JP5360763B2 - 核酸固相合成用リンカー及び担体 - Google Patents
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Description
先ず、合成する核酸の3'末端になるヌクレオシドを、スクシニル基などの開裂性リンカーと、3'−OH基を介してエステル結合させ、固相合成用担体上にあらかじめ担持させる(ヌクレオシドリンカー)。次に、このヌクレオシドリンカーが担持された固相合成用担体を、反応カラムに入れ、核酸自動合成装置にセットする。
以降は核酸自動合成装置の合成プログラムに従い、反応カラム中、一般に以下の工程:
(1)トリクロロ酢酸/ジクロロメタン溶液などの酸により保護ヌクレオシドの5'−OH基の脱保護を行う工程;
(2)ヌクレオシドホスホロアミダイト(核酸モノマー)を活性化剤(テトラゾール等)の存在下、脱保護した5'−OH基ヘのカップリングを行う工程;
(3)無水酢酸などにより未反応の5'−OH基をキャップする工程;及び
(4)含水ヨウ素などによりホスファイトを酸化する工程:からなる合成反応が行われる。この合成サイクルを繰り返し、3'末端から5'末端方向にオリゴヌクレオチドの伸長反応を進めることで、目的の配列を持った核酸が合成される。
最後に、アンモニア水やメチルアミン溶液などにより開裂性リンカーを加水分解させ、合成した核酸を固相合成用担体から切り離す(非特許文献1)。
5'末端又は3'末端にリン酸基を有する核酸は、核酸の化学的連結反応、末端リン酸基を利用した核酸の修飾、核酸の構造研究等、生化学の諸分野において幅広く用いられるため、非常に有用である。このような経緯から、5'末端又は3'末端にリン酸基を有する核酸を合成可能なユニバーサルリンカー及び該リンカーを担持してなるユニバーサルサポートが、求められている。
特に、本発明は、修飾オリゴヌクレオチドを合成する場合にも修飾されたヌクレオシドをあらかじめ担持した固相合成用担体を用意する必要がなく、ユニバーサルに、3'末端にリン酸基を有する核酸を高純度で合成できる固相合成用担体を提供することを目的とする。
〔1〕下記一般式
Xは、酸により脱離する水酸基の保護基を表し、
Lは、アルカリにより切断される連結部分を表し、
R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルキルアミノ基又はハロゲン原子を表す。〕
で示される化合物からなる、核酸固相合成用リンカー。
〔2〕Lがスクシニル基である、上記〔1〕に記載の核酸固相合成用リンカー。
〔3〕Xがジメトキシトリチル基である、上記〔1〕又は〔2〕に記載の核酸固相合成用リンカー。
〔4〕下記一般式
Xは、酸により脱離する水酸基の保護基を表し、
Lは、アルカリにより切断される連結部分を表し、
Spは、固相担体を表し、
R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルキルアミノ基又はハロゲン原子を表す。〕
で示される構造を有する、核酸固相合成用担体。
〔5〕Lがスクシニル基である、上記〔4〕に記載の核酸固相合成用担体。
〔6〕Xがジメトキシトリチル基である、上記〔4〕又は〔5〕に記載の核酸固相合成用担体。
〔7〕Spが多孔質合成ポリマー粒子又は多孔質ガラス粒子の固相担体である、上記〔4〕〜〔6〕のいずれかに記載の核酸固相合成用担体。
〔8〕上記〔4〕〜〔7〕のいずれかに記載の核酸固相合成用担体上で核酸合成反応を行う工程を含む、核酸の製造方法。
〔9〕該核酸合成反応が、固相ホスホロアミダイト法により行われる、上記〔8〕に記載の製造方法。
従って、本発明の核酸合成用担体は、3’末端にリン酸基を有する核酸の自動合成に好適に用いられる。更に、本発明の核酸合成用担体を用いた核酸の製造方法は、従来法のように合成された核酸の3’末端に別途リン酸基を導入する必要がない。
Xは、酸により脱離する水酸基の保護基を表す。該保護基としては、例えば、トリチル基(Tr)、モノメトキシトリチル基(MMTr)、ジメトキシトリチル基(DMTr)などが挙げられる。これらの保護基は、トリクロロ酢酸又はジクロロ酢酸などのブロンステッド酸のジクロロメタン又はトルエン溶液を用いて脱離することができる。酸による脱保護が容易であることから、DMTrが最も好ましく用いられる。
ここで「ガラス系多孔質担体」とは、ガラスを構成成分として含む多孔質担体をいい、例えば、粒子形状の多孔質ガラス粒子(CPG)等が挙げられるが、これらに限定されない。より具体的には、前記CPGとしては、長鎖のアミノアルキルスペーサーを有するCPG固相担体(LCAA−CPG固相担体)が好適に用いられ、更には、長鎖ヌクレオチドの合成の場合においては、CPGの孔が20〜400nm、より好ましくは50〜200nm、更に好ましくは100nmのものが最も好ましく用いられる。
核酸合成に寄与する官能基の含有量は、特に限定されるものではないが、該官能基の含有量が少なすぎると核酸の収量が低下し、他方、該官能基の含有量が多すぎると、得られる核酸の純度が低下する。従って好ましくは10〜2000μmol/g、より好ましくは、50〜1000μmol/g、更に好ましくは100〜800μmol/gである。
多孔質合成ポリマー粒子の1粒の大きさ(体積)は、特に限定されないが、多孔質粒子のレーザー回折(散乱式)により測定される平均粒径が1μmよりも小さいと、カラムに充填して使用した場合に背圧が高くなりすぎる、又は送液速度が遅くなるという不具合が生じ、他方、平均粒径が1000μmよりも大きいと、カラムに充填したとき、担体粒子間の空隙が大きくなり、一定容量のカラムに効率よく担体粒子を充填することが困難となる。従って好ましくは1〜1000μm、より好ましくは5〜500μm、更に好ましくは10〜200μmである。
本発明の核酸固相合成用担体の製造方法は、特に限定されないが、例えば、以下のような方法で製造することができる。
本発明の核酸固相合成用担体を用いた核酸合成は、核酸自動合成装置を用い、自体公知の種々の合成法を用いることができる。本明細書において、「核酸合成反応」とは、特に核酸を構成するヌクレオチドの伸長反応を意味する。即ち、固相担体上に結合したヌクレオシド、ヌクレオチド又はオリゴヌクレオチドに、ヌクレオチドを順次結合させることにより、伸長されたオリゴヌクレオチドを得る。
該核酸合成反応としては、H−ホスホネイト法、ホスホエステル法、固相ホスホロアミダイト法などが挙げられるが、なかでも、核酸の合成能力が高く、高純度の核酸が得られることから、固相ホスホロアミダイト法が好ましい。
(a)本発明の核酸固相合成用担体を核酸自動合成装置の反応カラムに入れる工程;
(b)ジクロロ酢酸溶液等の酸を反応カラムに流し、ヒドロキシメチル基の保護基を脱保護し、洗浄する工程;
(c)テトラゾール等により活性化した、3'末端に該当するヌクレオシドホスホロアミダイトを、前記ヒドロキシメチル基に結合させるカップリング、未反応ヒドロキシ基のキャップ、ホスファイトの酸化の各工程を順次行い、更にこの一連の工程を目的配列になるまで繰り返す工程;
(d)装置での合成工程が終了後、核酸固相合成用担体をアンモニア水等に浸漬して連結部分を切断し、目的の核酸を得る工程:
から構成される方法が挙げられる。
核酸固相合成用担体(A)の作製
2−ヒドロキシベンジルアルコール(東京化成製)をピリジンに溶解し、4,4’−ジメトキシトリチルクロリドを加えて室温で22時間反応させ、ヒドロキシ基をジメトキシトリチル基(DMTr)で保護した。ヒドロキシメチル基がDMTr保護されたものの収率は、41%であった。この生成物をジクロロメタンに溶解し、無水コハク酸とトリエチルアミンを加えて室温で29時間反応させて、スクシニル基の連結部分を結合した化合物を得た。次に、ヒドロキシ基を有する多孔質ポリスチレン系固相担体(日東電工製、NittoPhase(登録商標))をアセトニトリルに分散し、前記の化合物、HBTU、N,N−ジイソプロピルエチルアミンを加えて、28℃で23時間反応させ、前記の化合物を固相担体に担持した。続いて、無水酢酸、N−メチルイミダゾール、ピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、アセトニトリルを加えて28℃で25時間反応させて未反応のヒドロキシ基をキャップし、下記式:
前記のようにして得られた本発明のリンカーの固相担体ヘの結合量は、32μmol/gであった。
核酸固相合成用担体(A)を用いた、チミジン5mer の合成
実施例1で作製した本発明の核酸合成用固相担体(A)31mgを反応カラムに充填し、DNA/RNA自動合成装置 ABI3400(アプライドバイオシステムズ製)を用いて、チミジン5mer(5’−TTTTT−3’)をDMT−offで(5’末端保護基を外す方法で)合成し(合成スケール1μmol)、合成後に、該DNAオリゴヌクレオチドが結合した固相担体を30%アンモニア水/エタノール(2:1)混合溶液に55℃で14時間浸漬して、固相担体からの該DNAオリゴヌクレオチドの切出しを行った。
核酸固相合成用担体(A)を用いたDNAオリゴヌクレオチド20mer の合成
実施例2と同様に、本発明の核酸合成用固相担体(A)を用いて、20mer(5’−ATA CCG ATT AAG CGA AGT TT−3’:配列番号1)のDNAオリゴヌクレオチドをDMT−offで合成し(合成スケール1μmol)、合成後に、固相担体からの該DNAオリゴヌクレオチドの切出しを行った。
DMT-dT−3’−succinate を結合した固相合成用担体を用いた、チミジン5mer の合成
実施例1と同様にして市販の固相担体NittoPhase(登録商標)(日東電工製)に、開裂性リンカーDMT−dT−3’−succinate(Beijing OM Chemicals製)を結合した。該化合物の固相担体ヘの結合量は38μmol/gであった。この固相担体27mgを反応カラムに充填し、実施例1と同様にして5mer(5’−TTTTT−3’)のDNAオリゴヌクレオチドをDMT−offで合成し(合成スケール1μmol)、合成後に、固相担体からの該DNAオリゴヌクレオチドの切出しを行った。
DMT-dT−3’−succinate を結合した固相合成用担体を用いた、DNAオリゴヌクレオチド20mer の合成
比較例1で作製した、開裂性リンカーDMT−dT−3'−succinate を結合した固相合成用担体を用いて、20mer(5’−ATA CCG ATT AAG CGA AGT TT−3’:配列番号1)のDNAオリゴヌクレオチドをDMT−offで合成し(合成スケール1μmol)、合成後に、固相担体からの該DNAオリゴヌクレオチドの切出しを行った。
実施例2及び3並びに比較例1及び2にて得られたDNAオリゴヌクレオチド溶液について、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)による測定を行った(測定条件:カラム;Clarity3μm Oligo−RP 50×4.6mm(Phenomenex製)、UV検出;260nm、BufferA;100mM TEAA(pH7.0)、BufferB;アセトニトリル)。図1A〜DにそれぞれのHPLCチャートを示した。
また実施例2及び3並びに比較例1及び2について、高速液体クロマトグラフィー質量分析(LC‐MS分析)(測定条件は、カラム;Clarity3μm Oligo−RP 50×4.6mm(Phenomenex製)、UV検出;254nm、BufferA;100mM TEAA(pH7.0)、BufferB;アセトニトリル)を行った。
その結果、実施例2で作製したDNAオリゴヌクレオチドのメインピークは、3’末端にリン酸基を有するT−5merであることが確認された(分子量(測定値);1539)。また実施例3で作製した核酸のメインピークは、3'末端にリン酸基を有するDNAオリゴヌクレオチド−20merであることが確認された(分子量(測定値);6219)。一方、比較例1及び2で作製したDNAオリゴヌクレオチドのメインピークは、それぞれ、3'末端−OH基のT−5mer(分子量(測定値);1459)及び3'末端−OH基のDNAオリゴヌクレオチド−20mer(分子量(測定値);6139)であることが、確認された。
核酸固相合成用担体(B)の作製
4−ヒドロキシベンジルアルコール(東京化成製)をピリジンに溶解し、4,4’−ジメトキシトリチルクロリドを加えて室温で14時間反応させて、ヒドロキシ基をジメトキシトリチル基(DMTr)で保護した。ヒドロキシメチル基がDMTr保護されたものの収率は、93%であった。この生成物をジクロロメタンに溶解し、無水コハク酸とトリエチルアミンを加えて室温で31時間反応させて、スクシニル基の連結部分を結合した化合物を得た(収率80%)。次に、ヒドロキシ基を有する架橋ポリスチレン系固相担体であるNittoPhase(登録商標)(日東電工製)をアセトニトリルに分散し、前記の化合物、HBTU、N,N-ジイソプロピルエチルアミンを加えて28℃で23時間反応させ、前記の化合物を固相担体に担持した。次に、無水酢酸、N−メチルイミダゾール、ピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、アセトニトリルを加えて28℃で23時間反応させて未反応のヒドロキシ基をキャップし、下記式:
前記のようにして得られた本発明のリンカーの固相担体ヘの結合量は、29μmol/gであった。
核酸固相合成用担体(B)を用いた、チミジン5mer の合成
実施例4で作製した本発明の核酸合成用固相担体(B)34mgを、反応カラムに充填し、DNA/RNA自動合成装置、ABI3400(アプライドバイオシステム製)を用いて、チミジン5mer(5’−TTTTT−3’)のDNAオリゴヌクレオチドをDMT−onで(5’末端保護基を外さない方法で)合成し(合成スケール1μmol)、合成後に、該DNAオリゴヌクレオチドが結合した固相担体を30%アンモニア水/エタノール(1:1)混合溶液に、55℃で15時間浸漬し、固相担体からの該DNAオリゴヌクレオチドの切出しを行った。
核酸固相合成用担体(B)を用いた、DNAオリゴヌクレオチド20mer の合成
実施例5と同様にして、本発明の核酸合成用固相担体(B)を用いて、20mer(5’−ATA CCG ATT AAG CGA AGT TT−3’:配列番号1)のDNAオリゴヌクレオチドをDMT−onで合成し(合成スケール1μmol)、合成後に、固相担体から該DNAオリゴヌクレオチドの切出しを行った。
DMT-dT−3’−succinateを結合した固相合成用担体を用いたチミジン5merの合成
比較例1で作製したDMT-dT−3’‐succinateを結合した固相担体25mgを反応カラムに充填し、実施例5と同様にして、チミジン5mer(5'−TTTTT−3')のDNAオリゴヌクレオチドをDMT−onで合成し(合成スケール1μmol)、合成後に、固相担体からの該DNAオリゴヌクレオチドの切出しを行った。
DMT-dT−3’−succinateを結合した固相合成用担体を用いたDNAオリゴヌクレオチド20merの合成
比較例1で作製したDMT-dT−3’−succinateを結合した固相担体25mgを反応カラムに充填し、実施例6と同様にして、20mer(5'−ATA CCG ATT AAG CGA AGT TT−3’:配列番号1)のDNAオリゴヌクレオチドをDMT−onで合成し(合成スケール1μmol)、合成後に、固相担体からの該DNAオリゴヌクレオチドの切出しを行った。
実施例5及び6、並びに比較例3及び4にて得られたDNAオリゴヌクレオチド溶液について、HPLC測定を行った。測定条件は、カラム;XBridge OST C18 2.5um 50×4.6mm(Waters製)、UV検出;260nm、BufferA;100mM HFIP/7mM TEA/水(pH8.0)、BufferB;メタノールである。図2A〜DにそれぞれのHPLCチャートを示した。
また実施例5及び6、並びに比較例3及び4について、LC‐MS分析(測定条件は、カラム;XBridge OST C18 2.5um 50×4.6mm(Waters製)、UV検出;254nm、BufferA;100 mM HFIP/7mM TEA/水(pH8.0)、BufferB;メタノール)を行った。
その結果、実施例5で作製した核酸のメインピークは、3'末端にリン酸基を有するT−5merであることが確認され(分子量(測定値);1840)、また実施例6で作製したDNAオリゴヌクレオチドのメインピークは、3'末端にリン酸基を有するDNAオリゴヌクレオチド−20merであることが、確認された(分子量(測定値);6521)。
一方、比較例3及び4で作製したDNAオリゴヌクレオチドのメインピークは、それぞれ、3’末端−OH基のT−5mer(分子量(測定値);1760)及び3’末端−OH基のDNAオリゴヌクレオチド20mer(分子量(測定値);6441)であることが、確認された。
Claims (7)
- 下記一般式
Xは、トリチル基、モノメトキシトリチル基及びジメトキシトリチル基からなる群より選ばれる水酸基の保護基を表し、
Lは、スクシニル基を表し、
R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルキルアミノ基又はハロゲン原子を表す。〕
で示される化合物からなる、核酸固相合成用リンカー。 - Xがジメトキシトリチル基である、請求項1に記載の核酸固相合成用リンカー。
- 下記一般式
Xは、トリチル基、モノメトキシトリチル基及びジメトキシトリチル基からなる群より選ばれる水酸基の保護基を表し、
Lは、スクシニル基を表し、
Spは、ヒドロキシ基を有する固相担体を表し、Spは当該ヒドロキシ基を介してLと結合しており、
R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルキルアミノ基又はハロゲン原子を表す。〕
で示される構造を有する、核酸固相合成用担体。 - Xがジメトキシトリチル基である、請求項3に記載の核酸固相合成用担体。
- Spが多孔質合成ポリマー粒子又は多孔質ガラス粒子の固相担体である、請求項3又は4に記載の核酸固相合成用担体。
- 請求項3〜5のいずれか1項に記載の核酸固相合成用担体上で核酸合成反応を行う工程を含む、核酸の製造方法。
- 該核酸合成反応が、固相ホスホロアミダイト法により行われる、請求項6に記載の製造方法。
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