JP6800171B2 - 人工単一ガイドrna及びその用途 - Google Patents
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Description
したがって、本発明の目的は、天然型RNAと同等もしくはそれ以上の活性を有し、かつ生体内での安定性が向上した新規な人工sgRNAを提供し、該人工sgRNAとCas9とを組み合わせることにより、より効率的なCRISPR/Cas9システムを提供することである。
特に、テトラループ部分のみならず、ステム-ループ2のループ部分もアミノ酸誘導体リンカーに置換した、2カ所にリンカーを導入したsgRNAでも、元のsgRNAと同等以上の細胞内でのDNA切断活性を有することが見出されたことは興味深い。そのような人工sgRNAは生体内での安定性改善効果がより大きいと考えられるからである。
[1](1)下式(A):
X1およびX2は、それぞれ独立して、H2、O、SまたはNHであり;
Y1およびY2は、それぞれ独立して、単結合、CH2、NH、OまたはSであり;
L1は、n個の炭素原子を有するアルキレン鎖であり、アルキレン炭素原子上の水素原子は、OH、ORa、NH2、NHRa、NRaRb、SH、もしくはSRaで置換されても置換されていなくてもよく、または、
L1は、前記アルキレン鎖の一つ以上の炭素原子が、酸素原子で置換されたポリエーテル鎖であり、
ただし、Y1が、NH、OまたはSの場合、Y1に結合するL1の原子は炭素であり、OR1に結合するL1の原子は炭素であり、酸素原子同士は隣接せず;
L2は、m個の炭素原子を有するアルキレン鎖であり、アルキレン炭素原子上の水素原子は、OH、ORc、NH2、NHRc、NRcRd、SHもしくはSRcで置換されても置換されていなくてもよく、または、
L2は、前記アルキレン鎖の一つ以上の炭素原子が、酸素原子で置換されたポリエーテル鎖であり、
ただし、Y2が、NH、OまたはSの場合、Y2に結合するL2の原子は炭素であり、OR2に結合するL2の原子は炭素であり、酸素原子同士は隣接せず;
Ra、Rb、RcおよびRdは、それぞれ独立して、置換基または保護基であり;
mは、0〜30の整数であり;
nは、0〜30の整数であり;
R1およびR2は、存在しても存在しなくてもよく、存在する場合、R1およびR2は、それぞれ独立して、ヌクレオチド残基または前記構造(I)であり、
Aは、任意の原子団であり、ただし、下式(Ia)は、アミノ酸またはペプチドである。)で表わされるアミノ酸誘導体リンカーであり、
式(A)中、Xb及びYは、それぞれ独立して、1ないし5個の任意のヌクレオチドリンカーであるか、あるいは、上記式(I)で表わされるアミノ酸誘導体リンカーであり、
前記Xb及びYは、それぞれ独立して、前記−OR1−または−OR2−を介して隣接するヌクレオチド残基に結合し、
式(A)中、Xc及びXdは、存在しても存在しなくてもよく、存在する場合、それぞれ独立して、前記式(I)で表わされるアミノ酸誘導体リンカーであり、
前記Xc及びXdは、それぞれ独立して、前記−OR1−または−OR2−を介して隣接するヌクレオチド残基に結合し、
式(A)中、(n)20は、それぞれ独立してA、G、CまたはUである20±5個のヌクレオチド残基からなるヌクレオチド配列である。]で表わされる、単一ガイドRNA、あるいは
(2)前記式(A)において、(n)20を除く領域で1ないし数個のヌクレオチド残基が置換、欠失、挿入もしくは付加され、かつCas9タンパク質と複合体を形成して前記(n)20に相補的な標的ヌクレオチド配列を含む二本鎖DNAを認識する活性を有する、単一ガイドRNA。
[2]前記式(Ia)のアミノ酸またはペプチドを構成するアミノ酸が、置換基または保護基を有していてもよい、グリシン、α−アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、システイン、シスチン、グルタミン、グルタミン酸、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リシン、ヒドロキシリシン、メチオニン、フェニルアラニン、セリン、トレオニン、チロシン、バリン、プロリン、4−ヒドロキシプロリン、トリプトファン、β−アラニン、1−アミノ−2−カルボキシシクロペンタン、アミノ安息香酸、アミノピリジンカルボン酸、および下記化学式(Ia2):
[3]前記Xaが、下式(I−1)〜(I−7):
[4]前記Xaが、前記式(I−4)または(I−7)で表され、該式中、n=5およびm=4である、[3]記載の単一ガイドRNA。
[5]前記Xaが、前記式(I−1)で表され、該式中、n=5およびm=4である、または前記式(I−6)で表され、該式中、n=4およびm=4である、[3]記載の単一ガイドRNA。
[6]前記Xaが、下式(II):
X1およびX2は、それぞれ独立して、H2、O、SまたはNHであり;
Y1およびY2は、それぞれ独立して、単結合、CH2、NH、OまたはSであり;
R3は、環A上のC−3、C−4、C−5またはC−6に結合する水素原子または置換基であり;
L1は、n個の原子からなるアルキレン鎖であり、ここで、アルキレン炭素原子上の水素原子は、OH、ORa、NH2、NHRa、NRaRb、SH、もしくはSRaで置換されても置換されていなくてもよく、または、
L1は、前記アルキレン鎖の一つ以上の炭素原子が、酸素原子で置換されたポリエーテル鎖であり、
ただし、Y1が、NH、OまたはSの場合、Y1に結合するL1の原子は炭素であり、OR1に結合するL1の原子は炭素であり、酸素原子同士は隣接せず;
L2は、m個の原子からなるアルキレン鎖であり、ここで、アルキレン炭素原子上の水素原子は、OH、ORc、NH2、NHRc、NRcRd、SHもしくはSRcで置換されても置換されていなくてもよく、または、
L2は、前記アルキレン鎖の一つ以上の炭素原子が、酸素原子で置換されたポリエーテル鎖であり、
ただし、Y2が、NH、OまたはSの場合、Y2に結合するL2の原子は炭素であり、OR2に結合するL2の原子は炭素であり、酸素原子同士は隣接せず;
Ra、Rb、RcおよびRdは、それぞれ独立して、置換基または保護基であり;
lは、1または2であり;
mは、0〜30の整数であり;
nは、0〜30の整数であり;
環Aは、前記環A上のC−2以外の1個の炭素原子が、窒素、酸素または硫黄で置換されてもよく、
前記環A内に、炭素−炭素二重結合または炭素−窒素二重結合を含んでもよく、
R1およびR2は、存在しても存在しなくてもよく、存在する場合、R1およびR2は、それぞれ独立して、ヌクレオチド残基または前記構造(II)であり、
前記Xaは、−OR1−または−OR2−を介して、隣接するヌクレオチド残基に結合する。)で表される、[1]または[2]記載の単一ガイドRNA。
[7]前記Xaが、下式(II−1)〜(II−9):
[8]前記Xaが、前記式(II−8)で表され、該式中、n=5およびm=4、n=7およびm=6、n=9およびm=8、またはn=11およびm=10である、[7]記載の単一ガイドRNA。
[9]前記Xaが、下式(III−1)〜(III−3):
[10]前記各式中、n=5およびm=4である、[9]記載の単一ガイドRNA。
[11]前記Xb及びYが、それぞれ独立して、1ないし5個の任意のヌクレオチドリンカーである、[1]〜[10]のいずれか一項に記載の単一ガイドRNA。
[12]前記Xc及びXdが存在しない、[11]記載の単一ガイドRNA。
[13]前記Xc及びXdが、それぞれ独立して、前記式(I)で表わされるアミノ酸誘導体リンカーである、[11]記載の単一ガイドRNA。
[14]前記Xc及びXdが、前記式(II)で表わされるアミノ酸誘導体リンカーである、[13]記載の単一ガイドRNA。
[15]前記Xc及びXdが、前記式(II−8)で表わされ、該式中、n=5およびm=4である、[14]記載の単一ガイドRNA。
[16]前記Xc及びXdが、前記式(I−1)、(I−4)、(I−7)及び(III−1)〜(III−3)のいずれかで表わされ、該式中、n=5およびm=4であるか、あるいは、前記式(I−6)で表わされ、該式中、n=4およびm=4である、[13]記載の単一ガイドRNA。
[17]前記Xbが、前記式(I)で表されるアミノ酸誘導体リンカーである、[1]〜[10]のいずれか一項に記載の単一ガイドRNA。
[18]前記Xbが、前記式(II)で表わされるアミノ酸誘導体リンカーである、[17]記載の単一ガイドRNA。
[19]前記Xbが、前記式(II−8)で表わされ、該式中、n=5およびm=4である、[18]記載の単一ガイドRNA。
[20]前記Xbが、前記式(I−1)、(I−4)、(I−7)及び(III−1)〜(III−3)のいずれかで表わされ、該式中、n=5およびm=4であるか、あるいは、前記式(I−6)で表わされ、該式中、n=4およびm=4である、[17]記載の単一ガイドRNA。
[21]前記Yが、1ないし5個の任意のヌクレオチドリンカーである、[17]〜[20]のいずれか一項に記載の単一ガイドRNA。
[22]前記Yが、前記式(I)で表されるアミノ酸誘導体リンカーである、[17]〜[20]のいずれか一項に記載の単一ガイドRNA。
[23]前記Yが、前記式(I−4)で表され、該式中、n=5およびm=4である、[22]記載の単一ガイドRNA。
[24]前記Yが、前記式(II)で表されるアミノ酸誘導体リンカーである、[22]記載の単一ガイドRNA。
[25]前記Yが、前記式(II−8)で表され、該式中、n=5およびm=4、n=7およびm=6、n=9およびm=8、またはn=11およびm=10である、[24]記載の単一ガイドRNA。
[26]前記Yが、前記式(I−1)、(I−7)及び(III−1)〜(III−3)のいずれかで表わされ、該式中、n=5およびm=4であるか、あるいは、前記式(I−6)で表わされ、該式中、n=4およびm=4である、[22]記載の単一ガイドRNA。
[27]前記Xaが、前記式(II−8)で表され、該式中、n=5およびm=4であり、かつ前記Xaに隣接するステムの1〜3塩基対が欠失した、[7]記載の単一ガイドRNA。
[28]前記Xbに隣接するステムの1〜4塩基対が欠失した、[19]記載の単一ガイドRNA。
[29]前記Xaが、前記式(II−8)で表され、該式中、n=5およびm=4であり、かつ前記Xaに隣接するステムの1〜3塩基対が欠失した、[28]記載の単一ガイドRNA。
[30]前記式(A)で表される単一ガイドRNAであって、該式中、Xa、Xb及びYは1ないし5個の任意のヌクレオチドリンカーであり、Xc及びXdは存在せず、ステム-ループ1のループ部分(UA)もしくはステム-ループ3のループ部分(AGU)が、前記式(II−8)で表され、該式中、n=5およびm=4であるアミノ酸誘導体リンカーで置換されている、単一ガイドRNA。
[31][1]〜[30]のいずれか一項に記載の単一ガイドRNAと、Cas9とを組み合わせてなる、CRISPR/Cas9システム。
[32]Cas9がStreptococcus pyogenes由来である、[31]記載のCRISPR/Cas9システム。
[33]Cas9が、タンパク質、それをコードするmRNAまたはそれをコードするDNAを含む発現ベクターの形態である、[31]または[32]記載のCRISPR/Cas9システム。
[34][31]〜[33]のいずれか一項に記載のCRISPR/Cas9システムを、標的二本鎖DNAに接触させることを含む、該二本鎖DNAの認識方法。
[35]Cas9タンパク質が二本鎖DNA切断活性を有する、[34]記載の方法。
[36]前記二本鎖DNAの切断が細胞内で行われる、[35]記載の方法。
[37]標的遺伝子をノックアウトするための、[36]記載の方法。
[38]標的遺伝子内の塩基を改変するか、あるいは該遺伝子内に外因性遺伝子を挿入するための、[36]記載の方法。
[39]核酸分子合成用のモノマーであって、下記式(IV−1)〜(IV−3):
[40]前記各式中、n=5およびm=4である、[39]記載のモノマー。
[41]核酸分子の製造方法であって、[39]又は[40]記載のモノマーを使用することを特徴とする、方法。
[42]前記核酸分子が、[1]〜[26]のいずれか一項に記載の単一ガイドRNAである、[41]記載の方法。
[43]核酸分子の製造のための、[39]又は[40]記載のモノマーの使用。
[44]前記核酸分子が、[1]〜[26]のいずれか一項に記載の単一ガイドRNAである、[43]記載の使用。
本発明は、下記式で示されるStreptococcus pyogenes由来のcrRNA及びtracrRNA:
をキメラ化(短鎖化及び一本鎖化)した下記単一ガイドRNA(天然型sgRNA)において、
X1およびX2は、それぞれ独立して、H2、O、SまたはNHであり;
Y1およびY2は、それぞれ独立して、単結合、CH2、NH、OまたはSであり;
L1は、n個の炭素原子を有するアルキレン鎖であり、アルキレン炭素原子上の水素原子は、OH、ORa、NH2、NHRa、NRaRb、SH、もしくはSRaで置換されても置換されていなくてもよく、または、
L1は、前記アルキレン鎖の一つ以上の炭素原子が、酸素原子で置換されたポリエーテル鎖であり、
ただし、Y1が、NH、OまたはSの場合、Y1に結合するL1の原子は炭素であり、OR1に結合するL1の原子は炭素であり、酸素原子同士は隣接せず;
L2は、m個の炭素原子を有するアルキレン鎖であり、アルキレン炭素原子上の水素原子は、OH、ORc、NH2、NHRc、NRcRd、SHもしくはSRcで置換されても置換されていなくてもよく、または、
L2は、前記アルキレン鎖の一つ以上の炭素原子が、酸素原子で置換されたポリエーテル鎖であり、
ただし、Y2が、NH、OまたはSの場合、Y2に結合するL2の原子は炭素であり、OR2に結合するL2の原子は炭素であり、酸素原子同士は隣接せず;
Ra、Rb、RcおよびRdは、それぞれ独立して、置換基または保護基であり;
mは、0〜30の整数であり;
nは、0〜30の整数であり;
R1およびR2は、存在しても存在しなくてもよく、存在する場合、R1およびR2は、それぞれ独立して、ヌクレオチド残基または前記構造(I)であり、
Aは、任意の原子団であり、ただし、下式(Ia)は、アミノ酸またはペプチドである。)で表わされるアミノ酸誘導体リンカーであり、
式(A)中、Xb及びYは、それぞれ独立して、1ないし5個の任意のヌクレオチドリンカーであるか、あるいは、上記式(I)で表わされるアミノ酸誘導体リンカーであり、
前記Xb及びYは、それぞれ独立して、前記−OR1−または−OR2−を介して隣接するヌクレオチド残基に結合し、
式(A)中、Xc及びXdは、存在しても存在しなくてもよく、存在する場合、それぞれ独立して、前記式(I)で表わされるアミノ酸誘導体リンカーであり、
前記Xc及びXdは、それぞれ独立して、前記−OR1−または−OR2−を介して隣接するヌクレオチド残基に結合し、
式(A)中、(n)20は、それぞれ独立してA、G、CまたはUである20±5個のヌクレオチド残基からなるヌクレオチド配列である。]で表わされる、単一ガイドRNA、あるいは
(2)前記式(A)において、(n)20を除く領域で1ないし数個のヌクレオチド残基が置換、欠失、挿入もしくは付加され、かつCas9タンパク質と複合体を形成して前記(n)20に相補的な標的ヌクレオチド配列を含む二本鎖DNAを切断する活性を有する、単一ガイドRNAである。
条件(1)
隣接するヌクレオチド残基の3’末端は、−OR2−を介して、隣接するヌクレオチド残基の5’末端は、−OR1−を介して、前記式(I)の構造と結合する。
条件(2)
隣接するヌクレオチド残基の3’末端は、−OR1−を介して、隣接するヌクレオチド残基の5’末端は、−OR2−を介して、前記式(I)の構造と結合する。
例えば、前記(I)または(Ia)中の原子団Aは、例えば、鎖式原子団、脂環式原子団、および芳香族性原子団からなる群から選択される少なくとも一つを含んでいても含んでいなくても良い。前記鎖式原子団は、特に限定されないが、例えば、アルキル、アルケニル、アルキニル、ハロアルキル、ヒドロキシアルキル、アルコキシアルキル、アミノアルキル、シリル、シリルオキシアルキル等が挙げられる。前記脂環式原子団は、特に限定されないが、例えば、シクロアルキル、シクロアルケニル、シクロアルキルアルキル、シクリルアルキル等が挙げられる。前記芳香族性原子団は、特に限定されないが、例えば、アリール、アリールアルキル、アルキルアリール、縮環系アリール、縮環系アリールアルキル、縮環系アルキルアリール等が挙げられる。また、前記式(I)または(Ia)中の原子団Aにおいて、前記各原子団は、さらに置換基または保護基を有していても有していなくても良い。前記置換基または保護基は、複数の場合は同一でも異なってもよい。前記置換基としては、例えば、前記Ra、Rb、RcおよびRdで例示した置換基が挙げられ、より具体的には、例えば、ハロゲン、ヒドロキシ、アルコキシ、アミノ、カルボキシ、スルホ、ニトロ、カルバモイル、スルファモイル、アルキル、アルケニル、アルキニル、ハロアルキル、アリール、アリールアルキル、アルキルアリール、シクロアルキル、シクロアルケニル、シクロアルキルアルキル、シクリルアルキル、ヒドロキシアルキル、アルコキシアルキル、アミノアルキル、シリル、シリルオキシアルキル、ピロールイル、イミダゾリル等があげられる。前記保護基は、例えば、前記Ra、Rb、RcおよびRdで例示した保護基と同様である。
R100は、任意の置換基であり、存在しても存在しなくてもよく、存在する場合は、1個でも複数でもよく、複数の場合は、互いに同一でも異なっていてもよい。R100における前記任意の置換基としては、例えば、前記Ra、Rb、RcおよびRdで例示した置換基が挙げられ、より具体的には、例えば、ハロゲン、ヒドロキシ、アルコキシ、アミノ、カルボキシ、スルホ、ニトロ、カルバモイル、スルファモイル、アルキル、アルケニル、アルキニル、ハロアルキル、アリール、アリールアルキル、アルキルアリール、シクロアルキル、シクロアルケニル、シクロアルキルアルキル、シクリルアルキル、ヒドロキシアルキル、アルコキシアルキル、アミノアルキル、シリル、シリルオキシアルキル、ピロールイル、イミダゾリル等があげられる。また、前記化学式(Ia2)の構造は、例えば、下記化学式(Ia3)であってもよい。
X1およびX2は、それぞれ独立して、H2、O、SまたはNHであり;
Y1およびY2は、それぞれ独立して、単結合、CH2、NH、OまたはSであり;
R3は、環A上のC−3、C−4、C−5またはC−6に結合する水素原子または置換基であり、
L1は、n個の原子からなるアルキレン鎖であり、ここで、アルキレン炭素原子上の水素原子は、OH、ORa、NH2、NHRa、NRaRb、SH、もしくはSRaで置換されても置換されていなくてもよく、または、
L1は、前記アルキレン鎖の一つ以上の炭素原子が、酸素原子で置換されたポリエーテル鎖であり、
ただし、Y1が、NH、OまたはSの場合、Y1に結合するL1の原子は炭素であり、OR1に結合するL1の原子は炭素であり、酸素原子同士は隣接せず;
L2は、m個の原子からなるアルキレン鎖であり、ここで、アルキレン炭素原子上の水素原子は、OH、ORc、NH2、NHRc、NRcRd、SHもしくはSRcで置換されても置換れていなくてもよく、または、
L2は、前記アルキレン鎖の一つ以上の炭素原子が、酸素原子で置換されたポリエーテル鎖であり、
ただし、Y2が、NH、OまたはSの場合、Y2に結合するL2の原子は炭素であり、OR2に結合するL2の原子は炭素であり、酸素原子同士は隣接せず;
Ra、Rb、RcおよびRdは、それぞれ独立して、置換基または保護基であり;
lは、1または2であり;
mは、0〜30の整数であり;
nは、0〜30の整数であり;
環Aは、前記環A上のC−2以外の1個の炭素原子が、窒素、酸素、硫黄で置換されてもよく、
前記環A内に、炭素−炭素二重結合または炭素−窒素二重結合を含んでもよく、
R1およびR2は、存在しても存在しなくてもよく、存在する場合、R1およびR2は、それぞれ独立して、ヌクレオチド残基または前記構造(II)であり、
前記Xaは、前記−OR1−または−OR2−を介して隣接するヌクレオチド残基に結合する。
条件(1)
隣接するヌクレオチド残基の3’末端は、−OR2−を介して、隣接するヌクレオチド残基の5’末端は、−OR1−を介して、前記式(II)の構造と結合する。
条件(2)
隣接するヌクレオチド残基の3’末端は、−OR1−を介して、隣接するヌクレオチド残基の5’末端は、−OR2−を介して、前記式(II)の構造と結合する。
あるいは、前記Xbとして、前記式(I−1)で表され、該式中、n=5およびm=4であるグリシン誘導体リンカー(Gly)、前記式(I−4)で表され、該式中、n=5およびm=4であるグリシルグリシン誘導体リンカー(GlyGly)、前記式(I−6)で表わされ、該式中、n=4およびm=4であるテレフタル酸誘導体リンカー(TP)、前記式(I−7)で表され、該式中、n=5およびm=4であるリシン誘導体リンカー(K)、(III−1)で表され、該式中、n=5およびm=4であるフェニルアラニン誘導体リンカー(F)、前記式(III−2)で表され、該式中、n=5およびm=4であるロイシン誘導体リンカー(L)、前記式(III−3)で表され、該式中、n=5およびm=4であるグルタミン酸誘導体リンカー(E)もまた好ましい。
前記Yとしては、例えば、前記式(I−4)で表されるグリシルグリシン誘導体リンカーや、前記式(II)で表されるプロリン誘導体リンカーが好ましく、前記式(I−4)で表され、該式中、n=5およびm=4であるグリシルグリシン誘導体リンカー(GlyGly)や、前記式(II−8)で表され、該式中、n=5およびm=4(P)、n=7およびm=6(P13)、n=9およびm=8(P14)、またはn=11およびm=10(P15)であるプロリン誘導体リンカーがより好ましい。
あるいは、前記Yとして、前記式(I−1)で表され、該式中、n=5およびm=4であるグリシン誘導体リンカー(Gly)、前記式(I−6)で表わされ、該式中、n=4およびm=4であるテレフタル酸誘導体リンカー(TP)、前記式(I−7)で表され、該式中、n=5およびm=4であるリシン誘導体リンカー(K)、(III−1)で表され、該式中、n=5およびm=4であるフェニルアラニン誘導体リンカー(F)、前記式(III−2)で表され、該式中、n=5およびm=4であるロイシン誘導体リンカー(L)、前記式(III−3)で表され、該式中、n=5およびm=4であるグルタミン酸誘導体リンカー(E)もまた好ましい。
前記Xc及びXdとしては、例えば、それぞれ独立して、前記式(II)で表されるプロリン誘導体リンカーであることが好ましく、前記式(II−8)で表され、該式中、n=5およびm=4であるプロリン誘導体リンカー(P)であることがより好ましい。
あるいは、前記Xc及びXdとして、前記式(I−1)で表され、該式中、n=5およびm=4であるグリシン誘導体リンカー(Gly)、前記式(I−4)で表され、該式中、n=5およびm=4であるグリシルグリシン誘導体リンカー(GlyGly)、前記式(I−6)で表わされ、該式中、n=4およびm=4であるテレフタル酸誘導体リンカー(TP)、前記式(I−7)で表され、該式中、n=5およびm=4であるリシン誘導体リンカー(K)、(III−1)で表され、該式中、n=5およびm=4であるフェニルアラニン誘導体リンカー(F)、前記式(III−2)で表され、該式中、n=5およびm=4であるロイシン誘導体リンカー(L)、前記式(III−3)で表され、該式中、n=5およびm=4であるグルタミン酸誘導体リンカー(E)もまた好ましい。
あるいは、ステム-ループ2のループ部分(GAAA)が、前記式(I−1)で表され、該式中、n=5およびm=4であるグリシン誘導体リンカー(Gly)、前記式(I−4)で表され、該式中、n=5およびm=4であるグリシルグリシン誘導体リンカー(GlyGly)、前記式(I−6)で表わされ、該式中、n=4およびm=4であるテレフタル酸誘導体リンカー(TP)、前記式(I−7)で表され、該式中、n=5およびm=4であるリシン誘導体リンカー(K)、(III−1)で表され、該式中、n=5およびm=4であるフェニルアラニン誘導体リンカー(F)、前記式(III−2)で表され、該式中、n=5およびm=4であるロイシン誘導体リンカー(L)、又は前記式(III−3)で表され、該式中、n=5およびm=4であるグルタミン酸誘導体リンカー(E)に置換したものも、また好ましい。
天然型sgRNAのテトラループ部分に加えて、ステム-ループ2のループ部分(GAAA)が、前記アミノ酸誘導体リンカーに置換した本発明の人工sgRNAは、生体内での安定性改善効果により優れていると考えられ、しかも天然型sgRNAと同等以上の細胞内でのDNA切断活性を保持するので、in vivoゲノム編集のツールとして特に有用である。
あるいは、リンカー領域(UUAUC)が、前記式(I−1)で表され、該式中、n=5およびm=4であるグリシン誘導体リンカー(Gly)、前記式(I−4)で表され、該式中、n=5およびm=4であるグリシルグリシン誘導体リンカー(GlyGly)、前記式(I−6)で表わされ、該式中、n=4およびm=4であるテレフタル酸誘導体リンカー(TP)、前記式(I−7)で表され、該式中、n=5およびm=4であるリシン誘導体リンカー(K)、(III−1)で表され、該式中、n=5およびm=4であるフェニルアラニン誘導体リンカー(F)、前記式(III−2)で表され、該式中、n=5およびm=4であるロイシン誘導体リンカー(L)、又は前記式(III−3)で表され、該式中、n=5およびm=4であるグルタミン酸誘導体リンカー(E)に置換したものも、また好ましい。
但し、Cas9と組み合わせた場合の、細胞内でのDNA切断活性を考慮すると、本発明の人工sgRNAとしては、前記式(A)中のXa、Xb及びYが同時にアミノ酸誘導体リンカーに置換していないものが好ましい場合があり得る。
あるいは、5’末端及び3’末端近傍に、前記式(I−1)で表され、該式中、n=5およびm=4であるグリシン誘導体リンカー(Gly)、前記式(I−4)で表され、該式中、n=5およびm=4であるグリシルグリシン誘導体リンカー(GlyGly)、前記式(I−6)で表わされ、該式中、n=4およびm=4であるテレフタル酸誘導体リンカー(TP)、前記式(I−7)で表され、該式中、n=5およびm=4であるリシン誘導体リンカー(K)、(III−1)で表され、該式中、n=5およびm=4であるフェニルアラニン誘導体リンカー(F)、前記式(III−2)で表され、該式中、n=5およびm=4であるロイシン誘導体リンカー(L)、又は前記式(III−3)で表され、該式中、n=5およびm=4であるグルタミン酸誘導体リンカー(E)が、それぞれ付加及び挿入したものも、また好ましい。
天然型sgRNAのテトラループ部分に加えて、5’末端及び3’末端近傍に、前記アミノ酸誘導体リンカー、好ましくは、前記式(II)で表されるプロリン誘導体リンカー、より好ましくは、前記式(II−8)で表され、該式中、n=5およびm=4であるプロリン誘導体リンカー(P)が、それぞれ付加及び挿入した本発明の人工sgRNAは、生体内での安定性改善や自然免疫応答の亢進による副作用軽減効果により優れていると考えられ、しかも天然型sgRNAと同等以上の細胞内でのDNA切断活性を保持するので、in vivoゲノム編集のツールとして特に有用である。
また、テトラループや、tracrRNAのステム-ループ2、リンカー領域、sgRNAの両末端を修飾せずとも、tracrRNAのステム-ループ1もしくはステム-ループ3のループ部分を、前記アミノ酸誘導体リンカー、好ましくは、前記式(II)で表されるプロリン誘導体リンカー、より好ましくは、前記式(II−8)で表され、該式中、n=5およびm=4であるプロリン誘導体リンカー(P)に置換することによっても、Cas9と組み合わせた場合に、良好なDSB活性を保持させることができる。
従って、本発明はまた、以下の人工sgRNAを提供する。
(a)前記式(A)で表されるsgRNAであって、
(i)式中Xaが、前記式(II−8)で表され、該式中、n=5およびm=4であり、かつXaに隣接するステムの1〜3塩基対が欠失した、及び/又は
(ii)式中Xbが、前記式(II−8)で表され、該式中、n=5およびm=4であり、かつXbに隣接するステムの1〜4塩基対が欠失した、
該sgRNA。
(b)前記式(A)で表されるsgRNAであって、該式中、Xa、Xb及びYは1ないし5個の任意のヌクレオチドリンカーであり、Xc及びXdは存在せず、ステム-ループ1のループ部分(UA)もしくはステム-ループ3のループ部分(AGU)が、前記式(II−8)で表され、該式中、n=5およびm=4であるアミノ酸誘導体リンカーで置換されている、該sgRNA。
本発明の人工sgRNAの合成方法は、特に制限されず、従来公知の方法が採用できる。例えば、ホスホロアミダイト法およびH−ホスホネート法等があげられる。前記化学合成法は、例えば、市販の自動核酸合成機を使用可能である。前記化学合成法は、一般に、アミダイトが使用される。前記アミダイトは、特に制限されず、市販のアミダイトとして、例えば、RNA Phosphoramidites(2’−O−TBDMSi、商品名、三千里製薬)、ACEアミダイト、TOMアミダイト、CEEアミダイト、CEMアミダイト、TEMアミダイト等があげられる。本発明の人工sgRNAについては、例えば、前記式(I)で表わされるリンカー領域の合成の際、後述する本発明のモノマーを使用することが好ましい。
本発明のモノマーは、核酸合成用のモノマーであって、下記式(IV)の構造を有することを特徴とする。
−P(OR6)(NR7R8)
前記式において、R6は、水素原子または任意の置換基である。置換基R6は、例えば、炭化水素基が好ましく、前記炭化水素基は、電子吸引基で置換されていてもよいし、置換されていなくてもよい。置換基R6は、例えば、ハロゲン、ハロアルキル、ヘテロアリール、ヒドロキシアルキル、アルコキシアルキル、アミノアルキル、シリル、シリルオキシアルキル、ヘテロシクリルアルケニル、ヘテロシクリルアルキル、ヘテロアリールアルキル、および、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アリールアルキル、シクロアルキル、シクロアルケニル、シクロアルキルアルキル、シクリルアルキル等の炭化水素等があげられ、さらに、電子吸引基で置換されていてもよいし、置換されていなくてもよい。置換基R6は、具体的には、例えば、β−シアノエチル基、ニトロフェニルエチル基、メチル基等があげられる。
本発明はまた、上記本発明の人工sgRNAとCas9とを組み合わせてなる、CRISPR/Cas9システムを提供する。
本発明で使用されるCas9は、本発明の人工sgRNAと複合体を形成して、標的二本鎖DNA中の標的ヌクレオチド配列とそれに隣接するproto-spacer adjacent motif(PAM)を認識し結合し得る限り、特に制限はないが、好ましくはStreptococcus pyogenes由来のCas9(SpCas9; PAM配列NGG(NはA、G、T又はC。以下同じ))、本発明の人工sgRNAと複合体を形成し得る限り、ストレプトコッカス・サーモフィラス(Streptococcus thermophilus)由来のCas9(StCas9; PAM配列NNAGAAW)、ナイセリア・メニンギチジス(Neisseria meningitidis)由来のCas9(MmCas9; PAM配列NNNNGATT)等を使用することもできるが、PAMによる制約が少ないSpCas9が特に好ましい(実質2塩基であり、理論上ゲノム上のほぼどこでも標的化することができる)。本発明で用いられるCas9としては、二本鎖DNAの両方の鎖を切断できる野生型Cas9に加え、一方の鎖の切断能を失活したニッカーゼ活性を有するもの(nCas9)も使用可能である。例えば、SpCas9の場合、10番目のAsp残基がAla残基に変換した、sgRNAと相補鎖を形成する鎖の反対鎖の切断能を欠くD10A変異体、あるいは、840番目のHis残基がAla残基で変換した、sgRNAと相補鎖を形成する鎖の切断能を欠くH840A変異体が挙げられるが、これらに限定されない。さらに、使用目的によっては、両方の鎖の切断能を欠く二重変異体(dCas9)を用いることもできる。dCas9やnCas9を用いる具体的な実施態様としては、例えば、dCas9/nCas9に転写調節因子やクロマチン修飾因子を融合させ、標的遺伝子の転写を制御したり、あるいは、蛍光タンパク質を融合させて標的遺伝子座を可視化(ライブイメージング)することなどが挙げられるが、それらに限定されない。
また、Cas9の代わりにCpf1を用いることもできる。Cpf1としては、例えば、フランシセラ・ノヴィシダ(Francisella novicida)由来のCpf1(FnCpf1; PAM配列NTT)、アシダミノコッカス sp.(Acidaminococcus sp.)由来のCpf1(AsCpf1;PAM配列NTTT)、ラクノスピラ科細菌(Lachnospiraceae bacterium)由来のCpf1(LbCpf1; PAM配列NTTT)等が挙げられるが、それらに限定されない。Cpf1の場合も同様に、一方もしくは両方の鎖の切断活性を欠く変異体を用いることもできる。例えば、FnCpf1の場合、917番目のAsp残基がAla残基(D917A)に、あるいは1006番目のGlu残基がAla残基(E1006A)に変換した、両方の鎖の切断能を欠く変異体(dCpf1)を用いることができる。
得られたCas9をコードするDNAは、宿主に応じて、適当な発現ベクターのプロモーターの下流に挿入することができる。発現ベクターの導入は、宿主の種類に応じ、公知の方法(例えば、リゾチーム法、コンピテント法、PEG法、CaCl2共沈殿法、エレクトロポレーション法、マイクロインジェクション法、パーティクルガン法、リポフェクション法、アグロバクテリウム法など)に従って実施することができる。
表1に示すsgRNAを、ホスホロアミダイト法に基づき、核酸合成機(The ABI Expedite(R) 8909 Nucleic Acid Synthesis System,Applied Biosystems)により合成した。前記合成には、RNAアミダイトとしてEMMアミダイト(国際公開第2013/027843号)を用いた(以下同様)。前記アミダイトの脱保護は定法に従って行い、HPLCにより精製した。下記配列中、下線部は標的ヌクレオチド配列に相補的なガイド領域であり、Pにはプロリンジアミドアミダイトを、Kにはリジンジアミドアミダイトを、Xにはグリシルグリシンジアミドアミダイトをそれぞれ導入した。
ヒトKRAS遺伝子(GenBank accession No. NM_004985.3)のG12V変異を有する配列(NCBI Refference Sequence NP_0049762)を組み込んだプラスミドDNA(pCMV6-Entry-KRAS(G12V),OriGene Technologies)を、制限酵素Tth111I(TaKaRa)と添付のプロトコールに従い反応させた。反応終了後定法に従い精製し、終濃度100 ng/μLとなるようにTEバッファー(10 mM Tris-HCl, pH8,1 mM EDTA)に溶解し基質DNAとした。
上記基質DNAを、Cas9 Nuclease, S. pyogenes (New England Biolabs)に添付の試薬を用いてsgRNAおよびCas9と以下のように混合した;
100 ng 基質DNA + 10 ng sgRNA + 0.3 pmol Cas9(全量10μL)
これを37℃で30分間インキュベーションした後、さらに70℃で10分間インキュベーションしCas9を失活させた。その後電気泳動を行い、エチジウムブロマイド染色後ゲルイメージングシステムPXi4(SYNGENE社)を用いバンド強度を測定した。
測定結果を基に、下記の等式により 切断効率を算出した。
Cleavage Efficiency=sum of cleaved band intensities/(sum of the cleaved and uncleaved band intensities)
結果を図1に示す。いずれの人工sgRNAも、天然型sgRNA(SG-0001)と同等の切断効率を示した。
ヒトBCL-2遺伝子(GenBank accession No. NM_000633)を組み込んだプラスミドDNA(pCAGGS-hbcl-2,Iwahashi et.al., Nature, vol 390,pp414-417, 1997)を、制限酵素HindIII(TaKaRa)と添付のプロトコールに従い反応させた。反応終了後定法に従い精製し、終濃度100 ng/μLとなるようにTEバッファー(10 mM Tris-HCl, pH8,1 mM EDTA)に溶解し基質DNAとした。
上記基質DNAを、Cas9 Nuclease, S. pyogenes (New England Biolabs)に添付の試薬を用いてsgRNAおよびCas9と以下のように混合した;
100 ng 基質DNA + 10 ng sgRNA + 0.3 pmol Cas9(全量10μL)
これを37℃で30分間インキュベーションした後、さらに70℃で10分間インキュベーションしCas9を失活させた。その後電気泳動を行い、エチジウムブロマイド染色後ゲルイメージングシステムPXi4(SYNGENE社)を用いバンド強度を測定した。
測定結果を基に、下記の等式により 切断効率を算出した。
Cleavage Efficiency=sum of cleaved band intensities/(sum of the cleaved and uncleaved band intensities)
結果を図2に示す。いずれの人工sgRNAも、天然型sgRNA(SG-0017)と同等もしくはそれ以上の切断効率を示した。
下記スキームに従い、化合物(5)を合成した。
Fmoc-フェニルアラニン(3.0 g, 7.7 mmol)、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(EDC)(1.78 g, 9.3 mmol)、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール一水和物(HOBt)(2.51 g, 18.6 mmol)のアセトニトリル溶液(100 mL)に、4-アミノ-1-ブタノール(0.83 g, 9.3 mmol)を加えて室温で一晩撹拌した。反応終了後、減圧下溶媒留去した。残渣にジクロロメタンを加えて、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄した。洗浄した有機層を無水硫酸ナトリウムにて乾燥後、減圧濃縮し、目的化合物(1)の粗生成物(4.1 g)を得た。
化合物(1)(4.1 g, 8.9 mmol)をピリジンで共沸し、真空乾燥させた。ピリジン(80 mL)に溶解させ、4,4’-ジメトキシトリチルクロライド(4.54 g, 13.4 mmol)を加えて室温にて一晩撹拌した。反応終了後、メタノールを加えて30分間撹拌し、減圧下溶媒留去した。残渣に酢酸エチルを加えて、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄した。洗浄した有機層を無水硫酸ナトリウムにて乾燥後、減圧濃縮し、目的化合物(2)の粗生成物(9.8 g)を得た。
化合物(2)(9.8 g, 12.9 mmol)にN,N-ジメチルホルムアミド(50 mL)及びピペリジン(8.9 mL)を室温で加え、室温で一晩撹拌した。反応終了後、減圧下溶媒留去し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ジクロロメタン:メタノール=20:1、0.05%ピリジン含有)で精製し、目的化合物(3)(3.1 g, 3段階収率74%)を得た。
化合物(3)(3.1 g, 5.8 mmol)をピリジンで共沸し、真空乾燥させた。アルゴン雰囲気下で6-ヒドロキシヘキサン酸(0.91 g, 6.9 mmol)、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(EDC)(1.32 g, 6.9 mmol)、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール一水和物(HOBt)(1.87 g, 13.8 mmol)、及びジクロロメタン(40 mL)を室温で加え、10分間撹拌した後、トリエチルアミン(2.1 g, 20.7 mmol)を加え、室温で一晩撹拌した。得られた残渣にジクロロメタンを加え、飽和重曹水で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄した。洗浄した有機層を無水硫酸ナトリウムにて乾燥後、減圧濃縮した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン:酢酸エチル=1:2、0.05%ピリジン含有)で精製し、目的化合物(4)(2.0 g, 収率53 %)を得た。以下に、化合物(4)の機器分析値を示す。
化合物(4):
1H-NMR(500 MHz, CDCl3) δ: 7.41-7.39(2H, m), 7.30-7.16(12H, m), 6.84-6.80(4H, m), 6.26(1H, d, J=7.4Hz), 5.71-5.69(1H, m), 4.57-4.52(1H, m), 3.79(6H, s), 3.64-3.58(2H, m), 3.18-3.15(1H, m), 3.09-2.93(5H, m), 2.19-2.16(2H, m), 1.64-1.58(2H, m), 1.56-1.50(2H, m), 1.46-1.39(4H, m), 1.36-1.30(2H, m).
化合物(4)(2.0 g, 3.1 mmol)をピリジンで共沸し、真空乾燥させた。つぎに、アセトニトリル(4 mL)とジイソプロピルアンモニウムテトラゾリド(0.63 g, 3.7 mmol)を加え、さらに2−シアノエチル−N,N,N’,N’−テトライソプロピルホスホロジアミダイト(1.1 g, 3.7 mmol)を加え、40℃にて2時間撹拌した。反応終了後、減圧下溶媒留去し、酢酸エチルを加えて飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回ずつ洗浄した。洗浄した有機層を無水硫酸ナトリウムにて乾燥後、減圧濃縮した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン:酢酸エチル=1:1、0.1%トリエチルアミン含有)で精製し、目的化合物(5)(2.4 g, 純度97.5%, 収率92%)を得た。
化合物(5)の機器分析値を示す。
化合物(5):
1H-NMR(500 MHz, CDCl3) δ: 7.41-7.40(2H, m), 7.33-7.16(12H, m), 6.86-6.80(4H, m), 6.28(1H, d, J=7.7 Hz), 5.77(1H, t, J=6.0 Hz), 4.58-4.54(1H, m), 3.87-3.80(1H, m), 3.79-3.74(1H, m), 3.78(6H, s), 3.67-3.53(4H, m), 3.21-3.15(1H, m), 3.10-2.94(5H, m), 2.62(2H, t, J=6.4 Hz), 2.18-2.12(2H, m), 1.64-1.55(4H, m), 1.46-1.39(4H, m), 1.36-1.31(2H, m), 1.17(12H, m).
31P-NMR (202 MHz, CDCl3) δ: 147.95, 147.91
ESI-Mass:871.49 [M+H2O+H]+
下記スキームに従い、化合物(10)を合成した。
Fmoc-ロイシン(3.0 g, 8.5 mmol)、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(EDC)(1.95 g, 10.2 mmol)、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール一水和物(HOBt)(2.75 g, 20.4 mmol)のアセトニトリル溶液(90 mL)に、4-アミノ-1-ブタノール(0.91 g, 10.2 mmol)を加えて室温で一晩撹拌した。反応終了後、減圧下溶媒留去した。残渣にジクロロメタンを加えて、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄した。洗浄した有機層を無水硫酸ナトリウムにて乾燥後、減圧濃縮し、目的化合物(6)の粗生成物(4.42 g)を得た。
化合物(6)(4.42 g, 10.4 mmol)をピリジンで共沸し、真空乾燥させた。ピリジン(80 mL)に溶解させ、4,4’-ジメトキシトリチルクロライド(5.29 g, 15.6 mmol)を加えて室温にて一晩撹拌した。反応終了後、メタノールを加えて30分間撹拌し、減圧下溶媒留去した。残渣に酢酸エチルを加えて、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄した。洗浄した有機層を無水硫酸ナトリウムにて乾燥後、減圧濃縮し、目的化合物(7)の粗生成物(9.51 g)を得た。
化合物(7)(9.51 g, 13.1 mmol)にN,N-ジメチルホルムアミド(40 mL)及びピペリジン(9.0 mL)を室温で加え、室温で一晩撹拌した。反応終了後、減圧下溶媒留去し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ジクロロメタン:メタノール=30:1、0.05%ピリジン含有、およびクロロメタン:メタノール=40:1、0.05%ピリジン含有)で精製し、目的化合物(8)(3.89 g, 3段階収率91%)を得た。
化合物(8)(3.89 g, 7.7 mmol)をピリジンで共沸し、真空乾燥させた。アルゴン雰囲気下で6-ヒドロキシヘキサン酸(1.22 g, 9.2 mmol)、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(EDC)(1.77 g, 9.2 mmol)、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール一水和物(HOBt)(2.50 g, 18.5 mmol)、及びジクロロメタン(50 mL)を室温で加え、10分間撹拌した後、トリエチルアミン(2.81 g, 27.7 mmol)を加え、室温で一晩撹拌した。得られた残渣にジクロロメタンを加え、飽和重曹水で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄した。洗浄した有機層を無水硫酸ナトリウムにて乾燥後、減圧濃縮した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン:酢酸エチル=1:4、0.05%ピリジン含有)で精製し、目的化合物(9)(3.80 g, 収率80 %)を得た。以下に、化合物(9)の機器分析値を示す。
化合物(9):
1H-NMR(500 MHz, CDCl3) δ: 7.42-7.41(2H, m), 7.31-7.27(6H, m), 7.21-7.18(1H, m),6.83-6.80(4H, m), 6.21(1H, t, J=5.7 Hz), 6.05(1H, d, J=8.3 Hz), 4.41-4.36(1H, m), 3.78(6H, s), 3.64-3.59(2H, m), 3.31-3.15(2H, m), 3.06(2H, t, J=6.0 Hz), 2.20(2H, t, J=7.4 Hz), 1.78(1H, t, J=5.5 Hz), 1.68-1.47(10H, m), 1.40-1.34(2H, m), 0.93-0.91(6H, m).
化合物(9)(3.80 g, 6.1 mmol)をピリジンで共沸し、真空乾燥させた。つぎに、アセトニトリル(7.6 mL)とジイソプロピルアンモニウムテトラゾリド(1.26 g, 7.4 mmol)を加え、さらに2−シアノエチル−N,N,N’,N’−テトライソプロピルホスホロジアミダイト(2.22 g, 7.4 mmol)を加え、40℃にて2時間撹拌した。反応終了後、減圧下溶媒留去し、酢酸エチルを加えて飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回ずつ洗浄した。洗浄した有機層を無水硫酸ナトリウムにて乾燥後、減圧濃縮した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン:酢酸エチル=1:1、0.1%トリエチルアミン含有)で精製し、目的化合物(10)(4.80 g, 純度97.5%, 収率95.4%)を得た。以下に、化合物(10)の機器分析値を示す。
化合物(10):
1H-NMR(500 MHz, CDCl3) δ: 7.42-7.40(2H, m), 7.31-7.26(6H, m), 7.21-7.18(1H, m), 6.83-6.81(4H, m), 6.29(1H, t, J=5.6 Hz), 6.09(1H, d, J=8.5 Hz), 4.42-4.37(1H, m), 3.87-3.74(2H, m), 3.78(6H, s), 3.68-3.51(4H, m), 3.29-3.23(1H, m), 3.19-3.14(1H, m), 3.06(2H, t, J=5.7 Hz), 2.62(2H, t, J=6.2 Hz), 2.19(2H, t, J=8.0 Hz), 1.69-1.50(8H, m), 1.40-1.35(2H, m), 1.30-1.21(2H, m), 1.17(12H, m), 0.94-0.91(6H, m).
31P-NMR (202 MHz, CDCl3) δ: 147.95
ESI-Mass:841.47 [M+Na]+
下記スキームに従い、化合物(15)を合成した。
6−ヒドロキシヘキサン酸(1.00 g, 7.6 mmol)とジメチルアミノピリジン(DMAP)(92 mg, 0.8 mmol)のピリジン溶液(25 ml)に4,4’-ジメトキシトリチルクロライド(2.6 g, 7.6 mmol)を加えて室温にて5時間撹拌した。TLCにて原料の消失を確認した後、メタノールを加えて30分間撹拌した。減圧下溶媒留去し、ジクロロメタンを加えて、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で3回洗浄、飽和食塩水で1回洗浄した。有機層を硫酸ナトリウムにて乾燥後、減圧濃縮し、ヘキサンを用いてトリチュレーションを行った。減圧乾燥し、油状粗生成物を得た。その油状粗生成物にジクロロメタン(32 mL)を加え、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(EDC)(2.48 g, 13.0 mmol)、N−ヒドロキシコハク酸イミド(1.49 g, 13.0 mmol)を加えて室温にて一晩撹拌した。反応終了後、減圧下溶媒留去し、酢酸エチルを加えて、飽和炭酸水素ナトリウム溶液で3回洗浄、飽和食塩水で1回洗浄した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧下溶媒留去し、目的化合物(11)の粗生成物(3.40 g)を得た。
Boc-グルタミン酸(OMe)(2.0 g, 7.7 mmol)、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(EDC)(1.76 g, 9.2 mmol)、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール一水和物(HOBt)(2.48 g, 18.4 mmol)のアセトニトリル溶液(40 mL)に、4-アミノ-1-ブタノール(0.82 g, 9.2 mmol)を加えて室温で一晩撹拌した。反応終了後、減圧下溶媒留去した。残渣にジクロロメタンを加えて、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄した。洗浄した有機層を無水硫酸ナトリウムにて乾燥後、減圧濃縮し、目的化合物(12)の粗生成物(2.30 g)を得た。
化合物(12)(2.30 g, 6.9 mmol)に1,4-ジオキサン(23 ml)を加え溶解し、0℃で塩酸(2.3 ml)を加え、室温に戻して30分間撹拌した。反応終了後、減圧下溶媒留去し、イソプロピルエーテルを用いてトリチュレーションを行い減圧乾燥させ、目的化合物(13)の粗生成物(2.06 g)を得た。
化合物(13)(0.93 g, 4.0 mmol)のDMF溶液(9 ml)にトリエチルアミン(0.61 g, 6.0 mmol)、化合物(11)(2.34 g, 4.4 mmol)のDMF溶液(9 ml)を加えて室温で一晩撹拌した。反応終了後、減圧下溶媒留去し、残渣にジクロロメタンを加え、飽和食塩水で3回洗浄した。洗浄した有機層を無水硫酸ナトリウムにて乾燥後、減圧下溶媒留去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル、0.05%ピリジン含有)で精製した。この反応を2回行い目的化合物(14)(0.85 g)を得た。以下に、化合物(14)の機器分析値を示す。
化合物(14):
1H-NMR(500 MHz, CDCl3) δ: 7.43-7.41(2H, m), 7.32-7.26(6H, m), 7.21-7.18(1H, m), 6.87-6.85(1H, m), 6.83-6.80(4H, m), 6.51(1H, d,J=7.3 Hz), 4.43-4.38(1H, m), 3.79(6H, s), 3.67(3H, s), 3.63(2H, d, J=6.1 Hz), 3.28-3.25(2H, m), 3.02(2H, t, J=6.6 Hz), 2.54-2.48(1H, m), 2.38-2.32(1H, m), 2.20-2.17(2H, m), 2.14-2.07(1H, m), 1.96-1.89(1H, m), 1.64-1.53(8H, m), 1.40-1.34(2H, m)
化合物(14)(0.85 g, 1.3 mmol)をピリジンで共沸し、真空乾燥させた。つぎに、アセトニトリル(2.5 mL)とジイソプロピルアンモニウムテトラゾリド(0.27 g, 1.6 mmol)を加え、さらに2−シアノエチル−N,N,N’,N’−テトライソプロピルホスホロジアミダイト(0.47 g, 1.6 mmol)を加え、室温にて2時間撹拌した。反応終了後、減圧下溶媒留去し、酢酸エチルを加えて飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回ずつ洗浄した。洗浄した有機層を無水硫酸ナトリウムにて乾燥後、減圧濃縮した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン:酢酸エチル=1:2、0.1%トリエチルアミン含有)で精製し、目的化合物(15)(0.95 g, 純度92.%, 収率86.4%)を得た。以下に、化合物(15)の機器分析値を示す。
化合物(15):
1H-NMR(500 MHz, CDCl3) δ: 7.43-7.41(2H, m), 7.32-7.26(6H, m), 7.21-7.17(1H, m), 6.83-6.80(4H, m), 6.63-6.60(1H, m), 6.47(1H, d,J=7.4 Hz), 4.44-4.40(1H, m), 3.88-3.82(1H, m), 3.80-3.75(1H, m), 3.78(6H, s), 3.71-3.67(1H, m), 3.66(3H, s), 3.64-3.55(3H, m), 3.31-3.21(2H, m), 3.03(2H, t, J=6.4 Hz), 2.64(2H, t, J=6.4 Hz), 2.53-2.47(1H, m), 2.38-2.32(1H, m), 2.18(2H, t, J=7.5 Hz), 2.14-2.07(1H, m), 1.96-1.89(1H, m), 1.64-1.56(8H, m), 1.41-1.34(2H, m), 1.19-1.16(12H, m).
31P-NMR (202 MHz, CDCl3) δ: 147.89
ESI-Mass:867.49 [M+H2O+H]+
下記スキームに従い、化合物(5a−c)を合成した。
Fmoc-L-プロリン(3.0 g、8.9 mmol)を脱水N,N-ジメチルホルムアミド(50 mL)に溶かした。6-アミノ-1-ヘキサノール(1.3 g、1.2eq)および1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(2.0 g、1.2eq)、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール(3.3g、2.4eq)を加え、アルゴン雰囲気下、室温にて終夜撹拌した。反応終了後、反応混合物を減圧下にて溶媒を留去した。得られた残渣にジクロロメタンを加え、飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄した。有機相を硫酸ナトリウム乾燥後、溶媒留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフ(展開溶媒:ジクロロメタン−メタノール(20:1))に付し、目的物質を2.9 g(収率 75 %)得た。
1H-NMR(CDCl3): δ7.76-7.83(m,2H)、7.50-7.63(m,2H)、7.38-7.43 (m,2H)、7.27-7.34(m,2H),4.54-4.35(m,2H),4.13-4.35(m,2H),3.54-3.63(m,2H)、3.35-3.54(m,2H)、3.17―3.28(m,2H)、1.82-2.07(m,3H)、1.21-1.59(m,9H)
脱水ピリジンを用いて、化合物1a (2.9 g, 6.6 mmol)を共沸乾燥した。残渣を脱水ピリジン(40 mL)に溶かした。0℃にて4,4-ジメトキシトリチルクロリド(DMTrCl) (2.7 g, 1.2 eq.) を加えて室温にて終夜撹拌した。TLCにて原料の消失を確認後、メタノールを加えて30分撹拌した。減圧下にて溶媒留去した。得られた残渣にジクロロメタンを加え、飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄した。有機相を硫酸ナトリウム乾燥後、溶媒留去した。減圧乾燥し、油状物質を5.0 g得た。
化合物2a (5.0g, 6.6 mmol)を脱水N,N-ジメチルホルムアミド(40 mL)に溶かした。ピぺリジン(6.5 mL)を加え、アルゴン雰囲気下、室温にて終夜撹拌した。反応終了後、反応混合物を減圧下にて溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフ(展開溶媒:ジクロロメタン−メタノール(20:1)、0.05% ピリジン)に付し、目的物質を2.6 g(収率 76 %、2段階)得た。
1H-NMR(CDCl3):δ7.44-7.49(m,2H)、7.28-7.38(m, 6H)、7.20-7.26(m, 1H)、6.83-6.88(m,4H)、3.83(s,6H)、3.70(dd,1H,J=9.2Hz,5.2Hz)、3.20(q, 2H,J=6.9Hz)、3.03(t,2H, J=6.6Hz)、2.97-3.00(m,1H)、2.86-2.93(m,1H)、2.10-2.21(m,1H)、1.58-1.97(m,5H)、1.25-1.57(m,6H)
化合物3a (2.5 g、4.8 mmol)をN,N-ジメチルホルムアミド (15 mL)に溶かした。8-ヒドロキシオクタン酸 (0.93 g、1.2eq)および1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(1.1 g、1.2eq)、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール(1.8 g、2.4eq) をN,N-ジメチルホルムアミド (15 mL)に溶かした。0℃で化合物3aのN,N-ジメチルホルムアミド溶液を加え、アルゴン雰囲気下、室温にて終夜撹拌した。反応終了後、反応混合物を減圧下に溶媒を留去した。得られた残渣にジクロロメタンを加え、飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄した。有機相を硫酸ナトリウム乾燥後、溶媒留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフ(展開溶媒:ジクロロメタン−メタノール(40:1)、0.05% ピリジン)に付し、目的物質を2.1 g(収率 71 %)得た。
1H-NMR(CDCl3):δ7.42-7.46(m,2H)、7.26-7.36(m, 6H)、7.16-7.24(m, 1H)、6.81-6.86(m,4H)、3.79(s,6H)、3.58-3.66(m,2H)、3.49-3.56(m,1H)、3.37-3.44(m,1H)、3.10-3.27(m,1H)、3.01 (2H, t, J = 6.6 Hz)、2.29-2.35(m,2H)、1.42-1.71(m,10H)、1.21-1.41(m,12H)
共沸乾燥した化合物4a (2.0 g, 2.6 mmol) のアセトニトリル溶液 (8 mL) に、ジイソプロピルアンモニウムテトラゾリド(DIPAT) (0.64 g, 1.2 eq.)を加えた。2-シアノエトキシ-N,N,N’,N’-テトライソプロピルホスホロジアミダイト (1.1 g, 1.2 eq.) のアセトニトリル溶液 (2 mL)を加え、室温にて2時間撹拌した。ジクロロメタンを加えて飽和重曹水および飽和食塩水で洗浄した。有機相を硫酸ナトリウム乾燥後、溶媒留去した。アミノシリカを用いたカラムクロマトグラフ(展開溶媒:n-ヘキサン−酢酸エチル(1:1)、0.1 %トリエチルアミン)に残渣を付し、目的物質を2.1 g(収率81%)得た。
31P-NMR (CDCl3) : δ=147.821
ESI-Mass m/z:877.55 [M+H2O+H]+, 960.66 [M+TEA+H]+
Fmoc-L-プロリン(3.0 g、8.9 mmol)を脱水N,N-ジメチルホルムアミド(60mL)に溶かした。8-アミノ-1-オクタノール(1.5 g、1.2eq)および1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(2.0 g、1.2eq)、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール(3.3g、2.4eq)を加え、アルゴン雰囲気下、室温にて終夜撹拌した。反応終了後、反応混合物を減圧下にて溶媒を留去した。得られた残渣にジクロロメタンを加え、飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄した。有機相を硫酸ナトリウム乾燥後、溶媒留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフ(展開溶媒:ジクロロメタン−メタノール(20:1))に付し、目的物質を3.0 g(収率 73 %)得た。
1H-NMR(CDCl3): δ7.76-7.83(m,2H)、7.50-7.64(m,2H)、7.39-7.45(m,2H)、7.30-7.36(m,2H),4.58-4.37(m,2H),4.16-4.37(m,2H),3.57-3.65(m,2H)、3.38-3.57(m,2H)、3.10-3.30(m,2H)、1.82-2.07(m,3H)、1.21-1.59(m,13H)
脱水ピリジンを用いて、化合物1b (3.0 g, 6.5 mmol)を共沸乾燥した。残渣を脱水ピリジン(40 mL)に溶かした。0℃にて4,4-ジメトキシトリチルクロリド(DMTrCl) (2.6 g, 1.2 eq.) を加えて室温にて終夜撹拌した。TLCにて原料の消失を確認後、メタノールを加えて30分撹拌した。減圧下にて溶媒留去した。得られた残渣にジクロロメタンを加え、飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄した。有機相を硫酸ナトリウム乾燥後、溶媒留去した。減圧乾燥し、油状物質を5.0 g得た。
化合物2b (5.0g, 6.5mmol)を脱水N,N-ジメチルホルムアミド(40 mL)に溶かした。ピぺリジン(6.4 mL)を加え、アルゴン雰囲気下、室温にて終夜撹拌した。反応終了後、反応混合物を減圧下にて溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフ(展開溶媒:ジクロロメタン−メタノール(15:1)、0.05% ピリジン)に付し、目的物質を2.9 g(収率 83 %、2段階)得た。
1H-NMR(CDCl3):δ7.43-7.47(m,2H)、7.26-7.37(m, 6H)、7.18-7.23(m, 1H)、6.81-6.86(m,4H)、3.80(s,6H)、3.71(dd,1H,J=9.2Hz,5.2Hz)、3.21(q, 2H,J=6.9Hz)、2.97-3.06(m,3H)、2.85-2.91(m,1H)、2.09-2.18(m,1H)、1.87-1.96(m,1H)、1.66-1.74(m,2H)、1.57-1.65(m,2H)、1.44-1.52(m,2H)、1.22-1.38(m,8H)
化合物3b (2.8 g、5.1 mmol)を脱水ジクロロメタン(40 mL)に溶かした。10-ヒドロキシデカン酸(1.2 g、1.2eq)および1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(1.2 g、1.2eq)、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール(1.9g、2.4eq)、トリエチルアミン (2.6 mL) を加え、アルゴン雰囲気下、室温にて終夜撹拌した。反応終了後、反応混合物を減圧下にて溶媒を留去した。得られた残渣にジクロロメタンを加え、飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄した。有機相を硫酸ナトリウム乾燥後、溶媒留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフ(展開溶媒:ジクロロメタン−メタノール(20:1)、0.05% ピリジン)に付し、目的物質を2.5 g(収率 70 %)得た。
1H-NMR(CDCl3):δ7.41-7.45(m,2H)、7.25-7.35(m, 6H)、7.16-7.21(m, 1H)、6.79-6.85(m,4H)、3.79(s,6H)、3.58-3.65(m,2H)、3.48-3.54(m,1H)、3.36-3.43(m,1H)、3.11-3.22(m,1H)、3.01 (2H, t, J = 6.6 Hz)、2.26-2.32(m,2H)、1.50-1.68(m,8H)、1.39-1.49(m,2H)1.19-1.38(m,20H)
共沸乾燥した化合物4b (2.4 g, 3.4 mmol) のアセトニトリル溶液 (8 mL) に、ジイソプロピルアンモニウムテトラゾリド(DIPAT) (0.69 g, 1.2 eq.)を加えた。2-シアノエトキシ-N,N,N’,N’-テトライソプロピルホスホロジアミダイト (1.2 g, 1.2 eq.) のアセトニトリル溶液 (2 mL)を加え、室温にて2時間撹拌した。ジクロロメタンを加えて飽和重曹水および飽和食塩水で洗浄した。有機相を硫酸ナトリウム乾燥後、溶媒留去した。アミノシリカを用いたカラムクロマトグラフ(展開溶媒:n-ヘキサン−酢酸エチル(1:1)、0.1 %トリエチルアミン)に残渣を付し、目的物質を2.4 g(収率80%)得た。
31P-NMR (CDCl3) : δ=147.810
ESI-Mass m/z:937.56 [M+Na]+, 1016.70 [M+TEA+H]+
Fmoc-L-プロリン(3.0 g、8.9 mmol)を脱水アセトニトリル (75 mL)と脱水N,N-ジメチルホルムアミド(15 mL)の混合溶媒に溶かした。10-アミノ-1-デカノール (1.8 g、1.2eq)およびN,N'-ジシクロヘキシルカルボジイミド (2.2 g、1.2eq)、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール(3.3g、2.4eq)を加え、アルゴン雰囲気下、室温にて終夜撹拌した。反応終了後沈殿物をろ別し、ろ液を減圧下にて溶媒を留去した。得られた残渣にジクロロメタンを加え、飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄した。有機相を硫酸ナトリウム乾燥後、溶媒留去した。ジイソプロピルエーテルを用いてトリチレーションを行った。減圧乾燥し、固体物質を4.0 g(収率 93 %)得た。
1H-NMR(CDCl3): δ7.72-7.78(m,2H)、7.50-7.62(m,2H)、7.35-7.42(m,2H)、7.26-7.33(m,2H),4.54-4.33(m,2H),4.12-4.33(m,2H),3.57-3.62(m,2H)、3.34-3.54(m,2H)、3.06-3.26(m,2H)、1.80-2.04(m,3H)、1.13-1.47(m,17H)
脱水ピリジンを用いて、化合物1c (3.9 g, 8.0 mmol)を共沸乾燥した。残渣を脱水ピリジン(50 mL)に溶かした。0℃にて4,4-ジメトキシトリチルクロリド(DMTrCl) (3.2 g, 1.2 eq.) を加えて室温にて終夜撹拌した。TLCにて原料の消失を確認後、メタノールを加えて30分撹拌した。減圧下にて溶媒留去した。得られた残渣にジクロロメタンを加え、飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄した。有機相を硫酸ナトリウム乾燥後、溶媒留去した。減圧乾燥し、油状物質を6.2 g得た。
化合物2c (6.2g, 7.8 mmol)を脱水N,N-ジメチルホルムアミド(50 mL)に溶かした。ピぺリジン(7.7 mL)を加え、アルゴン雰囲気下、室温にて終夜撹拌した。反応終了後、反応混合物を減圧下にて溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフ(展開溶媒:ジクロロメタン−メタノール(15:1)、0.05% ピリジン)に付し、目的物質を3.4 g(収率 76 %、2段階)得た。
1H-NMR(CDCl3):δ7.38-7.42(m,2H)、7.21-7.31(m, 6H)、7.13-7.18(m, 1H)、6.75-6.80(m,4H)、3.79(s,6H)、3.72(dd,1H,J=9.2Hz,5.7Hz)、3.21(q, 2H,J=6.9Hz)、2.98-3.03(m,3H)、2.80-2.88(m,1H)、2.05-2.15(m,1H)、1.83-1.91(m,1H)、1.66-1.74(m,2H)、1.52-1.59(m,2H)、1.38-1.48(m,2H)、1.16-1.34(m,12H)
化合物3c (2.4 g、4.2 mmol)をN,N-ジメチルホルムアミド (20 mL)に溶かした。12-ヒドロキシドデカン酸 (1.1 g、1.2eq)および1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(0.96 g、1.2eq)、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール(1.5g、2.4eq) をN,N-ジメチルホルムアミド (20 mL)に溶かした。0℃で化合物3cのN,N-ジメチルホルムアミド溶液を加え、アルゴン雰囲気下、室温にて終夜撹拌した。反応終了後、反応混合物を減圧下に溶媒を留去した。得られた残渣にジクロロメタンを加え、飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄した。有機相を硫酸ナトリウム乾燥後、溶媒留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフ(展開溶媒:n-ヘキサン−酢酸エチル(1:3)、0.05% ピリジン)に付し、目的物質を2.1 g(収率 66 %)得た。
1H-NMR(CDCl3):δ7.41-7.45(m,2H)、7.25-7.34(m, 6H)、7.17-7.22(m, 1H)、6.79-6.83(m,4H)、3.79(s,6H)、3.58-3.67(m,2H)、3.47-3.56(m,1H)、3.35-3.44(m,1H)、3.09-3.29(m,1H)、3.02 (2H, t, J = 6.6 Hz)、2.25-2.35(m,2H)、1.53-1.65(m,9H)、1.18-1.39(m,29H)
共沸乾燥した化合物4c (2.0 g, 2.6 mmol) のアセトニトリル溶液 (8 mL) に、ジイソプロピルアンモニウムテトラゾリド(DIPAT) (0.53 g, 1.2 eq.)を加えた。2-シアノエトキシ-N,N,N’,N’-テトライソプロピルホスホロジアミダイト (0.94 g, 1.2 eq.) のアセトニトリル溶液 (2 mL)を加え、室温にて2時間撹拌した。ジクロロメタンを加えて飽和重曹水および飽和食塩水で洗浄した。有機相を硫酸ナトリウム乾燥後、溶媒留去した。アミノシリカを用いたカラムクロマトグラフ(展開溶媒:n-ヘキサン−酢酸エチル(1:1)、0.1 %トリエチルアミン)に残渣を付し、目的物質を1.9 g(収率76%)得た。
31P-NMR (CDCl3) : δ=147.821
ESI-Mass m/z:989.67 [M+H2O+H]+, 1072.78 [M+TEA+H]+
実施例2〜5で合成した化合物5、10、15、5a、5b及び5cと、自体公知のプロリンジアミドアミダイト、リジンジアミドアミダイト、グリシンジアミドアミダイト、テレフタル酸ジアミドアミダイト、及びグリシルグリシンジアミドアミダイトを用いて、実施例1と同様の方法で、表2−1〜表4に示すsgRNAを合成した。下記配列中、下線部は標的ヌクレオチド配列に相補的なガイド領域であり、、アミノ酸誘導体リンカーは表5に記載の通り、略称で示している。
ヒトKRAS遺伝子(GenBank accession No. NM_004985.3)のG12V変異を有する配列(NCBI Refference Sequence NP_0049762)を組み込んだプラスミドDNA(pCMV6-Entry-KRAS(G12V),OriGene Technologies)を、制限酵素Tth111I(TaKaRa)と添付のプロトコールに従い反応させた。反応終了後定法に従い精製し,終濃度100 ng/μLとなるようにTEバッファー(10 mM Tris-HCl, pH8,1 mM EDTA)に溶解し基質DNAとした。
上記基質DNAを、Cas9 Nuclease, S. pyogenes (New England Biolabs)に添付の試薬を用いてsgRNAおよびCas9と以下のように混合した;
100 ng 基質DNA + 0.5 ng sgRNA + 0.3 pmol Cas9(全量10μL)
37℃で15分間インキュベーションした後、さらに70℃で10分間インキュベーションしCas9を失活させた。その後電気泳動を行い、エチジウムブロマイド染色後ゲルイメージングシステムPXi4(SYNGENE社)を用いバンド強度を測定した。
測定結果を基に、下記の等式により切断効率を算出した。
Cleavage Efficiency=sum of cleaved band intensities/(sum of the cleaved and uncleaved band intensities)
その結果を図3〜6に示す。ゲル下の数値は上記計算式により求めた切断効率を表している。さらに、参考例である天然型sgRNA(SG-0001)の切断効率を1としたときの本実施例の人工sgRNAの相対切断効率を図7に示した。
本実施例の人工sgRNAの多くは、参考例である天然型sgRNAと同等以上の切断効率を示し、各部位のアミノ酸誘導体による置換が有効であることがわかった。
ヒトBCL-2遺伝子(GenBank accession No. NM_000633)を組み込んだプラスミドDNA(pCAGGSHB2)を、制限酵素HindIII(TaKaRa)と添付のプロトコールに従い反応させた。反応終了後定法に従い精製し、終濃度100 ng/μLとなるようにTEバッファー(10 mM Tris-HCl, pH8,1 mM EDTA)に溶解し基質DNAとした。
上記基質DNAを、Cas9 Nuclease, S. pyogenes (NewEnglandBiolabs)に添付の試薬を用いてsgRNAおよびCas9と以下のように混合した;
100 ng 基質DNA + 10 ng sgRNA + 0.3 pmol Cas9 (全量10μL)
37℃で30分間インキュベーションした後、さらに70℃で10分間インキュベーションしCas9を失活させた。その後電気泳動を行い、エチジウムブロマイド染色後ゲルイメージングシステムPXi4(SYNGENE社)を用いバンド強度を測定した。
測定結果を基に、下記の等式により切断効率を算出した。
Cleavage Efficiency=sum of cleaved band intensities/(sum of the cleaved and uncleaved band intensities)
その結果を図8に示す。ゲル下の数値は上記計算式により求めた切断効率を表している。さらに、参考例である天然型sgRNA(SG-0017)の切断効率を1としたときの本実施例の人工sgRNAの相対切断効率を図9に示した。
本実施例の人工sgRNAは、参考例である天然型sgRNAと同等以上の切断効率を示し、各部位のアミノ酸誘導体による置換が有効であることがわかった。
ヒトBRAF遺伝子(GenBank accession No. NM_004333)のV600E変異を有する配列を組み込んだプラスミドDNA(pCMV6-Entry-BRAF(V600E),OriGene Technologies)を、制限酵素Tth111I(TaKaRa)と添付のプロトコールに従い反応させた。反応終了後定法に従い精製し、終濃度100 ng/μLとなるようにTEバッファー(10 mM Tris-HCl, pH8,1 mM EDTA)に溶解し基質DNAとした。
上記基質DNAを、Cas9 Nuclease, S. pyogenes (New England Biolabs)に添付の試薬を用いてsgRNAおよびCas9と以下のように混合した;
100 ng 基質DNA + 0.5ng sgRNA + 0.3 pmol Cas9(全量10μL)
37℃で15分間インキュベーションした後、さらに70℃で10分間インキュベーションしCas9を失活させた。その後電気泳動を行い、エチジウムブロマイド染色後ゲルイメージングシステムPXi4(SYNGENE社)を用いバンド強度を測定した。
測定結果を基に、下記の等式により切断効率を算出した。
Cleavage Efficiency=sum of cleaved band intensities/(sum of the cleaved and uncleaved band intensities)
その結果を図10に示す。ゲル下の数値は上記計算式により求めた切断効率を表している。さらに、参考例である天然型sgRNA(SG-0090)の切断効率を1としたときの本実施例の人工sgRNAの相対切断効率を図11に示した。
本実施例の人工sgRNAは、参考例である天然型sgRNAと同等以上の切断効率を示し、各部位のアミノ酸誘導体による置換が有効であることがわかった。
Jurkat細胞 (2×105個)をマイクロチューブに採取しPBSで洗浄した後、6 μg GeneArt Platinum Cas9 Nuclease (Thermo Fisher Scientific社)と1.2 μg sgRNAをNeon 10 μL tip(Thermo Fisher Scientific社)付属のReSuspension buffer Rに加えた被験物質溶液10 μLを用いて細胞を懸濁した。細胞懸濁液をNeon 10 μL tipに吸引し、Pulse Voltage 1700V, Pulse Width 20 ms, Pulse Number 1回の条件下でエレクトロポレーターNeon (Thermo Fisher Scientific社)を用いてトランスフェクションを行った。得られた細胞を10% Fetal Bovine Serum (MP Biomedicals)を含むRPMI1640 Medium (Thermo Fisher Scientific社) 500 μLを用いて24-well Dish(Thermo Fisher Scientific社)に播種した。37℃、5%CO2下で48時間培養後細胞を回収しPBSで洗浄した後、GeneArt(登録商標) Genomic Cleavage Detection Kit (Thermo Fisher Scientific社)を用いてゲノムDNAを精製した。得られたゲノムDNAの一部を鋳型として、ヒトBCL-2遺伝子増幅用プライマーセット:5’-ATCAAGTGTTCCGCGTGATTGAAGA-3’ / 5’- CTCACATCACCAAGTGCACCTACCC-3’を用いて、GeneArt(登録商標) Genomic Cleavage Detection Kit添付のプロトコールに従いPCRを行った。得られたPCR産物を用い、GeneArt(登録商標) Genomic Cleavage Detection Kitに添付のプロトコールに従い染色体in-del検出反応を行った後アガロースゲル電気泳動を行い、エチジウムブロマイド染色したゲルについてゲルイメージングシステムPXi4(SYNGENE社)を用いバンド強度を測定した。
測定結果を基に、下記の等式により切断効率を算出した。
Cleavage Efficiency= 1- [(1-fraction cleaved) 1/2]
Fraction Cleaved= sum of cleaved band intensities/(sum of the cleaved and parental band intensities)
その結果を図12に示す。ゲル下の数値は上記計算式により求めた切断効率を表している。さらに、参考例である天然型sgRNA(SG-0017)の切断効率を1としたときの本実施例の人工sgRNAの相対切断効率を図13に示した。
本実施例の人工sgRNAの中には、細胞内においても、参考例である天然型sgRNAと同等以上の切断効率を示すものがあった。
A-375細胞 (5.6×104個)をマイクロチューブに採取しPBSで洗浄した後、6 μg GeneArt Platinum Cas9 Nuclease (Thermo Fisher Scientific社)と1.2 μg sgRNAをNeon 10 μL tip(Thermo Fisher Scientific社)付属のReSuspension buffer Rに加えた被験物質溶液10 μLで細胞を懸濁した。細胞懸濁液をNeon 10 μL tipに吸引し、Pulse Voltage 1400V, Pulse Width 20 ms, Pulse Number 2回の条件下でエレクトロポレーターNeon (Thermo Fisher Scientific社)を用いてトランスフェクションを行った。得られた細胞を10% Fetal Bovine Serum (MP Biomedicals)を含むDulbecco’s Modified Eagle’s Medium (High Glucose) (Sigma Aldrich社) 500 μLを用いて24-well Dish(Thermo Fisher Scientific社)に播種した。37℃、5%CO2下で48時間培養後細胞をPBSで洗浄した後、GeneArt(登録商標) Genomic Cleavage Detection Kit (Thermo Fisher Scientific社)を用いてゲノムDNAを精製した。得られたゲノムDNAの一部を鋳型として、ヒトBRAF遺伝子増幅用プライマーセット:5’-CGCCCAGGAGTGCCAAGAGAATATC-3’ / 5’- CAGCAGCATCTCAGGGCCAAAAAT-3’を用いて、GeneArt(登録商標) Genomic Cleavage Detection Kit添付のプロトコールに従いPCRを行った。得られたPCR産物を用い、GeneArt(登録商標) Genomic Cleavage Detection Kitに添付のプロトコールに従い染色体in-del検出反応を行った後アガロースゲル電気泳動を行い、エチジウムブロマイド染色したゲルについてゲルイメージングシステムPXi4(SYNGENE社)を用いバンド強度を測定した。
測定結果を基に、下記の等式により切断効率を算出した。
Cleavage Efficiency= 1- [(1-fraction cleaved) 1/2]
Fraction Cleaved= sum of cleaved band intensities/(sum of the cleaved and parental band intensities)
その結果を図14に示す。ゲル下の数値は上記計算式により求めた切断効率を表している。さらに、参考例である天然型sgRNA(SG-0090)の切断効率を1としたときの本実施例の人工sgRNAの相対切断効率を図15に示した。
本実施例の人工sgRNAの中には、細胞内においても、参考例である天然型sgRNAと同等以上の切断効率を示すものがあった。
ここで述べられた特許および特許出願明細書を含む全ての刊行物に記載された内容は、ここに引用されたことによって、その全てが明示されたと同程度に本明細書に組み込まれるものである。
本出願は、2016年1月30日付で日本国に出願された特願2016-016743を基礎としており、ここで言及することによりその内容は全て本明細書に包含される。
Claims (16)
- (1)下式(A):
[式(A)中、Xaは、下式(II−1)〜(II−9):
(各式中、nおよびmは、それぞれ独立して、0〜15の整数であり、qは0〜10の整数である。)、あるいは、下式(III−1)〜(III−3):
(各式中、nおよびmは、それぞれ独立して、0〜15の整数である。)のいずれかで表され、
式(A)中、Xb及びYは、それぞれ独立して、1ないし5個の任意のヌクレオチドリンカーであり、
式(A)中、Xc及びXdは、存在せず、
式(A)中、(n)20は、それぞれ独立してA、G、CまたはUである20±5個のヌクレオチド残基からなるヌクレオチド配列である。]で表わされる、単一ガイドRNA、あるいは
(2)前記式(A)において、(n)20を除く領域で1ないし数個のヌクレオチド残基が置換、欠失、挿入もしくは付加され、かつCas9タンパク質と複合体を形成して前記(n)20に相補的な標的ヌクレオチド配列を含む二本鎖DNAを認識する活性を有する、単一ガイドRNA。 - 前記Xaが、前記式(II−8)で表され、該式中、n=5およびm=4、n=7およびm=6、n=9およびm=8、またはn=11およびm=10である、請求項1記載の単一ガイドRNA。
- 前記Xaが、前記式(III−1)〜(III−3)(各式中、n=5およびm=4である)のいずれかで表される、請求項1記載の単一ガイドRNA。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の単一ガイドRNAと、Cas9とを組み合わせてなる、CRISPR/Cas9システム。
- Cas9がStreptococcus pyogenes由来である、請求項4記載のCRISPR/Cas9システム。
- Cas9が、タンパク質、それをコードするmRNAまたはそれをコードするDNAを含む発現ベクターの形態である、請求項4または5記載のCRISPR/Cas9システム。
- 請求項4〜6のいずれか一項に記載のCRISPR/Cas9システムを、標的二本鎖DNAに接触させることを含む、該二本鎖DNAの認識方法であって、該標的二本鎖DNAがヒトDNAの場合、該接触はヒト体内への該CRISPR/Cas9システムの投与を含まない、方法。
- Cas9タンパク質が二本鎖DNA切断活性を有する、請求項7記載の方法。
- 前記二本鎖DNAの切断が細胞内で行われる、請求項8記載の方法。
- 標的遺伝子をノックアウトするための、請求項9記載の方法。
- 標的遺伝子内の塩基を改変するか、あるいは該遺伝子内に外因性遺伝子を挿入するための、請求項9記載の方法。
- 核酸分子合成用のモノマーであって、下記式(IV−1)〜(IV−3):
(各式中、R11およびR21は、それぞれ独立して、水素原子、保護基またはリン酸保護基であり、n=5およびm=4である。)のいずれかで表される、モノマー。 - 核酸分子の製造方法であって、請求項12記載のモノマーを使用することを特徴とする、方法。
- 前記核酸分子が、請求項1〜3のいずれか一項に記載の単一ガイドRNAである、請求項13記載の方法。
- 核酸分子の製造のための、請求項12記載のモノマーの使用。
- 前記核酸分子が、請求項1〜3のいずれか一項に記載の単一ガイドRNAである、請求項15記載の使用。
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