JP2022048163A - Method for preparing long single-stranded dna - Google Patents
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Abstract
Description
特許法第30条第2項適用申請有り 2016年01月20日、ssODN-mediated knock-in with CRISPR-Cas forlarge genomic regions in zygotes. Nat Commun.20;7:10431にて公開
特許法第30条第2項適用申請有り 2016年02月09日、株式会社バイオダイナミクス研究所の販売担当者が、自社にて、長洞 仁が発明した長鎖一本鎖DNAを調製する方法に係るキット(DS620 Long ssDNA Preparation Kit for 3.0kb(LsODN Preparation Kit))を販売Application for application of
特許法第30条第2項適用申請有り 2016年04月15日、フナコシニュース2016年04月15日号(No.609),pp.3,32にて公開Application for application of
特許法第30条第2項適用申請有り 2016年06月01日、フナコシニュース2016年06月01日号(No.612),p.9にて公開Application for application of
特許法第30条第2項適用申請有り 2016年05月26日、ゲノム編集2016(Genome Editing 2016の可能性)中央大学駿河台記念館2階281号室にて公開
特許法第30条第2項適用申請有り 2016年02月26日、ウェブサイトhttps://www.funakoshi.co.jp/contents/64803にて公開
特許法第30条第2項適用申請有り 2016年02月16日、ウェブサイトhttps://www.funakoshi.co.jp/contents/80479にて公開
特許法第30条第2項適用申請有り 2016年04月、ウェブサイトhttps://fnkprddata.blob.core.windows.net/domestic/download/pdf/BDL._slODN_ex_flyer.pdfにて公開Application for application of
特許法第30条第2項適用申請有り 2016年04月、ウェブサイトhttp://www.diagnocine.com/download/lsODNkit.pdfにて公開Application for application of
特許法第30条第2項適用申請有り 2016年04月、ウェブサイトhttp://www.bio-rev.com/wp-content/uploads/2010/11/BDL_160401_BR_lsODNkit.pdfにて公開Application for application of
特許法第30条第2項適用申請有り 2016年03月15日、ウェブサイトhttp://m.blog.naver.com/ostrich74/220655319395にて公開
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特許法第30条第2項適用申請有り 2016年05月17日、ウェブサイトhttp://m.blog.daum.net/coresciences/108?categoryId=2にて公開
特許法第30条第2項適用申請有り 2016年03月、ウェブサイトhttp://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=new_protech&id=135251にて公開Application for application of
特許法第30条第2項適用申請有り 2016年03月11日、ウェブサイトhttp://www.biodynamics.co.jp/prd_ds610.htmにて公開
特許法第30条第2項適用申請有り 2016年03月11日、ウェブサイトhttp://www.biodynamics.co.jp/e/prd_ds610.htmにて公開
本発明は、長鎖の一本鎖DNAを調製する方法に関する。具体的には、本発明は、ニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を有するベクターまたは目的のDNA鎖を用いて、当該認識部位を切断することにより、長鎖の一本鎖DNAを調製する方法に関する。 The present invention relates to a method for preparing long single-stranded DNA. Specifically, the present invention relates to a method for preparing a long-chain single-stranded DNA by cleaving the recognition site using a vector having a nickel endonuclease recognition site or a DNA strand of interest.
一本鎖DNAは、DNAシークエンス、SNP解析、DNAチップ、SSCP分析SELEXなど、多くの分子生物学的実験に用いられている。その調製にはいくつかの手法が用いられており、大別して4種類の手法が知られている。1つ目は化学合成であり、近年、DNAの化学合成法が改善され、一本鎖のDNAも安価に作成できるようになっている(非特許文献1)。2つ目はλエキソヌクレアーゼを用いる手法であり、リン酸化DNAオリゴマーを用いたPCR反応によって一方の鎖の5’末端のみにリン酸を導入し、λエキソヌクレアーゼによって当該リン酸化した一方の鎖のみを分解することにより、分解されずに残ったもう一方の一本鎖DNAを取得できる(非特許文献2)。3つ目はビオチンを用いる手法であり、ビオチン化DNAオリゴマーを用いたPCR反応によって一方の鎖のみにビオチンを導入し、アルカリ変性した後、アビジン被覆磁性ビーズで目的の鎖のみを回収できる(非特許文献3)。4つ目はRNAを用いる手法であり、RNAを出発材料にして、逆転写酵素によって一本鎖DNAを取得した後、RNAをRNaseで分解することにより、一本鎖DNAを取得できる(非特許文献4)。 Single-stranded DNA is used in many molecular biological experiments such as DNA sequencing, SNP analysis, DNA chips, and SCSP analysis SELEX. Several methods are used for the preparation, and four types of methods are roughly known. The first is chemical synthesis. In recent years, the chemical synthesis method of DNA has been improved, and single-stranded DNA can be produced at low cost (Non-Patent Document 1). The second is a method using a λ exonuclease, in which phosphoric acid is introduced into only the 5'end of one strand by a PCR reaction using a phosphorylated DNA oligomer, and only one of the strands phosphorylated by the λ exonuclease. The other single-stranded DNA that remains undegraded can be obtained by degrading the DNA (Non-Patent Document 2). The third is a method using biotin, in which biotin is introduced into only one strand by a PCR reaction using a biotinylated DNA oligomer, and after alkali denaturation, only the target strand can be recovered with avidin-coated magnetic beads (non-). Patent Document 3). The fourth method is to use RNA, which can be obtained by using RNA as a starting material, obtaining single-stranded DNA by reverse transcriptase, and then degrading RNA with RNase (non-patented). Document 4).
しかし、上述の各手法には、実際の分子生物学的実験に用いる際にいくつかの問題点があった。例えば、1つ目の化学合成を用いた場合には、合成可能な塩基の長さは200塩基程度が限界であり(非特許文献1)、この長さは、一般的な大きさの遺伝子全体(1,000塩基前後)をコードさせるには短すぎる(非特許文献5)。また、化学合成はエラー率が非常に高いことが知られており、原核生物や真核生物の複製機構のエラー率は10-7~10-8であるものの、化学合成で作成した典型的な人工遺伝子のエラー率は10-2~10-3である(非特許文献6)。この値から計算すると、生物が200塩基の2本鎖DNAを作った場合は、99.998%~99.9998%が正しい配列であるが、同じく200塩基の2本鎖DNAを化学合成オリゴマーから作成した場合には、正しい配列を持つものはわずか13.4%~81.9%しかない。また、この人工合成遺伝子のエラー率は、現在用いることのできる種々のエラー除去技術を駆使した上での結果であり、単純に200塩基の長鎖一本鎖DNAを化学合成した場合には、この数値よりも高いエラー率となってしまう(非特許文献6)。 However, each of the above-mentioned methods has some problems when used in actual molecular biological experiments. For example, when the first chemical synthesis is used, the length of bases that can be synthesized is limited to about 200 bases (Non-Patent Document 1), and this length is the entire gene of general size. It is too short to encode (around 1,000 bases) (Non-Patent Document 5). In addition, it is known that chemical synthesis has a very high error rate, and although the error rate of the replication mechanism of prokaryotes and eukaryotes is 10-7 to 10-8 , it is typical of chemical synthesis. The error rate of the artificial gene is 10-2 to 10-3 (Non-Patent Document 6). Calculating from this value, when an organism makes 200-base double-stranded DNA, 99.998% to 99.9998% is the correct sequence, but the same 200-base double-stranded DNA is also obtained from chemically synthesized oligomers. When created, only 13.4% to 81.9% have the correct sequence. In addition, the error rate of this artificially synthesized gene is the result of making full use of various error elimination techniques currently available, and when simply chemically synthesizing a long-chain single-stranded DNA of 200 bases, The error rate is higher than this value (Non-Patent Document 6).
また、2つ目のλエキソヌクレアーゼを用いる手法では、上記のとおり正確性の高いわけではない合成DNAオリゴマーを用いなくてはならないことに加えて、PCRを行うことに伴って目的の一本鎖DNAに変異が導入されてしまう、λエキソヌクレアーゼの副反応によって目的の一本鎖DNAも分解を受けてしまう、及びλエキソヌクレアーゼの反応が完結せずに2本鎖DNAが残存してしまうなどの問題がある(非特許文献2)。 In addition, in the second method using λ exonuclease, in addition to having to use a synthetic DNA oligomer that is not highly accurate as described above, the target single strand is accompanied by PCR. A mutation is introduced into the DNA, the target single-stranded DNA is also degraded by a side reaction of the λ exonuclease, and the double-stranded DNA remains without completing the reaction of the λ exonuclease. (Non-Patent Document 2).
3つ目のビオチンを用いる方法では、2つ目の手法と同様に、正確性の高いわけではない合成DNAオリゴマーを用いなくてはならないことに加えて、PCRを行うことに伴って目的の一本鎖DNAに変異が導入されてしまう可能性があり、また、アルカリ変性後のアビジン被覆磁性ビーズで目的の鎖のみを回収する際に、変性が十分ではなく2本鎖DNAが残存してしまうなどの問題がある(非特許文献3)。 In the third method using biotin, as in the second method, in addition to having to use a synthetic DNA oligomer that is not highly accurate, one of the purposes associated with performing PCR is one. There is a possibility that a mutation may be introduced into the double-stranded DNA, and when only the target strand is recovered with the avidin-coated magnetic beads after the alkali denaturation, the denaturation is not sufficient and the double-stranded DNA remains. There are problems such as (Non-Patent Document 3).
4つ目のRNAを用いる手法でも、上記の手法と同様に、正確性の高いわけではない合成DNAオリゴマーを逆転写反応のプライマーとして用いなくてはならないことに加えて、逆転写酵素による逆転写反応の正確性は、Taq DNA ploymeraseを用いた場合の正確性と同程度であり、決して高いものではなく、変異が導入されてしまう可能性があり、また、その全体の工程は、転写によるRNAの取得、逆転写酵素によるcDNAの作出、及びRNaseによるRNAの分解となっており、複雑かつ煩雑な手順が必要となっており、その工程の途中において、逆転写反応が完結せずに途中で止まってしまったもの、すなわち5’末端に欠失を有するものができあがってしまい、正常なものと欠失を有するものとの混合物になるなどの問題があった(非特許文献4)。 In the method using the fourth RNA, as in the above method, in addition to having to use a synthetic DNA oligomer that is not highly accurate as a primer for the reverse transcription reaction, reverse transcription by reverse transcriptase The accuracy of the reaction is comparable to that with Taq DNA cDNA, it is by no means high, mutations may be introduced, and the entire process is transcriptional RNA. The acquisition of cDNA, the production of cDNA by reverse transcriptase, and the degradation of RNA by RNase require complicated and complicated procedures. There was a problem that a stopped product, that is, a product having a deletion at the 5'end was completed, and a mixture of a normal product and a product having a deletion was produced (Non-Patent Document 4).
ところで、近年、ゲノム編集技術の発展に伴い、上述の手法では取得できない長鎖の一本鎖DNAの需要が高まっている(非特許文献4)。例えば、ラットやマウスを含む動物の受精卵を用いたゲノム編集においては、CRISPR-CASまたはTALENを用いて、ゲノム上の特定の位置や特定の遺伝子を破壊(knock out)したり、さらにはssODN(single-strand oligodeoxynucleotide; 短鎖一本鎖DNA)をドナーとして用いることによって、塩基置換やSNP変異などの小さな領域における正確な改変や導入(knock in)が行われるようになっている。その一方で、より大きな領域の改変、すなわち特定の遺伝子全体を導入したり、機能解析のためのGFPやCreリコンビナーゼなどの遺伝子全体を導入したいといった要望も存在している。 By the way, in recent years, with the development of genome editing technology, the demand for long-chain single-stranded DNA that cannot be obtained by the above-mentioned method is increasing (Non-Patent Document 4). For example, in genome editing using fertilized eggs of animals including rats and mice, CRISPR-CAS or TALEN can be used to knock out specific positions or genes on the genome, or even ssODN. By using (single-strand oligodeoxynucleotide; short single-stranded DNA) as a donor, accurate modification and introduction (knock in) in a small region such as base substitution or SNP mutation can be performed. On the other hand, there is also a desire to modify a larger region, that is, to introduce an entire specific gene, or to introduce an entire gene such as GFP or Cre recombinase for functional analysis.
受精卵を用いたゲノム編集の場合、細胞を用いたゲノム編集の場合のような薬剤による選択を行うことができないことから、効率よくゲノム編集を行うためには、knock in自体の効率を上げる必要がある。しかし、従来のssODNをドナーとして用いる方法は、確かに二本鎖DNAをドナーとして用いる方法に比べて導入効率が非常に高く、有用であるものの、上述のように200塩基以上の長さの一本鎖DNAを正確に作製することは技術的に困難であるため(非特許文献4)。そのため、仮に200塩基以上の長さの一本鎖DNAを作成できたとしても、二本鎖DNAが混入していたり、末端や内部に変異が導入されていたり、不均一なものであったりと、受精卵に導入するためには質的な問題を乗り越える必要があった。 In the case of genome editing using fertilized eggs, it is not possible to make selections by drugs as in the case of genome editing using cells, so in order to perform genome editing efficiently, it is necessary to increase the efficiency of knock in itself. There is. However, although the conventional method using ssODN as a donor is certainly very efficient and useful as compared with the method using double-stranded DNA as a donor, it is one with a length of 200 bases or more as described above. Since it is technically difficult to accurately produce double-stranded DNA (Non-Patent Document 4). Therefore, even if a single-stranded DNA with a length of 200 bases or more can be created, the double-stranded DNA may be contaminated, mutations may be introduced at the ends or inside, or the DNA may be non-uniform. , It was necessary to overcome qualitative problems in order to introduce it into fertilized eggs.
また、ゲノム編集によって目的のDNAをknock inする場合、二本鎖DNAが混入していると、ゲノム上の目的箇所以外の場所への二本鎖DNAの組み込みが起こってしまうという問題が指摘されている(非特許文献5)。 In addition, when knocking in the target DNA by genome editing, it has been pointed out that if the double-stranded DNA is mixed, the double-stranded DNA will be integrated into a place other than the target place on the genome. (Non-Patent Document 5).
さらに、ゲノム編集によって目的のDNAをknock inする場合、その導入効率は高くても10%~20%程度であり、受精卵を用いる場合には、個体を得るのに1ヶ月~2ヵ月を要する。また、細胞ではなく個体を扱うものであるため、手間も余計にかかってしまう。したがって、受精卵を用いたゲノム編集の基礎となるはずの一本鎖DNAに高い割合で変異や欠失が起きてしまっていては、正確なknock in個体を得るためには、大きな労力を費やしてしまうことになる。 Furthermore, when knocking in the target DNA by genome editing, the introduction efficiency is about 10% to 20% at the highest, and when using fertilized eggs, it takes 1 to 2 months to obtain an individual. .. In addition, since it deals with individuals rather than cells, it takes extra time and effort. Therefore, if mutations or deletions occur at a high rate in the single-stranded DNA that should be the basis of genome editing using fertilized eggs, it will take a great deal of effort to obtain accurate knock-in individuals. Will end up.
そのため、正確な配列を有し、均一かつ二本鎖DNAが混入しない、長鎖一本鎖DNAを調製する方法が望まれていた。 Therefore, a method for preparing a long-chain single-stranded DNA having an accurate sequence and being uniform and free from contamination with double-stranded DNA has been desired.
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、長鎖一本鎖DNAを調製する際に、ニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を用いることにより、分子生物学的実験において多用され、また、ゲノム編集の分野でも望まれている正確な長鎖一本鎖DNAを調製する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and is frequently used in molecular biological experiments by using a nickel endonuclease recognition site when preparing long-chain single-stranded DNA. It is an object of the present invention to provide a method for preparing an accurate long-chain single-stranded DNA, which is also desired in the field of genome editing.
本発明者らは、このような課題を解決するために、二本鎖DNAを元にして目的の長鎖一本鎖DNAを調製できるかどうかを検討した。そして鋭意研究を重ねた結果、目的の一本鎖DNAを有する二本鎖DNAをクローニングしたベクターに、ニッキングエンドヌクレアーゼを用いてニックを導入することにより、二本鎖DNAを変性ないし分離させて目的の長鎖一本鎖DNAを調製することができることを見出した。 In order to solve such a problem, the present inventors have investigated whether or not a target long-stranded single-stranded DNA can be prepared based on the double-stranded DNA. As a result of repeated diligent research, the double-stranded DNA was denatured or separated by introducing a nick into a vector obtained by cloning the double-stranded DNA having the desired single-stranded DNA using a nickel endonuclease. It has been found that long-chain single-stranded DNA can be prepared.
具体的には、本発明の第一の主要な観点によれば、長鎖一本鎖DNAを調製する方法であって、(1)(a)クローニング部位の両端にそれぞれ少なくとも1つのニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を有するベクターであって、前記ニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を認識するニッキングエンドヌクレアーゼによって同一鎖が切断されるベクター、または(b)クローニング部位の一端に少なくとも1つのニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位と、前記クローニング部位の他端に少なくとも1つの配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ認識部位とを有するベクターに、目的のDNA鎖をクローニングする工程と、(2)前記ニッキングエンドヌクレアーゼによって、前記目的のDNA鎖がクローニングされた(a)のベクターを切断し、または前記ニッキングエンドヌクレアーゼ及び前記配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ認識部位を認識する配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼによって、前記目的のDNA鎖がクローニングされた(b)のベクターを切断し、分子量の異なる少なくとも3種類の一本鎖DNAを生成する工程と、(3)前記少なくとも3種類の一本鎖DNAに適当量の変性剤を添加して、前記一本鎖DNAを変性させる工程と、
(4)前記変性させた少なくとも3種類の一本鎖DNAを任意の分離手段によって分離させ、目的の一本鎖DNAを調製する工程とを有する、方法が提供される。
Specifically, according to the first main aspect of the present invention, it is a method for preparing long-chain single-stranded DNA, in which (1) and (a) at least one nickeling end nuclease is used at both ends of the cloning site. A vector having a recognition site in which the same chain is cleaved by a nickel end nuclease that recognizes the nickel end nuclease recognition site, or (b) at least one nickel end nuclease recognition site at one end of the cloning site, and the above. A step of cloning a DNA strand of interest into a vector having at least one sequence-specific double-strand break end nuclease recognition site at the other end of the cloning site, and (2) the DNA strand of interest by the Nicking End nuclease. The DNA strand of interest is cleaved by a sequence-specific double-strand break end nuclease that cleaves the cloned vector (a) or recognizes the nickel-specific double-strand break end nuclease recognition site. The step of cleaving the cloned vector (b) to generate at least three types of single-stranded DNA having different molecular weights, and (3) adding an appropriate amount of a modifier to the at least three types of single-stranded DNA. Then, the step of denaturing the single-stranded DNA and
(4) Provided is a method comprising a step of separating at least three kinds of denatured single-stranded DNAs by an arbitrary separation means to prepare a desired single-stranded DNA.
また、本願発明の第二の主要な観点によれば、長鎖一本鎖DNAを調製する方法であって、(1)(a)両端にそれぞれ少なくとも1つのニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を有する目的のDNA鎖であって、前記ニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を認識するニッキングエンドヌクレアーゼによって同一鎖が切断される目的のDNA鎖、または(b)一端に少なくとも1つのニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位と、他端に少なくとも1つの配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ認識部位とを有する目的のDNA鎖を、ベクターにクローニングする工程と、(2)前記ニッキングエンドヌクレアーゼによって、(a)の目的のDNA鎖がクローニングされたベクターを切断し、または前記ニッキングエンドヌクレアーゼ及び前記配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ認識部位を認識する配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼによって、(b)の目的のDNA鎖がクローニングされたベクターを切断し、分子量の異なる少なくとも3種類の一本鎖DNAを生成する工程と、(3)前記少なくとも3種類の一本鎖DNAに適当量の変性剤を添加して、前記一本鎖DNAを変性させる工程と、(4)前記変性させた少なくとも3種類の一本鎖DNAを任意の分離手段によって分離させ、目的の一本鎖DNAを調製する工程とを有する、方法が提供される。 Further, according to the second main aspect of the present invention, it is a method for preparing a long-chain single-stranded DNA, and the purpose is to have at least one nickel-end nuclease recognition site at both ends of (1) and (a). A DNA strand of interest whose same strand is cleaved by a nickel-end nuclease that recognizes the nickel-end nuclease recognition site, or (b) at least one nickel-end nuclease recognition site at one end and at least one at the other end. The target DNA strand having one sequence-specific double-strand break end nuclease recognition site was cloned into a vector by cloning the target DNA strand into a vector, and (2) the nickel end nuclease cloned the target DNA strand of (a). A vector in which the DNA strand of interest (b) is cloned by a sequence-specific double-strand break end nuclease that cleaves a vector or recognizes the nickel-specific double-strand break end nuclease recognition site. To generate at least three types of single-stranded DNA having different molecular weights, and (3) adding an appropriate amount of a denaturing agent to the at least three types of single-stranded DNA to obtain the single-stranded DNA. Provided is a method comprising a step of denaturing and (4) a step of separating at least three kinds of the denatured single-stranded DNA by an arbitrary separation means to prepare a desired single-stranded DNA.
このような構成によれば、変異や末端の欠失がなく、正確な配列を有し、二本鎖DNAを混入することなく、数千塩基までの均一の長さの形の一本鎖DNAを提供することができる。 According to such a configuration, there is no mutation or deletion of the terminal, the single-stranded DNA has an accurate sequence, and the single-stranded DNA in the form of a uniform length up to several thousand bases is not contaminated with the double-stranded DNA. Can be provided.
また、本願発明の一実施形態によれば、上述の方法において、前記目的のDNA鎖が200塩基以上であることが好ましい。また、本発明の他の一実施形態によれば、前記目的のDNA鎖は、少なくとも300塩基、少なくとも400塩基、少なくとも500塩基、少なくとも600塩基、少なくとも700塩基、少なくとも800塩基、少なくとも900塩基、または少なくとも1000塩基である。 Further, according to one embodiment of the present invention, it is preferable that the target DNA strand is 200 bases or more in the above method. Further, according to another embodiment of the present invention, the DNA strand of interest is at least 300 bases, at least 400 bases, at least 500 bases, at least 600 bases, at least 700 bases, at least 800 bases, at least 900 bases, or. At least 1000 bases.
また、本願発明の別の一実施形態によれば、前記任意の分離手段はゲル電気泳動である。この場合、ゲル電気泳動としては、変性剤を含まない非変性アガロースゲル電気泳動、変性剤を含む変性アガロースゲル電気泳動、変性剤を含まない非変性アクリルアミドゲル電気泳動、または変性剤を含む変性アクリルアミドゲル電気泳動が好ましい。 Further, according to another embodiment of the present invention, the arbitrary separation means is gel electrophoresis. In this case, the gel electrophoresis includes non-denaturing agarose gel electrophoresis without a denaturing agent, modified agarose gel electrophoresis containing a denaturing agent, non-denaturing acrylamide gel electrophoresis without a denaturing agent, or modified acrylamide containing a denaturing agent. Gel electrophoresis is preferred.
さらに、本発明の別の一実施形態によれば、前記任意の分離手段はゲルカラムクロマトグラフィーである。この場合、本発明の一実施形態によれば、ゲルカラムクロマトグラフィーとしては、ゲル濾過カラムクロマトグラフィー、イオン交換ゲルカラムクロマトグラフィー、またはアフィニティーゲルカラムクロマトグラフィーが好ましい。 Furthermore, according to another embodiment of the invention, the optional separation means is gel column chromatography. In this case, according to one embodiment of the present invention, gel column chromatography is preferably gel filtration column chromatography, ion exchange gel column chromatography, or affinity gel column chromatography.
また、本発明の一実施形態によれば、前記ニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位の塩基数は、少なくとも3塩基である。また、本発明の他の一実施形態によれば、前記ニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位の塩基数は、3塩基、4塩基、5塩基、6塩基、または7塩基が好ましい。この場合、本発明の一実施形態によれば、ニッキングエンドヌクレアーゼとしては、Nb.BbvCI、Nb.BsmI、Nb.BtsI、Nb.BsrDI、Nt.BspQI、Nt.BbvCI、Nt.AlwI、Nt.BsmAI、Nt.BstNBI、Nt.CviPII、Nb.Mva1269I、Nt.Bpu10I、またはNb.BssSIが好ましい。 Further, according to one embodiment of the present invention, the number of bases of the nickel endonuclease recognition site is at least 3 bases. Further, according to another embodiment of the present invention, the number of bases of the nickel endonuclease recognition site is preferably 3 bases, 4 bases, 5 bases, 6 bases, or 7 bases. In this case, according to one embodiment of the present invention, the nickel endonuclease is Nb. BbvCI, Nb. BsmI, Nb. BtsI, Nb. BsrDI, Nt. BspQI, Nt. BbvCI, Nt. AlwI, Nt. BsmAI, Nt. BstNBI, Nt. CviPII, Nb. Mva1269I, Nt. Bpu10I, or Nb. BssSI is preferred.
また、本発明の他の一実施形態によれば、前記ニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位には、ガイドRNAが結合することができる。この場合、前記ニッキングエンドヌクレアーゼは、Cas9のD10A変異体であることが好ましい。 Further, according to another embodiment of the present invention, a guide RNA can be bound to the nickel endonuclease recognition site. In this case, the nickel endonuclease is preferably a D10A variant of Cas9.
さらに、本発明の他の一実施形態によれば、前記配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ認識部位は、制限酵素およびメガヌクレアーゼからなる群から選択される酵素、またはTALENの認識部位とすることができる。この場合、前記メガヌクレアーゼは、I-CeuI、I-SceI、PI-PspI、またはPI-SceIであることが好ましい。 Further, according to another embodiment of the present invention, the sequence-specific double-strand break endonuclease recognition site is an enzyme selected from the group consisting of restriction enzymes and meganucleases, or a TALEN recognition site. Can be done. In this case, the meganuclease is preferably I-CeuI, I-SceI, PI-PspI, or PI-SceI.
さらに、本発明の他の一実施形態によれば、前記配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ認識部位には、ガイドRNAまたはガイドDNAが結合することができる。この場合、
前記配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼは、Cas9またはArgonauteであることが好ましい。
Furthermore, according to another embodiment of the present invention, a guide RNA or a guide DNA can be bound to the sequence-specific double-strand break endonuclease recognition site. in this case,
The sequence-specific double-strand break endonuclease is preferably Cas9 or Argonaute.
また、本発明の別の一実施形態によれば、前記変性剤は、ホルムアミド、グリセロール、ウレア、チオウレア、エチレングリコール、または水酸化ナトリウムである。また、この場合、前記変性剤は、ホルムアミドまたはグリセロールが好ましい。 Further, according to another embodiment of the present invention, the denaturing agent is formamide, glycerol, urea, thiourea, ethylene glycol, or sodium hydroxide. In this case, the denaturing agent is preferably formamide or glycerol.
また、本願発明の第三の主要な観点によれば、上述の本願発明の第一または第二の主要な観点の方法に用いるキットであって、(a)クローニング部位の両端にそれぞれ少なくとも1つのニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を有するベクターであって、前記ニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を認識するニッキングエンドヌクレアーゼによって同一鎖が切断されるベクター、及び(b)クローニング部位の一端に少なくとも1つのニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位と、前記クローニング部位の他端に少なくとも1つの配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ認識部位とを有するベクターから選択される少なくとも1つのベクターを有する、キットが提供される。 Further, according to the third main aspect of the present invention, the kit used in the method of the first or second main aspect of the present invention described above, (a) at least one at each end of the cloning site. A vector having a nickel endonuclease recognition site in which the same strand is cleaved by a nickel endonuclease that recognizes the nickel endonuclease recognition site, and (b) at least one nickel endonuclease recognition site at one end of the cloning site. And a kit comprising at least one vector selected from vectors having at least one sequence-specific double-strand break endonuclease recognition site at the other end of the cloning site.
また、本願発明の一実施形態によれば、上述のキットであって、さらに、DNAの変性のための変性剤を含有する試薬を有する、キットが提供される。 Further, according to one embodiment of the present invention, there is provided a kit which is the above-mentioned kit and further includes a reagent containing a denaturing agent for denaturing DNA.
さらに、本願発明の第四の主要な観点によれば、上述の本願発明の第二の主要な観点の方法に用いるキットであって、ニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を含まないベクターを有する、キットが提供される。 Further, according to the fourth main aspect of the present invention, there is provided a kit used in the method of the second main aspect of the present invention described above, which comprises a vector containing no nickel endonuclease recognition site. Will be done.
また、本願発明の別の一実施形態によれば、上述のキットであって、さらに、DNAの変性のための変性剤を含有する試薬を有する、キットが提供される。 Further, according to another embodiment of the present invention, there is provided a kit which is the above-mentioned kit and further includes a reagent containing a denaturing agent for denaturing DNA.
なお、上記した以外の本発明の特徴及び顕著な作用・効果は、次の発明の実施形態の項及び図面を参照することで、当業者にとって明確となる。 The features and remarkable actions / effects of the present invention other than those described above will be clarified to those skilled in the art by referring to the sections and drawings of the following embodiments of the present invention.
以下に、本願発明に係る一実施形態および実施例を、図面を参照して説明する。
本願発明の一実施形態に係る長鎖一本鎖DNAを調製する方法は、上述したように、ニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位、またはニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位および配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ認識部位を有するベクターを用いて目的DNAをクローニングし、適切な酵素を用いて切断し、電気泳動し、その後、目的の一本鎖DNAを含むゲルを切り出すことにより、目的の長鎖一本鎖DNAを調整する。
Hereinafter, embodiments and examples according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As described above, the method for preparing a long-chain single-stranded DNA according to an embodiment of the present invention comprises a nickel-end nuclease recognition site, or a nickel-end nuclease recognition site and a sequence-specific double-strand break end nuclease recognition site. The target DNA is cloned using the vector to be possessed, cleaved with an appropriate enzyme, electrophoresed, and then the gel containing the target single-stranded DNA is cut out to prepare the target long-chain single-stranded DNA. do.
また、本願発明の他の一実施形態に係る長鎖一本鎖DNAを調製する方法では、ニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位、またはニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位および配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ認識部位を有する目的DNAを用いて、クローニングベクターにクローニングし、適切な酵素を用いて切断し、電気泳動し、その後、目的の一本鎖DNAを含むゲルを切り出すことにより、目的の長鎖一本鎖DNAを調整する。 Further, the method for preparing a long-chain single-stranded DNA according to another embodiment of the present invention has a nickel-end nuclease recognition site, or a nickel-end nuclease recognition site and a sequence-specific double-strand break end nuclease recognition site. The target long-stranded single-stranded DNA is obtained by cloning into a cloning vector using the target DNA, cleaving it with an appropriate enzyme, electrophoresis, and then cutting out a gel containing the target single-stranded DNA. adjust.
上述の従来の一本鎖DNA調製の4種類の手法の問題点を整理すると、(1)長鎖一本鎖DNAの取得の困難さの問題、(2)内部変異や末端の欠失など配列の正確性とサイズの不均一性の問題、(3)二本鎖DNAの混入の問題、(4)操作工程の煩雑さの問題、が挙げられる。本願発明に係る方法よれば、以下のように、いずれも従来の手法よりも優れたものであることが容易に理解できる。 The problems of the above-mentioned four types of conventional single-stranded DNA preparation methods can be summarized as follows: (1) the problem of difficulty in obtaining long-stranded single-stranded DNA, (2) sequences such as internal mutations and terminal deletions. There are problems of accuracy and size non-uniformity, (3) problems of double-stranded DNA contamination, and (4) problems of complexity of the operation process. According to the method according to the present invention, it can be easily understood that all of them are superior to the conventional methods as described below.
まず、(1)の一本鎖DNAの長さの問題については、本願発明に係る方法では、ニッキングエンドヌクレアーゼ、またはニッキングエンドヌクレアーゼと配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼとにより分子量の異なる3種類のDNA分子を生成し、その後、変性ないし分離することよって、目的の長鎖一本鎖DNAの調製を可能にしている。そして、後述の問題(3)のとおり、本願発明に係る方法では、目的の長鎖一本鎖DNAに他のDNA分子が混入することを防ぐため、分離のためにゲル電気泳動を用いる場合、目的の長鎖一本鎖DNAの大きさは、ベクターの約半分程度の大きさとすることが好ましい。すなわち、目的の長鎖一本鎖DNAが電気泳動の際にゲルの先端まで流れ、他のDNA分子と十分な距離が得られるようにして、目的のバンドのみを切り出すことを可能にしている。このような長さの制約があったとしても、例えば1万2千塩基程度のベクターを使用する場合、6千~7千塩基程度の長さの一本鎖DNAを調製することができる。このような長さの一本鎖DNAは、上述の従来の方法では得られない長さであり、また1つの構造遺伝子をコードする配列として充分な長さである。また理論的には、コスミドベクター(30kbp~45kbp)、BACベクター(~300kbp)、またはYACベクター(数Mbp)を使用する場合には、本願発明に係る方法によって、より大きな長鎖一本鎖DNAを調製することができる。 First, regarding the problem of the length of the single-stranded DNA in (1), in the method according to the present invention, there are three types having different molecular weights depending on the nickel-ending endonuclease or the nickel-ending endonuclease and the sequence-specific double-stranded cleaving endonuclease. DNA molecules of the above are generated, and then denatured or separated, thereby making it possible to prepare the desired long-chain single-stranded DNA. Then, as described in the problem (3) described later, in the method according to the present invention, when gel electrophoresis is used for separation in order to prevent other DNA molecules from being mixed with the target long-chain single-stranded DNA, The size of the target long-stranded single-stranded DNA is preferably about half the size of the vector. That is, it is possible to cut out only the target band by allowing the target long-chain single-stranded DNA to flow to the tip of the gel during electrophoresis and to obtain a sufficient distance from other DNA molecules. Even if there is such a length restriction, for example, when a vector having a length of about 12,000 bases is used, a single-stranded DNA having a length of about 6,000 to 7,000 bases can be prepared. The single-stranded DNA of such a length is a length that cannot be obtained by the above-mentioned conventional method, and is sufficiently long as a sequence encoding one structural gene. Theoretically, when a cosmid vector (30 kbp to 45 kbp), a BAC vector (to 300 kbp), or a YAC vector (several Mbp) is used, a larger long-chain single-stranded DNA is used by the method according to the present invention. Can be prepared.
次に、(2)の内部変異や末端の欠失の問題について、本願発明に係る方法によって調製される一本鎖DNAは、ベクターにクローニングされたDNA由来であるため、そのエラー率は、原核生物の複製機構のエラー率10-7~10-8と同程度であり、一本鎖DNAの通常の使用には無視できるほど小さい(非特許文献6)。また、本願発明に係る方法によって調製される一本鎖DNAが、塩基認識の正確性の高い制限酵素などの配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼや、制限酵素に由来するニッキングエンドヌクレアーゼによって調製されるものであるため、変異や末端の不均一性も通常の実験には無視できる範囲である。 Next, regarding the problem of internal mutation and terminal deletion in (2), since the single-stranded DNA prepared by the method according to the present invention is derived from the DNA cloned into the vector, the error rate is the prokaryote. The error rate of the replication mechanism of living organisms is about 10-7 to 10-8 , which is negligibly small for normal use of single-stranded DNA (Non-Patent Document 6). Further, the single-stranded DNA prepared by the method according to the present invention is prepared by a sequence-specific double-strand break endonuclease such as a restriction enzyme with high accuracy of base recognition or a nickeling endonuclease derived from the restriction enzyme. As such, mutations and endoheterogeneity are also negligible in normal experiments.
また、(3)の二本鎖DNAの混入の問題については、本願発明に係る方法によれば、電気泳動に際して、目的の一本鎖DNAの大きさをベクターの半分程度の大きさとし、かつ目的の一本鎖DNAがゲルの先端まで流れるように目的の一本鎖DNAの分子量を調製し、目的の一本鎖DNAと他のDNAとが充分に分離するように電気泳動を行えば、二本鎖DNAの混入は起こらない。 Regarding the problem of contamination of double-stranded DNA in (3), according to the method of the present invention, the size of the target single-stranded DNA is set to about half the size of the vector during electrophoresis, and the purpose is If the molecular weight of the target single-stranded DNA is adjusted so that the single-stranded DNA flows to the tip of the gel, and electrophoresis is performed so that the target single-stranded DNA and other DNA are sufficiently separated, then two Contamination of double-stranded DNA does not occur.
そして、(4)の操作工程の煩雑さの問題については、本願発明に係る方法は非常に単純な原理を利用するものあるため、本願発明によれば、ベクターにクローニングさえされていれば、ニッキングエンドヌクレアーゼによる切断から電気泳動、バンドの切り出し抽出までを、半日、長くても一日で終えることができる。 Regarding the problem of complexity of the operation step (4), since the method according to the present invention uses a very simple principle, according to the present invention, as long as it is cloned into a vector, it is nicked. From cleavage with endonucleases to electrophoresis and band excision extraction can be completed in half a day, or at most one day.
本願発明の一実施形態に係る方法の一連の流れを示す模式図を図1に示した。まず、図1Aにおいて、同一鎖側を切断できる向きでニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を有するベクターDNAに、長鎖一本鎖DNAとなる目的のDNAを、その両端に前記ニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位が配置されるようにクローニングし、または同一鎖側を切断できる向きでニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位および配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ認識部位を有するベクターDNAに、長鎖一本鎖DNAとなる目的のDNAを、その両端に前記ニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位および配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ認識部位がそれぞれ配置されるようにクローニングする。この際、ベクターDNAは、そのクローニング部位の両端に、複数のニッキングエンドヌクレアーゼまたは配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼの認識部位を有していてもよい。 FIG. 1 shows a schematic diagram showing a series of flows of the method according to the embodiment of the present invention. First, in FIG. 1A, a target DNA to be a long-chain single-stranded DNA is placed in a vector DNA having a nickel endonuclease recognition site in a direction capable of cleaving the same strand side, and the nickel endonuclease recognition site is arranged at both ends thereof. A DNA of interest to be a long-chain single-stranded DNA is added to a vector DNA having a nickel-necking endonuclease recognition site and a sequence-specific double-stranded endonuclease recognition site in such a manner that it can be cloned or cleaved on the same strand side. , The nickel end nuclease recognition site and the sequence-specific double-strand break endonuclease recognition site are cloned so as to be arranged at both ends thereof. At this time, the vector DNA may have a recognition site for a plurality of nickeling endonucleases or sequence-specific double-strand break endonucleases at both ends of the cloning site.
また、本願発明の一実施形態において、ニッキングエンドヌクレアーゼまたは配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼの認識部位は、ベクターDNAの代わりに、クローニングされる目的のDNAの両端に備えるようにすることもできる。 Further, in one embodiment of the present invention, the recognition site of the nickel end nuclease or the sequence-specific double-strand break endonuclease can be provided at both ends of the DNA to be cloned instead of the vector DNA. ..
続いて、図1Bにおいて、ベクターDNAまたは目的のDNAが有するニッキングエンドヌクレアーゼ、またはニッキングエンドヌクレアーゼ及び配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼを用いて、上述の目的のDNAがクローニングされたベクターを切断する。これにより、分子量の異なる3つの一本鎖DNAが生成される。なお、切断のための酵素としてニッキングエンドヌクレアーゼのみを用いた場合には2つの直鎖状配列および1つの環状配列が生成され、ニッキングエンドヌクレアーゼと配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼとを用いた場合には3つの直鎖状配列が生成されることになる。 Subsequently, in FIG. 1B, the vector in which the above-mentioned DNA of interest is cloned is cleaved using the vector DNA or the nickel endonuclease possessed by the DNA of interest, or the nickeling endonuclease and the sequence-specific double-strand break endonuclease. .. This produces three single-stranded DNAs with different molecular weights. When only the nickel endonuclease was used as the enzyme for cleavage, two linear sequences and one circular sequence were generated, and the nickel endonuclease and the sequence-specific double-stranded endonuclease were used. In some cases, three linear sequences will be generated.
ニッキングエンドヌクレアーゼや配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼを用いてベクターを切断しただけでは、その切断された配列は完全な一本鎖の状態になっているわけではなく、その相補鎖と水素結合によって結合している状態である。そのため、ニッキングエンドヌクレアーゼや配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼを用いてベクターを処理した後、上記のようにして得た試料に変性剤を加え、適当な処理を行い変性させて完全な一本鎖DNAの状態にさせる。そして、分子量の異なる3つの一本鎖DNAをアガロースゲル電気泳動に供し、分子量によって分離させる(図1C)。この際、「適当な処理」としては、熱処理、インキュベーション、オーバーナイトで静置などが挙げられるが、変性剤によって分子量の異なる3つの一本鎖DNAが変性ないし分離するものであれば、これらに限られるものではない。このようにして分子量の異なる3つの一本鎖DNAを分離させた後、目的の一本鎖DNAのバンドを含むゲル片を切り出し、抽出することによって目的の一本鎖DNAを調製することができる(図1D)。図1Bからも明らかなとおり、本願発明によって分子量の異なる3つの一本鎖DNAを生成すると、目的の一本鎖DNAは、必ず一番分子量の小さい配列となるため、電気泳動後のゲルの切り出しは、一番下まで流れてきたバンドを切り出せばよい。 Simply cleaving a vector with a nickeling endonuclease or a sequence-specific double-strand break endonuclease does not mean that the cleaved sequence is in a complete single-stranded state, but hydrogen bonds with its complementary strand. It is in a state of being connected by. Therefore, after treating the vector with a nickeling endonuclease or a sequence-specific double-strand break endonuclease, a denaturant is added to the sample obtained as described above, and appropriate treatment is performed to denature the complete single. Bring it to the state of strand DNA. Then, three single-stranded DNAs having different molecular weights are subjected to agarose gel electrophoresis and separated according to the molecular weight (FIG. 1C). At this time, examples of the "appropriate treatment" include heat treatment, incubation, and standing overnight. If three single-stranded DNAs having different molecular weights are denatured or separated by a denaturing agent, these may be used. Not limited. After separating three single-stranded DNAs having different molecular weights in this way, a gel piece containing a band of the desired single-stranded DNA can be cut out and extracted to prepare the desired single-stranded DNA. (Fig. 1D). As is clear from FIG. 1B, when three single-stranded DNAs having different molecular weights are generated by the present invention, the target single-stranded DNA always has the smallest molecular weight sequence, so that the gel is cut out after electrophoresis. Just cut out the band that has flowed to the bottom.
本願発明において、「ニッキングエンドヌクレアーゼ」とは、ニッキング活性を有するエンドヌクレアーゼであって、特定のヌクレオチド配列を認識して、当該ヌクレオチド配列を有する二本鎖核酸のいずれか一方の鎖のみを切断することができるものをいう。このニッキングエンドヌクレアーゼにより、二本鎖DNAの一方の鎖のホスホジエステル結合が開裂する。このような活性を示す多くのエンドヌクレアーゼは、その認識配列とともに知られており、当業者であれば、これらのエンドヌクレアーゼの中から適宜選択して本願発明に使用することができる。なお、本願明細書では、ニッキングエンドヌクレアーゼを「ニッキング酵素」または「ニッカーゼ」と呼ぶことがあるが、いずれも同意である。 In the present invention, the "nicking endonuclease" is an endonuclease having a nicking activity, which recognizes a specific nucleotide sequence and cleaves only one of the strands of the double-stranded nucleic acid having the nucleotide sequence. It means something that can be done. This nickel endonuclease cleaves the phosphodiester bond in one strand of the double-stranded DNA. Many endonucleases exhibiting such activity are known together with their recognition sequences, and those skilled in the art can appropriately select from these endonucleases and use them in the present invention. In the present specification, the nickel endonuclease may be referred to as "nicking enzyme" or "nickase", both of which are agreed.
本願発明の一実施形態において、ニッキングエンドヌクレアーゼの認識部位の塩基数は、少なくとも3塩基であり、4塩基、5塩基、6塩基、7塩基であっても良い。このようなエンドヌクレアーゼとしては、例えば、Nb.BbvCI(認識部位の塩基数7:5'-GC/TGAGG-3')、Nb.BsmI(認識部位の塩基数6:5'-NG/CATTC-3')、Nb.BtsI(認識部位の塩基数6:5'-NN/CACTGC-3')、Nb.BsrDI(認識部位の塩基数6:5'-NN/CATTGC-3')、Nt.BspQI(認識部位の塩基数7:5'-GCTCTTCN/-3')、Nt.BbvCI(認識部位の塩基数7:5'-CC/TCAGC-3')、Nt.AlwI(認識部位の塩基数5:5'-GGATCNNNN/N-3')、Nt.BsmAI(認識部位の塩基数5:5'-GTCTCN/N-3')、Nt.BstNBI(認識部位の塩基数5:5'-GAGTCNNNN/N-3')、Nt.CviPII(認識部位の塩基数3:5'-/CCD-3')、Nb.Mva1269I(認識部位の塩基数6:5'-G/CATTC-3')、Nt.Bpu10I(認識部位の塩基数7:5'-CC/TNAGC-3')、及びNb.BssSI(認識部位の塩基数6:5'-C/TCGTG-3')が挙げられるが(括弧内に認識部位の塩基数、およびその配列を示した。)、これらの酵素に限られるものではない。ここで、「/」は切断箇所を、「N」はA、T、G、またはCのいずれかのヌクレオチドを、「D」はA、T、またはGのいずれかのヌクレオチドを、それぞれ示す。 In one embodiment of the present invention, the number of bases in the recognition site of the nickel endonuclease is at least 3 bases, and may be 4 bases, 5 bases, 6 bases, or 7 bases. Examples of such endonucleases include Nb. BbvCI (number of bases in recognition site 7: 5'-GC / TGAGG-3'), Nb. BsmI (number of bases in recognition site 6: 5'-NG / CATTC-3'), Nb. BtsI (number of bases in recognition site 6: 5'-NN / CACTGC-3'), Nb. BsrDI (number of bases in recognition site 6: 5'-NN / CATTGC-3'), Nt. BspQI (number of bases in recognition site 7: 5'-GCTCTTCN / -3'), Nt. BbvCI (number of bases in recognition site 7: 5'-CC / TCAGC-3'), Nt. AlwI (number of bases in recognition site 5: 5'-GGATCNNNN / N-3'), Nt. BsmAI (number of bases in recognition site 5: 5'-GTCTCN / N-3'), Nt. BstNBI (number of bases in recognition site 5: 5'-GAGTCNNNN / N-3'), Nt. CviPII (number of bases in recognition site 3: 5'-/ CCD-3'), Nb. Mva1269I (number of bases in recognition site 6: 5'-G / CATTC-3'), Nt. Bpu10I (7: 5'-CC / TNAGC-3'bases at the recognition site), and Nb. BssSI (number of bases in recognition site 6: 5'-C / TCGTG-3') can be mentioned (the number of bases in recognition site and their sequences are shown in parentheses), but not limited to these enzymes. do not have. Here, "/" indicates a cleavage site, "N" indicates a nucleotide of A, T, G, or C, and "D" indicates a nucleotide of A, T, or G, respectively.
また、近年、新たに人工的なニッキングエンドヌクレアーゼとしてゲノム編集に用いられるCAS9タンパク質にD10A変異を導入した、CAS9 D10Aニッカーゼが開発された(Ran FA, Hsu PD, Lin CY, Gootenberg JS, Konermann S, Trevino AE, Scott DA, Inoue A, Matoba S, Zhang Y, Zhang F.(2013)Double nicking by RNA-guided CRISPR Cas9 for enhanced genome editing specificity. Cell. 12;154(6):1380-9.)。本願発明の一実施形態においては、このような人工的に作製されたニッカーゼ(ニッキングエンドヌクレアーゼ)も用いることができる。 In recent years, CAS9 D10A nickase has been developed by introducing a D10A mutation into the CAS9 protein used for genome editing as a new artificial nickel endonuclease (Ran FA, Hsu PD, Lin CY, Gootenberg JS, Konermann S, Trevino AE, Scott DA, Inoue A, Matoba S, Zhang Y, Zhang F. (2013) Double nicking by RNA-guided CRISPR Cas9 for enhanced genome editing specificity. Cell. 12; 154 (6): 1380-9.). In one embodiment of the present invention, such an artificially produced nickelase (nicking endonuclease) can also be used.
ニッキングエンドヌクレアーゼとしてCAS9のD10A変異型を用いる場合、DNA二本鎖を切断することなく、一本鎖のみを切断してニックを入れるというCAS9のD10A変異型の特性を利用して、目的の一本鎖DNAを調製できる。また、CAS9のD10A変異型を用いる場合、「ニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位」には、その塩基配列と相補的な配列を有するガイドRNAが結合することができる。そして、ガイドRNAとCAS9のD10A変異型との複合体が、ガイドRNAを介して二本鎖DNAの一方の鎖を認識してニックを入れる。本願発明の一実施形態において、ガイドRNAの認識配列の長さは少なくとも5塩基であり、好ましくは約20塩基である。 When a D10A mutant of CAS9 is used as a nickel endonuclease, one of the purposes is to utilize the characteristic of the D10A mutant of CAS9 that only one strand is cleaved and a nick is inserted without cleaving the DNA double strand. Main strand DNA can be prepared. Further, when the D10A mutant of CAS9 is used, a guide RNA having a sequence complementary to the base sequence can be bound to the "nicking endonuclease recognition site". Then, the complex of the guide RNA and the D10A mutant of CAS9 recognizes one strand of the double-stranded DNA via the guide RNA and nicks it. In one embodiment of the present invention, the length of the recognition sequence of the guide RNA is at least 5 bases, preferably about 20 bases.
また、本願発明において、「配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ」とは、特定のDNAの配列を認識して二本鎖を切断させることができるものであれば良く、種々の既知の酵素や、エンドヌクレアーゼ活性を有するタンパク質を用いることができる。また、その切断の態様は、粘着末端および平滑末端のいずれを生成するものであっても良い。例えば、本願発明の一実施形態において、「配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ」としては、種々の制限酵素や、I-CeuI、I-SceI、PI-PspI、またはPI-SceIなどのメガヌクレアーゼ、または制限酵素であるFokIをDNA切断ドメインとし、かつTALEタンパク質をDNA結合ドメインとして融合させた人工ヌクレアーゼであるTALEN(転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ)(Cermak T1, Doyle EL, Christian M, Wang L, Zhang Y, Schmidt C, Baller JA, Somia NV, Bogdanove AJ, Voytas DF. (2011) Efficient design and assembly of custom TALEN and other TAL effector-based constructs for DNA targeting. Nucleic Acids Res. Jul;39(12):e82.)を用いることができ、これらに限られるものではない。 Further, in the present invention, the "sequence-specific double-strand break endonuclease" may be any one capable of recognizing a specific DNA sequence and breaking the double strand, and may include various known enzymes. , Proteins with endonuclease activity can be used. Moreover, the mode of cutting may be one that produces either a sticky end or a blunt end. For example, in one embodiment of the present invention, the "sequence-specific double-strand break endonuclease" includes various restriction enzymes and meganucleases such as I-CeuI, I-SceI, PI-PspI, or PI-SceI. , Or TALEN (transcriptional activator-like effector nuclease) (Cermak T1, Doyle EL, Christian M, Wang L), which is an artificial nuclease fused with FokI, which is a restriction enzyme, as a DNA-cleaving domain and TALE protein as a DNA-binding domain. , Zhang Y, Schmidt C, Baller JA, Somia NV, Bogdanove AJ, Voytas DF. (2011) Efficient design and assembly of custom TALEN and other TAL effector-based constructs for DNA targeting. Nucleic Acids Res. Jul; 39 (12) : e82.) Can be used, and is not limited to these.
さらに、本願発明の一実施形態においては、「配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ」として、DNA切断能のみを有し、DNA結合能を有する他の分子とともに機能するタンパク質を用いることもできる。例えば、DNA結合能をガイドRNAに依存するCAS9タンパク質(Jinek M1, Chylinski K, Fonfara I, Hauer M, Doudna JA, Charpentier E. (2012) A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science. 17;337(6096):816-21.)や、DNA結合能をガイドDNAに依存するArgonauteタンパク質(Gao F, Shen XZ, Jiang F, Wu Y, Han C (2016) DNA-guided genome editing using the Natronobacterium gregoryi Argonaute. Nat Biotechnol. 34(7):768-73.)なども用いることができるが、これらに限られるものではない。また、本願発明の一実施形態において、ガイドRNAまたはガイドDNAの認識配列の長さは少なくとも5塩基であり、好ましくは約20塩基である。 Further, in one embodiment of the present invention, as a "sequence-specific double-strand break endonuclease", a protein having only DNA-cleaving ability and functioning with other molecules having DNA-binding ability can also be used. For example, the CAS9 protein (Jinek M1, Chylinski K, Fonfara I, Hauer M, Doudna JA, Charpentier E. (2012) A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science. . 17; 337 (6096): 816-21.) And Argonaute proteins (Gao F, Shen XZ, Jiang F, Wu Y, Han C (2016) DNA-guided genome editing using) that depend on guided DNA for DNA binding ability. The Natronobacterium gregoryi Argonaute. Nat Biotechnol. 34 (7): 768-73.) Can also be used, but is not limited to these. Further, in one embodiment of the present invention, the length of the recognition sequence of the guide RNA or the guide DNA is at least 5 bases, preferably about 20 bases.
本願発明においては、上述のようなニッキングエンドヌクレアーゼを用いて、またはニッキングエンドヌクレアーゼ及び配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼの組み合せを用いて、目的のDNA鎖がクローニングされたベクターを切断し、分子量の異なる少なくとも3種類の一本鎖DNAを生成することができる。この際、ニッキングエンドヌクレアーゼまたは配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼの認識部位は、ベクター側、または目的のDNA側のいずれに存在していても良い。 In the present invention, a vector in which a DNA strand of interest is cloned is cleaved using a nickeling endonuclease as described above, or using a combination of a nickeling endonuclease and a sequence-specific double-strand cleavage endonuclease, and the molecular weight is reduced. At least three different types of single-stranded DNA can be produced. At this time, the recognition site of the nickel end nuclease or the sequence-specific double-strand break endonuclease may be present on either the vector side or the target DNA side.
本願発明の一実施形態において、「目的のDNA鎖」、「目的の一本鎖DNA」、または「長鎖一本鎖DNA」とは、少なくとも200塩基を有する配列をいう。また、本願発明の一実施形態において、「目的のDNA鎖」、「目的の一本鎖DNA」、または「長鎖一本鎖DNA」としては、少なくとも300塩基、少なくとも400塩基、少なくとも500塩基、少なくとも600塩基、少なくとも700塩基、少なくとも800塩基、少なくとも900塩基、少なくとも1,000塩基、少なくとも1,500塩基、少なくとも2,000塩基、少なくとも2,500塩基、少なくとも3,000塩基、少なくとも3,500塩基、少なくとも4,000塩基、少なくとも4,500塩基、少なくとも5,000塩基、少なくとも5,500塩基、少なくとも6,000塩基、少なくとも6,500塩基、少なくとも7,000塩基、少なくとも7,500塩基、少なくとも8,000塩基、少なくとも8,500塩基、少なくとも9,000塩基、少なくとも9,500塩基、少なくとも10,000塩基とすることができる。 In one embodiment of the present invention, the "target DNA strand", "target single-stranded DNA", or "long-stranded single-stranded DNA" refers to a sequence having at least 200 bases. Further, in one embodiment of the present invention, the "target DNA strand", "target single-stranded DNA", or "long-stranded single-stranded DNA" includes at least 300 bases, at least 400 bases, and at least 500 bases. At least 600 bases, at least 700 bases, at least 800 bases, at least 900 bases, at least 1,000 bases, at least 1,500 bases, at least 2,000 bases, at least 2,500 bases, at least 3,000 bases, at least 3,500 Bases, at least 4,000 bases, at least 4,500 bases, at least 5,000 bases, at least 5,500 bases, at least 6,000 bases, at least 6,500 bases, at least 7,000 bases, at least 7,500 bases, It can be at least 8,000 bases, at least 8,500 bases, at least 9,000 bases, at least 9,500 bases, and at least 10,000 bases.
本願発明において、「任意の分離手段」とは、分子量の異なる少なくとも3種類の一本鎖DNAを変性させた後に、当該変性した少なくとも3種類の一本鎖DNAを、個々の一本鎖DNAに分離し得る任意の手段を指す。例えば、任意の分離手段としては、ゲル電気泳動およびゲルカラムクロマトグラフィーが挙げられるが、これに限られるものではない。 In the present invention, the "arbitrary separation means" means that after denaturing at least three types of single-stranded DNA having different molecular weights, the denatured at least three types of single-stranded DNA are converted into individual single-stranded DNA. Refers to any means that can be separated. For example, optional separation means include, but are not limited to, gel electrophoresis and gel column chromatography.
また、本願発明の一実施形態において、ゲル電気泳動は、ゲルやバッファーに変性剤を含んでいても良く、また含まなくても良い。例えば、本願発明の一実施形態において用いられるゲル電気泳動としては、変性剤を含まない非変性アガロースゲル電気泳動、変性剤を含む変性アガロースゲル電気泳動、変性剤を含まない非変性アクリルアミドゲル電気泳動、または変性剤を含む変性アクリルアミドゲル電気泳動が挙げられるが、これに限られるものではない。 Further, in one embodiment of the present invention, the gel electrophoresis may or may not contain a denaturing agent in the gel or buffer. For example, the gel electrophoresis used in one embodiment of the present invention includes non-denaturing agarose gel electrophoresis without a denaturing agent, modified agarose gel electrophoresis containing a denaturing agent, and non-denaturing acrylamide gel electrophoresis without a denaturing agent. , Or modified acrylamide gel electrophoresis containing a denaturing agent, but is not limited to this.
本願発明の一実施形態において、ゲル電気泳動を用いる場合、数千塩基もの大きさの二本鎖DNAに、Tmを低下させる物理的変性剤を加えて加熱変性させ、一本鎖DNAの状態に分離させ、通常の非変性ゲルにロードするだけで、DNAを一本鎖の状態に維持したまま電気泳動することができる。例えば、後述の実施例では、4,751塩基の二本鎖DNAを用いている。また、本発明者らは、9,547塩基の二本鎖DNAを用いた場合にも、調製された一本鎖DNAが、一本鎖の状態で電気泳動可能であることを確認している。この際、電気泳動ゲルにロードするプラスミドの濃度は、1μg/μlという高い濃度であっても、一本鎖に変性し、充分な解像度をもって、分子量の違いによって分離可能である。 In one embodiment of the present invention, when gel electrophoresis is used, double-stranded DNA having a size of several thousand bases is heat-denatured by adding a physical denaturing agent that lowers Tm to obtain the state of single-stranded DNA. The DNA can be electrophoresed while maintaining a single-stranded state by simply separating it and loading it into a normal non-denatured gel. For example, in the examples described later, double-stranded DNA of 4,751 bases is used. In addition, the present inventors have confirmed that the prepared single-stranded DNA can be electrophoresed in a single-stranded state even when a double-stranded DNA of 9,547 bases is used. .. At this time, even if the concentration of the plasmid loaded on the electrophoresis gel is as high as 1 μg / μl, it is denatured into a single strand and can be separated with sufficient resolution by the difference in molecular weight.
本願発明の一実施形態において、「任意の分離手段」としてゲルカラムクロマトグラフィーを用いる場合、ゲルカラムクロマトグラフィーは、任意のものを使用することができる。例えば、本願発明の一実施形態において用いられるゲルカラムクロマトグラフィーとしては、ゲル濾過カラムクロマトグラフィー、イオン交換ゲルカラムクロマトグラフィー、またはアフィニティーゲルカラムクロマトグラフィーが挙げられるが、これに限られるものではない。 When gel column chromatography is used as "arbitrary separation means" in one embodiment of the present invention, any gel column chromatography can be used. For example, the gel column chromatography used in one embodiment of the present invention includes, but is not limited to, gel filtration column chromatography, ion exchange gel column chromatography, or affinity gel column chromatography.
また、本願発明の一実施形態において、「変性剤」とは、物理的または化学的作用によって二本鎖DNAの水素結合を切断し、一本鎖へ乖離させる作用をもつ試薬を指す。本願発明においては、上述したように、ニッキングエンドヌクレアーゼを用いて、またはニッキングエンドヌクレアーゼ及び配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼの組み合せを用いてベクターを処理して得た試料は、ニックが入っているものの、完全な一本鎖DNAに分離しているわけではない。そのため、分子量の異なる3種類の一本鎖DNAに個々に分離させるため、ニックを入れたベクターに変性剤を加える。本願発明の一実施形態において、物理的変性剤としては、例えば、溶媒の極性を下げ、核酸の塩基部分のスタッキング等の疎水性相互作用を弱めるホルムアミド、グリセロール、若しくはウレアなど、または塩基の脱プロトン化による水素結合形成の阻害を誘導するアルカリ性試薬である水酸化ナトリウムなどが挙げられるが、これに限られるものではない。また、本願発明の一実施形態において、化学的変性剤としては、例えば、核酸とシッフ塩基を形成するホルムアルデヒドやグリオキサールなどが挙げられるが、これに限られるものではない。さらに、本願発明の一実施形態において、電気泳動の際の変性剤としては、チオウレアやエチレングリコールなども使用することが可能である。 Further, in one embodiment of the present invention, the "denaturant" refers to a reagent having an action of cleaving a hydrogen bond of double-stranded DNA by a physical or chemical action to dissociate it into a single strand. In the present invention, as described above, the sample obtained by treating the vector with a nickel endonuclease or a combination of a nickeling endonuclease and a sequence-specific double-strand break endonuclease contains nicks. However, it is not completely separated into single-stranded DNA. Therefore, a denaturing agent is added to the nicked vector in order to separate it into three types of single-stranded DNA having different molecular weights. In one embodiment of the invention, the physical denaturant may be, for example, formamide, glycerol, or urea, or deprotonation of the base, which lowers the polarity of the solvent and weakens hydrophobic interactions such as stacking of base moieties of nucleic acids. Examples include, but are not limited to, sodium hydroxide, which is an alkaline reagent that induces inhibition of hydrogen bond formation due to deprotonation. Further, in one embodiment of the present invention, examples of the chemical denaturing agent include, but are not limited to, formaldehyde and glyoxal that form a Schiff base with nucleic acid. Further, in one embodiment of the present invention, thiourea, ethylene glycol and the like can also be used as the denaturing agent during electrophoresis.
ここで、長鎖のRNAの電気泳動の場合は、ホルムアミドなどの物理的変性剤で変性させた後、ホルムアルデヒドやグリオキサールなどの化学的変性剤によって、変性状態を共有結合的に固定化してから、同じくホルムアルデヒドを含むアガロースゲル中で電気泳動を行う。すなわち、変性状態を維持するためローディングバッファー中ばかりでなく、ゲル中でも、RNAを化学的変性剤に暴露しておく必要がある。このRNAの電気泳動の場合から推測すると、一本鎖DNAの変性ゲル電気泳動においても、電気泳動前に化学的変性剤によって変性を固定化した後、同じ化学的変性剤を加えたアガロースゲルを用いないと、相補鎖との再アニールを防ぎ、一本鎖状態を保ったままで電気泳動することはできないと考えられる。しかしながら、共有結合性の変性剤は、可逆的に結合を外すことはできるが、何らかの副反応を伴う可能性が否定できない。すなわち、化学的な変性剤を用いると、DNA中に変異を起こさせる可能性を排除できない。また、これらの化学的変性剤は極めて毒性や刺激性が強く、実際に実験を行う際には、扱いに注意が必要であり、危険かつ簡便性に欠ける。 Here, in the case of electrophoresis of long-chain RNA, after denaturing with a physical denaturing agent such as formamide, the denaturing state is covalently fixed with a chemical denaturing agent such as formaldehyde or glyoxal, and then. Electrophoresis is performed in an agarose gel that also contains formaldehyde. That is, RNA needs to be exposed to the chemical denaturing agent not only in the loading buffer but also in the gel to maintain the denatured state. Inferring from the case of this RNA electrophoresis, even in single-stranded DNA denaturation gel electrophoresis, agarose gel to which the same chemical denaturing agent is added after fixing the denaturation with a chemical denaturing agent before electrophoresis is used. If it is not used, it is considered that reanneaturation with the complementary strand is prevented and electrophoresis cannot be performed while maintaining the single-stranded state. However, although a covalent denaturant can reversibly break the bond, it cannot be ruled out that it may be accompanied by some side reaction. That is, the use of chemical denaturants cannot rule out the possibility of causing mutations in DNA. In addition, these chemical denaturants are extremely toxic and irritating, and care must be taken in handling when actually conducting experiments, which is dangerous and lacks convenience.
以上によれば、安全性、簡便性、およびDNAの損傷を防ぐという観点から、本願発明の一実施形態において、物理的変性剤のみによって長鎖一本鎖DNAを変性させた後、非変性ゲルを用いてゲル電気泳動することが好ましい。 Based on the above, from the viewpoint of safety, convenience, and prevention of DNA damage, in one embodiment of the present invention, a long-chain single-stranded DNA is denatured only with a physical denaturing agent, and then a non-denaturing gel is used. It is preferable to perform gel electrophoresis using the above.
物理的変性剤を用いて電気泳動を行う場合、電気泳動ゲルのウエル中にある一本鎖DNAは、電気泳動が開始されると、ローディングバッファーに含まれている物理的変性剤の元を離れて、非変性ゲルの中に入っていく。本願発明者らは、非変性ゲル中に入った後の一本鎖DNAが、従来考えられていたほど容易には相補鎖と再アニールすることはないということを発見している。つまり、本発明者らは、変性した一本鎖DNAは、非変性ゲル中においても、一本鎖のまま安定的に電気泳動されるという知見を得ている。 When performing electrophoresis with a physical denaturing agent, the single-stranded DNA in the wells of the electrophoresis gel leaves the source of the physical denaturing agent contained in the loading buffer when the electrophoresis is started. Then, it goes into the non-denatured gel. The inventors of the present application have discovered that single-stranded DNA after entry into a non-denatured gel does not reanneal to complementary strands as easily as previously thought. That is, the present inventors have obtained the finding that the denatured single-stranded DNA is stably electrophoresed as a single strand even in a non-denatured gel.
また、本発明者らは、非変性ゲル中で電気泳動される一本鎖DNAも、分子量に基づいて泳動され、その解像度は、一本鎖DNAの調製という本発明の用途としては、必要かつ充分であるという知見を得ている。すなわち、ゲル中の一本鎖DNAは、二本鎖DNAや化学的変性剤によって変性が固定化したRNAと同様に、安定した構造ではないことから、ゲル中で二次的な構造を形成するはずである。そのため、電気泳動の移動度と分子量の対数値(log10 M)との間にある単純で正確な比例関係は成立しないものの、本願発明は微妙な分子量の違いを分析するものではないため、そのような精緻な数学的関係性までは必要としない。 In addition, the present inventors also migrate single-stranded DNA electrophoresed in a non-denatured gel based on the molecular weight, and the resolution thereof is necessary for the use of the present invention for preparing single-stranded DNA. We have obtained the finding that it is sufficient. That is, since the single-stranded DNA in the gel does not have a stable structure like the double-stranded DNA or RNA whose denaturation is fixed by a chemical denaturing agent, it forms a secondary structure in the gel. Should be. Therefore, although a simple and accurate proportional relationship between the mobility of electrophoresis and the logarithm of molecular weight (log 10 M) cannot be established, the present invention does not analyze subtle differences in molecular weight. It does not require such elaborate mathematical relationships.
また、本願発明の一実施形態に係る方法を実施するためのキットには、(a)クローニング部位の両端にそれぞれ少なくとも1つのニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を有するベクターであって、前記ニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を認識するニッキングエンドヌクレアーゼによって同一鎖が切断されるベクター、及び(b)クローニング部位の一端に少なくとも1つのニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位と、前記クローニング部位の他端に少なくとも1つの配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ認識部位とを有するベクターから選択される少なくとも1つのベクターが包含される。すなわち、上述の(a)及び(b)のいずれのベクターも、ベクター自体に少なくとも1つのニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位が存在しているため、目的の一本鎖DNAの元となる、クローニングされる二本鎖DNAにはニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位があってもなくても良い。 Further, the kit for carrying out the method according to the embodiment of the present invention includes (a) a vector having at least one nickel endonuclease recognition site at both ends of the cloning site, wherein the nickel endonuclease recognition site is described. A vector in which the same strand is cleaved by a nickel endonuclease that recognizes (b) at least one nickeling endonuclease recognition site at one end of the cloning site and at least one sequence-specific double strand at the other end of the cloning site. At least one vector selected from vectors having a cleavage endonuclease recognition site is included. That is, since each of the above-mentioned vectors (a) and (b) has at least one nickel-ending endonuclease recognition site in the vector itself, it is cloned to be the source of the target single-stranded DNA. The double-stranded DNA may or may not have a nickel endonuclease recognition site.
一方で、本願発明の一実施形態においては、上述のとおり、ニッキングエンドヌクレアーゼまたは配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼの認識部位を、ベクターDNAの代わりに、クローニングされる目的のDNAの両端に備えるようにすることもでき、この場合、キットに包含されるベクターとしては、ニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を含まないものが好ましい。 On the other hand, in one embodiment of the present invention, as described above, recognition sites for nickel enzyme or sequence-specific double-strand break endonucleases are provided at both ends of the DNA to be cloned instead of the vector DNA. In this case, the vector included in the kit is preferably one that does not contain a nickel endonuclease recognition site.
また、本願発明の一実施形態において、上述のキットにはDNAの変性のための変性剤を含有することもできる。 Further, in one embodiment of the present invention, the above-mentioned kit may contain a denaturing agent for DNA denaturation.
以下に、実施例を用いて、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
後述の実施例1ではマルチクローニングサイトにニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を配置したクローニングベクターを用いた場合の目的DNAのクローニング手順を、実施例2は目的DNAをクローニングしたベクターのニッキングエンドヌクレアーゼによる消化手順(図1B)を、実施例3はニッキングエンドヌクレアーゼ処理した目的DNAをクローニングしたベクターを、変性剤により加熱変性し、非変性条件でのアガロースゲル電気泳動を行い、目的長鎖一本鎖DNAの抽出精製までの手順(図1C及び図1D)を、それぞれ示す。実施例4では、全域からニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を除いたベクターを用いて、GFP遺伝子全域を含む長鎖一本鎖DNAの調製を行った例を示す。実施例5では、2ヶ所のニックを導入したpLSODN-1(1.5Kb断片)プラスミドの種々の変性剤による変性の効果を示す。 In Example 1 described later, the procedure for cloning the target DNA when a cloning vector in which the nickel end nuclease recognition site is arranged at the multi-cloning site is used, and in Example 2 is the procedure for digesting the vector cloned with the target DNA using the nickel end nuclease (). In FIG. 1B), in Example 3, a vector obtained by cloning a target DNA treated with a nickel-end nuclease was heat-modified with a denaturing agent, and agarose gel electrophoresis was performed under non-modification conditions to extract the target long-chain single-stranded DNA. The procedure up to purification (FIGS. 1C and 1D) is shown respectively. Example 4 shows an example in which a long-chain single-stranded DNA containing the entire GFP gene was prepared using a vector obtained by removing the nickel endonuclease recognition site from the entire region. Example 5 shows the effect of denaturation of the pLSODN-1 (1.5 Kb fragment) plasmid with two nicks introduced by various denaturants.
クローニングベクターへの目的DNAのクローニング
実施例1では、長鎖一本鎖DNAを調製するためのモデルDNA断片としてλファージ由来の1.5kb DNA断片(λファージDNA 38,951-40,450、図3)を用いた。クローニングベクターとしてはマルチクローニングサイトに複数のニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を配置したpLSODN-1を用いた。図2AにクローニングベクターpLSODN-1のプラスミドマップを、図2Bにマルチクローニングサイトの配列を、図2Cに一本鎖DNAを取得するためのクローニングの際の酵素の組合せを、図2Dに全域の塩基配列を示す。図2Bでは、ボックスで示すサイトがニッキングエンドヌクレアーゼサイトであり、そのニック導入位置を矢印で示す。図2Bに示すように、中央に4種類のNbタイプのニッキングエンドヌクレアーゼサイトと1種のNtタイプのニッキングエンドヌクレアーゼサイトが、同一側のDNA鎖を切断できるように、向き合う形で配置してある。Nbタイプのニッキング酵素サイトの外側上流には、5’オーバーハング粘着末端を生じる6塩基または8塩基認識の制限酵素サイトが、Ntタイプのニッキング酵素サイトの外側下流には3’オーバーハングの粘着末端を生じる6塩基認識の制限酵素サイトが配置してある。図2Cに示すように、長鎖一本鎖DNAを取得するための目的のDNA断片は、NbタイプとNtタイプの二つのニッキング酵素サイトの間(丸数字1、中央図)か、Ntタイプのニッキング酵素サイトと5’オーバーハング粘着末端を生じる6塩基認識の制限酵素サイトの間(丸数字2、左図)、Nbタイプのニッキング酵素と3’オーバーハングの粘着末端を生じる6塩基認識の制限酵素サイトの間(丸数字3、右図)にクローニングした。ここでは、Nb.BsrDIとNt.BspQIの2つのニッキングエンドヌクレアーゼサイトを利用した。
Cloning of target DNA into a cloning vector In Example 1, a 1.5 kb DNA fragment derived from λ phage (λ phage DNA 38,951-40,450, FIG. 3) was used as a model DNA fragment for preparing long-chain single-stranded DNA. board. As the cloning vector, pLSODN-1 in which multiple nickel endonuclease recognition sites were arranged at the multi-cloning site was used. FIG. 2A shows the plasmid map of the cloning vector pLSODN-1, FIG. 2B shows the sequence of the multi-cloning site, FIG. 2C shows the combination of enzymes for cloning to obtain single-stranded DNA, and FIG. 2D shows the whole base. Shows the sequence. In FIG. 2B, the site indicated by the box is a nickel endonuclease site, and the nick introduction position thereof is indicated by an arrow. As shown in FIG. 2B, four types of Nb-type nickel endonuclease sites and one type of Nt-type nickel endonuclease site are arranged facing each other so that DNA strands on the same side can be cleaved in the center. .. Restriction enzyme sites for 6-base or 8-base recognition that give rise to 5'overhang adhesive ends are located upstream of the Nb-type nicking enzyme site, and 3'overhanged adhesive ends are located downstream of the Nt-type nicking enzyme site. A restriction enzyme site for 6-base recognition is located. As shown in FIG. 2C, the target DNA fragment for obtaining long-stranded single-stranded DNA is between two nicking enzyme sites of Nb type and Nt type (
まず、クローニングベクターpLSODN-1を、以下に示した配列から成る2つの合成DNAオリゴマーを用いてPCRを行うことによって、直鎖状のクローニングベクターpLSODN-1を取得した。以下の配列における下線部分は、目的DNAをベクターにクローニングするために導入した目的DNAとのホモロジー配列である。
First, a linear cloning vector pLSODN-1 was obtained by performing PCR on the cloning vector pLSODN-1 using two synthetic DNA oligomers consisting of the sequences shown below. The underlined portion in the following sequence is a homology sequence with the target DNA introduced to clone the target DNA into the vector.
具体的には、400ngのクローニングベクターpLSODN-1に、上記2つの合成DNAオリゴマーを各80pmol、1×GXLバッファー(タカラバイオ株式会社)、5ユニットのPrimeSTAR GXL DNA polymerase(タカラバイオ株式会社)、それぞれ80nmolのdATP、dGTP、dTTP、dCTPを加えた、計400μlの反応液中で、PCRを行った。反応温度及び時間は、最初に95℃で1分、次に95℃で1分、55℃で1分、72℃で6分をこの順にそれぞれ16回繰り返し、最後に72℃で10分である。このPCR反応物を、1.6μg/mlのCrystal Violetを含む0.8%のアガロースゲル電気泳動に供与した。電気泳動後、青色に染まった3.2kbのDNAのバンドをカミソリで切り出し、Qiaquick Gel Extraction Kit(株式会社キアゲン)にて精製し、50μlの10mMトリス塩酸(pH8.0)に溶解し、これを直鎖状のクローニングベクターpLSODN-1として保存した。 Specifically, in a 400 ng cloning vector pLSODN-1, 80 pmol of each of the above two synthetic DNA oligomers, 1 × GXL buffer (Takara Bio Co., Ltd.), and 5 units of PrimeSTAR GXL DNA polymerase (Takara Bio Co., Ltd.), respectively. PCR was performed in a total of 400 μl of a reaction solution containing 80 nmol of dATP, dGTP, dTTP, and dCTP. The reaction temperature and time were first repeated 16 times at 95 ° C. for 1 minute, then at 95 ° C. for 1 minute, 55 ° C. for 1 minute, and 72 ° C. for 6 minutes 16 times in this order, and finally at 72 ° C. for 10 minutes. .. The PCR reaction was donated to a 0.8% agarose gel electrophoresis containing 1.6 μg / ml Crystal Violet. After electrophoresis, a band of 3.2 kb DNA dyed in blue was cut out with a razor, purified with Qiaquick Gel Extraction Kit (Qiagen Co., Ltd.), dissolved in 50 μl of 10 mM Tris hydrochloric acid (pH 8.0), and this was dissolved. It was stored as a linear cloning vector pLSODN-1.
一方、長鎖一本鎖DNAを取得するための目的DNAは、λファージDNAから、以下に示した配列から成る2つの合成DNAオリゴマーを用いてPCRを行うことによって取得した。以下の配列における下線部分は、目的DNAをベクターにクローニングするために導入したベクターとのホモロジー配列である。λファージDNA由来の目的DNAの配列を図3に示す。
On the other hand, the target DNA for obtaining long-chain single-stranded DNA was obtained from λ phage DNA by performing PCR using two synthetic DNA oligomers consisting of the sequences shown below. The underlined portion in the following sequence is a homology sequence with the vector introduced to clone the target DNA into the vector. The sequence of the target DNA derived from the λ phage DNA is shown in FIG.
具体的には、400ngのλファージDNA(プロメガ社)に、上記2つの合成DNAオリゴマーを各80pmol、1×GXLバッファー(タカラバイオ株式会社)、5ユニットのPrimeSTAR GXL DNA polymerase(タカラバイオ株式会社)、それぞれ80nmolのdATP、dGTP、dTTP、dCTPを加えた、計400μlの反応液中で、PCRを行った。反応温度及び時間は、最初に95℃で1分、次に95℃で1分、55℃で1分、72℃で3分をこの順にそれぞれ16回繰り返し、最後に72℃で10分である。このPCR反応物を、1.6μg/mlのCrystal Violetを含む0.8%のアガロースゲル電気泳動に供与した。電気泳動後、青色に染まった1.5kbのDNAのバンドをカミソリで切り出し、Qiaquick Gel Extraction Kit(株式会社キアゲン)にて精製し、50μlの10mMトリス塩酸(pH8.0)に溶解し、これを長鎖一本鎖DNAを取得するための目的DNAとして保存した。 Specifically, the above two synthetic DNA oligomers are added to 400 ng of λ phage DNA (Promega) at 80 pmol each, 1 × GXL buffer (Takara Bio Co., Ltd.), and 5 units of PrimeSTAR GXL DNA polymerase (Takara Bio Co., Ltd.). PCR was performed in a total of 400 μl of a reaction solution containing 80 nmol of dATP, dGTP, dTTP, and dCTP, respectively. The reaction temperature and time were first repeated 16 times at 95 ° C. for 1 minute, then at 95 ° C. for 1 minute, 55 ° C. for 1 minute, 72 ° C. for 3 minutes, respectively, and finally at 72 ° C. for 10 minutes. .. The PCR reaction was donated to a 0.8% agarose gel electrophoresis containing 1.6 μg / ml Crystal Violet. After electrophoresis, a band of 1.5 kb DNA dyed in blue was cut out with a razor, purified with Qiaquick Gel Extraction Kit (Qiagen Co., Ltd.), dissolved in 50 μl of 10 mM Tris hydrochloric acid (pH 8.0), and this was dissolved. It was stored as the target DNA for obtaining long single-stranded DNA.
次に、PCR増幅によって得られた直鎖状クローニングベクターpLSODN-1とλファージDNA由来の1.5kbの目的DNAを、PCR反応に用いた合成DNAオリゴマーによって導入した末端のホモロジー配列をもとに連結した。 Next, the linear cloning vector pLSODN-1 obtained by PCR amplification and 1.5 kb of target DNA derived from λ phage DNA were introduced based on the homology sequence at the end introduced by the synthetic DNA oligomer used in the PCR reaction. Concatenated.
具体的には、PCR増幅によって得られた40ngの直鎖状クローニングベクターpLSODN-1に、同様にPCR増幅によって得られたλファージDNA由来の75ngの1.5kbの目的DNA、0.5μlの1 x Cloning EZ Buffer(ジーンスクリプト社)、0.5μlのClone EZ Enzyme(ジーンスクリプト社)、をそれぞれ加えた、計5μlの反応液中で22℃で20分間反応させた後、氷上に5分間静置し、連結反応を完結させた。 Specifically, to the 40 ng linear cloning vector pLSODN-1 obtained by PCR amplification, 75 ng of 1.5 kb target DNA derived from λ phage DNA also obtained by PCR amplification, 0.5 μl 1 x Cloning EZ Buffer (Genescript) and 0.5 μl of Clone EZ Enzyme (Genescript) were added, and the reaction was carried out at 22 ° C for 20 minutes in a total of 5 μl of the reaction solution, and then allowed to stand on ice for 5 minutes. Placed to complete the ligation reaction.
続いて、連結反応液を1μl用いて、以下のようにコンピテントセル(Jet Competent Cell、株式会社バイオダイナミクス研究所)の形質転換操作を行った。まず、凍結コンピテントセル(25μl)を氷上に置いて融解した後、直ちに1μlの連結反応溶液をコンピテントセルに加え、5分後、室温の0.25mlのRecovery Medium(Jet Competent Cellに付属)にコンピテントセルを移した。そして、5分間このまま静置した後、Recovery Mediumに懸濁された菌液を、50mg/mlのアンピシリンを含むLB寒天プレート(直径8.5cm、寒天培地量25ml)に接種し、37℃で18時間、保温した。この培養によって上記LB寒天プレート上に生じた大腸菌コロニーを取り出し、50mg/mlのアンピシリンを含む3mlのLB液体培地に接種し、37℃で18時間振盪培養した。この振盪培養によって得られた菌体からQiagen Plasmid Purification Kit(株式会社キアゲン)によってプラスミドを調製した。
Subsequently, 1 μl of the ligation reaction solution was used to perform a transformation operation of a competent cell (Jet Competent Cell, Biodynamics Laboratory Co., Ltd.) as follows. First, freeze competent cells (25 μl) are placed on ice to thaw, then immediately add 1 μl of the ligation reaction solution to the competent cells, and after 5 minutes, 0.25 ml of Recovery Medium at room temperature (included with Jet Competent Cell). Moved competent cells to. Then, after allowing to stand for 5 minutes as it is, the bacterial solution suspended in Recovery Medium is inoculated into an LB agar plate (diameter 8.5 cm,
上述のようにして得られたプラスミドをBsrDIおよびBspQIで消化し、アガロースゲル電気泳動分析にて1.5kbのλファージ由来の目的DNA断片が挿入され、かつABI PRISM Genetic Analyzer(アプライドバイオシステムジャパン株式会社)によりその塩基配列を調べることによりpLSODN-1ベクターのBsrDIサイトとBspQIサイトの間に正しくDNA鎖が挿入された配列を有するものを選んだ。この選択されたプラスミドを、pLSODN-1(1.5Kb断片)プラスミドとした。 The plasmid obtained as described above was digested with BsrDI and BspQI, and a target DNA fragment derived from 1.5 kb λ phage was inserted by agarose gel electrophoresis analysis, and ABI PRISM Genetic Analyzer (Applied Biosystem Japan Co., Ltd.) By examining the base sequence by the company), a plasmid having a sequence in which the DNA strand was correctly inserted between the BsrDI site and the BspQI site of the pLSODN-1 vector was selected. This selected plasmid was designated as a pLSODN-1 (1.5 Kb fragment) plasmid.
目的DNAをクローニングしたベクターのニッキング酵素による消化
実施例1で作成したプラスミドpLSODN-1(1.5Kb断片)を、ニッキングエンドヌクレアーゼで消化することによって、環状二本鎖DNAの構造を持つ上記プラスミド上の、λファージ由来の目的DNAである1.5Kb断片の両端かつ一方の側の鎖のみを切断しニックを導入した。
Digestion of the vector in which the target DNA was cloned with a nickeling enzyme By digesting the plasmid pLSODN-1 (1.5 Kb fragment) prepared in Example 1 with a nickel end nuclease, on the above-mentioned plasmid having the structure of circular double-stranded DNA. Nick was introduced by cleaving only the strands on both ends and one side of the 1.5 Kb fragment, which is the target DNA derived from λ phage.
具体的には、100μlのプラスミドpLSODN-1(1.5Kb断片)に、1 x 3.1 NEBuffer (ニュー・イングランド・バイオラブズ社)、50ユニットのNt.BspQI、50ユニットのNb.BsrDIを加えた、計50μlの反応液中で50℃で60分間、続けて60℃で60分間反応させた。反応後は脱塩操作としてエタノール沈殿を行った。 Specifically, 1 x 3.1 NEBuffer (New England Biolabs), 50 units of Nt.BspQI, and 50 units of Nb.BsrDI were added to 100 μl of plasmid pLSODN-1 (1.5 Kb fragment). The reaction was carried out in 50 μl of the reaction solution at 50 ° C. for 60 minutes, followed by 60 ° C. for 60 minutes. After the reaction, ethanol precipitation was performed as a desalting operation.
具体的には、2ヶ所のニックを導入した50μlのpLSODN-1(1.5Kb断片)プラスミド反応溶液に、125μlのエタノールを加えて混合した。そして、この混合液を微量高速遠心分離機にセットし、15,000rpm、10分、4℃で回転させ、沈殿させた。チューブから上清を除去した後、沈殿物に500μlの70%冷エタノールを加え、ボルテックスし、再び微量高速遠心分離機を用いて、15,000rpm、10分、4℃で回転させ、再び沈殿させた。チューブから上精を吸引除去し、さらにチューブをバキュームエバポレーターにかけ、乾固させた後、50μlの滅菌水を加えて、バッファー交換し、脱塩した2ヶ所のニックを導入したpLSODN-1(1.5Kb断片)プラスミドを得た。 Specifically, 125 μl of ethanol was added to 50 μl of pLSODN-1 (1.5 Kb fragment) plasmid reaction solution into which two nicks were introduced and mixed. Then, this mixed solution was set in a micro high-speed centrifuge and rotated at 15,000 rpm for 10 minutes at 4 ° C. to precipitate. After removing the supernatant from the tube, add 500 μl of 70% cold ethanol to the precipitate, vortex it, and rotate it again at 15,000 rpm, 10 minutes, 4 ° C. using a micro high-speed centrifuge to precipitate again. rice field. After removing the upper stalk by suction from the tube, the tube was vacuumed and dried, 50 μl of sterile water was added, the buffer was exchanged, and two demineralized nicks were introduced into pLSODN-1 (1. 5Kb fragment) plasmid was obtained.
変性剤による加熱変性と非変性アガロースゲル電気泳動による分離、ゲルからの抽出精製
実施例2で得られた、2ヶ所のニックを導入した20μgのpLSODN-1(1.5Kb断片)プラスミドを含む10μl水溶液に、30μlのブロモフェノールブルーを含む95%ホルムアミドを加え、終濃度71%ホルムアミド溶液とした。これを70℃で5分間熱処理した後、直ちに氷上に置き急冷した。1分間氷上に置いた後、20μl(10μg)と10μl(5μg)を1.2%濃度の非変性のアガロースゲルで1×TAE緩衝液を泳動液として電気泳動を行った。ここにおいて、ウレアやホルムアミドを含む変性アガロースゲルを用いる必要はないことに留意したい。電気泳動はブロモフェノールブルー色素が、ゲル中で適当な位置まで移動したところで止めた。電気泳動後は装置からゲルを取り出し、臭化エチジウムで染色し、紫外線下で撮影した(図4)。撮影後、3本現れるバンドのうち、先端にくる最も分子量の小さい目的の1.5kbの一本鎖DNAのバンドを含むゲル片を切り出した。先端にあることから、他のバンドが混入している可能性はない。ゲル片の重量を測定した後、QIAquick Gel Extraction Kit(キアゲン社)を用いて目的の1.5kb一本鎖DNAを抽出した。目的の1.5kb一本鎖DNAの収率は約30%であった。精製した1.5kb一本鎖DNAは、その少量を同様の方法にて、分析スケールでの非変性アガロースゲル電気泳動を行い、他のバンドの混入はなく、高い精製度を有していることが確認された(図5)。
Heat denaturation with denaturant, separation by non-denaturing agarose gel electrophoresis, extraction and purification from gel 10 μl containing 20 μg of pLSODN-1 (1.5 Kb fragment) plasmid with two nicks introduced in Example 2. 95% formamide containing 30 μl of bromophenol blue was added to the aqueous solution to obtain a final concentration of 71% formamide solution. This was heat-treated at 70 ° C. for 5 minutes, and then immediately placed on ice and rapidly cooled. After placing on ice for 1 minute, 20 μl (10 μg) and 10 μl (5 μg) were electrophoresed on a 1.2% concentration non-denatured agarose gel using 1 × TAE buffer as a running solution. It should be noted here that it is not necessary to use a modified agarose gel containing urea or formamide. Electrophoresis was stopped when the bromophenol blue dye had moved to a suitable position in the gel. After electrophoresis, the gel was removed from the device, stained with ethidium bromide, and photographed under ultraviolet light (Fig. 4). After imaging, a gel piece containing the target 1.5 kb single-stranded DNA band having the smallest molecular weight at the tip was cut out from the three bands that appeared. Since it is at the tip, there is no possibility that other bands are mixed in. After weighing the gel pieces, the target 1.5 kb single-stranded DNA was extracted using the QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen). The yield of the target 1.5 kb single-stranded DNA was about 30%. The purified 1.5 kb single-stranded DNA was subjected to non-denatured agarose gel electrophoresis on an analytical scale by the same method for a small amount thereof, and it had a high degree of purification without contamination with other bands. Was confirmed (Fig. 5).
クローニングベクターpETUK (del)へのGFP遺伝子のクローニング
実施例4では、ベクター骨格に加えてマルチクローニングサイトにもニッキング酵素認識部位を持たないベクターpETUK (del)を用いた。ここでは、ベクターと目的DNA断片をPCRで増幅する際に用いる合成DNAオリゴマー内にニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を組み込むことによって、目的のDNA断片の両側にニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を導入した。また、本施例では、GFP遺伝子全体をコードする一本鎖DNAを調製した。このGFP遺伝子には、ゲノム編集によるラットのチロシナーゼ(Tyr)遺伝子へのknock inの目的箇所の上流側19塩基および下流側20塩基から成るホモロジーアームが結合する。また、本実施例では一本鎖DNAの分離調製には変性ゲルであるウレアアガロースゲルを用いた。
Cloning of GFP gene into cloning vector pETUK (del) In Example 4, a vector pETUK (del) having no nicking enzyme recognition site at the multicloning site in addition to the vector skeleton was used. Here, the nickel endonuclease recognition sites were introduced on both sides of the target DNA fragment by incorporating the nickel endonuclease recognition sites into the synthetic DNA oligomer used when amplifying the vector and the target DNA fragment by PCR. Moreover, in this example, a single-stranded DNA encoding the entire GFP gene was prepared. This GFP gene is bound to a homology arm consisting of 19 bases upstream and 20 bases downstream of the target site of knock-in to the rat tyrosinase (Tyr) gene by genome editing. In this example, a denatured gel, urea agarose gel, was used for the separation and preparation of single-stranded DNA.
図6Aに、クローニングベクターpETUK (del)のプラスミドマップを、図6Bにマルチクローニングサイトの配列を、図6Cに全塩基配列を示した。ここでは、長鎖一本DNAの調製にはNb.BsrDIとNt.BspQIの2つのニッキング酵素サイトを利用したが、前述したようにベクター自体のマルチクローニングサイトにはこのニッキングエンドヌクレアーゼサイトがないものを用いて、PCRを行う際に用いる合成DNAオリゴマーの中に組み込むことによって、目的DNAの両側にニッキング酵素認識部位を導入した。 FIG. 6A shows a plasmid map of the cloning vector pETUK (del), FIG. 6B shows the sequence of the multicloning site, and FIG. 6C shows the entire base sequence. Here, two nicking enzyme sites, Nb.BsrDI and Nt.BspQI, were used to prepare long-chain single DNA, but as mentioned above, the multicloning site of the vector itself does not have this nicking endonuclease site. Was used to introduce nickeling enzyme recognition sites on both sides of the target DNA by incorporating it into the synthetic DNA oligomer used when performing PCR.
まず、クローニングベクターpETUK (del)をテンプレートとして、以下に示した配列から成る2つの合成DNAオリゴマーを用いてPCRを行うことによって、直鎖状のクローニングベクターpETUK (del)を取得した。下記配列の下線部分は、目的DNAをベクターにクローニングするために導入した目的DNAとのホモロジー配列である。また、ボックスで囲った配列が、目的DNAの両側に導入されるニッキングエンドヌクレアーゼNb.BsrDIとNt.BspQIの認識配列である。
First, a linear cloning vector pETUK (del) was obtained by performing PCR using the cloning vector pETUK (del) as a template and two synthetic DNA oligomers consisting of the sequences shown below. The underlined portion of the following sequence is a homology sequence with the target DNA introduced for cloning the target DNA into the vector. The sequence enclosed in the box is the recognition sequence of the nickel endonucleases Nb.BsrDI and Nt.BspQI introduced on both sides of the target DNA.
具体的には、400ngのクローニングベクターpETUK (del)に、上記2つの合成DNAオリゴマーを各80pmol、1×GXLバッファー(タカラバイオ株式会社)、5ユニットのPrimeSTAR GXL DNA polymerase(タカラバイオ株式会社)、それぞれ80nmolのdATP、dGTP、dTTP、dCTPを加え、計400μlの反応液中で、PCRを行った。反応温度及び時間は、最初に95℃で1分、次に95℃で1分、55℃で1分、72℃で6分をこの順にそれぞれ16回繰り返し、最後に72℃で10分である。このPCR反応物を、1.6μg/mlのCrystal Violetを含む0.8%のアガロースゲル電気泳動に供与した。電気泳動後、青色に染まった2.67kbのDNAのバンドをカミソリで切り出し、Qiaquick Gel Extraction Kit(株式会社キアゲン)で精製し、50μlの10mMトリス塩酸(pH8.0)に溶解し、これを直鎖状のクローニングベクターpETUK (del)として保存した。 Specifically, 80 pmol of each of the above two synthetic DNA oligomers in a 400 ng cloning vector pETUK (del), 1 × GXL buffer (Takara Bio Co., Ltd.), and 5 units of PrimeSTAR GXL DNA polymerase (Takara Bio Co., Ltd.). 80 nmol of dATP, dGTP, dTTP, and dCTP were added, respectively, and PCR was performed in a total of 400 μl of the reaction solution. The reaction temperature and time were first repeated 16 times at 95 ° C. for 1 minute, then at 95 ° C. for 1 minute, 55 ° C. for 1 minute, 72 ° C. for 6 minutes, respectively, and finally at 72 ° C. for 10 minutes. .. The PCR reaction was donated to a 0.8% agarose gel electrophoresis containing 1.6 μg / ml Crystal Violet. After electrophoresis, a 2.67 kb DNA band dyed in blue was cut out with a razor, purified with a Qiaquick Gel Extraction Kit (Qiagen Co., Ltd.), dissolved in 50 μl of 10 mM Tris hydrochloric acid (pH 8.0), and directly dissolved. It was stored as a chain cloning vector pETUK (del).
一方、長鎖一本鎖DNAを取得するための目的GFP遺伝子をpCMV-GFP-LC3 Expression Vector (Cell Biolabs. Inc)から、以下に示した配列から成る2つの合成DNAオリゴマーを用いてPCRを行うことによって取得した。以下の配列における下線部分は、GFP遺伝子をベクターにクローニングするために導入したベクター側とのホモロジー配列である。GFP遺伝子断片はベクターのマルチクローニングサイトのBamHIサイトとNotIサイトとの間にクローニングする。pCMV-GFP-LC3 Expression Vector由来のGFP遺伝子の配列を図7に示した。また、ボックスで囲った部分は、それぞれGFPタンパク質の開始コドンと終始コドンである。
On the other hand, the target GFP gene for obtaining long-chain single-stranded DNA is PCRed from pCMV-GFP-LC3 Expression Vector (Cell Biolabs. Inc) using two synthetic DNA oligomers consisting of the sequences shown below. Obtained by The underlined portion in the following sequence is a homology sequence with the vector side introduced to clone the GFP gene into the vector. The GFP gene fragment is cloned between the BamHI and NotI sites of the vector's multicloning site. The sequence of the GFP gene derived from pCMV-GFP-LC3 Expression Vector is shown in FIG. The parts surrounded by the box are the start codon and the stop codon of the GFP protein, respectively.
具体的には、400ngのpCMV-GFP-LC3 Expression Vectorに、上記2つの合成DNAオリゴマーを各80pmol、1×GXLバッファー(タカラバイオ株式会社)、5ユニットのPrimeSTAR GXL DNA polymerase(タカラバイオ株式会社)、それぞれ80nmolのdATP、dGTP、dTTP、dCTPを加えた、計400μlの反応液中で、PCRを行った。反応温度及び時間は、最初に95℃で1分、次に、95℃で1分、55℃で1分、72℃で3分をこの順にそれぞれ16回繰り返し、最後に72℃で10分である。このPCR反応物を、1.6μg/mlのCrystal Violetを含む0.8%のアガロースゲル電気泳動に供与した。電気泳動後、青色に染まった0.75kbのDNAのバンドをカミソリで切り出し、Qiaquick Gel Extraction Kit(株式会社キアゲン)で精製し、50μlの10mMトリス塩酸(pH8.0)に溶解し、これを長鎖一本鎖DNAを取得するための目的GFP遺伝子全域DNA断片として保存した。 Specifically, in 400 ng of pCMV-GFP-LC3 Expression Vector, 80 pmol of each of the above two synthetic DNA oligomers, 1 × GXL buffer (Takara Bio Co., Ltd.), and 5 units of PrimeSTAR GXL DNA polymerase (Takara Bio Co., Ltd.) PCR was performed in a total of 400 μl of a reaction solution containing 80 nmol of dATP, dGTP, dTTP, and dCTP, respectively. The reaction temperature and time were first repeated 16 times at 95 ° C for 1 minute, then at 95 ° C for 1 minute, 55 ° C for 1 minute, 72 ° C for 3 minutes, and finally at 72 ° C for 10 minutes. be. The PCR reaction was donated to a 0.8% agarose gel electrophoresis containing 1.6 μg / ml Crystal Violet. After electrophoresis, a band of 0.75 kb DNA dyed in blue was cut out with a razor, purified with Qiaquick Gel Extraction Kit (Qiagen Co., Ltd.), dissolved in 50 μl of 10 mM Tris hydrochloric acid (pH 8.0), and lengthened. Purpose for obtaining single-stranded DNA The whole GFP gene was stored as a DNA fragment.
次に、上記PCR増幅によって得られた直鎖状クローニングベクターpETUK (del)断片とGFP遺伝子全域DNA断片を、PCR反応に用いた合成DNAオリゴマーによって導入した末端のホモロジー配列をもとに連結した。 Next, the linear cloning vector pETUK (del) fragment obtained by the above PCR amplification and the GFP gene whole-range DNA fragment were ligated based on the terminal homology sequence introduced by the synthetic DNA oligomer used in the PCR reaction.
具体的には、PCR増幅によって得られた40ngの直鎖状クローニングベクターpETUK (del)に、同様にPCR増幅によって得られた75ngのGFP遺伝子、0.5μlの1 x Cloning EZ Buffer(ジーンスクリプト社)、0.5μlのClone EZ Enzyme(ジーンスクリプト社)を加えた、計5μlの反応液中で22℃で20分間反応後、氷上で5分間静置し、連結反応を完結させた。 Specifically, a 40 ng linear cloning vector pETUK (del) obtained by PCR amplification, a 75 ng GFP gene also obtained by PCR amplification, and 0.5 μl of 1 x Cloning EZ Buffer (Genescript). ), 0.5 μl of Clone EZ Enzyme (Genescript) was added, and the reaction was carried out at 22 ° C. for 20 minutes in a total of 5 μl of the reaction solution, and then allowed to stand on ice for 5 minutes to complete the ligation reaction.
続いて、連結反応液を1μl用いて、以下のようにコンピテントセル(Jet Competent Cell、株式会社バイオダイナミクス研究所)の形質転換操作を行った。まず、凍結コンピテントセル(25μl)を氷上に置いて融解した後、直ちに1μlの連結反応溶液をコンピテントセルに加え、5分後、室温の0.25mlのRecovery Medium(Jet Competent Cellに付属)にコンピテントセルを移した。そして、5分間このまま静置した後、Recovery Mediumに懸濁された菌液を、50mg/mlのアンピシリンを含むLB寒天プレート(直径8.5cm、寒天培地量25ml)に接種し、37℃で18時間、保温した。この培養によって上記LB寒天プレート上に生じた大腸菌コロニーを取り出し、50mg/mlのアンピシリンを含む3mlのLB液体培地に接種し、37℃で18時間振盪培養した。この振盪培養によって得られた菌体からQiagen Plasmid Purification Kit(株式会社キアゲン)によりプラスミドを調製した。
Subsequently, 1 μl of the ligation reaction solution was used to perform a transformation operation of a competent cell (Jet Competent Cell, Biodynamics Laboratory Co., Ltd.) as follows. First, freeze competent cells (25 μl) are placed on ice to thaw, then immediately add 1 μl of the ligation reaction solution to the competent cells, and after 5 minutes, 0.25 ml of Recovery Medium at room temperature (included with Jet Competent Cell). Moved competent cells to. Then, after allowing to stand for 5 minutes as it is, the bacterial solution suspended in Recovery Medium is inoculated into an LB agar plate (diameter 8.5 cm,
上述のようにして得られたプラスミドについてBsrDIおよびBspQIで消化し、アガロースゲル電気泳動分析にて759塩基の目的GFP遺伝子DNA断片が挿入され、かつABI PRISM Genetic Analyzer(アプライドバイオシステムジャパン株式会社)によりその塩基配列を調べ、pETUK(del)ベクターにBsrDIサイトとBspQIサイトと伴にGFP遺伝子が正しく挿入された配列を有するものを選んだ。この選択されたプラスミドを、pETUK(GFP-Tyr)プラスミドとした。 The plasmid obtained as described above was digested with BsrDI and BspQI, a target GFP gene DNA fragment of 759 bases was inserted by agarose gel electrophoresis analysis, and the ABI PRISM Genetic Analyzer (Applied Biosystem Japan Co., Ltd.) The base sequence was examined, and a pETUK (del) vector having a sequence in which the GFP gene was correctly inserted together with the BsrDI site and the BspQI site was selected. This selected plasmid was designated as the pETUK (GFP-Tyr) plasmid.
次に、pETUK(GFP-Tyr)プラスミドを2つのニッキングエンドヌクレアーゼ(Nb.BsrDIおよびNt.BspQI)で消化し、GFP遺伝子の両端において、一方の側の鎖のみにニックを導入した。具体的には、100μgのプラスミドpETUK(GFP-Tyr)に、1 x 3.1 NEBuffer (ニュー・イングランド・バイオラブズ社)、50ユニットのNt.BspQI、及び50ユニットのNb.BsrDIを加えた、計50μl反応液中で、50℃で60分、続けて60℃で60分反応させた。反応後は脱塩操作としてエタノール沈殿を行った。 The pETUK (GFP-Tyr) plasmid was then digested with two nickel endonucleases (Nb.BsrDI and Nt.BspQI) and nicks were introduced into only one strand at both ends of the GFP gene. Specifically, a total of 50 μl reaction was added to 100 μg of plasmid pETUK (GFP-Tyr) with 1 x 3.1 NEBuffer (New England Biolabs), 50 units of Nt.BspQI, and 50 units of Nb.BsrDI. The reaction was carried out in the liquid at 50 ° C. for 60 minutes, and subsequently at 60 ° C. for 60 minutes. After the reaction, ethanol precipitation was performed as a desalting operation.
具体的には、2ヶ所のニックを導入した50μlのpETUK(GFP-Tyr)プラスミド反応溶液に、125μlのエタノールを加えて混合した。そして、この混合液を微量高速遠心分離機にセットし、15,000rpm、10分、4℃で回転させ、沈殿させた。チューブから上清を除去した後、沈殿物に500μlの70%冷エタノールを加え、ボルテックスし、再び微量高速遠心分離機で、15,000rpm、10分、4℃で回転させ、再び沈殿させた。チューブから上精を吸引除去し、さらにチューブをバキュームエバポレーターにかけ、乾固させた後、50μlの滅菌水を加えて、バッファー交換し、脱塩した2ヶ所のニックを導入したpETUK(GFP-Tyr)プラスミドを得た。 Specifically, 125 μl of ethanol was added to 50 μl of the pETUK (GFP-Tyr) plasmid reaction solution into which two nicks were introduced and mixed. Then, this mixed solution was set in a micro high-speed centrifuge and rotated at 15,000 rpm for 10 minutes at 4 ° C. to precipitate. After removing the supernatant from the tube, 500 μl of 70% cold ethanol was added to the precipitate, vortexed, and again rotated at 15,000 rpm, 10 minutes, 4 ° C. in a micro high speed centrifuge to precipitate again. PETUK (GFP-Tyr) was introduced with two nicks that had been desalted by sucking and removing the upper sperm from the tube, applying the tube to a vacuum evaporator to dry it, adding 50 μl of sterile water, exchanging the buffer, and introducing the demineralized nick. A plasmid was obtained.
2ヶ所のニックを導入した20μgのpETUK(GFP-Tyr)プラスミドを含む10μl水溶液に、30μlのブロモフェノールブルーを含む95%ホルムアミドを加え、終濃度71%ホルムアミド溶液とした。これを70℃で5分間熱処理した後、直ちに氷上に置き急冷した。1分間氷上に置いた後、その一部である100ngについて、1.0%濃度の4Mウレアアガロースゲルで、4Mウレア含有1×TAE緩衝液を泳動液として分析を目的とした電気泳動を行った。電気泳動はブロモフェノールブルー色素が、ゲル中で適当な位置まで移動したところで止めた。電気泳動後は装置からゲルを取り出し、臭化エチジウムで染色し、紫外線下で撮影した(図8)。分析的電気泳動で問題なく分離されることが確認されたことから、残りの全量を4Mウレアアガロースゲル電気泳動に供した。電気泳動後、臭化エチジウムで染色し、3本現れるバンドのうち、先端にくる最も分子量の小さい目的の759塩基のGFP一本鎖DNAのバンドを含むゲル片を切り出した。先端にあることから、他のバンドが混入している可能性はない。ゲル片の重量を測定した後、QIAquick Gel Extraction Kit(キアゲン社)を用いて目的の759塩基のGFP一本鎖DNAを抽出した。目的の759塩基のGFP一本鎖DNAの収率は約30%であった。精製した759一本鎖DNAは、同様の方法にて4Mウレアアガロースゲルにて電気泳動を行い、他のバンドの混入はなく、高い精製度を有していることが確認された(図9)。 95% formamide containing 30 μl bromophenol blue was added to a 10 μl aqueous solution containing 20 μg of pETUK (GFP-Tyr) plasmid into which two nicks were introduced to obtain a final concentration of 71% formamide solution. This was heat-treated at 70 ° C. for 5 minutes, and then immediately placed on ice and rapidly cooled. After placing it on ice for 1 minute, 100 ng of the part was electrophoresed on a 1.0% concentration 4M urea agarose gel using a 4M urea-containing 1 × TAE buffer as a running solution for analysis. .. Electrophoresis was stopped when the bromophenol blue dye had moved to a suitable position in the gel. After electrophoresis, the gel was removed from the device, stained with ethidium bromide, and photographed under ultraviolet light (Fig. 8). Since it was confirmed by analytical electrophoresis that the separation was successful, the entire remaining amount was subjected to 4M urea agarose gel electrophoresis. After electrophoresis, the mixture was stained with ethidium bromide, and out of the three bands appearing, a gel piece containing the target 759-base GFP single-stranded DNA band having the smallest molecular weight at the tip was cut out. Since it is at the tip, there is no possibility that other bands are mixed in. After weighing the gel pieces, a 759-base GFP single-stranded DNA of interest was extracted using the QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen). The yield of the target 759-base GFP single-stranded DNA was about 30%. The purified 759 single-stranded DNA was electrophoresed on a 4M urea agarose gel in the same manner, and it was confirmed that it had a high degree of purification without contamination with other bands (Fig. 9). ..
種々の変性剤を用いた場合の、2ヶ所のニックを導入したpLSODN-1(1.5kb断片)プラスミドの変性ゲルおよび非変性ゲルでの電気泳動による個々の一本鎖DNAの分離
以下に、いくつかの物理的変性剤による、ニックを導入したpLSODN-1(1.5kb断片)プラスミドの変性および非変性ゲルでの電気泳動による一本鎖DNAの出現および分離の例を示す。物理的な変性剤としてホルムアミド、グリセロール、及びウレアの例を、対照としてスクロースの場合を示す。ホルムアミド、グリセロール、及びウレアは、核酸の電気泳動用変性剤として通常用いられる試薬である。
Separation of individual single-stranded DNA by electrophoresis on a modified gel and a non-denatured gel of a pLSODN-1 (1.5 kb fragment) plasmid with two nicks introduced when various denaturing agents are used. Examples of nick-introduced pLSODN-1 (1.5 kb fragment) plasmid denaturation with several physical denaturants and the appearance and separation of single-stranded DNA by electrophoresis on non-denaturing gels are shown. The case of formamide, glycerol, and urea as physical denaturants and sucrose as a control is shown. Formamide, glycerol, and urea are reagents commonly used as denaturants for electrophoresis of nucleic acids.
具体的には、種々の濃度の、2ヶ所のニックを導入したpLSODN-1(1.5kb断片)プラスミドを、種々の濃度のホムアミド、グリセロール、ウレア、またはスクロースと混合した。次に70℃で5分加熱後、氷上にて急冷した。氷上で1分間放置した後、1.2%非変性アガロースゲル電気泳動に供した。電気泳動後は、ゲルを取出し、1.6% Crystal Violetで一晩振盪染色した。図10にその結果を示した。 Specifically, pLSODN-1 (1.5 kb fragment) plasmids with various concentrations of two nicks introduced were mixed with various concentrations of homuamide, glycerol, urea, or sucrose. Next, it was heated at 70 ° C. for 5 minutes and then rapidly cooled on ice. After standing on ice for 1 minute, it was subjected to 1.2% non-denatured agarose gel electrophoresis. After electrophoresis, the gel was removed and stained with 1.6% Crystal Violet overnight with shaking. The result is shown in FIG.
ホルムアミドは、25%の濃度で、2ヶ所のニックを導入したpLSODN-1(1.5kb断片)プラスミドを、1μg/μlの高濃度のプラスミドであっても完全に変性させ、1.5kbの目的一本鎖DNAを与えた。グリセロールは、50%以上の濃度で、プラスミドを完全に変性させる能力があることがわかった。ウレアは6M濃度で、0.25μg/μl濃度のプラスミドを変性させることができたが、0.5μg/μl以上の濃度のプラスミドに関しては限定的であった。スクロースでは、全く変性の効果はなかった。 Formamide completely denatures the pLSODN-1 (1.5 kb fragment) plasmid with two nicks introduced at a concentration of 25%, even at a high concentration of 1 μg / μl, for the purpose of 1.5 kb. Single-stranded DNA was given. Glycerol was found to be capable of completely denaturing the plasmid at concentrations above 50%. Urea was able to denature plasmids at 0.25 μg / μl concentrations at 6 M concentrations, but was limited for plasmids at concentrations above 0.5 μg / μl. Sucrose had no denaturing effect.
その他、本発明は、さまざまに変形可能であることは言うまでもなく、上述した一実施形態に限定されず、発明の要旨を変更しない範囲で種々変形可能である。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified without changing the gist of the invention.
Claims (24)
(1)(a)クローニング部位の両端にそれぞれ少なくとも1つのニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を有するベクターであって、前記ニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を認識するニッキングエンドヌクレアーゼによって同一鎖が切断されるベクター、または(b)クローニング部位の一端に少なくとも1つのニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位と、前記クローニング部位の他端に少なくとも1つの配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ認識部位とを有するベクターに、目的のDNA鎖をクローニングする工程と、
(2)前記ニッキングエンドヌクレアーゼによって、前記目的のDNA鎖がクローニングされた(a)のベクターを切断し、または前記ニッキングエンドヌクレアーゼ及び前記配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ認識部位を認識する配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼによって、前記目的のDNA鎖がクローニングされた(b)のベクターを切断し、分子量の異なる少なくとも3種類の一本鎖DNAを生成する工程と、
(3)前記少なくとも3種類の一本鎖DNAに適当量の変性剤を添加して、前記一本鎖DNAを変性させる工程と、
(4)前記変性させた少なくとも3種類の一本鎖DNAを任意の分離手段によって分離させ、目的の一本鎖DNAを調製する工程と
を有する、方法。 A method for preparing long-chain single-stranded DNA,
(1) (a) A vector having at least one nickel-end nuclease recognition site at both ends of the cloning site, and a vector in which the same chain is cleaved by the nickel-end nuclease that recognizes the nickel-end nuclease recognition site, or (a). b) Clone the DNA strand of interest into a vector having at least one nickeling endonuclease recognition site at one end of the cloning site and at least one sequence-specific double-strand break endonuclease recognition site at the other end of the cloning site. And the process to do
(2) A sequence-specific substance that cleaves the vector of (a) in which the DNA strand of interest has been cloned by the nickel-cooking endonuclease, or recognizes the nickel-cooking endonuclease and the sequence-specific double-strand cleaved endonuclease recognition site. A step of cleaving the vector (b) in which the target DNA strand was cloned with a target double-strand break endonuclease to generate at least three types of single-stranded DNA having different molecular weights.
(3) A step of adding an appropriate amount of a denaturing agent to the at least three types of single-stranded DNA to denature the single-stranded DNA.
(4) A method comprising a step of separating at least three types of denatured single-stranded DNA by an arbitrary separation means to prepare a desired single-stranded DNA.
(1)(a)両端にそれぞれ少なくとも1つのニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を有する目的のDNA鎖であって、前記ニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位を認識するニッキングエンドヌクレアーゼによって同一鎖が切断される目的のDNA鎖、または(b)一端に少なくとも1つのニッキングエンドヌクレアーゼ認識部位と、他端に少なくとも1つの配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ認識部位とを有する目的のDNA鎖を、ベクターにクローニングする工程と、
(2)前記ニッキングエンドヌクレアーゼによって、(a)の目的のDNA鎖がクローニングされたベクターを切断し、または前記ニッキングエンドヌクレアーゼ及び前記配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼ認識部位を認識する配列特異的二本鎖切断エンドヌクレアーゼによって、(b)の目的のDNA鎖がクローニングされたベクターを切断し、分子量の異なる少なくとも3種類の一本鎖DNAを生成する工程と、
(3)前記少なくとも3種類の一本鎖DNAに適当量の変性剤を添加して、前記一本鎖DNAを変性させる工程と、
(4)前記変性させた少なくとも3種類の一本鎖DNAを任意の分離手段によって分離させ、目的の一本鎖DNAを調製する工程と
を有する、方法。 A method for preparing long-chain single-stranded DNA,
(1) (a) A DNA strand of interest having at least one nickel-end nuclease recognition site at both ends, and the same DNA strand is cleaved by the nickel-end nuclease that recognizes the nickel-end nuclease recognition site. Or (b) a step of cloning into a vector a DNA strand of interest having at least one nickeling endonuclease recognition site at one end and at least one sequence-specific double-strand break endonuclease recognition site at the other end.
(2) The nicking endonuclease cleaves the vector into which the DNA strand of interest (a) has been cloned, or sequence-specific recognition of the nicking endonuclease and the sequence-specific double-strand cleavage endonuclease recognition site. A step of cleaving the vector into which the target DNA strand of interest (b) is cloned with a double-strand break endonuclease to generate at least three types of single-stranded DNA having different molecular weights.
(3) A step of adding an appropriate amount of a denaturing agent to the at least three types of single-stranded DNA to denature the single-stranded DNA.
(4) A method comprising a step of separating at least three types of denatured single-stranded DNA by an arbitrary separation means to prepare a desired single-stranded DNA.
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