JP3140127B2 - 3′−(2′)−アミノ−またはチオール−修飾された螢光色素結合ヌクレオシド、ヌクレオチドおよびオリゴヌクレオチド、並びにその製造法および使用 - Google Patents

3′−(2′)−アミノ−またはチオール−修飾された螢光色素結合ヌクレオシド、ヌクレオチドおよびオリゴヌクレオチド、並びにその製造法および使用

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】標識されたオリゴヌクレオチドは、ハイブ
リダイゼーションプローブとして一般的に用いられてお
り且つ制限消化により天然の遺伝子物質から調製される
DNAプローブよりも扱いやすいので、遺伝子工学にお
いて極めて多数の用途が見出だされている。
【0002】いわゆるアンチセンスDNAオリゴヌクレ
オチドの形態で用いられる標識されたオリゴヌクレオチ
ドは調節するやり方で細胞の出来事に介入することがで
きるので、例えばタンパク質発現のインビボでの検討に
ついて重要性が増大してきている。現在の知識によれ
ば、この機構はDNA−DNA、DNA−RNAおよび
RNA−RNA相互作用によって起こるが、詳細は未だ
解明されていない。
【0003】標識されたオリゴヌクレオチドは、インビ
トロでは例えばこの標識されたオリゴヌクレオチドを用
いることによって遺伝子バンク内の遺伝子フラグメント
の同定に用いて、遺伝子バンクのブロットした遺伝子プ
ローブの検査および同定を行う。
【0004】インビトロまたはインビボでこのような実
験を行うことができるようにするためには、オリゴヌク
レオチドは前記のように標識しなければならない。好適
な同位体による放射能標識の外に、既に用いられている
非放射性標識の一つの形態は、誘導体形成した螢光色素
であって、これはいっそう容易で危険性の少ない取扱い
を提供する。
【0005】今日まで、この種の技法は、既にDNAの
非放射性配列決定に首尾よく用いられてきている。これ
に対する方法は本質的にはサンガーの方法に基づいてい
る(エフ・サンガー(F. Sanger) 、エス・ニックレン
(S. Nicklen)およびエス・クールソン(S. Coulson)、Pr
oc. Natl. Acad. Sci. USA, 74, 5463 (1977) )。
【0006】螢光標識は、オリゴヌクレオチドの5′末
端(エル・イー・フード(L.E. Hood) 、エル・エム・ス
ミス(L.M. Smith)およびシー・ハイナー(C. Heiner) 、
Nature, 321, 674 (1986) )またはヌクレオベース(nuc
leobase)(ジェイ・エム・プローバー(J.M. Prober) 、
ジー・エル・トレイナー(G.L.Trainor)およびアール・
ジェイ・ダム(R.J. Dam)、Science 238, 336 (1987) )
に付けられる(G.L. Trainor, Anal.Chem. 62,418(199
0))。一番最後に述べた方法の決定的な不都合は、螢光
標識が合成中、すなわち重合中およびこの場合には特に
酵素的重合中に導入されるという事実に由来する。前記
の方法でのこの段階では、結果として若干のポリメラー
ゼしか合成に用いることができず、このポリメラーゼに
よるトリホスフェートの受容は少なくなり、更に、大過
剰の基質を必要とする。
【0007】しかしながら、螢光標識の導入はサンガー
の配列決定に限定されない。螢光標識によるマクサム−
ギルバートの化学的配列決定も知られている(エイチ・
ボス(H. Voss) 、シー・シュヴァーガー(C. Schwager)
、ユー・ヴィルクナー(U. Wirkner)、ビー・シュプロ
ート(B. Sproat) 、ジェイ・ツィンマーマン(J. Zimmer
mann) 、エイ・ローゼンタール(A. Rosenthal)、エイチ
・エルフル(H. Erfle)、ジェイ・ステージマン(J. Steg
emann)およびダブリュ・アンソルグ(W. Ansorge)、Nuc
l. Acids Res., 17, 2517(1989) )。
【0008】これと同様に、螢光検出器による制限フラ
グメントのマッピングも記載されている(エイ・ヴィ・
カラノ(A.V. Carrano)、ジェイ・ラマディン(J. Lamerd
in)、エル・ケイ・アシュワース(L.K. Ashworth) 、ビ
ー・ワトキンス(B. Watkins)、イー・ブランスコム(E.
Branscomb)、ティー・スレザック(T. Slezak) 、エム・
ラフ(M. Raff) ピー・ジェイ・ドゥ・ジョング(P.J. de
Jong)、ディー・カイト(D. Keith)、エル・マックブラ
イド(L. McBride)、エス・マイスター(S. Meister)、エ
ム・クローニック(M. Kronick)、Genomics, 4, 129 (19
89))、およびエス・ブレンナー(S. Brenner)およびケ
イ・ジェイ・リヴァック(K.J. Livak)Proc. Natl. Aca
d. Sci. USA, 86, 8902 (1989) )。
【0009】螢光色素をヌクレオシド、ヌクレオチドま
たはオリゴヌクレオチドの3′−(2′)位(αまたは
β位)にアミノまたはチオール基を介して結合させるこ
とができ、この化合物は鋳型鎖またはオリゴヌクレオチ
ドの存在下にて相補鎖を合成することおよびインビボお
よびインビトロで遺伝子物質を検出するために好都合に
用いることができる。
【0010】したがって、本発明は、 1. 式I
【化3】 (式中、Rはプリンまたはピリミジン塩基であり、基
およびRの少なくとも一方はアミノまたはチオー
ル基を介して結合したαまたはβ位における螢光色素で
あり、他の基は所望によりαまたはβ位における水素、
ヒドロキシル、保護されたヒドロキシルまたはメトキシ
基であり、nは0またはそれより大きい数であり、R
は5′保護基またはホスフェート、ピロホスフェートま
たはトリホスフェートであり、Rは酸素、フルオロメ
チレン、ジフルオロメチレンまたはメチレンであり、R
はαまたはβ位におけるヒドロキシルまたはメトキシ
基または水素であり、但し、R、RおよびRはそ
れぞれの場合に同じまたは異なる意味を有することがで
き、YおよびXは酸素、硫黄、NHまたはメチレンであ
り、但し、XおよびYはそれぞれの場合に同じまたは異
なることができる)を有する物質、 2. ヌクレオシド、ヌクレオチドまたはオリゴヌクレ
オチドの3′および/または2′位に位置するOH基を
アミノまたはチオール基に誘導形成した後、螢光色素に
結合させることを特徴とする、1に記載の化合物の製造
法、 3. a) 鋳型鎖の存在下における相補鎖の合成、 b) 定義されたオリゴヌクレオチドの合成、 c) インビボおよびインビトロにおけるその検出、お
よび d) インビボおよびインビトロにおける核酸の検出、 における1に記載の化合物の使用、に関する。
【0011】本発明を、以下において具体的に好ましい
態様について記載する。本発明は特許請求の範囲の内容
によって更に定義される。
【0012】式Iの化合物は、本質的には文献既知の方
法によって合成される(エム・ガイト(M. Gait) 、オリ
ゴヌクレオチド合成(Oligonucleotide Synthesis) アイ
アールエル−プレス(IRL-Press) 、オックスフォード、
1984年)。
【0013】色素の3′および/または2′位への結合
は、式IIの化合物、好ましくはヌクレオシドから開始
する。
【化4】
【0014】式II(式中、R〜R、X、Yおよび
nは前記の意味を有し、これらの置換基については同じ
であることまたは異なるものであることが可能であり、
またはRは水素、ヒドロキシルまたは保護された
ヒドロキシルまたはメチレン基である)の化合物を結合
に用いる。色素の結合は、アミンまたはチオールを導入
することによって3′および/または2′位におけるヒ
ドロキシル基を介して起こる。
【0015】アジドを導入するために脱離基は3′−
(2′)位に導入される。脱離基として好適なものは、
好ましくはトリフレートまたはメシレートまたはトシレ
ートである。アジドは、アジド好ましくはアジ化リチウ
ムによる求核攻撃によって導入される。チオレートまた
はS−保護チオレートの求核攻撃では、チオールまたは
保護されたチオールを生成する。ヌクレオシドの糖部分
において要求される立体化学は、S2置換によって最
も良好に達成することができる。
【0016】アミノ基はアジドとその後のアミンへの還
元によって直接に得ることができる(文献:ダブリュ・
エス・マンガル(W.S. Mungall)およびアール・エル・レ
ットジンガー(R.L. Letsinger)、J. Org.Chem., 40巻,
11号, 1659 (1975) )。トリフェニルホスフィンと水と
を用いるスタウジンガー反応がこの段階では好ましい
(文献:エム・メイ(M. May)およびジェイ・ダブリュ・
エンジェルス(J.W. Engels), Nucl. Acids Res., 17, 1
5, 5973 (1989))。
【0017】総ての化合物の構造および立体配置は、N
MR、元素分析、UV、IR等によって決定した。
【0018】重縮合が完了した後、DNAの3′末端の
糖部分の遊離の3′−(2′)−アミノまたはチオール
基を反応性の螢光色素と文献既知の方法によって反応さ
せることが可能である(フンカピラー(Hunkapiller) 、
Nucl. Acids Res., 13, 2399, 1985;ホッジス・アール
・アール(Hodges R.R.) ら、Biochemistry, 28巻,261
(1989))。
【0019】また、アミノ基はミツノブ反応(Synthesi
s, 1巻, 1981, 1 頁)およびヤマモトらによって記載さ
れた反応(J. Chem. Soc. Perk. Trans. 1, 1, 306,198
0)によっても得られる。螢光色素のチオール基を介す
る結合は同様の方法で行われる。しかしながら、アジド
の代わりにチオールは保護されたまたは未保護の形態で
導入される。
【0020】螢光色素のヌクレオシド、ヌクレオチドま
たはオリゴヌクレオチドの遊離のアミノ基またはチオー
ル官能基(functionality) への結合は、代わりにそれら
を使用した後にのみ起こるようにすることもできる。例
えば、全混合物を螢光色素で標識することによるDNA
またはRNA配列決定反応の終了段階の後に螢光色素反
応を行うことが可能である。
【0021】原則的には、螢光色素としてアミノまたは
チオール基と反応する総ての市販の色素、好ましくはフ
ルオレセイン、ローダミン、テキサスレッド、NBD
(シグマ(Sigma) 社製の4−フルオロ−7−ニトロベン
ゾフラザン)、クマリン、フルオレサミン、スクシニル
フルオレセインおよびダンシルを用いることが可能であ
る。
【0022】誘導体形成した反応混合物をゲル電気泳動
によって分別し、光度測定法またはレーザー分光分析法
によって検出することができる(エイチ・スワードロウ
(H. Swerdlow) およびアール・ゲスターランド(R. Gest
erland), Nucl. AcidsRes., 18, 1415 頁(1990))。キ
ャピラリー電気泳動(エイ・エス・コーエン(A.S. Cohe
n)ら, P.N.A.S. US., 85, 9660 (1988) )、例えばアク
リルアミドゲルを充填したものも十分利用出ることが判
った。この場合には、キャピラリーからの出口で検出を
行うのが好ましい(エイチ・スワードロウ(H. Swerdlo
w),エス・ヴー(S. Wu),エイチ・ハルケ(H. Harke), エ
ヌ・ドヴィチ(N. Dovichi),Chromatography 516,61 (1
990))。
【0023】5′位にトリホスフェートを有する式Iの
化合物から出発すると、任意の好適なプライマーと鋳型
鎖を用いてポリメラーゼ、すなわち好適な基質の存在下
で配列の真の相補コピーを4種類のヌクレオシドトリホ
スフェートの存在下で合成する酵素の助けによって、好
ましくはT7またはTaqポリメラーゼ、DNAポリメ
ラーゼIおよび逆転写酵素の助けによってDNA二本鎖
の合成を行うことが可能である。好適な5′保護基は、
トリチル、メトキシ−またはジメトキシトリチルである
(ガイト(Gait)、オリゴヌクレオチド合成(Oligonucleo
tide Synthesis) アイアールエル−プレス(IRL-Press)
、オックスフォード、1984年)。
【0024】合成の終結は、具体的にはそれぞれの場合
に式Iの3′−(2′)−アミノ−修飾A,C,G,T
ヌクレオチドを用いることによって決定することができ
る。これは、修飾ヌクレオチドの使用によって非常に塩
基特異的な反応の終結を確実に行うことができるので、
鋳型鎖の存在下でのDNA相補鎖の合成およびDNA鎖
の配列決定にも特に重要である。
【0025】RNAヌクレオシド、ヌクレオチドおよび
オリゴヌクレオチドの合成は、同様に行われる。
【0026】3′−(2′)末端でアミノ−またはチオ
−修飾し、重合支持体上で固定化されたスターターヌク
レオチドの助けによって誘導体形成可能なオリゴヌクレ
オチドの合成を更に行うことが可能である。
【0027】好適なオリゴヌクレオチドは総て通常の方
法で調製したDNAおよびRNAヌクレオチドである
が、好ましくは長さが2〜100、特に好ましくは12
〜50ヌクレオチド(化学合成)であるかまたは長さが
用いたポリメラーゼの効率によって3,000ヌクレオ
チド(酵素合成)までのものである。
【0028】オリゴヌクレオチド合成は、通常の方法
で、すなわち3′および5′方向でスターターヌクレオ
チド−支持体複合体から出発して行い、定義された配列
のオリゴヌクレオチドを合成することを可能にする。
【0029】スターターヌクレオシドは、市販の支持体
上で合成の後に開裂することができる連結アーム(スペ
ーサー)を介して、例えば文献既知のコハク酸結合を介
してまたはウレタンによる結合(エフィモフ(Efimov)
ら、Nucl. Acids Res., 11,8369, 1983) )を介して固
定化される。
【0030】合成を行った後に、オリゴヌクレオチドは
好適な試薬を用いて支持体から開裂しなければならな
い。その後直ちに任意の好適な螢光色素による誘導体形
成を行う。
【0031】3′−(2′)末端で修飾され且つこの方
法で合成されたオリゴヌクレオチドを次に例えば相補オ
リゴヌクレオチドの検出に用いることができる。
【0032】本発明による使用は2つの利点を兼ね備え
ている。 1) 標識した相補鎖の調製において、末端3′−
(2′)−アミノ−またはチオール−修飾ヌクレオチド
によって同時に鎖が終結する。3′−(2′)位におけ
るその螢光色素の標識により更に危険のない検出が可能
になる。 2) 厳密に定義されたオリゴヌクレオチドの調製で
は、支持体に結合し且つ同様に3′−(2′)−アミノ
−またはチオール−修飾されたスターターヌクレオチド
の標識により螢光標識および検出の可能性と連合した正
確なオリゴヌクレオチドの合成が可能になる。
【0033】
【実施例】以下の例は本発明を更に詳しく説明するもの
である。 例 1. アノマー3′または2′−アミノ−またはアジド
−ヌクレオシド=5′トリホスフェート 例1 5′−トリホスフェート−3′−アミノ−3′−デオキ
シリボシド−チミジンの合成
【化5】 5′−モノホスフェート−3′−アジド−3′−デオキ
シリボシド−チミジン 3′−アジドチミジン(シグマ)(160mg,0.6
ミリモル)をトリエチルホスフェート10mlに撹拌溶
解する。POClの0.2mlをトリエチルホスフェ
ート6mlに溶解したものを、滴下漏斗から溶液に4℃
で加える。24時間後に、混合物を飽和NaHCO
液50mlで中和し、トルエン60mlとエーテル10
0mlとでそれぞれ2回抽出する。水性相を蒸溜水50
0mlで希釈し、0.2モルTBC緩衝液(重炭酸トリ
エチルアンモニウム緩衝液;それ自身でpH7.5に設
定した)200mlを通過させることによって逆イオン
(counter-ion) としてHCO を入れた陰イオン交換
カラム(セファデックスA−25;50×2.5c
m)に詰める。次いで、蒸溜水300mlを通過させる
ことによって精製を行い、最初に0.1モルTBC緩衝
液200mlで溶出し、次に直線状の0.1〜0.2モ
ルTBC緩衝液グラディエント(グラディエントの全容
積1350ml)で溶出を行う。一つのピークである生
成物ピークがクロマトグラムに現れる。生成物は0.1
2〜0.15モルTBC緩衝液の緩衝液濃度で溶出し
た。TLC陽性の20ml画分を一緒にまとめ、凍結乾
燥によって濃縮する。重炭酸トリエチルアンモニウムを
エタノールを数回加えることによって除去する。生成物
は白色結晶トリエチルアンモニウム塩の形態である。 収率:220mg(56.2%);分子量651.8
1;R(アンモニア:イソプロパノール:水10:7
0:20):0.40;300MHz−H−NMR
(DO):1.36(t,3H,CH);1.90
(s,3H,CH);2.50(m,4H,2′,
2″−H);3.18〜3.30(dd,2H,C
);4.10(m,1H,4′−H);4.3
(m,1H,3′−H);6.31(t,1H,1′−
H);7.7(s,1H,6−H);11.50(s,
1H,NH),300MHz−31P−NMR(85%H
PO外部,DO):1.23(s,1P)。
【0034】5′−トリホスフェート−3′−アジド−
3′−デオキシリボシド−チミジン トリエチルアンモニウム塩としての5′−モノホスフェ
ート−3′−アジド−3′,2′デオキシリボシド−チ
ミジン(130mg,0.2ミリモル)を無水DMF
(ジメチルホルムアミド)6mlに溶解させ、この溶液
に25℃でN,N′−カルボニルジイミダゾール(16
2.15mg,1ミリモル)を無水DMF3mlに溶解
したものを撹拌しながら加える。2時間の反応時間の後
に、無水メタノール1mlを加え、混合物を更に15分
間撹拌し、メタノールを留去する。残渣をトリ−n−ブ
チルアンモニウムピロホスフェートをDMFに溶解した
0.2モル溶液5mlと混合し、室温で一晩撹拌する。
イミダゾールピロホスフェートから成る沈澱を濾別し、
DMF20mlで洗浄し、濾液をロータリーエバポレー
ターで濃縮する。残渣を0.1モルTBC緩衝液250
mlに溶解させ、溶液をHCO を加えたセファデッ
クスA−25陰イオン交換カラムに詰める。生成物を蒸
溜水200mlを通過させることによって精製し、0〜
0.5モルTBC緩衝液の直線状グラディエント(グラ
ディエントの全容積2,000ml)で溶出させる。2
個のピークがクロマトグラムに現れ、最初のものはモノ
ホスフェートによって生じ、2番目のものは生成物によ
って生じる。生成物は、0.30〜0.35モルTBC
緩衝液の緩衝液濃度で溶出する。陽性の20ml画分を
一緒にまとめ、凍結乾燥によって濃縮する。重炭酸トリ
エチルアンモニウムをエタノールを数回加えて除去す
る。生成物は白色結晶状のトリエチルアンモニウム塩の
形態である。 収率:92mg(50.4%);分子量911.95;
(アンモニア:イソプロパノール:水10:70:
20):0.14;300MHz−31P−NMR(85
%HPO外部,DO):−10.74(d, 2
PP=22.1Hz,1P,α−P原子);−11.45
(d, 2PP=21.9Hz,1P,γ−P原子);−
22.99(t, 2PP=20.3Hz,1P,β−P
原子)。
【0035】5′−トリホスフェート−3′−アミノ−
3′−デオキシリボシド−チミジン 5′−トリホスフェート−3′−アジド−3′,2′−
デオキシリボシド−チミジン(68mg,0.075ミ
リモル)をジオキサン/蒸溜水(2:1)5mlに溶解
し、撹拌しながら室温でトリフェニルホスフィン(20
0mg,0.75ミリモル)を加える。反応混合物を2
5℃で30時間撹拌した後、溶媒を除去する。残渣を蒸
溜水30mlに溶解させ、それぞれエーテル30mlで
3回抽出する。水性相を150mlに希釈し、溶液をH
CO を加えたセファデックスA−25陰イオン交換
カラムに詰める。生成物を蒸溜水200mlを通過させ
ることによって精製し、0〜0.5モルTBC緩衝液の
直線状グラディエント(グラディエントの全容積2,0
00ml)で溶出させる。クロマトグラムには3個のピ
ークが現れ、最初はモノホスフェート化合物6を表わ
し、第二のものは生成物ピークを第三のものは前駆体ピ
ーク7を表わす。生成物は0.40〜0.42モルTB
C緩衝液の緩衝液濃度で溶出した。陽性の25ml画分
を一緒に纏めて、凍結乾燥によって濃縮する。重炭酸ト
リエチルアンモニウムを、エタノールを加えて除去す
る。生成物は無定形の白色トリエチルアンモニウム塩の
形態である。 収率:57mg(85.7%);分子量885.90;
(アンモニア:イソプロパノール:水10:70:
20):0.08;300MHz−H−NMR(D
O):1.30(t,3H,CH);1.92(s,
3H,CH);2.64(m,4H,2′,2″−
H);3.19〜3.21(dd,2H,CH);
4.26(m,1H,4′−H);4.41(m,1
H,3′−H);6.34(t, 3HH=6.74H
z,1H,1′−H);7.69(s,1H,6−
H);11.50(s,1H,NH)。300MHz−
31P−NMR(85%HPO外部,DO):−1
0.75(d, 2PP=22Hz,1P;α−P原
子);−11.45(d, 2PP=21.9Hz,1
P,γ−P原子);−22.05(t, 3PP=20.
4Hz,1P,β−P原子)。
【0036】例2 1−(3′−アミノ−2′,3′−ジデオキシ−5′−
トリホスフェート−β−D−スレオペントフラノシル)
チミンの合成
【化6】 1−(3′−アジド−2′,3′−ジデオキシ−5′−
O−ジメトキシトリチル−β−D−スレオペントフラノ
シル)チミン 四臭化炭素(11.91ミリモル、4.10g)を5′
−ジメトキシトリチルチミジン(調製については、エム
・ガイト(M. Gait) 、オリゴヌクレオチド合成(Oligonu
cleotide Synthesis) アイアールエル−プレス(IRL-Pre
ss) 、(1984),27頁を参照されたい)(5.98g,1
1ミリモル)、トリフェニルホスフィン(3.076
g,11.73ミリモル)およびアジ化リチウム(3.
1g,55ミリモル)を乾燥DMF37mlに溶解した
撹拌溶液に加える。混合物を室温(RT)で56時間撹
拌した後、メタノール15mlを加える。生成物を次に
氷冷蒸溜水800ml中で沈澱させる。沈澱をクロロホ
ルムに溶解させ、フラッシュクロマトグラフィ(酢酸エ
チル:n−ヘキサン=3:1)によって精製する。クロ
ロホルム:メタノール9:1中のR=0.52。IR
(cm−1):2100アジド、収率80%、4.95
g。
【0037】1−(3′−アミノ−2′,3′−ジデオ
キシ−5′−O−ジメトキシトリチル−β−D−スレオ
ペントフラノシル)チミン トリフェニルホスフィン(1.3g,4.94ミリモ
ル)を1−(3′−アジド−2′,3′−ジデオキシ−
5′−O−ジメトキシトリチル−β−D−スレオペント
フラノシル)チミン(0.5g,0.8ミリモル)の撹
拌溶液に加え、4時間反応させる。ホスフィンイミン
を、蒸溜水3mlを加えて加水分解し、更に3時間撹拌
する。ロータリーエバポレーター中で溶媒を除去した
後、残留オイルをフラッシュクロマトグラフィ(クロロ
ホルム:メタノール99:1+1%トリエチルアミン)
によって精製する。同じ溶媒中でのR=0.27。こ
のアミンは、薄層クロマトグラフィ(TLC)でニンヒ
ドリンで処理することによって紫色に染色することがで
きる。収率87.5%,0.42g。生成物は特有の 1
H−NMRスペクトルを有する。
【0038】1−(3′−アミノ−2′,3′−ジデオ
キシ−5′−トリホスフェート−β−D−スレオペント
フラノシル)チミンへの転換 続いて5′−トリホスフェートへ転換するために、ジメ
トキシトリチル基をエム・ガイト(M. Gait) 、オリゴヌ
クレオチド合成(Oligonucleotide Synthesis)アイアー
ルエル−プレス(IRL-Press) 、49頁、(1984)の記載と同
様の方法で除去し、例1に記載したのと同様にしてトリ
ホスフェートを5′位へ結合させる。
【0039】例3 2′−アミノ−2′−デオキシ−5′−トリホスフェー
ト−ウリジンの調製
【化7】 (2,2′−アンヒドロ−1−β−アラビノフラノシ
ル)−ウラシル 重炭酸ナトリウム0.5g(5.93ミリモル)を、ウ
リジン19g(77.8ミリモル)およびジフェニルカ
ーボネート22.2g(103.6ミリモル)を無水ジ
メチルホルムアミド75mlに溶解したものに加えた。
溶解が完了した後、透明な無色液体を150℃の温度に
30分間加熱する。冷却した後、冷溶液を無水エーテル
に注入する。エーテルを傾瀉によって生成する沈澱から
除去し、粗生成物をメタノール1650mlから再結晶
させる。乾燥すると白色結晶性粉末を生じる。 融点:239℃;MS:227;R:0.31 塩化
メチレン/メタノール8:2;収率9.22g(52.
3%)。 1H−NMR 60MHzは文献値に対応す
る。
【0040】2′−アジド−2′−デオキシウリジン (2,2′−アンヒドロ−1−β−アラビノフラノシ
ル)−ウラシル1.16g(10ミリモル)およびアジ
化リチウム3.5g(71.7ミリモル)を撹拌しなが
ら無水DMPU(1,3−ジメチル−3,4,5,6−
テトラヒドロ−2−1−H)−ピリミジノール)25m
lに導入する。懸濁液を120℃まで加熱すると、反応
溶液は黒くなる。3日後に、黒色溶液を水80mlで希
釈し、塩化メチレン100mlで2回抽出する。次い
で、一緒にまとめた有機相を水で更に4回洗浄し、ロー
タリーエバポレーターで濃縮する。固形のタール状残渣
をシリカゲル上でカラムクロマトグラフィ(塩化メチレ
ン/メタノール8:2)で精製する。黒色油状残渣をロ
ータリーエバポレーターで濃縮した後、これをシリカゲ
ルベースで更に2回精製する(アセトン:メタノール
8:3およびアセトン:酢酸エチル1:1)。TLCで
純粋な無色ガラス状物質(R塩化メチレン/メタノー
ル8:1=0.61)が得られる。収率2.035g
(30%)。IR(クロロホルムフィルム):2120
cm−1。MS(FAB):270。生成物は予想した
1H−NMRスペクトルを有する。2′−アミノ−2′
−デオキシ−5′−トリホスフェート−ウリジンを、ヒ
ドロキシル官能基の選択的3′−アシル化によって調製
する。次に、5′−トリホスフェート基の導入を例1と
同様の方法で行う。3′位で脱アシル化を行った後、ア
ジドをトリフェニルホスフィンと反応させて(例2と同
様にして)アミンへ還元する。
【0041】例4 3′−アミノ−2′,3′−ジデオキシ−5′−トリホ
スフェート−アデノシンの合成
【化8】 −ベンゾイル−9−(5−O−ベンゾイル−2−デ
オキシ−β−D−スレオ−ペントフラノシル)アデニン (ニシノ(Nishino) ら、Nucleosides & Nucleotides, 1
986, 5,159によって記載された方法により調製した)N
,5′−O−ジベンゾイル−2′−デオキシアデノシ
ン920mg(2ミリモル)を(ピリジン2mlを含有
する)無水ジクロロメタン30mlに懸濁したものを−
30℃に冷却し、無水トリフルオロメタンスルホン酸を
ジクロロメタンに溶解したもの(10容積%)5mlを
ゆっくりと滴下して加える。冷却槽を取り外した後、溶
液を放置して暖め、水1mlを加える。3時間後に、水
を更に5mlを加え、有機相を洗浄する。溶媒を除去し
た後、残留する残渣をメタノール50mlに溶解し、重
炭酸ナトリウム100mgを加える。混合物を室温で更
に2時間撹拌し、10%強度の酢酸で中和し、溶媒を除
去し、シリカゲル上でフラッシュクロマトグラフィ(ク
ロロホルム:メタノール97:3)で精製する。収率7
10mg(1.48ミリモル)75%。Rクロロホル
ム:メタノール97:3=0.49。MS=459。
【0042】3′−アジド−2′,3′−ジデオキシア
デノシン N−ベンゾイル−9−(5−O−ベンゾイル−2−デ
オキシ−β−D−スレオペントフラノシル)−アデニン
920mg(2ミリモル)を無水ジクロロメタン20m
l(およびピリジン2ml)に溶解したものを−30℃
に冷却する。次いで、無水トリフルオロメタンスルホン
酸を無水ジクロロメタンに溶解したもの5ml(3ミリ
モル)を滴下して加える。冷却槽を取り外し、混合物を
更に20分間撹拌し、アジ化リチウム980mg(20
ミリモル)をDMF20mlに溶解したものを溶液に加
える。RTで更に2時間撹拌した後、水50mlおよび
クロロホルム150mlを加え、有機相を吸収させ、蒸
溜水で洗浄する。溶媒を、ロータヴェイパー(Rotavap
or) で除去し、生成物をアンモニア性メタノール溶液で
一晩処理して塩基保護基を除去する。溶媒を再度除去し
てからシリカゲル上でフラッシュクロマトグラフィ(ク
ロロホルム:メタノール95:5)で精製を行う。収
率:430mg(1.6ミリモル,79%)白色結晶性
粉末。IR:2,100cm−1アジド基。
【0043】3′−アミノ−2,′,3′−ジデオキシ
−5′−トリホスフェート−アデノシン 5′−トリホスフェートは、例1と同様にして調製す
る。次いで、アジドを例2と同様の方法でアミンまで還
元する。
【0044】例5 3′−アミノ−2′,3′−ジデオキシ−5′−トリホ
スフェート−グアノシンの合成
【化9】 3′−アミノ−2′,3′−ジデオキシ−5′−トリホ
スフェート−グアノシンは、ニシノ(Nishino) ら(Nucl
eosides & Nucleotides, 5, 159, 1986 )の方法によっ
て調製することができるN−イソブチリル−5′−O
−ベンゾイル−2′−デオキシグアノシンから出発して
調製される。ヌクレオシドを例4における調製と同様に
して3′−アジドに転換する。この場合にイソブチリル
保護基はトリホスフェート基の導入の後でかつアジドの
アミンへの還元の前にのみ除去されるので、アンモニア
性メタノール溶液での処理は行われないことに留意すべ
きである。グアノシンの場合にもトリホスフェートへ転
換するために例1に記載の方法を用いる。アミンへの還
元は例2に記載されている。
【0045】2. 3′−アミノオリゴマーの合成およ
びその後の3′−螢光標識 例6 20個のヌクレオチドのオリゴマー 3′−HN−TTTTTTTTTTTTTTTTTT
TT−5′の合成は、5′−ジメトキシトリチルで保護
された3′−アミノ−3′−デオキシチミジンから出発
する。この化合物は例1に記載した方法で調製される。
この場合に、出発物質は、エム・ガイト(M. Gait) (オ
リゴヌクレオチド合成(Oligonucleotide Synthesis) ア
イアールエル−プレス(IRL-Press) 、1984年、27頁)の
方法によってAZTとジメトキシトリチルクロリドとか
ら調製することができる5′−ジメトキシトリチル保護
AZT(アジド−3′−デオキシリボシド−チミジン)
である。
【0046】この化合物を次に、例1に記載の方法でト
リフェニルホスフィンで還元する。次の段階は支持体物
質の調製である。このために、5′−O−(4,4′−
ジメトキシトリチル)−3′−アミノ−3′−デオキシ
チミジン200mgを無水ピリジン700μlに導入す
る。この溶液に、DMAP(ジメチルアミノピリジン)
45mg、引き続いて無水コハク酸40mgを加える。
混合物を一晩放置した後、残っている無水コハク酸を水
10μlを加えることによって加水分解する。トルエン
との共蒸発を3回行い、残渣を塩化メチレン12mlに
吸収させ、冷クエン酸(10%強度)4mlで洗浄し、
水4mlで2回洗浄する。有機相を硫酸ナトリウム上で
乾燥させ、溶媒量を濃縮させ、物質を塩化メチレン1m
lに溶解させる。この溶液をn−ヘキサン30mlに撹
拌しながら徐々に滴下して加える。分離した沈澱を吸引
濾別して、40℃でオイルポンプ真空下で乾燥させる。
更に、標準的方法によってCPGをベースとした支持体
物質を調製し、次に、ホスホルアミダイト法によるAB
I380A DNAシンセサイザー上での標準的サイク
ル(ABI 380A User Bulletin,発刊番号36,7 月,1986)
を用いて12個のヌクレオチドのオリゴマーを調製する。
支持体の3′−アミノオリゴヌクレオチドの脱保護およ
び開裂の後、精製および特性決定を標準的方法によって
行う。この場合に、一層塩基に不安定な結合法を用いて
支持体に結合させることによって一層良好な結果を得る
ことができる。エフィモフ(Efimov)(Nucl. Acids Re
s., 11,8369,1983)によって記載されたのと同様にし
てウレタン官能基によって開裂される酸アミドを置換す
るのが有利である。
【0047】例7 3′−アミノ末端を有する23ヌクレオチドのオリゴマ
ー 3′−HN−ACACCCAATTCTGAAAAT
GGAT−5′の合成は、例1に記載したのと同様に行
う。精製および特性決定は標準的方法による。
【0048】例8 引き続く3′−アミノ末端でのオリゴマーの誘導体形成
は、フルオレセインイソチオシアネートで行う。3′−
アミノオリゴヌクレオチド50ナノモルをエッペンドル
フチューブ中の500ミリモル重炭酸ナトリウム溶液2
5μlに溶解させる。300ミリモルFITC(シグ
マ)のDMSO溶液20μlを加える。室温で6時間反
応させた後、反応混合物を20ミリモル酢酸アンモニウ
ム溶液中でセファデックスG−25カラムを通過させる
ことによって精製する。3′−FITCオリゴマーを螢
光検出およびUV検出の両者により分析的HPLCを行
うことによって分析した。HPLCの結果は、キャピラ
リーゲル電気泳動(ディオネックス(Dionex)から入手)
上で分析することによっても確かめられた。フルオレセ
インイソチオシアネートの式:
【化10】
【0049】例9 例1および2からの3′−アミノオリゴマーを、例3に
記載の方法によって、ローダミンイソチオシアネートお
よびテトラメチルローダミンイソチオシアネートと反応
させる。3′−螢光標識したオリゴマーを、螢光検出お
よびUV検出の両者により分析的HPLCを行うことに
よって分析した。HPLCの結果は、キャピラリーゲル
電気泳動(ディオネックス(Dionex)から入手)上で分析
することによっても確かめられた。色素ローダミンイソ
チオシアネートおよびテトラメチルローダミンイソチオ
シアネートの式:
【化11】
【0050】例10 例1および2からの3′−アミノオリゴマーを、例3に
記載の方法によって下記のクマリン誘導体と反応させ
る。3′−螢光標識したオリゴマーを、螢光検出および
UV検出の両者により分析的HPLCを行うことによっ
て分析する。HPLCの結果は、キャピラリーゲル電気
泳動(ディオネックス(Dionex)から入手)上で分析する
ことによっても確かめられる。 クマリン色素分子の式:
【化12】
【0051】3. DNAポリメラーゼによる修飾ヌク
レオチドの結合および配列決定実験の分析 通常の配列決定酵素によるアミノトリホスフェートの受
容をチェックするために、適当な終結溶液を調製し、ポ
リメラーゼ(クレノウ,ベーリンガー(Boehringer);T
aq,アメルシャム(Amersham);T7,ファルマシア(P
harmacia) ;シークエナーゼ(Sequenase) ,USB)を
試験した。これにより、トリホスフェートの結合速度お
よび終結特性の古典的および螢光色素を用いる標識によ
る分析を行った。
【0052】例11 例1と同様な方法で調製した5′−トリホスフェート−
3′−アミノ−3′−デオキシリボシド−チミジンを
2′,3′−ジデオキシ−5′−トリホスフェート−チ
ミジンに代えた。これは、前記の総てのポリメラーゼの
終結溶液で行った。それぞれの場合に、等モル、10倍
および10分の1のdNTP/ターミネーターの比率を
試験した。配列決定は、標準的方法で行った。これらの
検討におけるオートラジオグラフィ検出は、α−35S−
dATPの結合によるものであった。a) 3′−アミ
ノ−ヌクレオチドは用いた酵素に対して終結作用を有
し、b) T7、Taqおよびシクエナーゼの場合の結
合速度は通常のジデオキシターミネーターと同じであ
り、c)最終的には、アミノ−ヌクレオチドを用いて問
題なく配列決定が可能であるということが明らかになっ
た。
【0053】例12 化合物5′−トリホスフェート−3′−アミノ−3′−
デオキシリボシド−チミジンをフルオレセインイソチオ
シアネートと反応させて5′−トリホスフェート−3′
−アミノ−3′−デオキシリボシド−3′−N−フルオ
レセインイソチオシアネート−チミジンを得た。5′−
トリホスフェート−3′−アミノ−3′,2′−デオキ
シリボシド−チミン(2.5mg,2.8マイクロモ
ル)をエッペンドルフキャップ中の蒸溜水200μlに
溶解し、1モルNaCO/NaHCO緩衝液(p
H9)200μlを加える。反応混合物をアルミニウム
箔に包んで日光から保護し、フルオレセインイソチオシ
アネート溶液(DMF1ml中10mg)80μlを1
00μlピペットで加える。室温で10分間反応させた
後、TLCでは前駆体が定量的に転換する。精製はゲル
濾過によって行う。セファデックスG−10カラムをア
ルミニウム箔に包んで光から保護した後、完全な反応混
合物をカラム物質に詰め、1ml/分の流速で水で溶出
する。クロマトグラムは2個のピークを示す。第一のピ
ークは生成物により、第二のピークは未反応の色素によ
って生じる。画分の大きさは5mlであり、全部で24
画分を得る。クロマトグラムに基づき、画分4が陽性で
あることが判る。これはTLCによって確かめられる。
溶媒を凍結乾燥により除去し、物質を−80℃に保存す
る。収率3.32mg(93%);分子量:1,27
4.32;R(アンモニア:イソプロパノール:水1
0:70:60)=0.62;螢光発光スペクトル:入
射光線の波長は420nmである。化合物の発光最大値
は514.8nmにおいてである。蒸留水中の2.5ミ
リモル溶液を測定した。誘導体形成しない色素の2.5
ミリモル蒸留水溶液の発光最大値は、519.4nmの
波長においてである。
【0054】調製した5′−トリホスフェート−3′−
アミノ−3′−デオキシリボシド−3′−N−フルオレ
セイン−イソチオシアネート−チミジンを2′,3′−
ジデオキシ−5′−トリホスフェート−チミジンに代え
た。これは、前記した総てのポリメラーゼの終結溶液で
行った。それぞれの場合に、等モル、10倍および10
分の1のdNTP/ターミネーターの比率を試験した。
配列決定は標準的方法で行った。これらの検討における
オートラジオグラフィ検出はα−35S−dATPの結合
によった。a) 3′−螢光標識したヌクレオチドは用
いた酵素について終結作用を有し、b) T7、Taq
およびシクエナーゼの場合における結合速度は、立体的
に要求する色素残基のために従来のジデオキシターミネ
ーターの10倍の濃度に等しく、c) 配列決定は3′
−螢光標識したターミネーターを用いて困難無く行うこ
とができるということがわかる。
【0055】例13 調製した5′−トリホスフェート−3′−アミノ−3′
−デオキシリボシド−3′−N−フルオレセイン−イソ
チオシアネート−チミジンを2′,3′−ジデオキシ−
5′−トリホスフェート−チミジンに代えた。これは、
T7およびTaqポリメラーゼの終結溶液で行った。基
本として10倍のdNTP/ターミネーターの比率を用
いた。配列決定は標準的方法で行った。α−35S−dA
TPの結合は、これらの検討では行わなず、配列分析は
市販のDNAシークエンサーで3′−螢光標識ターミネ
ーターで首尾よく行った。
【0056】例14 5′−トリホスフェート−3′−チオ−3′−デオキシ
リボシド−チミジンの合成
【化13】 5′−O−ジメトキシトリチル−3′−S−ベンゾイル
−チオチミジン 3′位における硫黄の導入は脱離基(メシレート)をナ
トリウムチオベンゾエートで置き換えることによって行
う。ナトリウムチオベンゾエートはチオ安息香酸(10
g)の水15mlの氷冷溶液に10モルNaOH溶液を
加えて溶液をアルカリ性にすることによって合成する。
次いで、pHを水性チオ安息香酸で7に調整し、溶液を
−5℃に冷却し、濾過して、固形の残渣を除去する。水
をロータリーエバポレーターでエタノールと共に除去し
た後、黄色塩を五酸化リン上で真空で乾燥する。5′−
O−ジメトキシトリチル−3′−O−メタンスルホニル
−2′−デオキシキシロ−チミジン(8.45ミリモ
ル)(メシレートの合成:ミラー(Miller),フォックス
(Fox)(1964), J. Org. Chem., 29, 1772 )およびチオ
安息香酸ナトリウム(33ミリモル)のDMF(30m
l)溶液を100℃で4時間撹拌する。混合物をジクロ
ロメタンで抽出し、有機相を飽和NaHCO溶液およ
び飽和NaCl溶液で洗浄する。硫酸ナトリウム上で有
機相を乾燥した後、トルエンと共に共蒸発させ、油性粗
生成物をフラッシュクロマトグラフィ(シリカゲル60
H、クロロホルム/メタノール0〜10%)によって精
製する。 収率:60%、生成物は予想された 1H−NMRスペク
トルを有する。
【0057】5′−ジメトキシトリチル保護基を、文献
既知の方法(エム・ガイト(M. Gait) 、オリゴヌクレオ
チド合成(Oligonucleotide Synthesis) アイアールエル
−プレス(IRL-Press) 、オックスフォード、1984年)に
よって開裂して5′位をホスフィチル化する。次に、
5′−トリホスフェートを、エクシュタイン(Eckstein)
とルードヴィッヒ(Ludwig)の方法(J.Org. Chem., 198
9, 54 巻,3 号,631 )によってサリチルホスホクロリ
ダイト(アルドリッチ(Aldrich) )を用い、ピロホスフ
ェートで処理することによって調製する。チオールは、
アルゴンを飽和したエタノール中10モルNaOHと反
応させることによって遊離する(アール・コスチック
(R. Cosstick) 、Nucleic Acids Research, 18, 4,82
9)。3′−チオ−5′−トリホスフェート−チミジン
を例8における方法によってヨードアセタミドフルオレ
セイン(モレキュラー・プローブス(Molecular Probe
s))と結合させ、80%の収率の螢光標識したチオヌク
レオチドがこの工程で得られる。
【0058】例15 1−(3′−チオ−2′−,3′−ジデオキシ−5′−
トリホスフェート−β−D−スレオペントフラノシル)
チミジンの合成
【化14】 ナトリウムチオベンゾエートでの置換は5′−DMTr
−O−,3′−O−メシル−チミジンから出発して例1
4に記載の方法で行う。この後に、5′保護基を開裂さ
せ、5′−トリホスフェートを導入し、チオールを遊離
させ、ヨードアセタミドフルオレセインを例14の方法
と同様にして結合させる。
【0059】例16 10個のヌクレオチド3′−β−HN−TTT TT
T TTT T−5′のオリゴマーの合成 オリゴマー3′−β−HN−TTT TTT TTT
T−5′の合成は1−(3′−アミノ−2′−,3′
−ジデオキシ−5′−DMTr−β−D−スレオペント
フラノシル)−チミジンから出発し、これを例6に記載
の方法で反応させてホスホルアミダイト法の支持体物質
を得る。次の、フルオレセインイソチオシアネートによ
る3′−β−アミノ−オリゴヌクレオチドの螢光標識は
例8と同様に行う。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レナーテ、コンラド ドイツ連邦共和国ズルツバッハ/タウヌ ス、ハウプトシュトラーセ、127ベー (72)発明者 マティアス、マグ ドイツ連邦共和国オーベルルセル、ア ン、デル、フリーデンスリンデ、6 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07H 21/02 C07H 21/04 C12Q 1/68 G01N 33/58 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】式I 【化1】 (式中、Rはプリンまたはピリミジン塩基であり、 基RおよびRの少なくとも一方はアミノまたはチオ
    ール基を介して結合したα−またはβ位における螢光色
    素であり、他の基は所望によりαまたはβ位における水
    素、ヒドロキシル、保護されたヒドロキシルまたはメト
    キシ基であり、 nは0またはそれより大きい数であり、 Rは5′保護基またはホスフェート、ピロホスフェー
    トまたはトリホスフェートであり、 Rは酸素、フルオロメチレン、ジフルオロメチレンま
    たはメチレンであり、 Rはαまたはβ位におけるヒドロキシルまたはメトキ
    シ基または水素であり、 但し、R、RおよびRはそれぞれの場合に同じま
    たは異なる意味を有することができ、 YおよびXは酸素、硫黄、NHまたはメチレンであり、
    但し、XおよびYはそれぞれの場合に同じまたは異なる
    ことができる)を有する3′−および/または2′−ア
    ミノ−およびチオール修飾ヌクレオシド、ヌクレオチド
    またはオリゴヌクレオチド。
  2. 【請求項2】ヌクレオシド、ヌクレオチドまたはオリゴ
    ヌクレオチドの3′および/または2′位に位置するO
    H基をアミノまたはチオール基に誘導形成した後、螢光
    色素に結合させることを特徴とする、請求項1に記載の
    式Iの化合物の製造法。
  3. 【請求項3】式II 【化2】 (式中、R〜R、X、Yおよびnは請求項1に記載
    の意味を有し、但し、R、RおよびRはそれぞれ
    の場合に同一または異なる意味を有することができ、R
    またはRは水素、ヒドロキシルまたは保護されたヒ
    ドロキシルまたはメトキシ基である)の化合物におい
    て、 a) 求核攻撃によって3′および/または2′位に保
    護されたまたは保護されていない形でアジドまたはチオ
    ールを導入し、但し、適切であればアジドをアミンに還
    元し、 b) アミノ基を介してまたはチオール基を介して螢光
    色素を結合させること、を特徴とする、請求項1に記載
    の式Iの化合物の製造法。
  4. 【請求項4】フルオレセイン、ローダミン、テキサスレ
    ッド、NBD、クマリン、フルオレサミン、スクシニル
    フルオレセインおよびダンシルを螢光色素として用い
    る、請求項3に記載の方法。
  5. 【請求項5】DNAおよびRNAヌクレオシド、ヌクレ
    オチドおよびオリゴヌクレオチドの合成のための、請求
    項1に記載の式Iの化合物の使用方法。
  6. 【請求項6】請求項1に記載の式Iの化合物を含んでな
    る、インビボおよびインビトロでの顕微鏡的および肉眼
    的螢光検出のための試薬。
  7. 【請求項7】a) 鋳型鎖の存在下での相補鎖の合成の
    ための、 b) オリゴヌクレオチドの合成のための、 請求項5に記載の式Iの化合物の使用方法。
JP03350821A 1990-12-11 1991-12-11 3′−(2′)−アミノ−またはチオール−修飾された螢光色素結合ヌクレオシド、ヌクレオチドおよびオリゴヌクレオチド、並びにその製造法および使用 Expired - Fee Related JP3140127B2 (ja)

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