走査溶液:フォールディング緩衝液にて調製した100mMメチオニン(ナカライテスク株式会社製)溶液
<Scanning conditions>
AFM: Contact mode, FCM (Force Curve Mapping) measurement mode Resolution: 20 μm × 20 μm → 512 × 512 pixels Scanning frequency: 1 Hz
Scanning solution: 100 mM methionine (manufactured by Nacalai Tesque) solution prepared in folding buffer

実施例4:AFMカンチレバーに捕捉された1本鎖DNAの回収(ラウンド1スクリーニング)
実施例3の走査を終了したカンチレバーを、0.01%Tween20を含むフォールディング緩衝液10mLで洗浄し、次いで1%DMSOを含むTE緩衝液200μLに浸漬し、98℃にて5分間加熱した後、氷上にて5分間冷却した。溶液を回収し、溶液にエタノールを混合して沈殿を生じさせ、沈殿を70%エタノールで洗浄した後、TE緩衝液20μLに溶解して、1本鎖DNA溶出液を得た。
Example 4: Recovery of single-stranded DNA trapped in an AFM cantilever (round 1 screening)
The cantilever which finished the scan of Example 3 was washed with 10 mL of folding buffer containing 0.01% Tween 20, then immersed in 200 μL of TE buffer containing 1% DMSO, heated at 98 ° C. for 5 minutes, Cool on ice for 5 minutes. The solution was collected, ethanol was mixed with the solution to cause precipitation. The precipitate was washed with 70% ethanol, and then dissolved in 20 μL of TE buffer to obtain a single-stranded DNA eluate.

実施例5:ラウンド2スクリーニング
実施例2において、鋳型DNA溶液としてN60溶液の代わりに実施例4で得られた1本鎖DNA溶出液を用いたこと以外は、実施例2〜4と同様にして、1本鎖DNA溶出液を得た。
Example 5: Round 2 screening In the same manner as in Examples 2 to 4, except that the single-stranded DNA eluate obtained in Example 4 was used instead of the N60 solution as the template DNA solution in Example 2. A single-stranded DNA eluate was obtained.

実施例6:ラウンド3スクリーニング
実施例2において、鋳型DNA溶液としてN60溶液の代わりに実施例5で得られた1本鎖DNA溶出液を用いたこと以外は、実施例2〜4と同様にして、1本鎖DNA溶出液を得た。L−ロイシンと1本鎖DNAとの結合力を測定した結果を図2(b)に示す。
Example 6: Round 3 screening As in Example 2, except that the single-stranded DNA eluate obtained in Example 5 was used as the template DNA solution instead of the N60 solution. A single-stranded DNA eluate was obtained. The result of measuring the binding force between L-leucine and single-stranded DNA is shown in FIG.

実施例7:ラウンド4スクリーニング
実施例2において、鋳型DNA溶液としてN60溶液の代わりに実施例6で得られた1本鎖DNA溶出液を用いたこと以外は、実施例2〜4と同様にして、1本鎖DNA溶出液を得た。
Example 7: Round 4 screening In Example 2, the single-stranded DNA eluate obtained in Example 6 was used as the template DNA solution instead of the N60 solution. A single-stranded DNA eluate was obtained.

実施例5、6および7において測定した、L−ロイシンと1本鎖DNAとの結合力の平均値を図2(c)に示す。図2(c)に示すように、L−ロイシンと1本鎖DNAとの結合力の平均値は、実施例2〜4(ラウンド1)、実施例5(ラウンド2)および実施例6(ラウンド3)とスクリーニングのラウンドが進むにしたがって、それぞれ66.2pN、89.5pNおよび134.8pNと増加したが、実施例7(ラウンド4)ではラウンドが進んだにもかかわらず129.0pNと減少した。最終的に、L−ロイシンと1本鎖DNAとの結合力の平均値として最も高い値は、実施例6(ラウンド3)において、実施例5(ラウンド2)で得られた1本鎖DNA溶出液を用いた場合の134pNであった。このように、L−ロイシンに対する高い結合力を有する1本鎖DNAがわずか2ラウンドのスクリーニングで得られることがわかった。したがって、本発明の方法は、従来のSELEX法に比べてスクリーニングのラウンド数を大幅に減少させることができる。   The average value of the binding strength between L-leucine and single-stranded DNA measured in Examples 5, 6 and 7 is shown in FIG. As shown in FIG.2 (c), the average value of the binding force of L-leucine and single strand DNA is shown in Examples 2 to 4 (Round 1), Example 5 (Round 2), and Example 6 (Round). As the rounds of 3) and screening progressed, they increased to 66.2 pN, 89.5 pN, and 134.8 pN, respectively, but in Example 7 (Round 4), they decreased to 129.0 pN despite the progress of the round. . Finally, the highest value of the average binding force between L-leucine and single-stranded DNA was the same as that in Example 6 (Round 3), and the elution of single-stranded DNA obtained in Example 5 (Round 2). It was 134 pN when the liquid was used. Thus, it was found that single-stranded DNA having a high binding force for L-leucine can be obtained by screening in only two rounds. Therefore, the method of the present invention can greatly reduce the number of rounds of screening compared with the conventional SELEX method.

実施例8:実施例5(ラウンド2スクリーニング)で得られた1本鎖DNAの評価
実施例2において、鋳型DNA溶液としてN60溶液の代わりに実施例5で得られた1本鎖DNA溶出液を用いたこと以外は、実施例2と同様にして、1本鎖DNAを固定した金板を作製した。
Example 8: Evaluation of single-stranded DNA obtained in Example 5 (Round 2 screening) In Example 2, the single-stranded DNA eluate obtained in Example 5 was used as the template DNA solution instead of the N60 solution. A metal plate on which single-stranded DNA was immobilized was prepared in the same manner as in Example 2 except that it was used.

(L−ロイシンに対する結合力の評価)
走査溶液としてフォールディング緩衝液にて調製した100mMメチオニン溶液の代わりにフォールディング緩衝液を用いたこと以外は実施例3と同様の走査条件で常法に従い、実施例1で調製したL−ロイシンを固定したAFMカンチレバーを用いて、上記作製した金板の表面を走査し、AFMカンチレバーと金板表面との間に作用する力(L−ロイシンと1本鎖DNAとの結合力)を測定した。結果を図3に示す。L−ロイシンと1本鎖DNAとの結合力は、67.2pNであった。
(Evaluation of binding force to L-leucine)
The L-leucine prepared in Example 1 was immobilized under the same scanning conditions as in Example 3 except that the folding buffer was used instead of the 100 mM methionine solution prepared in the folding buffer as the scanning solution. Using the AFM cantilever, the surface of the prepared metal plate was scanned, and the force (binding force between L-leucine and single-stranded DNA) acting between the AFM cantilever and the metal plate surface was measured. The results are shown in FIG. The binding force between L-leucine and single-stranded DNA was 67.2 pN.

(L−メチオニンに対する結合力の評価)
L−ロイシンの代わりにL−メチオニンを用いたこと以外は実施例1と同様にして、L−メチオニンを固定したAFMカンチレバーを調製した。
(Evaluation of binding strength to L-methionine)
An AFM cantilever in which L-methionine was immobilized was prepared in the same manner as in Example 1 except that L-methionine was used instead of L-leucine.

走査溶液としてフォールディング緩衝液にて調製した100mMメチオニン溶液の代わりにフォールディング緩衝液を用いたこと以外は実施例3と同様の走査条件で常法に従い、上記調製したL−メチオニンを固定したAFMカンチレバーを用いて、上記作製した金板の表面を走査し、AFMカンチレバーと金板表面との間に作用する力(L−メチオニンと1本鎖DNAとの結合力)を測定した。結果を図3に示す。L−メチオニンと1本鎖DNAとの結合力は、16.6pNであった。   The AFM cantilever with the L-methionine prepared above was immobilized under the same scanning conditions as in Example 3 except that the folding buffer was used instead of the 100 mM methionine solution prepared in the folding buffer as the scanning solution. The surface of the metal plate produced as described above was scanned to measure the force (binding force between L-methionine and single-stranded DNA) acting between the AFM cantilever and the metal plate surface. The results are shown in FIG. The binding force between L-methionine and single-stranded DNA was 16.6 pN.

図3に示すように、実施例5で得られた1本鎖DNAを固定した金板を用いた場合、L−ロイシンと1本鎖DNAとの結合力の方が、L−メチオニンと1本鎖DNAとの結合力よりも大きかった。このことから、実施例5では、L−ロイシンに対する高い特異的結合力を有する1本鎖DNAが得られたものと考えられる。   As shown in FIG. 3, when the metal plate on which the single-stranded DNA obtained in Example 5 was immobilized was used, the binding force between L-leucine and the single-stranded DNA was L-methionine and one. It was larger than the binding force with the strand DNA. From this, it is considered that in Example 5, a single-stranded DNA having a high specific binding force to L-leucine was obtained.

実施例9:実施例5(ラウンド2スクリーニング)で得られた1本鎖DNAの単離および塩基配列解読
(1本鎖DNAの単離)
鋳型DNA溶液として実施例5で得られた1本鎖DNA溶出液を用いたこと以外は実施例1と同様にしてPCR反応を行った。
Example 9: Isolation and nucleotide sequencing of single-stranded DNA obtained in Example 5 (Round 2 screening) (Isolation of single-stranded DNA)
A PCR reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the single-stranded DNA eluate obtained in Example 5 was used as the template DNA solution.

次いで、反応液にエタノールを混合して沈殿を生じさせ、沈殿を70%エタノールで洗浄した後、TE緩衝液20μLに溶解して、1本鎖DNA溶液を調製した。   Subsequently, ethanol was mixed with the reaction solution to cause precipitation. The precipitate was washed with 70% ethanol, and then dissolved in 20 μL of TE buffer to prepare a single-stranded DNA solution.

次いで、以下の反応液組成でライゲーション反応を16℃にて6時間以上行った。   Next, the ligation reaction was performed at 16 ° C. for 6 hours or more with the following reaction solution composition.

<反応液組成>
pTA2 vector(東洋紡績株式会社製) 1μL
1本鎖DNA溶液 4μL
I液(DNA Ligation Kit Ver.2.1;タカラバイオ株式会社製) 5μL
計 10μL
<Reaction solution composition>
pTA2 vector (Toyobo Co., Ltd.) 1μL
Single-stranded DNA solution 4μL
Solution I (DNA Ligation Kit Ver.2.1; manufactured by Takara Bio Inc.) 5 μL
10μL in total

次いで、反応液10μLを大腸菌コンピテントセル(Nova blue;タカラバイオ株式会社製)100μLと混合し、混合液で常法に従い大腸菌を形質転換した。形質転換体は、50μg/mLのアンピシリンを含むLB寒天培地上でスクリーニングした。   Next, 10 μL of the reaction solution was mixed with 100 μL of E. coli competent cells (Nova blue; manufactured by Takara Bio Inc.), and Escherichia coli was transformed with the mixed solution according to a conventional method. Transformants were screened on LB agar medium containing 50 μg / mL ampicillin.

次いで、得られた大腸菌の形質転換体から、常法のアルカリSDS法に従い、プラスミドを抽出した。プラスミド抽出液に等量の13%ポリエチレングリコール溶液を混合して沈殿を生じさせ、沈殿をTE緩衝液50μLに溶解して、プラスミド溶液を調製した。   Subsequently, the plasmid was extracted from the obtained Escherichia coli transformant according to a conventional alkaline SDS method. An equal amount of 13% polyethylene glycol solution was mixed with the plasmid extract to cause precipitation, and the precipitate was dissolved in 50 μL of TE buffer to prepare a plasmid solution.

次いで、得られたプラスミドがインサートを有しているか否かを確認するために、得られたプラスミド溶液を鋳型DNA溶液として用いて、以下の反応液組成および反応条件でPCR反応を行った。   Subsequently, in order to confirm whether or not the obtained plasmid had an insert, the obtained plasmid solution was used as a template DNA solution, and a PCR reaction was performed under the following reaction solution composition and reaction conditions.

<反応液組成>
鋳型DNA溶液 0.4μL
P1プライマー(配列番号1) 0.4μL
P2プライマー(配列番号2) 0.4μL
dNTPs(各2mM) 1.0μL
10×緩衝液 1.0μL
蒸留水 6.78μL
ポリメラーゼ 0.02μL
計 10μL
dNTPs(各2mM)、10×緩衝液およびポリメラーゼは、Expand Long Template PCR System(ロシュ・ダイアグノスティックス株式会社製)のものを用いた。
<Reaction solution composition>
Template DNA solution 0.4μL
P1 primer (SEQ ID NO: 1) 0.4 μL
P2 primer (SEQ ID NO: 2) 0.4 μL
dNTPs (2 mM each) 1.0 μL
10 x Buffer 1.0 μL
Distilled water 6.78μL
Polymerase 0.02 μL
10μL in total
As dNTPs (2 mM each), 10 × buffer and polymerase, those of Expand Long Template PCR System (Roche Diagnostics Co., Ltd.) were used.

<反応条件>
95℃:2分→(95℃:15秒→72℃:30秒)×20→72℃:10分→4℃
<Reaction conditions>
95 ° C .: 2 minutes → (95 ° C .: 15 seconds → 72 ° C .: 30 seconds) × 20 → 72 ° C .: 10 minutes → 4 ° C.

次いで、実施例2と同様にして、反応液10μLに6×サンプル緩衝液2μLを混合し、混合液を9%のポリアクリルアミドゲル中で電気泳動した。電気泳動したゲルを0.1%のエチジウムブロミド溶液に浸漬し、エチジウムブロミド溶液から取り出したゲルに365nmのUVを照射して、約80〜120塩基対の長さの2本鎖DNAの有無を確認した。このようにして、インサートを有しているプラスミドクローンをスクリーニングした。   Next, in the same manner as in Example 2, 10 μL of the reaction solution was mixed with 2 μL of 6 × sample buffer, and the mixture was electrophoresed in a 9% polyacrylamide gel. The electrophoresed gel is immersed in a 0.1% ethidium bromide solution, and the gel taken out of the ethidium bromide solution is irradiated with 365 nm UV to determine the presence or absence of double-stranded DNA of about 80 to 120 base pairs in length. confirmed. In this way, plasmid clones having inserts were screened.

(1本鎖DNAの塩基配列解読)
インサートを有しているプラスミドクローンについて、プラスミド溶液を鋳型DNA溶液として用いて、以下の反応液組成および反応条件でPCR反応を行った。
(Decoding the base sequence of single-stranded DNA)
About the plasmid clone which has insert, PCR reaction was performed on the following reaction liquid composition and reaction conditions, using a plasmid solution as a template DNA solution.

<反応液組成>
鋳型DNA溶液 1μL
M13 Rvプライマー(タカラバイオ株式会社製) 1μL
DTCS Quick Start Master Mix(BECKMAN社製) 4μL
蒸留水 4μL
計 10μL
<Reaction solution composition>
Template DNA solution 1μL
M13 Rv primer (Takara Bio Inc.) 1μL
DTCS Quick Start Master Mix (BECKMAN) 4μL
4μL of distilled water
10μL in total

次いで、得られた反応液についてBECKMAN CEQ8000(BECKMAN社製)を用いて塩基配列解読を行った。解読したクローンLA−1(64mer)およびLB−1(26mer)の塩基配列をそれぞれ配列番号3および4に示す。   Subsequently, the base sequence of the obtained reaction solution was decoded using BECKMAN CEQ8000 (manufactured by BECKMAN). The base sequences of the decoded clones LA-1 (64mer) and LB-1 (26mer) are shown in SEQ ID NOs: 3 and 4, respectively.

LA−1は、内部に「GGGGTGGGG」の配列を含んでおり、Gカルテット構造(図1参照)の存在が示唆される。   LA-1 contains the sequence of “GGGGTGGGGG” inside, suggesting the presence of a G quartet structure (see FIG. 1).

実施例10:実施例9で単離した1本鎖DNAのSPR法による評価
(SPRセンサーチップへのL−ロイシンおよびL−メチオニンの固定)
25mMホウ酸緩衝液(pH8.0)にて調製した10mg/mLのL−ロイシン溶液50μLとDMSOにて調製した15mg/mLのEMCS(N−(6−マレイミドカプロイロキシ)スクシンイミド;株式会社同仁化学研究所製)溶液50μLとを混合し、室温にて遮光下、1.5時間反応させた。この反応液100μLに50mMのホウ酸緩衝液(pH8.0)900μLを混合して、1mg/mLのL−ロイシン−EMCS溶液を調製した。
Example 10: Evaluation by SPR method of single-stranded DNA isolated in Example 9 (Immobilization of L-leucine and L-methionine to SPR sensor chip)
50 μL of 10 mg / mL L-leucine solution prepared with 25 mM borate buffer (pH 8.0) and 15 mg / mL EMCS (N- (6-maleimidocaproyloxy) succinimide prepared with DMSO; Dojin Corporation (Manufactured by Chemical Laboratories) 50 μL of the solution was mixed and allowed to react at room temperature under light shielding for 1.5 hours. The reaction solution (100 μL) was mixed with 50 mM borate buffer (pH 8.0) (900 μL) to prepare a 1 mg / mL L-leucine-EMCS solution.

同様にして、1mg/mLのL−メチオニン−EMCS溶液を調製した。   Similarly, a 1 mg / mL L-methionine-EMCS solution was prepared.

次いで、以下の固定手順に従い、SPR測定装置Biacore 3000(GEヘルスケアバイオサイエンス株式会社製)のセンサーチップにL−ロイシンまたはコントロールとしてL−メチオニンを固定した。この固定においては、図4に示すように、1本鎖DNAがL−ロイシンと十分相互作用できるように、SPRセンサーチップとL−ロイシンとの間にシスタミンおよびEMCSを介在させた。   Then, according to the following fixing procedure, L-leucine or L-methionine as a control was fixed to the sensor chip of the SPR measuring device Biacore 3000 (manufactured by GE Healthcare Biosciences). In this fixation, as shown in FIG. 4, cystamine and EMCS were interposed between the SPR sensor chip and L-leucine so that the single-stranded DNA could sufficiently interact with L-leucine.

<固定手順>
1.EDC(1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩;GEヘルスケアバイオサイエンス株式会社製)とNHS(N−ヒドロキシスクシンイミド;GEヘルスケアバイオサイエンス株式会社製)との等量混合液100μLを流速10μL/分でインジェクトした(SPRセンサーチップへのNHSの固定)。
2.500mMシスタミン溶液70μLを流速5μL/分で3回インジェクトした(NHSへのシスタミンの結合)。
3.超純水にて調製した100mMジチオスレイトール(DTT)溶液300μLを流速10μL/分でインジェクトした(シスタミンの還元)。
4.1mg/mLのL−ロイシン−EMCS溶液またはL−メチオニン−EMCS溶液30μLを流速5μL/分で10回インジェクトした(シスタミンへのL−ロイシン−EMCSまたはL−メチオニン−EMCSの結合)。
<Fixing procedure>
1. EDC (1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride; manufactured by GE Healthcare Biosciences) and NHS (N-hydroxysuccinimide; manufactured by GE Healthcare Biosciences) are mixed in equal amounts 100 μL of the solution was injected at a flow rate of 10 μL / min (fixation of NHS on the SPR sensor chip).
2. 70 μL of 500 mM cystamine solution was injected 3 times at a flow rate of 5 μL / min (binding of cystamine to NHS).
3. 300 μL of a 100 mM dithiothreitol (DTT) solution prepared with ultrapure water was injected at a flow rate of 10 μL / min (reduction of cystamine).
30 μL of a 4.1 mg / mL L-leucine-EMCS solution or L-methionine-EMCS solution was injected 10 times at a flow rate of 5 μL / min (binding of L-leucine-EMCS or L-methionine-EMCS to cystamine).

SPRセンサーチップへの固定量は、L−ロイシンでは252RU、およびL−メチオニンでは167RUであった。   The amount immobilized on the SPR sensor chip was 252 RU for L-leucine and 167 RU for L-methionine.

(実施例9で単離した1本鎖DNAの表面プラズモン共鳴法による評価)
実施例9で単離したLA−1およびLB−1の溶液の濃度をTE緩衝液にて1μMに調整し、この溶液20μLを、L−ロイシンを固定したSPRセンサーチップに流速5μL/分でインジェクトした。同様にして、0.5および0.4μMに調整した溶液をインジェクトした。結果をそれぞれ図5および6に示す。
(Evaluation of single-stranded DNA isolated in Example 9 by surface plasmon resonance method)
The concentration of the LA-1 and LB-1 solutions isolated in Example 9 was adjusted to 1 μM with TE buffer, and 20 μL of this solution was introduced into the SPR sensor chip on which L-leucine had been immobilized at a flow rate of 5 μL / min. It was ejected. Similarly, solutions adjusted to 0.5 and 0.4 μM were injected. The results are shown in FIGS. 5 and 6, respectively.

図5(b)に示すように、LA−1については、解離定数K=1.33×10−7という値が得られた。図6(b)に示すように、LB−1については、K=1.55×10−6という値が得られた。これらの値は、アミノ酸のような小分子に対するアプタマーとして機能するには、十分であると考えられる。なお、L−メチオニンを固定したSPRセンサーチップを用いた場合には、LA−1またはLB−1とL−メチオニンとの結合を示すSPRシグナルは得られなかった(データを示さず)。このように、2回のスクリーニングによってDNAアプタマーを得ることができた。 As shown in FIG. 5B, for LA-1, a value of dissociation constant K D = 1.33 × 10 −7 was obtained. As shown in FIG. 6B, a value of K D = 1.55 × 10 −6 was obtained for LB-1. These values are considered sufficient to function as aptamers for small molecules such as amino acids. In addition, when the SPR sensor chip which fixed L-methionine was used, the SPR signal which shows the coupling | bonding of LA-1 or LB-1 and L-methionine was not obtained (data not shown). Thus, a DNA aptamer could be obtained by two screenings.

本発明によれば、アミノ酸などの低分子に対する高い特異的結合力を有する核酸アプタマーを提供し、そして高い特異的結合力を有する核酸アプタマーを効率よくスクリーニングする方法を提供することができる。本発明によれば、核酸アプタマーをバイオセンサーのセンサー素子やドラッグデリバリーシステムのターゲッティング分子として応用できる可能性が広がる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nucleic acid aptamer which has the high specific binding power with respect to small molecules, such as an amino acid, and the method of screening efficiently the nucleic acid aptamer which has a high specific binding power can be provided. According to the present invention, the possibility of applying a nucleic acid aptamer as a sensor element of a biosensor or a targeting molecule of a drug delivery system is expanded.

Claims (11)

原子間力顕微鏡を用いて核酸アプタマーをスクリーニングする方法であって、
(a)原子間力顕微鏡の探針に標的物質を固定する工程、
(b)平板の表面に核酸を非共有結合を介して固定する工程、
(c)工程(a)で得られた探針で、工程(b)で得られた平板の表面を走査する工程、
(d)工程(c)において、該平板の表面から遊離して該探針に捕捉された核酸を回収する工程、
(e)工程(d)で得られた核酸について該標的物質に対する結合力を測定する工程、および
(f)工程(e)で測定した結合力が一定値を示す核酸アプタマーが出現するまで、工程(b)〜(e)を繰り返す工程
を含む、方法。
A method for screening nucleic acid aptamers using an atomic force microscope,
(A) a step of fixing the target substance to the probe of the atomic force microscope,
(B) a step of immobilizing a nucleic acid on the surface of a flat plate via a non-covalent bond;
(C) scanning the surface of the flat plate obtained in step (b) with the probe obtained in step (a);
(D) collecting the nucleic acid released from the surface of the flat plate and captured by the probe in step (c);
(E) a step of measuring the binding force of the nucleic acid obtained in step (d) to the target substance, and (f) a step until a nucleic acid aptamer whose binding force measured in step (e) shows a constant value appears. A method comprising the steps of repeating (b) to (e).
前記核酸アプタマーが、DNAアプタマーである、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the nucleic acid aptamer is a DNA aptamer. 前記標的物質が、アミノ酸、ペプチドまたはタンパク質である、請求項1または2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the target substance is an amino acid, a peptide, or a protein. 前記標的物質が、ロイシンである、請求項1から3のいずれかの項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the target substance is leucine. 前記平板が、金板である、請求項1から4のいずれかの項に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the flat plate is a gold plate. 前記工程(b)が、
(b1)平板の表面にアビジンを固定する工程、
(b2)ビオチンを末端に有する核酸を調製する工程、
(b3)工程(b1)で得られた平板の表面に工程(b2)で得られた核酸を固定する工程
を含む、請求項1から5のいずれかの項に記載の方法。
The step (b)
(B1) a step of fixing avidin on the surface of the flat plate,
(B2) preparing a nucleic acid having biotin at its end;
(B3) The method according to any one of claims 1 to 5, comprising a step of immobilizing the nucleic acid obtained in step (b2) on the surface of the flat plate obtained in step (b1).
前記工程(c)が、メチオニンを含有する溶液中で行われる、請求項4に記載の方法。   The method according to claim 4, wherein the step (c) is performed in a solution containing methionine. 前記結合力が、表面プラズモン共鳴法により測定した前記標的物質に対する解離定数である、請求項1から7のいずれかの項に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the binding force is a dissociation constant for the target substance measured by a surface plasmon resonance method. 前記一定値が、1.55×10−6M以下である、請求項8に記載の方法。 The method according to claim 8, wherein the constant value is 1.55 × 10 −6 M or less. 請求項8または9に記載の方法により得られるDNAアプタマーであって、表面プラズモン共鳴法により測定されるL−ロイシンに対する解離定数が1.55×10−6M以下を示すDNAアプタマー。 A DNA aptamer obtained by the method according to claim 8 or 9, DNA aptamers dissociation constant for L- leucine as measured by surface plasmon resonance exhibits less 1.55 × 10 -6 M. 配列番号3に記載の塩基配列の1位から64位までの塩基配列またはその相補配列、および配列番号4に記載の塩基配列の1位から26位までの塩基配列またはその相補配列からなる群から選択される少なくとも1つの塩基配列を有するDNAアプタマー。   From the group consisting of the base sequence from position 1 to position 64 of the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 or its complementary sequence, and the base sequence from position 1 to position 26 of the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 or its complementary sequence A DNA aptamer having at least one selected base sequence.
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