JP5976463B2 - Oligonucleotide synthesis apparatus and synthesis method - Google Patents
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Description
本発明は、オリゴヌクレオチドの合成装置及び合成方法に関する。 The present invention relates to an oligonucleotide synthesis apparatus and synthesis method.
オリゴデオキシリボヌクレオチドやオリゴリボヌクレオチド等のオリゴヌクレオチドの固相合成法は、20年以上前から知られており、自動合成装置も販売されている。オリゴヌクレオチドの固相合成法の多くは、固相担体上にヌクレオシドを結合させ、そのヌクレオシドにヌクレオチドを順次結合させ、伸張したオリゴヌクレオチドを得るという合成スキームに基づいている。 Solid phase synthesis methods for oligonucleotides such as oligodeoxyribonucleotides and oligoribonucleotides have been known for over 20 years, and automatic synthesizers are also on the market. Many of the solid-phase synthesis methods for oligonucleotides are based on a synthesis scheme in which a nucleoside is bound on a solid-phase carrier, and nucleotides are sequentially bound to the nucleoside to obtain an extended oligonucleotide.
より具体的には、例えば、通常用いられるホスホロアミダイト法の場合、次のようにしてオリゴヌクレオチドが合成される。まず、合成しようとするオリゴヌクレオチドの3’末端に相当するヌクレオシドを、スクシニル基等のリンカーを介して固相担体に担持させる。次いで、このヌクレオシド・リンカーを担持させた固相担体を核酸自動合成装置の反応容器に入れ、溶媒としてアセトニトリルを流し込む。そして、核酸自動合成装置が、合成プログラムに従い、前記ヌクレオシドの5’−OH基の脱保護反応、5’−OH基へのヌクレオシドホスホロアミダイトのカップリング反応、未反応の5’−OH基のキャッピング反応及び生成したホスファイトの酸化反応からなるサイクルを繰り返し、目的の配列を有するオリゴヌクレオチドが合成される。最終的に合成されたオリゴヌクレオチドは、アンモニア等を用いてリンカーを加水分解させ、固相担体から切り出される。 More specifically, for example, in the case of a commonly used phosphoramidite method, an oligonucleotide is synthesized as follows. First, a nucleoside corresponding to the 3 'end of the oligonucleotide to be synthesized is supported on a solid phase carrier via a linker such as a succinyl group. Next, the solid phase carrier carrying the nucleoside linker is placed in a reaction vessel of an automatic nucleic acid synthesizer, and acetonitrile is poured as a solvent. Then, according to the synthesis program, the nucleic acid automatic synthesizer deprotects the 5′-OH group of the nucleoside, couples the nucleoside phosphoramidite to the 5′-OH group, and removes the unreacted 5′-OH group. By repeating a cycle comprising a capping reaction and an oxidation reaction of the produced phosphite, an oligonucleotide having the target sequence is synthesized. The finally synthesized oligonucleotide is cleaved from the solid phase carrier by hydrolysis of the linker using ammonia or the like.
このようなオリゴヌクレオチドの合成に用いられる固相担体としては、ポリスチレン系樹脂ビーズやガラス系多孔質ビーズ等の粒子担体等が知られている。特に、従来の固相担体としては、CPG(Controlled Pore Glass)やシリカゲルのような無機粒子が広く用いられている。その理由は、例えば、ペプチド固相合成に用いられる低架橋性ポリスチレン等の樹脂ビーズをオリゴヌクレオチド合成の固相担体として用いる場合、合成サイクルの過程で頻繁に行われる固相担体中への合成試薬や溶媒の出入りに伴って樹脂ビーズが膨潤し、その結果、試薬類の送液に時間を要し、オリゴヌクレオチドを高純度で合成することができないためと考えられる。一方、オリゴヌクレオチド合成に使用される酸やアルカリに対する化学的安定性を向上させるために、高度に架橋された非膨潤性の多孔質ポリスチレン粒子もオリゴヌクレオチド合成用の固相担体として使用されている(特許文献1及び2参照)。
As solid phase carriers used for the synthesis of such oligonucleotides, particle carriers such as polystyrene resin beads and glass porous beads are known. In particular, inorganic particles such as CPG (Controlled Pore Glass) and silica gel are widely used as conventional solid phase carriers. The reason for this is, for example, when resin beads such as low cross-linkable polystyrene used for peptide solid phase synthesis are used as the solid phase carrier for oligonucleotide synthesis, a reagent for synthesis into the solid phase carrier that is frequently performed during the synthesis cycle This is probably because the resin beads swell with the entry / exit of the solvent, and as a result, it takes time to send the reagents and the oligonucleotide cannot be synthesized with high purity. On the other hand, highly cross-linked non-swellable porous polystyrene particles are also used as solid phase carriers for oligonucleotide synthesis in order to improve chemical stability against acids and alkalis used in oligonucleotide synthesis. (See
しかし、粒子状の固相担体を利用したオリゴヌクレオチドの合成は、反応ロット間での収量及び純度のバラつきが大きく、反応効率が低く、再現性が低いという問題点が指摘されている。上述したCPGや非膨潤性多孔質ポリスチレン粒子をオリゴヌクレオチド合成用の固相担体に用いる場合、固相担体当たりの合成量を高くするために基点となるヌクレオシド・リンカーの担持量を多くすると、生成するオリゴヌクレオチドの純度が著しく低下するという問題がある。 However, it has been pointed out that the synthesis of oligonucleotides using particulate solid phase carriers has a large variation in yield and purity between reaction lots, low reaction efficiency, and low reproducibility. When the above-mentioned CPG or non-swellable porous polystyrene particles are used as a solid support for oligonucleotide synthesis, it is generated when the amount of nucleoside linker supported as a base point is increased in order to increase the amount of synthesis per solid support. There is a problem that the purity of the oligonucleotide to be reduced significantly.
また、DNAを合成する場合と比較して、RNAを合成する場合は、2’−OH基に保護基が結合したホスホロアミダイトを用いて合成する必要があるため、アミダイトのカップリング効率が低下し、その結果、得られるRNAの純度が低下するという問題がある。可能な限り純度を低下させずにRNAを合成するためには、合成の基点となる固相担体上でのヌクレオシド・リンカーの結合量を少なくする必要があるが、結合量を少なくすることにより固相担体当たりの合成量が低下するという問題を新たに招来する。 Compared to DNA synthesis, when RNA is synthesized, it is necessary to synthesize using a phosphoramidite with a protecting group bonded to the 2′-OH group, which reduces the coupling efficiency of amidite. As a result, there is a problem that the purity of the obtained RNA is lowered. In order to synthesize RNA without reducing the purity as much as possible, it is necessary to reduce the amount of nucleoside / linker binding on the solid phase carrier that is the base of synthesis. A new problem arises in that the amount of synthesis per phase carrier is reduced.
上記従来の状況に鑑み、本発明は、反応ロット間での収量及び純度のバラつきが小さく、反応効率が高く、再現性が高い、固相担体上での反応を利用したオリゴヌクレオチドの合成装置及び合成方法を提供することを目的とする。 In view of the above-described conventional situation, the present invention provides a device for synthesizing an oligonucleotide using a reaction on a solid phase carrier, which has a small variation in yield and purity between reaction lots, a high reaction efficiency, and a high reproducibility. The object is to provide a synthesis method.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、従来の無機ビーズや樹脂ビーズ等の粒子担体を充填した固相合成用カラム反応容器では、試薬や溶媒を繰り返し送液することで担体が膨潤したり、担体上で合成されたオリゴヌクレオチドが伸長することによって、試薬や溶媒が通る流路の空間が狭まり、これによって圧力損失を生じ、試薬や溶媒の送液に時間を要することとなり、さらに、流通が不均一になることで固相担体上でのオリゴヌクレオチドの合成が意図した配列順序で行えなくなることが、収率低下の要因であることを明らかにした。そして、微小な内径を有する管状のマイクロ流路の内壁面で合成反応を行わせることにより、試薬類や溶媒が流通する空間が確保され、反応効率が高くなることを見出し、本発明を完成した。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have repeatedly sent reagents and solvents in a solid-phase synthesis column reaction vessel filled with particle carriers such as conventional inorganic beads and resin beads. When the carrier swells or the oligonucleotide synthesized on the carrier expands, the space of the flow path through which the reagent or solvent passes is narrowed. This causes pressure loss, and it takes time to feed the reagent or solvent. Furthermore, it was clarified that the fact that the synthesis of oligonucleotides on the solid phase carrier could not be performed in the intended sequence order due to the non-uniform distribution was the cause of the decrease in yield. Then, by allowing the synthesis reaction to be performed on the inner wall surface of the tubular microchannel having a minute inner diameter, it was found that a space through which reagents and solvents circulate was ensured and the reaction efficiency was increased, and the present invention was completed. .
すなわち、本発明のオリゴヌクレオチド合成装置は、管状のマイクロ流路を備え、該マイクロ流路の内壁面に、ヒドロキシ基、アミノ基、カルボキシル基、メトキシ基及びチオール基から選択されるいずれかの官能基を有する固相合成用カラム反応容器を含むことを特徴とする。 That is, the oligonucleotide synthesizer of the present invention includes a tubular microchannel, and any functional group selected from a hydroxy group, an amino group, a carboxyl group, a methoxy group, and a thiol group is provided on the inner wall surface of the microchannel. It includes a column reaction vessel for solid phase synthesis having a group.
本発明により、試薬や溶媒が流通する空間が狭まることなく、また、圧力損失を生じて試薬類や溶媒の送液に時間を要することなく、固相合成用カラム反応容器への試薬類の均一な供給が可能となる。これにより、固相担体上でのオリゴヌクレオチドの合成を意図した配列順序で行うことができ、収率や合成純度の低下を回避し得る。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to uniformly distribute reagents to a column reaction vessel for solid-phase synthesis without reducing the space in which the reagents and solvents circulate, and without causing pressure loss and taking time to feed the reagents and solvents. Supply is possible. Thereby, the synthesis | combination of the oligonucleotide on a solid-phase carrier can be performed in the sequence order intended, and the fall of a yield or synthetic | combination purity can be avoided. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、本発明に係る固相合成用カラム反応容器を用いたオリゴヌクレオチド合成装置について図面を参照して、詳細に説明する。 Hereinafter, an oligonucleotide synthesizer using the column reaction vessel for solid phase synthesis according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に示すように、本発明における固相合成用カラム反応容器1は、入口と出口が連通した微小な内径を有する管状のマイクロ流路2を備える。固相合成用カラム反応容器1の材質としては、流通させる溶媒や反応試薬に対して耐性を有し、好ましくは、その溶媒等により膨潤しないものであれば特に限定されることなく適用可能である。特に、有機溶剤や強アルカリに対して耐性を有し、形状加工性に優れるものが好ましい。具体的には、ポリスチレンの他、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂(例えば、ポリメチルメタクリレート等)等が用いられる。なお、ポリカーボネート等の、強アルカリ類に対し耐性が低い材質は好ましくない。
As shown in FIG. 1, a
図1の固相合成用カラム反応容器1は、通常の射出成形によって形成することができる。なお、図1では円筒形状の固相合成用カラム反応容器の例を示しているが、オリゴヌクレオチドの固相合成の反応はマイクロ流路2の内壁面を反応場として行うため、固相合成用カラム反応容器の外形は、接続する配管との接続性やハンドリング性の観点から適した形状であればどのような形状であっても良く、円筒形状の他、四角柱等の多角柱状であっても良い。また、マイクロ流路2の断面形状についても、射出成形が困難でなければ特に限定されるものではなく、円形の他、四角形、六角形等の多角形であっても良い。マイクロ流路2には、オリゴヌクレオチド合成のための反応試薬や洗浄液等を送液するが、試薬の利用効率の面からは、マイクロ流路の断面積に対する流路内周の比率が大きくなるように形成されることが望ましい。すなわち、マイクロ流路の内径は1mm以下、望ましくは1〜100μmである。マイクロ流路の内径がこれより大きい場合には試薬の利用効率が低下し、逆に小さい場合には試薬等の送液の際の圧力損失が大きくなる場合がある。
The
また、図1は固相合成用カラム反応容器を単一のマイクロ流路から構成した場合であるが、別の実施形態として、複数本のマイクロ流路を備え、それら複数本のマイクロ流路をまとめて一体に成形することによって、一度に合成できるオリゴヌクレオチドの量を増加させることが可能である。この場合、それぞれのマイクロ流路は、入口から出口まで互いに途中で交差することがないように成形することが好ましい。途中で流路が交差すると、それ以降の流路内の圧損の差異によって、一方の流路に偏った流れを生じることがあり、合成オリゴヌクレオチドの収率を低下させることになる。 FIG. 1 shows the case where the column reaction vessel for solid-phase synthesis is composed of a single microchannel, but as another embodiment, a plurality of microchannels are provided, It is possible to increase the amount of oligonucleotides that can be synthesized at one time by collectively molding them together. In this case, it is preferable that the respective microchannels are molded so as not to cross each other from the entrance to the exit. If the flow paths intersect in the middle, the flow may be biased in one flow path due to the difference in pressure loss in the flow paths thereafter, which reduces the yield of the synthetic oligonucleotide.
オリゴヌクレオチドの固相合成は、マイクロ流路の内壁面に存在するヒドロキシ基(−OH)、アミノ基(−NH2)、カルボキシル基(−COOH)、メトキシ基(−OCH3)、チオール基(−SH)等の官能基に結合させるリンカーを介して行うので、固相合成用カラム反応容器の容積当たりに占めるマイクロ流路内壁面の総面積をできるだけ大きくすることがオリゴヌクレオチドの合成量を多くするためには効率的である。具体的には、マイクロ流路と直交する固相合成用カラム反応容器の断面積当たりのマイクロ流路内周の総計が大きくなるように、すなわち、単位面積当たりのマイクロ流路の数を多くすることが好ましい。 Solid-phase synthesis of oligonucleotides consists of a hydroxy group (—OH), amino group (—NH 2 ), carboxyl group (—COOH), methoxy group (—OCH 3 ), thiol group ( -SH), etc., through a linker that binds to a functional group, etc., so that the total area of the inner wall of the microchannel per volume of the column reaction vessel for solid phase synthesis should be as large as possible to increase the amount of oligonucleotide synthesis. It is efficient to do. Specifically, the total number of microchannel inner circumferences per cross-sectional area of the solid-phase synthesis column reaction vessel orthogonal to the microchannels is increased, that is, the number of microchannels per unit area is increased. It is preferable.
この観点から、複数本のマイクロ流路を一体成形する場合には、各マイクロ流路の断面形状は多角形であることが好ましい。特に、内燃機関やボイラーの排ガスを浄化する触媒用担体として用いられるハニカム構造体のように、隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有する構造体を形成して固相合成用カラム反応容器とすることが好ましい。図2は、断面形状が四角形である複数本のマイクロ流路2から構成される固相合成用カラム反応容器1を示し、また図3は、射出成形によって一体成形したハニカム構造の固相合成用カラム反応容器1を示す。このような一体成形された複数本のマイクロ流路を構成する樹脂としては、アクリル樹脂(例えば、ポリメチルメタクリレート等)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。特に、アクリル樹脂(例えば、ポリメチルメタクリレート等)、ポリスチレン及びポリエチレンテレフタレートが好ましい。
From this viewpoint, when a plurality of microchannels are integrally formed, the cross-sectional shape of each microchannel is preferably a polygon. Particularly for solid phase synthesis by forming a structure having a large number of axially through holes partitioned by partition walls, such as a honeycomb structure used as a catalyst carrier for purifying exhaust gas from internal combustion engines and boilers. It is preferable to use a column reaction vessel. FIG. 2 shows a
図4には、本発明における固相合成用カラム反応容器の別の実施形態を示す。図4の固相合成用カラム反応容器1は、一方の面に流路用溝が形成された樹脂基板3を順次積層し、その積層体の片側を蓋部材5で閉じることにより構成される。樹脂基板3に形成された流路用溝の内側が、マイクロ流路2として機能する。流路用溝が形成された樹脂基板3を製造する方法としては、例えば射出成形で製造する方法、平板状の樹脂基板に流路用溝を切削加工する方法等が挙げられる。図4では、流路用溝の断面形状を四角形としているが、特に制限はなく、三角形等の多角形、半円形、楕円形等の形状とすることができる。しかし、製作上の観点からは三角形、四角形、あるいは半円形とすることが好ましい。前述したように、マイクロ流路の内径は1mm以下、特に1〜100μm程度とすることが好ましい。流路内径が、これより大きい場合には試薬の利用効率が低下し、小さい場合には送液の際の圧力損失が大きくなるので好ましくない場合がある。なお、マイクロ流路の断面形状が円形以外の場合、「マイクロ流路の内径」とは、種々の方向における流路の内径のうち最も長いものを指す。
FIG. 4 shows another embodiment of the column reaction vessel for solid phase synthesis in the present invention. The
樹脂基板3を構成する樹脂としては、アクリル樹脂(例えば、ポリメチルメタクリレート等)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。特に、アクリル樹脂(例えば、ポリメチルメタクリレート等)、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート等が好ましく用いられる。流路用溝を形成した樹脂基板3の隔壁の厚さについても特に制限はないが、隔壁の厚さが薄過ぎると構造体の強度が不足し、厚過ぎると固相合成用カラム反応容器の容積当たりのオリゴヌクレオチド合成量が低下するので好ましくない。隔壁の厚さとしては、50μm〜2mmとすることが望ましい。樹脂基板3に別の樹脂基板3を積層させる際の接合処理には、加熱によって圧着する熱圧着接合や超音波接合の他に、接着剤4を用いても良い。このような接着剤としては、例えばアクリル系接着剤、エポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤、ポリエステル系接着剤等を挙げることができる。
Examples of the resin constituting the
成形されたマイクロ流路の内壁面は、ヌクレオシドシリルエーテル等の、シリコン置換基の一つを介した共有結合の実現に必要な官能基を含有するように誘導体化される。この目的に使用可能な官能基としては、図1に示すように、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アミノ基、メトキシ基及びチオール基が挙げられる。ヒドロキシ基は、誘導体化ヌクレオシドのクロロシラン官能基と反応することができる。また、アミノ基は、誘導体化ヌクレオシドのシリコン置換基におけるカルボキシル基又はエポキシ基と反応することができる。これらの内壁面における官能基と誘導体化ヌクレオシドとの関係については本技術分野の通常の当業者であれば容易に理解するであろう。 The inner wall surface of the molded microchannel is derivatized so as to contain a functional group necessary for realizing a covalent bond via one of silicon substituents such as nucleoside silyl ether. Examples of functional groups that can be used for this purpose include hydroxy groups, carboxyl groups, amino groups, methoxy groups, and thiol groups, as shown in FIG. The hydroxy group can react with the chlorosilane functionality of the derivatized nucleoside. The amino group can also react with a carboxyl group or an epoxy group in the silicon substituent of the derivatized nucleoside. Those skilled in the art will readily understand the relationship between the functional groups on these inner walls and the derivatized nucleosides.
マイクロ流路の内壁面の修飾方法としては、特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。カルボキシル基、アミノ基、ヒドロキシ基を導入する方法としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、ヒドロキシルエチルアクリレート、ヒドキシルエチルメタクリレート等のポリマーをグラフト重合する方法が挙げられる。末端基に所望の官能基を導入したデンドリマー(樹状高分子)を、流路基材の表面に結合させても良い。この際に、デンドリマーと流路基材との結合を強固にするために、シランカップリング剤を介して結合させる方法を挙げることができる。また、プラズマ処理、コロナ放電処理、エキシマレーザー処理、フレーム処理等の表面処理によって含酸素官能基を導入する方法も可能であるが、本発明はこれらの処理方法によって、特に限定されるものではない。 There is no restriction | limiting in particular as a modification method of the inner wall face of a microchannel, A well-known method can be used. Examples of the method for introducing a carboxyl group, an amino group, and a hydroxy group include a method of graft polymerization of a polymer such as acrylic acid, methacrylic acid, acrylamide, hydroxylethyl acrylate, and hydroxyethyl methacrylate. A dendrimer (dendritic polymer) having a desired functional group introduced into the terminal group may be bonded to the surface of the channel substrate. In this case, in order to strengthen the bond between the dendrimer and the channel substrate, a method of bonding via a silane coupling agent can be mentioned. Further, a method of introducing an oxygen-containing functional group by surface treatment such as plasma treatment, corona discharge treatment, excimer laser treatment, flame treatment or the like is possible, but the present invention is not particularly limited by these treatment methods. .
マイクロ流路の内壁面におけるヒドロキシ基、アミノ基、カルボキシル基、メトキシ基又はチオール基等の官能基の量は、特に限定するものではないが、内壁面の単位面積当たり0.01〜1mmol/cm2とすることが好ましい。1mmol/cm2より高密度であると、隣接する官能基間の距離が不十分であるために、逐次合成反応によって隣り合って伸長するオリゴヌクレオチド鎖が互いに立体的に障害となって、意図した配列のオリゴヌクレオチドが得られず、結果として製品としてのオリゴヌクレオチドの純度が低下する恐れがある。 The amount of the functional group such as hydroxy group, amino group, carboxyl group, methoxy group or thiol group on the inner wall surface of the microchannel is not particularly limited, but is 0.01 to 1 mmol / cm per unit area of the inner wall surface. 2 is preferable. When the density is higher than 1 mmol / cm 2 , the distance between adjacent functional groups is insufficient, so that oligonucleotide chains extending adjacently by a sequential synthesis reaction are sterically hindered from each other. An oligonucleotide having a sequence cannot be obtained, and as a result, the purity of the product oligonucleotide may be lowered.
上述のように、マイクロ流路の内径は、1〜100μmとすることが好ましい。内径が1μmより小さくなると、逐次合成反応によって伸長したオリゴヌクレオチド鎖や、高濃度に溶解された反応試薬類が結晶化して析出した場合に、流路に目詰まりを生じて合成反応の収率低下を招く恐れがある。また、内径が100μmを超えると、マイクロ流路の内壁面を基点として伸長するオリゴヌクレオチドの合成反応に対し、過剰な試薬を流通させることになるため、試薬コストの過剰な増加を招くことにもなる。 As described above, the inner diameter of the microchannel is preferably 1 to 100 μm. If the inner diameter is smaller than 1 μm, the oligonucleotide chain elongated by the sequential synthesis reaction or the reaction reagent dissolved in high concentration crystallizes and precipitates, resulting in clogging in the flow path and a decrease in the synthesis reaction yield. There is a risk of inviting. In addition, if the inner diameter exceeds 100 μm, excessive reagents are circulated for the synthesis reaction of oligonucleotides that extend from the inner wall surface of the microchannel, which may cause an excessive increase in reagent costs. Become.
本発明のマイクロ流路を利用するオリゴヌクレオチド合成は、当業者に公知の方法により行うことができる。具体的には、図5に示すような従来と同様の構成を有する合成装置を用いることができる。従来の無機ビーズや樹脂ビーズを充填した固相合成用カラム反応容器に代替して、マイクロ流路を備えた固相合成用カラム反応容器1を用いる。そして、従来と同様に送液ポンプ20〜23を用い、モノマー試薬10〜13や溶媒を順次、繰り返し送液することによって、マイクロ流路の内壁面に所望のオリゴヌクレオチドを伸長、合成することができる。
Oligonucleotide synthesis using the microchannel of the present invention can be performed by methods known to those skilled in the art. Specifically, a synthesizer having the same configuration as the conventional one as shown in FIG. 5 can be used. Instead of the conventional column reaction vessel for solid phase synthesis filled with inorganic beads or resin beads, the
オリゴヌクレオチドの合成は、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等の従来と同様の合成反応により行われる。特に、固相ホスホロアミダイト法は、オリゴヌクレオチドの合成能力が高く、高純度のオリゴヌクレオチドが得られるという理由から好ましく採用される。この方法は、以下の4工程を含む。 Oligonucleotide is synthesized by a conventional synthesis reaction such as H-phosphonate method, phosphoester method, solid phase phosphoramidite method and the like. In particular, the solid phase phosphoramidite method is preferably employed because of its high ability to synthesize oligonucleotides and high purity oligonucleotides can be obtained. This method includes the following four steps.
(1)ジクロロ酢酸等の脱保護剤により、マイクロ流路の内壁面における官能基に結合したヌクレオシドスクシニルリンカーの5’−OHの保護基であるDMT(ジメトキシトリチル基)を外す脱トリチル化工程、
(2)テトラゾール等により活性化したヌクレオシドホスホロアミダイト(アミダイト試薬)を前記の脱保護した5’−OHとの求核置換反応により結合させるカップリング工程、
(3)アミダイト試薬が結合しなかった5’−OHを無水酢酸等によりアセチル化して保護するキャッピング工程、及び
(4)ヨウ素等の酸化剤により、アミダイト試薬に由来する亜リン酸結合を酸化して、リン酸トリエステルの形にする酸化工程。
(1) A detritylation step of removing DMT (dimethoxytrityl group), which is a 5′-OH protecting group of a nucleoside succinyl linker bonded to a functional group on the inner wall surface of the microchannel, with a deprotecting agent such as dichloroacetic acid,
(2) a coupling step in which a nucleoside phosphoramidite (amidite reagent) activated by tetrazole or the like is bound by a nucleophilic substitution reaction with the deprotected 5′-OH,
(3) A capping step for acetylating and protecting 5′-OH, which was not bound to the amidite reagent, with acetic anhydride, etc., and (4) oxidizing the phosphite bond derived from the amidite reagent with an oxidizing agent such as iodine. Oxidation process to form phosphate triester.
固相合成用カラム反応容器を、オリゴヌクレオチド合成反応の工程がプログラムされた自動合成装置に連結することにより、オリゴヌクレオチドの製造を自動化することができる。例えば、装置のコントローラ又はコンピュータからの指示にしたがって、本発明におけるマイクロ流路が充填された反応容器に、上記(1)〜(4)を1サイクルとして、あらかじめ決められた順序で試薬を分配する試薬分配システムにより、それぞれの工程が進められる。このサイクルを目的物の生成に必要な回数だけ繰り返した後、合成されたオリゴヌクレオチドが結合したマイクロ流路を反応容器から取り出し、バイアルに回収する。そこに濃アンモニア等を加え、例えば55℃で8時間放置する。これにより、スクシニルリンカーが分解・切断され、マイクロ流路から目的のオリゴヌクレオチドが分離される。シアノエチル基を外してリン酸ジエステルの形に変換し、さらに塩基部分であるアミノ基の保護基を外し、その後、フィルターを用いてオリゴヌクレオチドを単離することで、目的のオリゴヌクレオチドが得られる。 Oligonucleotide production can be automated by connecting the column reaction vessel for solid phase synthesis to an automatic synthesizer programmed with oligonucleotide synthesis reaction steps. For example, according to an instruction from the controller of the apparatus or a computer, the reagents are distributed in a predetermined order to the reaction vessel filled with the microchannel in the present invention, with the above (1) to (4) as one cycle. Each step is advanced by the reagent distribution system. After repeating this cycle as many times as necessary for the production of the target product, the microchannel to which the synthesized oligonucleotide is bound is taken out of the reaction vessel and collected in a vial. Concentrated ammonia or the like is added thereto and left at 55 ° C. for 8 hours, for example. Thereby, a succinyl linker is decomposed | disassembled and cut | disconnected, and the target oligonucleotide is isolate | separated from a microchannel. The target oligonucleotide is obtained by removing the cyanoethyl group and converting it to the phosphodiester form, further removing the amino group protecting group, and then isolating the oligonucleotide using a filter.
図5で用いた送液ポンプ20〜23に代えて、図6に示すように、不活性ガス、例えばアルゴン(Ar)ガスを用いた送液系を構成することができる。個々の送液段階でのオリゴヌクレオチド合成反応の効率をさらに向上させて試薬の利用効率の向上を図るために、固相合成用カラム反応容器1の前後にバッファータンク(Tank)を設けて、バルブの開閉動作を切り替えることによって、未反応の試薬を再度、固相合成用カラム反応容器1に戻して反応させることができる。図7では、バッファータンクを設けることによる装置の大型化を回避するために、固相合成用カラム反応容器1内に試薬を循環する送液ポンプを設けた合成装置を示す。
Instead of the liquid feed pumps 20 to 23 used in FIG. 5, as shown in FIG. 6, a liquid feed system using an inert gas such as argon (Ar) gas can be configured. In order to further improve the efficiency of the oligonucleotide synthesis reaction in each liquid feeding stage and improve the utilization efficiency of the reagent, buffer tanks (Tank) are provided before and after the
従来のビーズ充填カラムでは、オリゴヌクレオチドの伸長に伴って試薬類や溶媒が流通する空間が狭まり、これによって圧力損失を生じて試薬類や溶媒の送液に時間を要し、さらに、流通が不均一になることで固相担体上でのオリゴヌクレオチドの合成が意図した配列順序で生成できなくなるリスクが大きかった。これに対し、本発明による合成装置では、例えば、隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数のマイクロ流路を有する反応容器を用いることによって、上記の問題点を解消することができるので、反応効率を向上させることができる。 In a conventional bead-packed column, the space through which reagents and solvents circulate becomes narrower as oligonucleotides extend, which causes pressure loss and takes time to deliver the reagents and solvents. The homogeneity of the oligonucleotides has a high risk that the synthesis of oligonucleotides on the solid support cannot be generated in the intended sequence order. On the other hand, in the synthesizer according to the present invention, for example, by using a reaction vessel having a large number of microchannels penetrating in the axial direction partitioned by a partition wall, the above problem can be solved. Efficiency can be improved.
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to above-described embodiment, Various modifications are included. For example, with respect to a part of the configuration of the embodiment, it is possible to add, delete, or replace another configuration.
1 固相合成用カラム反応容器
2 マイクロ流路
3 樹脂基板
4 接着剤
5 蓋部材
DESCRIPTION OF
Claims (7)
結合したヌクレオシドを基点として、ヌクレオチドを順次結合させ伸長させる工程と、
合成したオリゴヌクレオチドを、リンカーを分解することによりマイクロ流路から分離する工程と、
を含むオリゴヌクレオチドの合成方法。 A tubular microchannel having an inner wall surface with any functional group selected from a hydroxy group, an amino group, a carboxyl group, a methoxy group, and a thiol group, wherein the amount of the functional group on the inner wall surface is 0.01 Using a microchannel that is ˜1 mmol / cm 2 , and attaching a nucleoside to a functional group on the inner wall surface of the microchannel via a linker;
A step of sequentially binding and extending nucleotides based on the bound nucleoside;
Separating the synthesized oligonucleotide from the microchannel by decomposing the linker;
A method for synthesizing oligonucleotides.
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