JP7029138B2 - A method for producing a linked nucleic acid fragment, a linked nucleic acid fragment, and a library composed of the linked nucleic acid fragment. - Google Patents

A method for producing a linked nucleic acid fragment, a linked nucleic acid fragment, and a library composed of the linked nucleic acid fragment. Download PDF

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本発明は、連結核酸断片の製造方法、連結核酸断片、及びこれらの連結核酸断片から構成されるライブラリに関する。 The present invention relates to a method for producing a linked nucleic acid fragment, a linked nucleic acid fragment, and a library composed of these linked nucleic acid fragments.

機能性タンパクの開発は、医薬品、食品、研究開発用試薬等様々な分野において進められている。このような機能性タンパクの開発において、様々なタンパク質、ペプチド等の機能分子の集団(ライブラリ)の中から目的の機能をもったペプチドやタンパク質分子を選択するための「進化工学」と呼ばれる技術が開発されている。かかる技術の中でも、機能のあるペプチド分子を選択し、それに対応するDNAやRNA等の核酸の断片をこれらの分子に連結させて増幅させた後にシーケンシングによってそれらの配列を読み取る、というディスプレイ技術が知られている。 Development of functional proteins is underway in various fields such as pharmaceuticals, foods, and reagents for research and development. In the development of such functional proteins, a technique called "evolutionary engineering" for selecting peptides and protein molecules having a desired function from a group (library) of functional molecules such as various proteins and peptides is available. Has been developed. Among such technologies, there is a display technology in which functional peptide molecules are selected, corresponding nucleic acid fragments such as DNA and RNA are linked to these molecules, amplified, and then their sequences are read by sequencing. Are known.

これらディスプレイ技術等で用いられる核酸断片は以下のような方法で製造される。すなわち、まず鋳型となる核酸から、プライマーを用いてポリメラーゼ連鎖反応(以下、「PCR」と略すことがある。)を行うことで特定の遺伝配列を部分的に持つ核酸断片を複製し、さらにこれらの核酸断片を連結することで複数の遺伝子配列を有する連結核酸断片として製造される。 Nucleic acid fragments used in these display technologies and the like are produced by the following methods. That is, first, a nucleic acid fragment having a specific genetic sequence is replicated by performing a polymerase chain reaction (hereinafter, may be abbreviated as "PCR") from a nucleic acid as a template using a primer, and further these. By ligating the nucleic acid fragments of the above, it is produced as a ligated nucleic acid fragment having a plurality of gene sequences.

核酸断片を連結する技術としては、例えば、特許文献1に、制限酵素で各核酸断片の端部に突出末端を形成する技術が開示されている(以下、「先行技術1」という)。制限酵素は、特定の塩基配列を認識してその箇所(以下、「認識塩基配列」という。)を特異的に切断する酵素である。その認識塩基配列は4塩基~6塩基対と比較的短い。そのため、長鎖の核酸分子中には、対応する認識塩基配列が一定の確率で確実に存在するため、様々な核酸分子で突出末端を形成できるというメリットがある。
その一方で、長鎖の核酸分子中には、対応する認識塩基配列が一定の確率で確実に存在するため、望ましくない部分で核酸断片が切断されることもある。
As a technique for linking nucleic acid fragments, for example, Patent Document 1 discloses a technique for forming a protruding end at the end of each nucleic acid fragment with a restriction enzyme (hereinafter referred to as "prior art 1"). A restriction enzyme is an enzyme that recognizes a specific base sequence and specifically cleaves the site (hereinafter referred to as "recognized base sequence"). Its recognition base sequence is relatively short, 4 to 6 base pairs. Therefore, since the corresponding recognition base sequence is surely present in the long-chain nucleic acid molecule with a certain probability, there is an advantage that the protruding end can be formed by various nucleic acid molecules.
On the other hand, since the corresponding recognition base sequence is surely present in the long-chain nucleic acid molecule with a certain probability, the nucleic acid fragment may be cleaved at an undesired portion.

また、制限酵素で形成される突出末端の突出した塩基数が比較的短いため、つなぎ合わせるはずではない断片同士が連結されることもある。また、長い断片が形成された場合には、同じ断片の3’側の突出末端と、5’側の突出末端とが連結されてしまい、環状となることもある。すなわち、制限酵素を用いると、連結時のつなぎ間違いが起きやすく、所望の配列を有する連結断片を得ることは難しい。
このため、一段階で、精度良く目的とする連結核酸断片を得るためには、連結しようとする断片を連結して精製し、次に連結しようとする断片と連結して精製するという作業を繰り返して行う段階的処理が必要となり、作業が煩雑で効率が悪く、コストも高いという問題がある。
In addition, since the number of protruding bases at the protruding ends formed by restriction enzymes is relatively short, fragments that should not be joined may be linked. Further, when a long fragment is formed, the protruding end on the 3'side and the protruding end on the 5'side of the same fragment may be connected to form a ring. That is, when a restriction enzyme is used, it is easy to make a connection error at the time of ligation, and it is difficult to obtain a ligation fragment having a desired sequence.
Therefore, in order to obtain the desired linked nucleic acid fragment with high accuracy in one step, the work of ligating and purifying the fragment to be ligated and then ligating and purifying with the fragment to be ligated is repeated. There is a problem that the work is complicated, inefficient, and costly.

また、新規機能分子を創生するためには、連結核酸断片にランダム変異が挿入されたランダム配列領域を持たせることが重要である。例えば、特許文献2には、フタコブラクダ、ヒトコブラクダ及びラマ等のラクダ科動物の軽鎖を持たない特殊な抗体のVHH(Variable domain of the heavy-chain of heavy-chain antibody)の領域に変異を導入する技術が提案されている(以下、「先行技術2」という。)。この特殊な抗体は、分子量が小さく、熱安定性も高く、タンパク質工学による改変も抗体分子に比べれば容易に行うことができる等の多くの利点を有するため、様々な分野での利用が期待されている。
しかし、天然のVHHには分子量が1,000以下の低分子化合物を認識し、特異的に結合することができないという問題がある。このため、先行技術2は、前記ラクダ抗体のVHH領域をコードするDNAの領域に変異を導入することで、分子量が1,000以下の低分子に対する高分子とも結合し得る抗体をコードするDNAライブラリを作製する技術を開示している。
In addition, in order to create a novel functional molecule, it is important to have a random sequence region in which a random mutation is inserted in the linked nucleic acid fragment. For example, in Patent Document 2, a mutation is introduced into the VHH (Variable domain of the heavy-chain of heavy-chain antibody) region of a special antibody having no light chain of camelids such as Bactrian camel, dromedary and llama. A technology has been proposed (hereinafter referred to as "advanced technology 2"). This special antibody has many advantages such as small molecular weight, high thermal stability, and easy modification by protein engineering compared to antibody molecules, so it is expected to be used in various fields. ing.
However, natural VHH has a problem that it cannot recognize low molecular weight compounds having a molecular weight of 1,000 or less and specifically bind them. Therefore, the prior art 2 is a DNA library encoding an antibody capable of binding to a polymer for a small molecule having a molecular weight of 1,000 or less by introducing a mutation into the region of DNA encoding the VHH region of the camel antibody. Discloses the technology for producing.

しかし、ランダム変異を導入された核酸断片から連結核酸断片を得る際に制限酵素を使用した場合、例えば、ランダム変異が導入された配列に認識塩基配列が含まれていると、当該箇所が制限酵素によって切断されてしまうため、以下のような問題が生じる。すなわち、(1)設計通りの配列を有する連結核酸断片が得られず、機能を有するタンパク質が生成されない、(2)制限酵素による切断によって読み枠がずれてしまい、生成されたタンパク質が機能を喪失している、(3)以上のような現象が生じることにより、ライブラリデザインの自由度が低くなって多様性の維持が難しくなるためライブラリの質が低下する、(4)ライブラリデザインの自由度が制限される、といった問題も生じ得る。 However, when a restriction enzyme is used to obtain a ligated nucleic acid fragment from a nucleic acid fragment into which a random mutation has been introduced, for example, if the sequence into which the random mutation has been introduced contains a recognition base sequence, the relevant site is the restriction enzyme. Because it is disconnected by, the following problems occur. That is, (1) a linked nucleic acid fragment having the sequence as designed cannot be obtained, and a protein having a function is not produced. (2) the reading frame is shifted due to cleavage by a restriction enzyme, and the produced protein loses its function. (3) When the above phenomena occur, the degree of freedom in library design becomes low and it becomes difficult to maintain diversity, so the quality of the library deteriorates. (4) The degree of freedom in library design Problems such as being restricted can also occur.

非特許文献1には、プラスミドベクターに導入するDNA断片を作製する際に、PCR反応で使用するプライマーにイノシンを導入し、さらに、制限酵素の代わりに核酸分解酵素Endonuclease Vを用いて断片の末端に突出末端を形成する技術が開示されている(以下、「先行技術3」という。)。ここで、Endonuclease Vはイノシンを認識して、イノシンから特定の塩基数離れた位置にあるホスホジエステル結合を切断する酵素である。
この性質を利用すると、プラスミドベクターに導入したい目的の配列領域以外の部分にイノシンを導入しておくことにより、確実にプラスミドベクターへ導入する目的の配列領域を切り出すことができる。しかしながら、先行技術3は、DNA断片をそのままプラスミドベクターに導入する技術であり、DNA断片同士を効率よく連結するものではない。
In Non-Patent Document 1, inosine is introduced into the primer used in the PCR reaction when preparing a DNA fragment to be introduced into a plasmid vector, and the nucleolytic enzyme Endonuclease V is used instead of the restriction enzyme to end the fragment. Discloses a technique for forming a protruding end (hereinafter referred to as "advanced technique 3"). Here, Endonuclease V is an enzyme that recognizes inosine and cleaves the phosphodiester bond at a position separated from inosine by a specific number of bases.
By utilizing this property, by introducing inosine into a portion other than the target sequence region to be introduced into the plasmid vector, the target sequence region to be introduced into the plasmid vector can be reliably cut out. However, the prior art 3 is a technique for introducing a DNA fragment into a plasmid vector as it is, and does not efficiently connect the DNA fragments to each other.

特願2014-236045号公報Japanese Patent Application No. 2014-236045 特開2016-44126号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-44126

Baumann et al. BMC Biotechnology 2013, 13:81Baumann et al. BMC Biotechnology 2013, 13:81

本発明が解決しようとする課題は、目的とする遺伝子配列領域を含む連結核酸断片を効率よく且つ精度よく得られる連結核酸断片の製造方法を提供すること、及び、目的とする遺伝子配列領域を精度良く含む連結核酸断片並びにこれらの連結核酸断片から構成されるライブラリを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a linked nucleic acid fragment that can efficiently and accurately obtain a linked nucleic acid fragment containing a target gene sequence region, and to obtain a target gene sequence region with accuracy. It is an object of the present invention to provide a well-containing linked nucleic acid fragment and a library composed of these linked nucleic acid fragments.

本発明の発明者らは、以上のような状況の下で鋭意研究を進め、本願発明を完成したものである。
すなわち、本発明は、特定の遺伝子配列領域を含む鋳型核酸と、任意の位置にイノシンが導入されたプライマーとを用いてポリメラーゼ連鎖反応を行うことで前記特定の遺伝子配列領域に対応する配列領域を含む複数の核酸断片を複製する複製工程と;前記核酸断片の端部において、イノシンを認識して特定位置のホスホジエステル結合を分解する酵素を用いて、異なる塩基数の突出末端を形成する突出末端形成工程と;前記突出末端において、一致する塩基数の突出末端同士をホスホジエステル結合で連結する酵素を用いて核酸断片同士を連結して、複数の連結核酸断片を製造する連結工程と、を含む制限酵素非依存性連結核酸断片の製造方法である。
The inventors of the present invention have completed the present invention by proceeding with diligent research under the above circumstances.
That is, in the present invention, a sequence region corresponding to the specific gene sequence region is obtained by performing a polymerase chain reaction using a template nucleic acid containing a specific gene sequence region and a primer in which inosin is introduced at an arbitrary position. A replication step that replicates multiple nucleic acid fragments, including; a protruding end that forms a protruding end with a different number of bases at the end of the nucleic acid fragment using an enzyme that recognizes inosin and breaks down phosphodiester bonds at specific positions. The formation step; includes a linking step of linking nucleic acid fragments to each other using an enzyme that links the protruding ends having the same number of bases with a phosphodiester bond to produce a plurality of linked nucleic acid fragments. A method for producing a restriction enzyme-independent linked nucleic acid fragment.

ここで、前記連結工程において、異なる塩基数の突出末端が形成された核酸断片同士を一段階で連結することが好ましい。また、前記突出末端の塩基数は、3塩基以上12塩基以下であって、異なる塩基数が突出する突出末端の塩基数の差が2塩基以上であることが好ましい。 Here, in the ligation step, it is preferable to ligate nucleic acid fragments having protruding ends having different base numbers in one step. Further, it is preferable that the number of bases at the protruding end is 3 or more and 12 or less, and the difference in the number of bases at the protruding end with different bases is 2 or more.

前記イノシンの導入位置は、アミノ酸に対応するトリプレット配列の第三塩基にあたる位置であって、前記トリプレット配列は第三塩基が変化しても同一のアミノ酸に対応しているトリプレット配列であるように前記プライマーを設計するプライマー設計工程をさらに含むことが好ましい。 The introduction position of the inosin is a position corresponding to the third base of the triplet sequence corresponding to the amino acid, and the triplet sequence is a triplet sequence corresponding to the same amino acid even if the third base is changed. It is preferable to further include a primer design step for designing the primer.

そして、前記特定の遺伝子配列領域に対応する配列領域は、ランダム変異が挿入されたランダム領域であることが好ましい。ここで使用する、イノシンを認識して特定位置のホスホジエステル結合を分解する酵素は、Endonuclease V、及びT4ピリミジンダイマーグリコシラーゼ(PDG)からなる群から選択されるいずれかの酵素であることが好ましい。 The sequence region corresponding to the specific gene sequence region is preferably a random region into which a random mutation is inserted. The enzyme used here that recognizes inosine and degrades the phosphodiester bond at a specific position is preferably any enzyme selected from the group consisting of Endonuclease V and T4 pyrimidine dimer glycosylase (PDG).

また、前記ホスホジエステル結合で連結する酵素は、Taq DNAリガーゼ、T4 DNA リガーゼ及び E. coli DNA リガーゼからなる群から選択されるいずれかの酵素であることが好ましい。さらに、前記複製工程において、イノシンを認識するDNAポリメラーゼを使用することが好ましく、前記DNAポリメラーゼは、KOD DNAポリメラーゼ、KOD -Multi & Epi-及び KOD DNAポリメラーゼ、及びTaKaRa Taqからなる群から選択されるいずれかの酵素であることが好ましい。 The enzyme linked by the phosphodiester bond is preferably any enzyme selected from the group consisting of Taq DNA ligase, T4 DNA ligase and E. coli DNA ligase. Further, in the replication step, it is preferable to use a DNA polymerase that recognizes inosin, and the DNA polymerase is selected from the group consisting of KOD DNA polymerase, KOD-Multi & Epi- and KOD DNA polymerase, and TaKaRa Taq. It is preferably either enzyme.

前記鋳型核酸は、抗体をコードするDNA配列であることが好ましく、前記特定の遺伝子配列領域は、抗体の相補決定領域をコードする配列領域であることが好ましい。また、前記特定の遺伝子配列領域は、長さの等しい複数の相補決定領域であることが好ましい。
The template nucleic acid is preferably a DNA sequence encoding an antibody, and the specific gene sequence region is preferably a sequence region encoding a complementarity determining region of an antibody. Further, the specific gene sequence region is preferably a plurality of complementarity determining regions having the same length.

本発明の別の態様は、配列表の配列番号15で表されるヌクレオチド配列によりコードされる連結ペプチドで構成される連結ペプチドライブラリであって、配列番号15において、r, b, d, v, k, s, h及びsは、混合塩基であり、rはA、T、G及びCの出現率が25%であることを表し;bはT及びCの出現率が50%であることを表し;dはT及びGの出現率が19%、C及びAの出現率が27%であることを表し;vは、T、C及びAの出現率は28%であることを表し、Gの出現率は16%であることを表し;kは、Tの出現率が13%、Cの出現率が20%、Aの出現率が35%、Gの出現率が32%であることを表し;hは、Tの出現率が13%、Cの出現率が20%、Aの出現率が35%、Gの出現率が32%であることを表し;sはT及びCの出現率が37%であり、Gの出現率が26%である連結ペプチドライブラリを表す。また、本発明のさらに別の態様は、配列表の配列番号20~59で表されるアミノ酸配列を有するペプチドで構成されることを特徴とする、連結ペプチドライブラリである
また、本発明のさらにまた別の態様は、配列表の配列番号15で表されるヌクレオチド配列を有する核酸断片で構成される連結核酸断片ライブラリである。ここで、配列番号15中のr, b, d, v, k, s, h及びsは、上記と同様である。
本発明のまた別の態様は、配列表の配列番号20~59で表されるアミノ酸配列を有するペプチドコードする核酸断片で構成されることを特徴とする、連結核酸断片ライブラリである。
Another aspect of the present invention is a ligated peptide library composed of a ligated peptide encoded by the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 15 in the sequence listing, wherein in SEQ ID NO: 15, r, b, d, v, k, s, h and s are mixed bases, r means that the appearance rate of A, T, G and C is 25%; b means that the appearance rate of T and C is 50%. Representation; d means that the appearance rate of T and G is 19%, and the appearance rate of C and A is 27%; v means that the appearance rate of T, C and A is 28%, and G The appearance rate of is 16%; k means that the appearance rate of T is 13%, the appearance rate of C is 20%, the appearance rate of A is 35%, and the appearance rate of G is 32%. Representation; h means that the appearance rate of T is 13%, the appearance rate of C is 20%, the appearance rate of A is 35%, and the appearance rate of G is 32%; s is the appearance rate of T and C. Represents a linked peptide library with 37% and an appearance rate of G of 26%. Yet another aspect of the present invention is a ligated peptide library characterized by being composed of peptides having the amino acid sequences represented by SEQ ID NOs: 20 to 59 in the sequence listing .
Yet another embodiment of the present invention is a linked nucleic acid fragment library composed of nucleic acid fragments having the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 15 in the sequence listing. Here, r, b, d, v, k, s, h and s in SEQ ID NO: 15 are the same as above.
Another aspect of the present invention is a ligated nucleic acid fragment library comprising composed of peptide-encoding nucleic acid fragments having the amino acid sequences represented by SEQ ID NOs: 20-59 in the sequence listing.

本発明によれば、連結核酸断片を効率よく且つ精度よく得られる連結核酸断片の製造方法を提供すること、及び、効率よく得られ且つ精度の高い連結核酸断片並びにこれらの連結核酸断片から構成されるライブラリを提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a method for producing a linked nucleic acid fragment capable of efficiently and accurately obtaining a linked nucleic acid fragment is provided, and the linked nucleic acid fragment is composed of an efficiently obtained and highly accurate linked nucleic acid fragment and these linked nucleic acid fragments. Library can be provided.

図1は、本実施形態の連結核酸断片の製造方法の概要を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of a method for producing a linked nucleic acid fragment of the present embodiment. 図2は従来の抗体とラクダ抗体との構造の差異を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a structural difference between a conventional antibody and a camel antibody. 図3は、DNA中のイノシンの構造とEndonuclease Vの切断箇所を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of inosine in DNA and the cleavage site of Endonuclease V. 図4は、トリプレット配列のうちにおいて第三塩基が変化しても同一のアミノ酸に対応しているトリプレット配列を示す表である。FIG. 4 is a table showing triplet sequences corresponding to the same amino acids even if the third base is changed in the triplet sequence.

図5は、実施例の鋳型核酸〈鋳型DNA)の製造方法の概要を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an outline of a method for producing a template nucleic acid (template DNA) of an example. 図6は、実施例の鋳型核酸〈鋳型DNA)の構造を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing the structure of the template nucleic acid (template DNA) of the example. 図7は、得られた鋳型DNAをゲル電気泳動にかけた結果を示すゲル電気泳動写真である。FIG. 7 is a gel electrophoresis photograph showing the results of gel electrophoresis of the obtained template DNA. 図8は、実施例の1st DNA断片の作製方法の概要を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an outline of a method for producing the 1st DNA fragment of the example.

図9は、実施例の2nd DNA断片の作製方法の概要を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an outline of a method for producing a 2nd DNA fragment of an example. 図10は、実施例の3rd DNA断片の作製方法の概要を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an outline of a method for producing a 3rd DNA fragment of an example. 図11は、実施例の4th DNA断片の作製方法の概要を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an outline of a method for producing a 4th DNA fragment of an example. 図12は、各DNA断片をゲル電気泳動にかけた結果を示すゲル電気泳動写真である。FIG. 12 is a gel electrophoresis photograph showing the results of gel electrophoresis of each DNA fragment.

図13は、突出末端を形成した1st DNA断片をゲル電気泳動にかけた結果を示すゲル電気泳動写真である。FIG. 13 is a gel electrophoresis photograph showing the results of gel electrophoresis of the 1st DNA fragment having a protruding end. 図14は、突出末端を形成した4th DNA断片をゲル電気泳動にかけた結果を示すゲル電気泳動写真である。FIG. 14 is a gel electrophoresis photograph showing the results of gel electrophoresis of a 4th DNA fragment having a protruding end. 図15は、突出末端を形成した2nd DNA断片をゲル電気泳動にかけた結果を示すゲル電気泳動写真である。FIG. 15 is a gel electrophoresis photograph showing the results of gel electrophoresis of the 2nd DNA fragment having a protruding end. 図16は、突出末端を形成した3rd DNA断片をゲル電気泳動にかけた結果を示すゲル電気泳動写真である。FIG. 16 is a gel electrophoresis photograph showing the results of gel electrophoresis of a 3rd DNA fragment having a protruding end.

図17は、突出末端形成前の各DNA断片及び突出末端形成後の各DNA断片を電気泳動に気泳動にかけた結果を示すゲル電気泳動写真である。FIG. 17 is a gel electrophoresis photograph showing the results of electrophoresis of each DNA fragment before the formation of the protruding end and each DNA fragment after the formation of the protruding end. 図18は、実施例の連結反応の概略を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing an outline of the ligation reaction of the examples. 図19は、突出末端形成前の各DNA断片及び所定の組み合わせで連結反応を行った結果物をゲル電気泳動にかけた結果を示すゲル電気泳動写真である。FIG. 19 is a gel electrophoresis photograph showing the results of gel electrophoresis of the results of ligation reaction with each DNA fragment before the formation of protruding ends and a predetermined combination. 図20は、すべての突出末端形成後のDNA断片を混合して連結反応を行った結果物を電気泳動にかけた結果を示すゲル電気泳動写真である。FIG. 20 is a gel electrophoresis photograph showing the results of electrophoresis of the result of ligation reaction by mixing all the DNA fragments after the formation of protruding ends.

図21は、実施例で用いた非天然VHH DNA(541 bp)の塩基配列を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing the base sequence of the unnatural VHH DNA (541 bp) used in the examples. 図22は、実施例で得られた制限酵素非依存VHH DNA(628 bp)の塩基配列を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing the base sequence of restriction enzyme-independent VHH DNA (628 bp) obtained in the examples. 図23は、実施例で得られたコンストラクトDNAの配列をシーケンシングして解析した結果を示すリストである。FIG. 23 is a list showing the results of sequencing and analysis of the sequences of the construct DNA obtained in the examples. 図24は、実施例で得られたコンストラクトDNAの配列をシーケンシングして解析した結果を示すリスト(続き)である。FIG. 24 is a list (continued) showing the results of sequencing and analysis of the construct DNA sequences obtained in the examples.

以下に、本発明に係る連結核酸断片の製造方法、連結核酸断片及びこれらの連結核酸断片から構成されるライブラリの態様を図1~25を参照しつつ説明する。 Hereinafter, a method for producing a linked nucleic acid fragment according to the present invention, an embodiment of a linked nucleic acid fragment and a library composed of these linked nucleic acid fragments will be described with reference to FIGS. 1 to 25.

1.連結核酸断片の製造方法
本実施形態の連結核酸断片の製造方法は、(a1) 複数の核酸断片を複製する複製工程と;(a2) 突出末端を形成する突出末端形成工程と;(a3) 連結核酸断片を製造する連結工程とを含む。ここで、前記(a1)の複製工程では、特定の遺伝子配列領域を含む鋳型核酸と、任意の位置にイノシンが導入されたプライマーとを用いてポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を行うことにより、前記特定の遺伝子配列領域に対応する配列領域を含む複数の核酸断片を複製する。次いで、前記(a2)の前記突出末端形成工程で、前記核酸断片の端部において、イノシンを認識して特定位置にあるホスホジエステル結合を分解する酵素を用いて、異なる塩基数の突出末端を形成する。その後、(a3)前記一致する塩基数の突出末端同士を酵素でホスホジエステル結合によって連結し、連結核酸断片を製造する。
本実施形態の連結核酸断片の製造方法の概略を図1に示す。
1. 1. Method for Producing Linked Nucleic Acid Fragment The method for producing the linked nucleic acid fragment of the present embodiment is (a1) a replication step of replicating a plurality of nucleic acid fragments; (a2) a protruding end forming step of forming a protruding end; (a3) a linking step. Includes a ligation step to produce a nucleic acid fragment. Here, in the replication step of (a1), the above-mentioned identification is carried out by performing a polymerase chain reaction (PCR) using a template nucleic acid containing a specific gene sequence region and a primer in which inosine is introduced at an arbitrary position. Multiple nucleic acid fragments containing the sequence region corresponding to the gene sequence region of the gene are replicated. Then, in the protruding end forming step of (a2), an enzyme that recognizes inosine and decomposes a phosphodiester bond at a specific position is used to form a protruding end having a different number of bases at the end of the nucleic acid fragment. do. Then, (a3) the protruding ends having the same number of bases are ligated with an enzyme by a phosphodiester bond to produce a linked nucleic acid fragment.
FIG. 1 shows an outline of a method for producing a linked nucleic acid fragment of the present embodiment.

(1)複製工程
(1-1)鋳型核酸
本実施形態で用いられる特定の遺伝子配列領域を含む鋳型核酸は、特に限定されるものではない。例えば、化学的に合成された非天然由来のもの、天然由来のもの、非天然由来又は天然由来の核酸に変異をランダムに導入したもの、等が挙げられる。
(1) Replication Step (1-1) Template Nucleic Acid The template nucleic acid containing a specific gene sequence region used in this embodiment is not particularly limited. For example, chemically synthesized non-naturally-derived ones, naturally-derived ones, non-naturally-derived or naturally-derived nucleic acids introduced with mutations at random, and the like can be mentioned.

本実施態様の鋳型核酸は、抗体をコードするDNAであってもよい。さらに、前記抗体は、図2に示すVHH抗体(Variable domain of the heavy-chain of heavy-chain antibody)であってもよい。ここで、VHH抗体とは、フタコブラクダ、ヒトコブラクダ及びラマ等のラクダ科動物の血液中に存在する軽鎖を持たない特殊な抗体であって、次世代抗体として注目されている。そして、VHH抗体のDNAライブラリは産業上有用性が高いと言われている。 The template nucleic acid of this embodiment may be DNA encoding an antibody. Further, the antibody may be a VHH antibody (Variable domain of the heavy-chain of heavy-chain antibody) shown in FIG. Here, the VHH antibody is a special antibody having no light chain present in the blood of camelids such as Bactrian camel, dromedary camel, and llama, and is attracting attention as a next-generation antibody. And it is said that the DNA library of VHH antibody is highly useful in industry.

ラクダ科動物由来の重鎖抗体は、従来から知られている抗体の一種免疫グロブリンG(以下、「IgG」と略す)と同じくY字構造をとっているが、図2に示ようにIgGと異なって、軽鎖が存在せず重鎖のみで構成されている。また、IgGはY字構造の二股に分かれているV字型の先端2ヶ所で分子認識を行うが、この重鎖抗体は2つの単一重鎖のループ構造の可変領域でもそれぞれ分子認識を行う。 Heavy chain antibodies derived from camel family animals have a Y-shaped structure like immunoglobulin G (hereinafter abbreviated as "IgG"), which is a type of antibody conventionally known, but as shown in FIG. 2, IgG Unlike, there is no light chain and it is composed only of heavy chains. In addition, IgG performs molecular recognition at two V-shaped tips that are bifurcated in a Y-shaped structure, but this heavy chain antibody also performs molecular recognition in the variable regions of two single heavy chain loop structures.

このVHHは3つのCDR(相補性決定領域:Complementarity-Determining Region)と呼ばれる可変領域とそれ以外のフレームワークとから成り、様々な変異体が存在するが、基本的には同様の領域を含む構成となっている。CDR1とCDR2との鎖長は8 a.a. (8アミノ酸)程度であるのに対し、CDR3は7~20a.a.程度と比較的長い。
VHHはIgGの分子認識部位であるscFv(Single-ChainVariable Fragment)と比較すると分子量が小さく、熱変性後のリフォールディング効率が高く、さらに、化学修飾が容易であるといった特徴がある。このため、抗体や低分子化抗体のような可変領域を複数有する分子認識スキャフォールドとして使用できる分子として、近年注目されており、医薬品や診断薬等の開発に使用できる分子として有望視されている。
This VHH consists of three CDRs (Complementarity-Determining Regions), which are variable regions and other frameworks, and there are various mutants, but basically they include similar regions. It has become. The chain length of CDR1 and CDR2 is about 8 aa (8 amino acids), while that of CDR3 is relatively long, about 7 to 20 a.a.
VHH has a smaller molecular weight than scFv (Single-Chain Variable Fragment), which is a molecular recognition site of IgG, has high refolding efficiency after heat denaturation, and is easy to chemically modify. Therefore, it has been attracting attention in recent years as a molecule that can be used as a molecular recognition scaffold having a plurality of variable regions such as an antibody and a low molecular weight antibody, and is regarded as a promising molecule that can be used for the development of pharmaceuticals and diagnostic agents. ..

一方で、VHHは、従来の抗体がもっている重鎖軽鎖界面が欠如しているため、糖鎖のような低分子、特に、MW<1,500 Daのような低分子に対する分子認識が弱いという傾向がある。VHHが分子を認識する場合、3つのCDRで形成されるタンパク質が3本の指で目的とする分子をつまむような立体配置をとって、この分子を認識し捕捉する。しかし、CDR同士の長さが相違するために、低分子化合物を補足することが難しく、その結果、分子認識力が低下するからである。 On the other hand, VHH tends to have weak molecular recognition for small molecules such as sugar chains, especially small molecules such as MW <1,500 Da, due to the lack of the heavy chain light chain interface of conventional antibodies. There is. When VHH recognizes a molecule, the protein formed by the three CDRs recognizes and captures this molecule in a configuration that pinches the target molecule with three fingers. However, because the lengths of the CDRs are different, it is difficult to capture the small molecule compound, and as a result, the molecular recognition ability is lowered.

こうしたVHHの弱点を改良するために、本実施形態の鋳型核酸として、例えば、上述したVHHの3つのCDRを最も長いCDR3の長さとほぼ等しくなるように、CDR1及び2の長さを延長し、小さい分子に対する認識能力を向上させたDNA断片を使用することが挙げられる。例えば、天然には存在しない、等しい長さのCDR1=CDR2=CDR3=16a.aを有したDNA断片を、鋳型核酸として使用することができる。このような長さの揃った3つのCDRを含むようにすることで、低分子化合物の認識力を委改善することができるからである。 In order to improve these weaknesses of VHH, as the template nucleic acid of the present embodiment, for example, the lengths of CDR1 and 2 are extended so that the three CDRs of VHH described above are substantially equal to the length of the longest CDR3. The use of DNA fragments with improved cognitive ability for small molecules can be mentioned. For example, a DNA fragment having the same length of CDR1 = CDR2 = CDR3 = 16a.a, which does not exist in nature, can be used as a template nucleic acid. This is because the cognitive ability of small molecule compounds can be improved by including three CDRs having the same length.

(1-2)イノシンを含むプライマーの設計
本実施形態の複製工程では、任意の位置にイノシンが導入されたプライマーを用いてポリメラーゼ連鎖反応を行う。本実施例では、イノシンを含むプライマーを設計し、そのプライマーを用いてイノシンを含むDNA断片を4種類作製する。
(1-2) Design of primer containing inosine In the replication step of this embodiment, a polymerase chain reaction is carried out using a primer in which inosine is introduced at an arbitrary position. In this example, a primer containing inosine is designed, and four types of DNA fragments containing inosine are prepared using the primer.

プライマーの設計にあたっては以下の点を考慮する必要がある。
(i)PCRの際、プライマーにイノシンが挿入されると、その相補の位置に出現する塩基は、ほとんどの場合シトシン(配列表記はC)になる(C>A=T>>>G)。
(ii)突出末端形成工程において使用可能な核酸分解酵素の切断位置を考慮する。
例えば、核酸分解酵素として使用可能なEndonuclease Vの切断箇所は図3に示すようにイノシンの3’側にある2番目、及び3番目のホスホジエステル結合をそれぞれ95%、5%の効率で切断する。
The following points need to be considered when designing the primer.
(I) When inosine is inserted into the primer during PCR, the base appearing at the complementary position is cytosine (sequence notation is C) in most cases (C> A = T >>> G).
(Ii) Consider the cleavage position of the nucleolytic enzyme that can be used in the protruding end forming step.
For example, the cleavage site of Endonuclease V that can be used as a nucleolytic enzyme cleaves the second and third phosphodiester bonds on the 3'side of inosine with an efficiency of 95% and 5%, respectively, as shown in FIG. ..

以上の点を考慮して翻訳の際に正確にアミノ酸を再現できるように、イノシンを適当な位置に挿入する。具体的には、本実施形態では、プライマー設計工程において、イノシンの導入位置が、アミノ酸に対応するトリプレット配列の第三塩基にあたる位置であって、前記トリプレット配列は第三塩基が変化しても同一のアミノ酸に対応しているトリプレット配列であるように前記プライマーを設計することが好ましい。なお、本実施形態において、トリプレット配列の第一塩基、第二塩基、第三塩基とは、トリプレットの5’末端側から数えてそれぞれ一番目、二番目、三番目に位置する塩基を指す。 In consideration of the above points, inosine is inserted at an appropriate position so that amino acids can be accurately reproduced during translation. Specifically, in the present embodiment, in the primer design step, the introduction position of inosin is the position corresponding to the third base of the triplet sequence corresponding to the amino acid, and the triplet sequence is the same even if the third base changes. It is preferable to design the primer so that it has a triplet sequence corresponding to the amino acid of. In the present embodiment, the first base, the second base, and the third base of the triplet sequence refer to the bases located at the first, second, and third positions, respectively, counting from the 5'end side of the triplet.

図4にはトリプレットの第三塩基が他の塩基に置換されても、翻訳されたアミノ酸が変わらないアミノ酸をコードするトリプレットを示す(図中の枠でかこまれたアミノ酸)。例えば、ACXのトリプレットで表されるアミノ酸は、X=A,G,C,Tのどれであってもスレオニンである。よって、翻訳された際にスレオニンをコードするプライマーのトリプレットの第三塩基の位置にイノシンを挿入することが好ましい。このような位置にイノシンが導入されたプライマーを設計することで、読み枠のずれが起こらないため、得られた連結核酸断片から正確にアミノ酸を発現させることができる。 FIG. 4 shows a triplet encoding an amino acid in which the translated amino acid does not change even if the third base of the triplet is replaced with another base (amino acid enclosed in the frame in the figure). For example, the amino acid represented by the triplet of ACX is threonine regardless of whether X = A, G, C, or T. Therefore, it is preferable to insert inosine at the position of the third base of the triplet of the primer encoding threonine when translated. By designing a primer in which inosine is introduced at such a position, the reading frame does not shift, so that the amino acid can be accurately expressed from the obtained linked nucleic acid fragment.

プライマーの設計又は鋳型核酸の作製時に、特定の遺伝子配列領域に対応する配列領域にランダム変異が挿入されたランダム領域を含むようにすることもできる。
ここで、ランダム領域において出現するアミノ酸の比率は任意に設定でき、例えば、すべてのアミノ酸が出現するように設定することができる。また、システインの出現比率を低くすることもできる。システインの出現頻度が高い場合、分子内あるいは分子間でジスルフィド結合を形成してしまうため、VHHの立体構造に影響を及ぼす可能性があり、こうした立体構造の形成は得られるタンパク質の機能の低下にも直結する。こうしたことを抑制するためにシステインの出現比率を低くすることが有効だからある。さらに、ランダム領域の多様性を確保するため、終止コドンの出現比率を低くすることが好ましい。
When designing a primer or preparing a template nucleic acid, it is also possible to include a random region in which a random mutation is inserted in the sequence region corresponding to a specific gene sequence region.
Here, the ratio of amino acids appearing in the random region can be arbitrarily set, and for example, all amino acids can be set to appear. It is also possible to reduce the appearance ratio of cysteine. When cysteine appears frequently, it forms disulfide bonds within or between molecules, which may affect the three-dimensional structure of VHH, and the formation of such a three-dimensional structure reduces the function of the obtained protein. Is also directly connected. This is because it is effective to reduce the appearance ratio of cysteine in order to suppress this. Furthermore, in order to ensure the diversity of random regions, it is preferable to reduce the appearance ratio of stop codons.

PCRで複製する鋳型核酸が例えば上述のようなVHH抗体をコードするCRD1~3を有するDNAである場合には、図1に示すように、CDR1及び2を含む断片、CDR3を含む断片、及び両端の断片、すなわち4種類の断片が形成されるように複製するプライマーを設計することが好ましい。 When the template nucleic acid replicated by PCR is, for example, DNA having CRD1 to 3 encoding a VHH antibody as described above, as shown in FIG. 1, a fragment containing CDR1 and 2, a fragment containing CDR3, and both ends. It is preferable to design a primer that replicates so that fragments of the above, that is, four types of fragments, are formed.

4種類の断片を複製するためのプライマーを設計するには、各断片の末端において、後述する突出末端形成工程で異なる塩基数が突出するような突出末端を形成可能なプライマーを各断片用にそれぞれ設計することが好ましい。このような突出末端を形成することによって、断片同士を突出末端で連結させる際に、つなぎ間違いが起こる蓋然性を低下させることができるからである。 In order to design a primer for replicating four types of fragments, a primer capable of forming a protruding end such that a different number of bases protrudes at the end of each fragment in the protruding end forming step described later is provided for each fragment. It is preferable to design. This is because by forming such a protruding end, it is possible to reduce the probability that a connection error will occur when the fragments are connected to each other at the protruding end.

異なる塩基数の突出末端は以下のように定義される。4種類の核酸断片(第1断片から第4断片)を作製する場合を例に挙げると、連結する突出末端が3種類存在することになるが(第一断片-第二断片間、第二断片-第三断片間、第三断片-第四断片間を連結する突出末端)、こうした3カ所の切断位置の突出末端の塩基数がそれぞれ異なっていることを意味する。なお、連結するそれぞれの突出末端と対となる突出末端の塩基数とは、一致している必要がある。 The protruding ends with different base numbers are defined as follows. Taking the case of preparing four types of nucleic acid fragments (first to fourth fragments) as an example, there are three types of protruding ends to be linked (between the first fragment and the second fragment, the second fragment). -The protruding end connecting the third fragment and the fourth fragment), which means that the number of bases at the protruding end at these three cutting positions is different. In addition, it is necessary that the number of bases of each protruding end to be linked and the number of bases of the protruding end paired with each other are the same.

このように各断片の突出末端の塩基数がそれぞれ異なる塩基数となるようにプライマーを設計するためには、上述のような点に留意してイノシンの導入箇所を調節することが好ましい。本実施形態では、後述する突出末端形成工程において、イノシンを認識して特定位置のホスホジエステル結合を分解する酵素を用いるため、イノシンの導入位置を調整することで任意の位置で塩基配列を切断できる。従って、異なる突出末端の塩基数となるように、各断片の切断位置を特定したプライマーを設計することができる。 In order to design the primer so that the number of bases at the protruding end of each fragment is different, it is preferable to adjust the inosine introduction site while paying attention to the above points. In the present embodiment, since an enzyme that recognizes inosine and decomposes the phosphodiester bond at a specific position is used in the protruding end forming step described later, the base sequence can be cleaved at an arbitrary position by adjusting the introduction position of inosine. .. Therefore, it is possible to design a primer that specifies the cutting position of each fragment so that the number of bases at the protruding end is different.

この異なる突出末端の塩基数は、例えば、6塩基以上12塩基以下であって、異なる塩基数が突出する突出末端の塩基数の差が3塩基以上であるように、プライマーの設計をすることが好ましい。特に、9塩基及び12塩基という異なる塩基数の突出末端は、天然の制限酵素では形成されない突出末端における塩基数を含むため、連結する際により精度よく連結しやすくなる。そして、突出末端の塩基数の差は3塩基以上であることが好ましいため、CDR1~CDR3を別々の断片に含める場合には、6塩基、9塩基及び12塩基という3種類の異なる塩基数の突出末端を有する断片とすることが好ましい。 The primer may be designed so that the number of bases at the different protruding ends is, for example, 6 bases or more and 12 bases or less, and the difference in the number of bases at the protruding ends having different base numbers is 3 bases or more. preferable. In particular, since the protruding ends having different base numbers of 9 bases and 12 bases include the number of bases at the protruding ends that are not formed by a natural restriction enzyme, it becomes easier to connect them more accurately. Since the difference in the number of bases at the protruding end is preferably 3 bases or more, when CDR1 to CDR3 are included in separate fragments, three types of protrusions having three different base numbers: 6 bases, 9 bases, and 12 bases. It is preferably a fragment having an end.

(1-3)ポリメラーゼ連鎖反応(PCR反応)
前記のようなプライマーを用いてポリメラーゼ連鎖反応を行うことにより、前記特定の遺伝子配列領域に対応する配列領域を含む複数の核酸断片を複製することができる。
PCRは、例えば、後述する実施例に示す他、任意の条件、試薬、装置を用いて常法にて行うことができる。
(1-3) Polymerase chain reaction (PCR reaction)
By performing a polymerase chain reaction using the above-mentioned primers, it is possible to replicate a plurality of nucleic acid fragments containing a sequence region corresponding to the specific gene sequence region.
PCR can be carried out by a conventional method using, for example, any conditions, reagents, and devices other than those shown in Examples described later.

本実施形態では、PCR反応にイノシンを含むプライマーを用いるため、PCRによる増幅率が非常に低くなるか、又は増幅しないおそれがある。そこで、イノシンを確実に認識でき、効率よく正確な増幅が可能なDNA複製酵素(DNAポリメラーゼ)を選択して使用することが好ましい。 In this embodiment, since a primer containing inosine is used in the PCR reaction, the amplification factor by PCR may be very low or may not be amplified. Therefore, it is preferable to select and use a DNA replication enzyme (DNA polymerase) capable of reliably recognizing inosine and capable of efficient and accurate amplification.

通常、PCRに用いられるDNAポリメラーゼは一般的な4種の核酸塩基アデニン、チミン、グアニン、シトシン(配列中の表記は、各々、A,T,G,Cである。)を認識し、DNA鎖を増幅させるが、配列中にイノシンのような“特殊”塩基を含むプライマーを用いた場合、PCRによる増幅率は非常に低くなったり、増幅されないことがある。そこで、複製忠実度(fidelity)を維持するために、イノシンを認識でき、かつ効率よく正確な増幅が可能なDNAポリメラーゼを用いることが好ましい。 Normally, the DNA polymerase used for PCR recognizes four common nucleobases, adenine, thymine, guanine, and cytosine (the notations in the sequence are A, T, G, and C, respectively), and DNA strands. However, when a primer containing a "special" base such as inosin is used in the sequence, the amplification factor by PCR may be very low or may not be amplified. Therefore, in order to maintain the fidelity of replication, it is preferable to use a DNA polymerase capable of recognizing inosine and capable of efficient and accurate amplification.

こうしたDNAポリメラーゼとしては、例えば、KOD-Multi&Epi-(TOYOBO社製)等のKOD DNAポリメラーゼその他のポリメラーゼを挙げることができ、KOD DNAポリメラーゼを使用することが耐熱性が高いことから好ましい。 Examples of such a DNA polymerase include KOD DNA polymerases such as KOD-Multi & Epi- (manufactured by TOYOBO) and other polymerases, and it is preferable to use KOD DNA polymerase because of its high heat resistance.

(2)突出末端形成工程
この工程では、イノシンを認識して特定位置のホスホジエステル結合を分解する酵素を用いて、前記のような複製された核酸断片の少なくとも一方の端部に、それぞれ異なる塩基数の突出末端を形成する。
(2) Overhanging end formation step In this step, different bases are attached to at least one end of the duplicated nucleic acid fragment as described above by using an enzyme that recognizes inosine and decomposes the phosphodiester bond at a specific position. Form a protruding end of a number.

イノシンを認識して特定位置にあるホスホジエステル結合を分解する酵素としては、例えば、Endonuclease Vその他のエンドヌクレアーゼが挙げられる。 Enzymes that recognize inosine and break down phosphodiester bonds at specific positions include, for example, Endonuclease V and other endonucleases.

突出末端形成工程では、例えば、後述する実施例に示す他の任意の条件で、前記PCR反応により得られたDNA断片にEndonuclease Vを加え、所定の温度で(例えば、37℃)、所定の時間(例えば、1時間)静置しイノシンを含むDNA断片を切断するようにすることができる。 In the protruding end forming step, for example, Endonuclease V is added to the DNA fragment obtained by the PCR reaction under any other conditions shown in Examples described later, and the temperature is set to a predetermined temperature (for example, 37 ° C.) for a predetermined time. It can be allowed to stand (eg, 1 hour) to cleave a DNA fragment containing inosine.

前記突出末端形成工程では、上述のようなプライマーを用いて断片が複製されているため任意の位置で自由に突出末端を形成することができる。例えば、上述したPCR反応で4種類の核酸断片(第1断片から第4断片)が得られた場合には、各断片を連結する突出末端が3種類存在し、且つ、かかる3カ所の突出末端の塩基数がそれぞれ異なっているような突出末端を形成されることが好ましい。 In the protruding end forming step, since the fragment is replicated using the primer as described above, the protruding end can be freely formed at an arbitrary position. For example, when four types of nucleic acid fragments (first to fourth fragments) are obtained by the above-mentioned PCR reaction, there are three types of protruding ends connecting each fragment, and the three protruding ends are connected. It is preferable to form protruding ends having different numbers of bases.

一般的に使用される制限酵素では、特定の塩基配列が存在すると、その位置で塩基配列を切断する。このため、例えば、ランダム領域にそのような塩基配列が存在すると、そこで塩基配列が切断されてしまうため、目的の塩基配列領域を含む断片が得られない。これに対し、Endonuclease Vはイノシンを認識して、イノシンから特定の数離れた位置で特定の塩基間の結合を切断するため、イノシンを導入していない箇所で塩基間の結合が切断されることがない。このため、本実施形態の突出末端形成工程では、イノシンを組み込む位置を目的とするランダム領域以外とすることによって、目的の塩基配列の領域で切断が起こることがなく、効率よく、且つ精度よく目的の断片が得られる。 A commonly used restriction enzyme, if a specific base sequence is present, cleaves the base sequence at that position. Therefore, for example, if such a base sequence exists in a random region, the base sequence is cleaved there, so that a fragment containing the target base sequence region cannot be obtained. On the other hand, Endonuclease V recognizes inosine and cleaves the bond between specific bases at a specific number of positions away from inosine, so that the bond between bases is cleaved at the place where inosine is not introduced. There is no. Therefore, in the protruding end forming step of the present embodiment, by setting the position where inosine is incorporated to a region other than the target random region, cleavage does not occur in the region of the target base sequence, and the purpose is efficient and accurate. Fragments are obtained.

(3)連結工程
前記連結工程では、前記突出末端に形成された、一致する塩基数の突出末端同士をホスホジエステル結合で連結する酵素を用いて、核酸断片同士を間違いなく連結して、複数の連結核酸断片を製造する。
(3) Linking Step In the linking step, a plurality of nucleic acid fragments are definitely linked to each other by using an enzyme formed at the protruding end and linking the protruding ends having the same number of bases by a phosphodiester bond. Produce a ligated nucleic acid fragment.

こうした一致する塩基数の突出末端同士を連結する酵素としては、Taq DNAリガーゼその他のリガーゼを挙げることができ、Taq DNAリガーゼを使用することが好ましい。Taq DNAリガーゼは、相補となる2つの隣接するDNAの5’末端のリン酸基と3’末端のヒドロキシル基とのホスホジエステル結合を触媒する酵素であり、塩基配列が完全に対となっており、ギャップがない場合にのみ、すなわち、完全に相補な配列である場合にのみ連結反応を起こす。よって、より正確に突出末端を連結することができるからである。 Examples of the enzyme that connects the protruding ends having the same number of bases include Taq DNA ligase and other ligases, and it is preferable to use Taq DNA ligase. Taq DNA ligase is an enzyme that catalyzes the phosphodiester bond between the 5'end phosphate group and the 3'end hydroxyl group of two complementary DNAs, and the base sequence is completely paired. The ligation reaction occurs only when there is no gap, that is, when the sequences are completely complementary. Therefore, the protruding ends can be connected more accurately.

例えば、上述したように、6塩基、9塩基及び12塩基という3種類の異なる塩基数の突出末端が形成された断片を連結する場合には、天然の制限酵素では形成されない突出末端が形成されており、それらが上記の連結反応を条件を満たすために、高い精度で連結をすることが可能となる。 For example, as described above, when ligating fragments in which protruding ends having three different base numbers of 6 bases, 9 bases and 12 bases are formed, protruding ends that are not formed by natural restriction enzymes are formed. Since they satisfy the above-mentioned ligation reaction, they can be ligated with high accuracy.

すなわち、前記連結工程においては、異なる塩基数で構成された突出末端を有する断片を混合しても、断片同士を連結する際につなぎ間違いが起こる確率は極めて低い。このため、例えば、4種類の核酸断片を一度に連結することが可能となる。
これによって、すべての各断片を混合して、前記酵素と混合して連結反応を行うことで、一度の連結反応で連結核酸断片を得ることができる。
That is, in the connection step, even if fragments having protruding ends composed of different base numbers are mixed, the probability that a connection error will occur when connecting the fragments is extremely low. Therefore, for example, four types of nucleic acid fragments can be ligated at one time.
Thereby, by mixing all the fragments and mixing with the enzyme to carry out a ligation reaction, a ligated nucleic acid fragment can be obtained by one ligation reaction.

2.連結核酸断片から構成された核酸ライブラリ
以上のようにして得られた連結核酸断片を用いてDNAライブラリを構成することができる。
本実施形態の連結核酸断片として、例えば、上述したようにVHH抗体のCDR1、CDR2及びCDR3にランダム変異を導入して、天然には存在しない等しい長さのCDR1~CDR3を有するものを用いた場合を例に挙げて、以下に説明する。
このような連結核酸断片から非天然型VHH DNAライブラリを構築することにより、天然には存在しない、低分子に対しても高い認識能力を有する新規抗体を得ることができるようになる。
2. 2. Nucleic acid library composed of linked nucleic acid fragments A DNA library can be constructed using the linked nucleic acid fragments obtained as described above.
As the linked nucleic acid fragment of the present embodiment, for example, when random mutations are introduced into CDR1, CDR2, and CDR3 of the VHH antibody as described above, and one having CDR1 to CDR3 of the same length that does not exist in nature is used. Will be described below by taking as an example.
By constructing a non-natural VHH DNA library from such a linked nucleic acid fragment, it becomes possible to obtain a novel antibody that does not exist in nature and has high recognition ability even for small molecules.

得られた連結核酸断片をダイレクトシーケンシングで解析し、変異の有無を確認することで、より精度良く、且つ、多様性が維持された制限酵素非依存DNAライブラリを構築することができる。 By analyzing the obtained linked nucleic acid fragment by direct sequencing and confirming the presence or absence of mutation, it is possible to construct a restriction enzyme-independent DNA library that is more accurate and maintains diversity.

本実施形態の連結核酸断片からなるライブラリは、例えばディスプレイ技術に応用することもできる。こうしたディスプレイとしては、細胞表層ディスプレイ、ファージディスプレイ等の細胞要求性ディスプレイや、リボソームディスプレイ、mRNAディスプレイ、cDNAディスプレイ等の細胞非要求性ディスプレイが知られている。
中でも、目的ペプチドである新規VHH抗体を効率的に取得するためには、cDNAディスプレイ技術の適用が好ましい。すなわち、cDNAディスプレイ技術によって、本実施形態のライブラリから特定のVHH抗体の遺伝子をスクリーニングし、得られたVHH抗体の遺伝子を元に効率よく大量のVHH抗体を生産させることができる。
The library consisting of linked nucleic acid fragments of the present embodiment can also be applied to, for example, display technology. As such a display, a cell demanding display such as a cell surface layer display and a phage display, and a cell non-demanding display such as a ribosome display, an mRNA display, and a cDNA display are known.
Above all, in order to efficiently obtain a novel VHH antibody which is a target peptide, it is preferable to apply cDNA display technology. That is, the cDNA display technology can screen a specific VHH antibody gene from the library of the present embodiment and efficiently produce a large amount of VHH antibody based on the obtained VHH antibody gene.

cDNAディスプレイにおける前記ライブラリの利用としては、例えば以下のような方法が挙げられる。
まず、連結核酸断片からなるライブラリから所望の配列を有するmRNAを得て、このmRNAとリンカーとを結合させたmRNA-リンカーを得る。次いで、mRNA-リンカーを無細胞翻訳して、mRNA-変異導入抗体を得る。その後、mRNA-変異導入抗体をビーズ等の固相に固定させて固相結合mRNA-変異導入抗体を得る。引き続き、固相結合mRNA-変異導入抗体を逆転写して、mRNA-リンカー-cDNA-変異導入抗体結合体を得て、固相から遊離させたcDNAディスプレイを得る。
Examples of the use of the library in the cDNA display include the following methods.
First, an mRNA having a desired sequence is obtained from a library consisting of ligated nucleic acid fragments, and an mRNA-linker in which this mRNA and a linker are bound is obtained. The mRNA-linker is then cell-free translated to obtain the mRNA-mutation-introduced antibody. Then, the mRNA-mutation-introduced antibody is immobilized on a solid phase such as beads to obtain a solid-phase-bound mRNA-mutation-introduced antibody. Subsequently, the solid phase-bound mRNA-mutation-introduced antibody is reverse-transcribed to obtain an mRNA-linker-cDNA-mutation-introduced antibody conjugate to obtain a cDNA display released from the solid phase.

そして、cDNAディスプレイから、抗体コード領域のC末端側の融合タンパク質による親和性セレクションにより、変異導入抗体をコードするDNAをセレクションし、セレクションされた変異導入抗体をコードするDNAをPCRで増幅させる。
このように、ディスプレイされたcDNA又はペプチドを生成して配列を特定するという淘汰プロセスを繰り返すことによって、cDNAライブラリ又はペプチドライブラリを構築することができる
Then, the DNA encoding the mutagenesis antibody is selected from the cDNA display by the affinity selection by the fusion protein on the C-terminal side of the antibody coding region, and the DNA encoding the selected mutagenesis antibody is amplified by PCR.
In this way, a cDNA library or peptide library can be constructed by repeating the selection process of generating the displayed cDNA or peptide and identifying the sequence.

本実施形態にかかる連結核酸断片の製造方法、連結核酸断片、及び連結核酸断片から構成される核酸ライブラリは、以上のとおりであるが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は前記説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The method for producing a linked nucleic acid fragment, the linked nucleic acid fragment, and the nucleic acid library composed of the linked nucleic acid fragment according to the present embodiment are as described above, but the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects. It should be considered that it is not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims, not the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

次に、本発明の実施例について説明する。尚、本発明は下記の実施例に限定して解釈されるものではない。 Next, examples of the present invention will be described. The present invention is not construed as being limited to the following examples.

(実施例1)
1.制限酵素非依存性VHH DNA断片の作製
本実施例では制限酵素非依存のVHH DNA断片を作製した。
(Example 1)
1. 1. Preparation of Restriction-Independent VHH DNA Fragment In this example, a restriction enzyme-independent VHH DNA fragment was prepared.

(1)鋳型DNA
埼玉大学根本研究室所有の非天然VHHクローンDNA(541 bp)にFlag-tag配列を挿入して、鋳型VHH DNA(574 bp)の作製を行った。これは、後述するVHH DNAを4種類のDNA断片に分割をする際、4th DNA断片の鎖長が100 bpに満たないとPCR Clean UP Mini Kit(Favorgen社製)での反応を行うことができないためである。従って、4th DNA断片の鎖長を伸ばすため、抗体を精製するときなどに一般的に用いられているFlag-tag配列を導入した。鋳型作製のPCR反応組成を表1に示す。
(1) Template DNA
The Flag-tag sequence was inserted into an unnatural VHH cloned DNA (541 bp) owned by Saitama University Nemoto Laboratory to prepare a template VHH DNA (574 bp). This is because when the VHH DNA described later is divided into four types of DNA fragments, the reaction with the PCR Clean UP Mini Kit (manufactured by Favorgen) cannot be performed unless the chain length of the 4th DNA fragment is less than 100 bp. Because. Therefore, in order to extend the chain length of the 4th DNA fragment, the Flag-tag sequence generally used when purifying an antibody was introduced. Table 1 shows the PCR reaction composition of the mold preparation.

使用した非天然VHHクローンDNA(541bp)を配列番号1に示した。また、Flag-tag配列を導入するためのプライマーFlag-tag insertion primerを配列番号2に、New Leftを配列番号3に、それぞれ示した。下記の配列番号1中、Nの連続する表記はCDRを表わす。 The unnatural VHH cloned DNA (541 bp) used is shown in SEQ ID NO: 1. Further, the Flag-tag insertion primer for introducing the Flag-tag sequence is shown in SEQ ID NO: 2, and the New Left is shown in SEQ ID NO: 3. In the following SEQ ID NO: 1, the consecutive notation of N represents CDR.

[配列番号1]
GATCCCGCGA AATTAATACG ACTCACTATA GGGGAAGTAT TTTTACAACA ATTACCAACA ACAACAACAA ACAACAACAA CATTACATTT TACATTCTAC AACTACAAGC CACCATGGGC GAGGTGCAGC TGGTGGAGAG CGGAGGAGGA TCCGTGCAGG CTGGAGGAAG CCTGCGCCTG AGCTGCGCTG CTAGCGGANN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNTGGTT CCGCCAGGCT CCTGGAAAGG AGCGCGAGGG AGTGNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNAC CTACTACGCT GACAGCGTGA AGGGACGCTT CACCATCAGC CAGGACAACG CCAAGAACAC CGTGTACCTG CAGATGAACA GCCTGAAGCC TGAGGACACC GCTATCTACT ACTGCGCTGC TNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN TACTGGGGAC AGGGAACCCA GGTGACCGTG GGAGGAGGCA GCCATCATCA TCATCATCAC GGCGGAAGCA GGACGGGGGG CGGCGGGGAA A
[SEQ ID NO: 1]
GATCCCGCGA AATTAATACG ACTCACTATA GGGGAAGTAT TTTTACAACA ATTACCAACA ACAACAACAA ACAACAACAA CATTACATTT TACATTCTAC AACTACAAGC CACCATGGGC GAGGTGCAGC TGGTGGAGAG CGGAGGAGGA TCCGTGCAGG CTGGAGGAAG CCTGCGCCTG AGCTGCGCTG CTAGCGGANN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNTGGTT CCGCCAGGCT CCTGGAAAGG AGCGCGAGGG AGTGNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNAC CTACTACGCT GACAGCGTGA AGGGACGCTT CACCATCAGC CAGGACAACG CCAAGAACAC CGTGTACCTG CAGATGAACA GCCTGAAGCC TGAGGACACC GCTATCTACT ACTGCGCTGC TNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN TACTGGGGAC AGGGAACCCA GGTGACCGTG GGAGGAGGCA GCCATCATCA TCATCATCAC GGCGGAAGCA GGACGGGGGG CGGCGGGGAA A

[配列番号2]:Flag-tag insertion primer(82 mer)
5’-AAAGGTGCGGCGGGGGGCAGGACGATGGTGGGAACAGTAGCAGTAGGAACATCAGCGAAGGCGGCACTACTACTACTACTAC-3’
[SEQ ID NO: 2]: Flag-tag insertion primer (82 mer)
5'-AAAGGTGCGGCGGGGGGCAGGACGATGGTGGGAACAGTAGCAGTAGGAACATCAGCGAAGGCGGCACTACTACTACTACTAC-3'

[配列番号3]:Newleft(33 mer)
GATCCCGCGAAATTAATACGACTCACTATAGGG
[SEQ ID NO: 3]: Newleft (33 mer)
GATCCCGCGAAATTAATACGACTCACTATAGGG

Figure 0007029138000001
Figure 0007029138000001

上記配列番号1~3に示すDNA断片を表1に示すような組成のPCR反応液として調整した。PCRプログラムは以下の通りとし、ステップ1~2を25サイクル繰り返した。
1.98℃ 2分
2.98℃ 10秒
3.66℃ 10秒
4.72℃ 1分
5.72℃ 2分
6.10℃
The DNA fragments shown in SEQ ID NOs: 1 to 3 were prepared as PCR reaction solutions having the compositions shown in Table 1. The PCR program was as follows, and steps 1 and 2 were repeated for 25 cycles.
1.98 ° C 2 minutes 2.98 ° C 10 seconds 3.66 ° C 10 seconds 4.72 ° C 1 minute 5.72 ° C 2 minutes 6.10 ° C

以上のようなPCRプログラムを行うことで、図5及び図6に示すような鋳型VHH DNAを得た。得られた鋳型VHH DNAをゲル電気泳動(200V、50分間)にかけて、VHHクローンDNAのバンドのアップシフトを確認した。なお、マーカーとしては100 bpのDNAラダー(Promega社製)を用い、第一レーンには非天然VHHクローンDNA(541 bp)を、第二レーンにはPCR産物を、それぞれ乗せて泳動した。 By performing the above PCR program, template VHH DNA as shown in FIGS. 5 and 6 was obtained. The obtained template VHH DNA was subjected to gel electrophoresis (200 V, 50 minutes) to confirm the upshift of the band of VHH cloned DNA. A 100 bp DNA ladder (manufactured by Promega) was used as a marker, and unnatural VHH cloned DNA (541 bp) was placed in the first lane and a PCR product was placed in the second lane for migration.

図7に示すように、PCR産物(第三レーン)は574 bpの位置にバンドを示しており、Flag-tag配列を挿入することができたことが確認できた。これを一度カラム精製し、不要なプライマーを取り除き。その後、全長PCRを行い複製した。ゲル電気泳動は以下の方法で行った。 As shown in FIG. 7, the PCR product (third lane) showed a band at the position of 574 bp, confirming that the Flag-tag sequence could be inserted. This is column-purified once to remove unnecessary primers. Then, full-length PCR was performed and replicated. Gel electrophoresis was performed by the following method.

(変性ポリアクリルアミドゲルの作成)
2枚のガラス板(1枚はスペーサー付き)とガスケットを70%エタノールで洗浄し、乾燥させる。乾燥したら2枚のガラス板の間にガスケットを挟み入れ、左右からクリップで挟み込んで固定する。サンプルをアプライするレーンを作るコームも70%エタノールで洗浄しておく。
(Creation of modified polyacrylamide gel)
Clean the two glass plates (one with spacers) and the gasket with 70% ethanol and dry. After drying, insert a gasket between the two glass plates and clip it from the left and right to fix it. The comb that creates the lane to which the sample is applied should also be washed with 70% ethanol.

4%アクリルアミドゲル液は、以下のように調整した。4.8gの尿素、1 mLの5XのTBE、1mLの40%アクリルアミド溶液を混合して、超純水で10 mLにメスアップした。ここに、25μLのAPS(Ammonium peroxodisulfate:ペルオキソ二硫酸アンモニウム)及び10μLのTEMED(N,N,N,N-Tetramethy-ethylenediamine:N,N,N,N-テトラメチルエチルレンジアミン)を加えて、速やかに攪拌し、クリップで固定したガラス板の間に流し入れ、コームを差し込んだ。その後アクリルアミドの重合反応が終わるまで約30分静置した。 The 4% acrylamide gel solution was adjusted as follows. 4.8 g of urea, 1 mL of 5X TBE, and 1 mL of 40% acrylamide solution were mixed and adjusted to 10 mL with ultrapure water. To this, add 25 μL of APS (Ammonium peroxodisulfate: ammonium peroxodisulfate) and 10 μL of TEMED (N, N, N, N-Tetramethy-ethylenediamine: N, N, N, N-tetramethylethylrangeamine) immediately. It was agitated and poured between the glass plates fixed with clips, and the comb was inserted. After that, it was allowed to stand for about 30 minutes until the polymerization reaction of acrylamide was completed.

(電気泳動)
0.5X TBEを電気泳動槽の下層に入れ、60℃の恒温槽で循環する。重合反応が終わったアクリルアミドゲルは左右のクリップとコームを外し、泳動の妨げになるようなアクリルアミドの欠片をスパーテルと水で洗い流した後、電気泳動槽装置にセットする。電気泳動槽の上層にも0.5XのTBEを入れ、9分間のプレランニングを行った。
(Electrophoresis)
Place 0.5X TBE in the lower layer of the electrophoresis tank and circulate in a constant temperature bath at 60 ° C. After the polymerization reaction is completed, remove the left and right clips and combs, wash away the acrylamide fragments that interfere with the migration with spartel and water, and then set them in the electrophoresis tank device. A 0.5X TBE was also placed in the upper layer of the electrophoresis tank, and pre-running was performed for 9 minutes.

サンプルには2XのLoading bufferを1Xの濃度になるように混ぜ、85℃で3分間変性させる。その後プレランニングが終わったアクリルアミドゲルのレーンから尿素の沈殿を水流によって飛ばし、サンプルをアプライした。そして200Vの定電圧で任意の時間電気泳動を行った。 Mix 2X Loading buffer with the sample to a concentration of 1X and denature at 85 ° C. for 3 minutes. After that, the urea precipitate was blown off from the lane of the acrylamide gel after pre-running by a water stream, and the sample was applied. Then, electrophoresis was performed at a constant voltage of 200 V for an arbitrary time.

(イメージャーによる解析)
電気泳動が終了した後、ポリアクリルアミドゲルを装置から取り出し、104倍希釈したSYBR Goldを直接かけることによって核酸を染色する。その後ポリアクリルアミドゲルをガラス板の上に乗せ、イメージャー(Typhoon FLA 9500、GE ヘルスケア・ジャパン社製)で解析した。
(Analysis by imager)
After the electrophoresis is complete, the polyacrylamide gel is removed from the device and the nucleic acid is stained by direct application with 104-fold diluted SYBR Gold. After that, polyacrylamide gel was placed on a glass plate and analyzed by an imager (Typhoon FLA 9500, manufactured by GE Healthcare Japan).

(2)プライマー設計
コンスタント配列をもつプライマー(前記配列番号3及び配列番号4)、イノシンを導入したプライマー(配列番号5~10)及びイノシンとランダム領域をもつプライマー(配列番号11~13)を準備した(表2参照)。















(2) Primer design Primers having a constant sequence (SEQ ID NOs: 3 and SEQ ID NO: 4), inosine-introduced primers (SEQ ID NOs: 5 to 10), and primers having inosine and a random region (SEQ ID NOs: 11 to 13) are prepared. (See Table 2).















Figure 0007029138000002
Figure 0007029138000002

(3)DNA断片の作製
前記各プライマーを用いてPCRを行うことにより、4種類のDNA断片(1st DNA断片~4th DNA断片)の作製を行った。
(3) Preparation of DNA Fragment Four types of DNA fragments (1st DNA fragment to 4th DNA fragment) were prepared by performing PCR using each of the above primers.

(3-1)1st DNA断片
1st DNA断片の作製用のPCR反応液は表3に示すような組成に調整した。PCRプログラムは、以下の通りとし、ステップ2~3を25サイクル繰り返した。なお、DNAポリメラーゼとしてはKOD-Multi&Epi-を、バッファーとして2X PCR Buffer for KOD -Multi & Epi-(TOYOBO社製)を用いた。1st DNA断片の作製の概略は図8に示した。
(3-1) 1 st DNA fragment
The PCR reaction solution for preparing the 1st DNA fragment was adjusted to the composition as shown in Table 3. The PCR program was as follows, and steps 2 and 3 were repeated for 25 cycles. KOD-Multi & Epi- was used as the DNA polymerase, and 2X PCR Buffer for KOD -Multi & Epi- (manufactured by TOYOBO) was used as the buffer. The outline of the preparation of the 1st DNA fragment is shown in FIG.

1.94℃ 2分
2.98℃ 10秒
3.68℃ 5秒
4.68℃ 2分
5.10℃
1.94 ° C 2 minutes 2.98 ° C 10 seconds 3.68 ° C 5 seconds 4.68 ° C 2 minutes 5.10 ° C

Figure 0007029138000003
Figure 0007029138000003

(3-2) 2nd DNA断片
2nd DNA断片の作製用のPCR反応液は表4及び表5に示すような組成に調整した。PCRプログラムはそれぞれ下記の通りとし、ステップ2~4を25サイクル繰り返した。
1.94℃ 2分
2.98℃ 10秒
3.62℃ 5秒
4.68℃ 105秒
5.68℃ 2分
6.10℃
(3-2) 2nd DNA fragment
The PCR reaction solution for preparing the 2nd DNA fragment was adjusted to the composition as shown in Tables 4 and 5. The PCR programs were as follows, and steps 2 to 4 were repeated for 25 cycles.
1.94 ° C 2 minutes 2.98 ° C 10 seconds 3.62 ° C 5 seconds 4.68 ° C 105 seconds 5.68 ° C 2 minutes 6.10 ° C

Figure 0007029138000004
Figure 0007029138000004

Figure 0007029138000005
Figure 0007029138000005

なお、DNAポリメラーゼとしてはKOD-Multi&Epi-を、バッファーとして2X PCR Buffer for KOD -Multi & Epi-(TOYOBO社製)を用いた。2nd DNA断片の作製の概略は図9に示した。 KOD-Multi & Epi- was used as the DNA polymerase, and 2X PCR Buffer for KOD -Multi & Epi- (manufactured by TOYOBO) was used as the buffer. The outline of the preparation of the 2nd DNA fragment is shown in FIG.

(3-3)3rd DNA断片
3rd DNA断片の作製用のPCR反応液は表6に示すような組成に調整した。PCRプログラムはそれぞれ下記のとおりとし、ステップ2~4を25サイクル繰り返した
1.94℃ 2分
2.98℃ 10秒
3.60℃ 5秒
4.68℃ 10秒
5.68℃ 2分
6.10℃
(3-3) 3rd DNA fragment
The PCR reaction solution for preparing the 3rd DNA fragment was adjusted to the composition as shown in Table 6. The PCR program was as follows, and steps 2 to 4 were repeated for 25 cycles. 1.94 ° C 2 minutes 2.98 ° C 10 seconds 3.60 ° C 5 seconds 4.68 ° C 10 seconds 5.68 ° C 2 minutes 6. 10 ° C

Figure 0007029138000006
Figure 0007029138000006

なお、DNAポリメラーゼとしてKOD-Multi&Epi-を、バッファーとして2X PCR Buffer for KOD -Multi & Epi-(TOYOBO社製)をそれぞれ用いた。3rd DNA断片の作製の概略は図10に示した。 KOD-Multi & Epi- was used as the DNA polymerase, and 2X PCR Buffer for KOD -Multi & Epi- (manufactured by TOYOBO) was used as the buffer. The outline of the preparation of the 3rd DNA fragment is shown in Fig. 10.

(3-4) 4th DNA断片
th DNA断片の作製用のPCR反応液は表7に示すような組成に調整した。PCRプログラムはそれぞれ下記のとおりとし、ステップ2~4を25サイクル繰り返した。
1.94℃ 2分
2.98℃ 10秒
3.66℃ 5秒
4.68℃ 10秒
5.68℃ 2分
6.10℃
(3-4) 4th DNA Fragment The PCR reaction solution for preparing the 4th DNA fragment was adjusted to the composition as shown in Table 7. The PCR programs were as follows, and steps 2 to 4 were repeated for 25 cycles.
1.94 ° C 2 minutes 2.98 ° C 10 seconds 3.66 ° C 5 seconds 4.68 ° C 10 seconds 5.68 ° C 2 minutes 6.10 ° C

Figure 0007029138000007
Figure 0007029138000007

尚、DNAポリメラーゼとしては、KOD-Multi&Epi-及び2X PCR Buffer for KOD -Multi & Epi-(TOYOBO社製)を用いた。4th DNA断片の作製の概略は図11に示した。 As the DNA polymerase, KOD-Multi & Epi- and 2X PCR Buffer for KOD -Multi & Epi- (manufactured by TOYOBO) were used. The outline of the preparation of the 4th DNA fragment is shown in FIG.

得られた各DNA断片を上記と同様の方法でゲル電気泳動(200V、20分間)にかけて、各断片のバンドのアップシフトを確認した。なお、マーカーとしては100 bpのDNAラダー(プロメガ社製)を用い、第1レーン~第4レーンにはそれぞれ1st~4th DNA断片を用いたときのPCR産物を流した。
図12に示すように、それぞれ目的のDNA断片の合成に成功したことを確認した。これらのDNA断片を500μLスケール(50μL×10本)に増やしてPCRを行い、さらにエタノール沈殿、及び上記と同様の方法を用いたカラム精製を行い4種類のDNA断片を得た。
Each of the obtained DNA fragments was subjected to gel electrophoresis (200 V, 20 minutes) in the same manner as described above, and the band upshift of each fragment was confirmed. A 100 bp DNA ladder (manufactured by Promega) was used as a marker, and PCR products using the 1st to 4th DNA fragments were flowed in the 1st to 4th lanes, respectively.
As shown in Fig. 12, it was confirmed that the desired DNA fragments were successfully synthesized. These DNA fragments were increased to a 500 μL scale (50 μL × 10) and PCR was performed. Further, ethanol precipitation and column purification using the same method as above were performed to obtain four types of DNA fragments.

(4)Endonuclease Vによる突出末端の形成
PCRにより得られた4種類のDNA断片にEndonuclease V(NEB社製)及び10X NE Buffer 4(NEB社製)を加えた表8及び9に示す反応組成液を用い、37℃にて1時間静置しイノシンを含むDNA断片の切断を行った。なお、2nd DNA断片と3rd DNA断片とは、それぞれの配列中にイノシンを2つ含む設計になっているため、表8の反応組成におけるEndonuclease Vのユニット数(酵素量)を倍量にして反応を行った。
(4) Formation of protruding ends by Endonuclease V
Using the reaction compositions shown in Tables 8 and 9 in which Endonuclease V (manufactured by NEB) and 10X NE Buffer 4 (manufactured by NEB) were added to the four types of DNA fragments obtained by PCR, the mixture was allowed to stand at 37 ° C. for 1 hour. A DNA fragment containing inosine was cleaved. Since the 2nd DNA fragment and the 3rd DNA fragment are designed to contain two inosine in each sequence, the number of Endonuclease V units (enzyme amount) in the reaction composition in Table 8 is doubled. And reacted.

その後、8Mの尿素(特級、和光純薬社製)を酵素処理反応液の量の比が9:1になるように加え(終濃度7.2 M)、42℃にて、0分、5分、10分、20分、30分間それぞれ静置してDNAを変性させた。PCR Clean UP Mini Kit(Favorgen社製)を用いて切断されたイノシンを含む短いDNA断片を取り除き、突出末端を形成したDNA断片を得た。 After that, 8 M urea (special grade, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added so that the ratio of the amount of the enzyme-treated reaction solution was 9: 1 (final concentration 7.2 M), and the temperature was 42 ° C. for 0 minutes and 5 minutes. The DNA was denatured by allowing it to stand for 10 minutes, 20 minutes, and 30 minutes, respectively. A short DNA fragment containing cleaved inosine was removed using a PCR Clean UP Mini Kit (manufactured by Favorgen) to obtain a DNA fragment having a protruding end.

Figure 0007029138000008
Figure 0007029138000008

Figure 0007029138000009
Figure 0007029138000009

突出末端形成後の各DNA断片を上記と同様の方法でゲル電気泳動(200V、150分間)に供し、各断片のバンドのアップシフトを図13~図16に示した。なお、マーカーとしては100 bpのDNAラダー(プロメガ社製)を用いた。
図13には1st DNA断片、図14は4th DNA断片、図15には2nd DNA断片、図16は3rd DNA断片の電気泳動の結果を示す。また、図17には、突出末端形成前の各DNA断片及び突出末端形成後の各DNA断片を電気泳動にかけた各断片のバンドのアップシフトを示した。
After forming the protruding end, each DNA fragment was subjected to gel electrophoresis (200 V, 150 minutes) in the same manner as described above, and the band upshift of each fragment is shown in FIGS. 13 to 16. A 100 bp DNA ladder (manufactured by Promega) was used as a marker.
FIG. 13 shows the results of electrophoresis of the 1st DNA fragment, FIG. 14 shows the 4th DNA fragment, FIG. 15 shows the 2nd DNA fragment, and FIG. 16 shows the results of electrophoresis of the 3rd DNA fragment. In addition, FIG. 17 shows the band upshift of each DNA fragment before the formation of the protruding end and each DNA fragment after the formation of the protruding end by electrophoresis.

図13~16に示すように、各断片はEndonuclease Vによってイノシンを含む短いDNA断片が切断されていることが確認できた。また、図14~17に示す結果から、1st DNA断片には6塩基の突出末端が、2nd DNA断片には6塩基と12塩基の突出末端が、3rd DNA断片には12塩基と9塩基の突出末端が、4th DNA断片には9塩基の突出末端が形成されていることが確認できた。
すなわち、各断片はイノシン導入プライマーで調整した箇所で切断されていることが確認でき、DNA断片の両端において突出塩基の数を調節できることが確認できた。
As shown in FIGS. 13 to 16, it was confirmed that each fragment was cleaved with a short DNA fragment containing inosine by Endonuclease V. From the results shown in FIGS. 14 to 17, the 1st DNA fragment has 6-base protruding ends, the 2nd DNA fragment has 6-base and 12-base protruding ends, and the 3rd DNA fragment has 12-base and 9-base protruding ends. It was confirmed that the terminal was formed, and the protruding end of 9 bases was formed in the 4th DNA fragment.
That is, it was confirmed that each fragment was cleaved at the site adjusted with the inosine introduction primer, and it was confirmed that the number of overhanging bases could be adjusted at both ends of the DNA fragment.

また、尿素処理については時間条件を5分から30分の間で変化させ、温度条件42℃、8M 尿素(終濃度7.2 M)でのDNAの変性を観察した。図13及び図14に示すように、1st DNA断片と4th DNA断片では、尿素処理の時間で変化は見られなかったが、図15に示すように2nd DNA断片で尿素処理時間が30分では12塩基のDNA断片が除かれることによって、168bpのバンドが濃くなっていた。
このことから、1st DNA断片と4th DNA断片では、変性によって除かれるDNA断片が6塩基、9塩基と比較的短いため尿素を用いて変性させる必要ないこと、及び12塩基のように比較的長い突出末端を作製する場合は、尿素処理を行うことで突出末端を形成したDNAの収率が向上する可能性があることが示唆された。
For urea treatment, the time condition was changed from 5 minutes to 30 minutes, and DNA denaturation was observed at a temperature condition of 42 ° C. and 8 M urea (final concentration 7.2 M). As shown in FIGS. 13 and 14, there was no change in the urea treatment time between the 1st DNA fragment and the 4th DNA fragment, but as shown in FIG. 15, the urea treatment time was 30 for the 2nd DNA fragment. In minutes, the 168 bp band was thickened by removing the 12-base DNA fragment.
From this, in the 1st DNA fragment and the 4th DNA fragment, the DNA fragment removed by denaturation is relatively short at 6 bases and 9 bases, so it is not necessary to denature with urea, and relatively like 12 bases. It was suggested that when making long overhangs, urea treatment may improve the yield of DNA with overhangs.

(5)連結反応
前記4種類の突出末端を形成したDNA断片を組み合わせ、それぞれTaq DNA リガーゼ及び10 X Taq DNA リガーゼ反応バッファー(NEB社製)を用いて連結反応を行った。
まず、それぞれのDNA断片を混合し、表10に示す反応組成物とし、45℃、30分間静置して連結反応を行った。さらに、4種類の突出末端を形成したDNA断片をまとめて混合し、表11に示す反応組成物として、45℃、30分間静置し連結反応を行い、非天然型VHH DNAの合成を行った。連結反応の概略は図18に示した。
(5) Linkage reaction The DNA fragments forming the above four types of protruding ends were combined, and a ligation reaction was carried out using Taq DNA ligase and 10 X Taq DNA ligase reaction buffer (manufactured by NEB), respectively.
First, each DNA fragment was mixed to prepare a reaction composition shown in Table 10, and the mixture was allowed to stand at 45 ° C. for 30 minutes to carry out a ligation reaction. Furthermore, DNA fragments forming four types of protruding ends were mixed together, and the reaction composition shown in Table 11 was allowed to stand at 45 ° C. for 30 minutes for a ligation reaction to synthesize unnatural VHH DNA. .. The outline of the ligation reaction is shown in FIG.

Figure 0007029138000010
Figure 0007029138000010

Figure 0007029138000011
Figure 0007029138000011

各連結反応を行った連結DNA断片を電気泳動にかけて、各断片のバンドのアップシフトを確認した。図19には、突出末端形成前の各DNA断片及び以下の組み合わせで連結反応を行った結果物の電気泳動結果を示す。なお、マーカーとしては100 bpのDNAラダー(プロメガ社製)を用い、第一レーン~第四レーンには突出末端形成前の各DNA断片、第五レーンから第十レーンには上記a~fの組み合わせで連結反応を行った結果物を載せて泳動した。 The linked DNA fragments subjected to each ligation reaction were electrophoresed to confirm the band upshift of each fragment. FIG. 19 shows the electrophoresis results of each DNA fragment before the formation of the protruding end and the result of the ligation reaction with the following combinations. A 100 bp DNA ladder (manufactured by Promega) was used as a marker, and each DNA fragment before the formation of the protruding end was used in the first to fourth lanes, and the above a to f were used in the fifth to tenth lanes. The result of the ligation reaction in combination was placed and run.

a:突出末端形成を行った1st DNA断片と2nd DNA断片の組み合わせ、
b:突出末端形成を行った2nd DNA断片と3rd DNA断片との組み合わせ、
c:突出末端形成を行った3rd DNA断片と4th DNA断片との組み合わせ、
d:突出末端形成を行った1st DNA断片と3rd DNA断片の組み合わせ、
e:突出末端形成を行った1st DNA断片と4th DNA断片の組み合わせ、
f:突出末端形成を行った2nd DNA断片と4th DNA断片の組み合わせ
a: Combination of 1st DNA fragment and 2nd DNA fragment with protruding end formation,
b: Combination of 2nd DNA fragment and 3rd DNA fragment with protruding end formation,
c: Combination of 3rd DNA fragment and 4th DNA fragment with protruding end formation,
d: Combination of 1st DNA fragment and 3rd DNA fragment with protruding end formation,
e: Combination of 1st DNA fragment and 4th DNA fragment with protruding end formation,
f: Combination of 2nd DNA fragment and 4th DNA fragment with protruding end formation

図20に示す結果から、突出塩基数が一致する組み合わせ(a,b,c)でのみ連結反応が行われることが確認できた。このことから、制限酵素と比較して特異性の高い連結反応を行えると考えられる。 From the results shown in FIG. 20, it was confirmed that the ligation reaction was performed only in the combinations (a, b, c) having the same number of overhanging bases. From this, it is considered that a ligation reaction with higher specificity can be performed as compared with the restriction enzyme.

また、図20には、すべての突出末端形成後のDNA断片を混合して連結反応を行った結果物の反応時間を30分から120分の間で検討したもの、前記全ての連結反応物をPCRによって増幅させた産物(5サイクル、8サイクル)の電気泳動結果を示す。なお、マーカーとしては100 bpのDNAラダー(プロメガ社製)を用いた。 In addition, FIG. 20 shows the reaction time of the product obtained by mixing all the DNA fragments after the formation of the protruding end and performing the ligation reaction between 30 minutes and 120 minutes, and PCR of all the ligation reactions described above. The electrophoresis results of the products (5 cycles, 8 cycles) amplified by the above are shown. A 100 bp DNA ladder (manufactured by Promega) was used as a marker.

図21に示す結果から、連結反応を行ったDNA断片混合液の原液では電気泳動に連結反応の結果物の存在は確認できなかったが、混合液を用いて全長PCRをしたところ8サイクルの複製によって連結反応結果物が確認できた。すなわち、4種類のDNA断片を一度に連結させることで長鎖DNAの合成に成ができたことが確認できた。尚、バンド強度比から、長鎖DNAの連結効率は5.9%だった。 From the results shown in FIG. 21, the presence of the result of the ligation reaction could not be confirmed by electrophoresis in the undiluted solution of the DNA fragment mixture in which the ligation reaction was performed, but when full-length PCR was performed using the mixture, 8-cycle replication was performed. The ligation reaction result was confirmed by. That is, it was confirmed that the synthesis of long-chain DNA could be achieved by linking four types of DNA fragments at once. From the band intensity ratio, the ligation efficiency of long-chain DNA was 5.9%.

(6)シーケンス解析
全長連結反応を行い、合成されたVHH DNAを全長PCRして得られたPCR産物をダイレクトシーケンシングで解析を行った。下記の7項目を確認した。
a:連結反応を行ったDNAのAテーリング
b:DNAのベクターへの挿入
c:ベクターの大腸菌への形質転換
d:プレート培養
e:コロニーPCRによる確認
f:液体培養と精製
g:解析
(6) Sequence analysis A full-length ligation reaction was performed, and the synthesized VHH DNA was subjected to full-length PCR, and the obtained PCR product was analyzed by direct sequencing. The following 7 items were confirmed.
a: A tailing of the ligated DNA b: Insertion of DNA into the vector c: Transformation of the vector into E. coli d: Plate culture e: Confirmation by colony PCR f: Liquid culture and purification g: Analysis

以下にそれぞれの方法を詳しく記述する。
a:連結反応を行ったDNAのAテーリング
連結反応を行ったDNAのAテーリングは、Ex TaqでPCRを行うことによって、3’末端にAを1塩基付加した。これにより、pGEM-T Easy Vector等の3’末端にTを1塩基付加してあるベクターへの挿入が可能となる。反応組成及び反応条件は以下に示す。
Each method is described in detail below.
a: A tailing of the ligated DNA For the A tailing of the ligated DNA, one base of A was added to the 3'end by PCR with Ex Taq. This enables insertion into a vector such as pGEM-T Easy Vector in which one base of T is added to the 3'end. The reaction composition and reaction conditions are shown below.

PCRプログラムは、以下の通りとし、ステップ2~3を25サイクル繰り返した。
1.98℃ 2分
2.98℃ 10秒
3.66℃ 5秒
4.72℃ 1分
5.72℃ 2分
6.10℃
The PCR program was as follows, and steps 2 and 3 were repeated for 25 cycles.
1.98 ° C 2 minutes 2.98 ° C 10 seconds 3.66 ° C 5 seconds 4.72 ° C 1 minute 5.72 ° C 2 minutes 6.10 ° C

Figure 0007029138000012
Figure 0007029138000012

b:DNAのベクターへの挿入
連結反応を行ったDNAをベクターに挿入するために、pGEM-T Easy Vector system(pGEM-T Easy Vector、T4 DNA リガーゼ、2X Rapid Ligation Buffer、T4 DNA:Promega社製)を用いた。
まずpGEM-T Easy Vectorの入ったチューブを遠心し、ベクターをチューブの底に集めた。次に表13に示す反応溶液を調整した。最後にこの反応溶液をピペッティングで攪拌し、室温で1時間インキュベートした。
b: Insertion of DNA into the vector To insert the ligated DNA into the vector, pGEM-T Easy Vector system (pGEM-T Easy Vector, T4 DNA ligase, 2X Rapid Ligation Buffer, T4 DNA: manufactured by Promega) ) Was used.
First, the tube containing the pGEM-T Easy Vector was centrifuged, and the vector was collected at the bottom of the tube. Next, the reaction solutions shown in Table 13 were prepared. Finally, the reaction solution was stirred by pipetting and incubated at room temperature for 1 hour.

Figure 0007029138000013
Figure 0007029138000013

c:ベクターの大腸菌への形質転換
DNAを挿入したベクターをコンピテントセルDH5αに取り込ませた。まず、インキュベートが終わった反応溶液を遠心し、ベクターをチューブの底に集めた。次にこの反応溶液2μLを氷上に置いたチューブに入れ、氷上で融解したコンピテントセルDH5αを50μL加えて混合した。この混合溶液を軽く攪拌した後、氷上に20分間静置した。20分後、そのチューブを42℃の恒温プレートに45秒間置き、コンピテントセルにヒートショックを与え、その後、速やかに氷上に戻して2分間静置した。2分後、室温のSOC培地を950μL加えて混合し、振とうさせながら37℃で1.5時間インキュベートした。
c: Transformation of vector to E. coli
The vector into which the DNA was inserted was incorporated into competent cell DH5α. First, the reaction solution after incubation was centrifuged and the vector was collected at the bottom of the tube. Next, 2 μL of this reaction solution was placed in a tube placed on ice, and 50 μL of competent cell DH5α melted on ice was added and mixed. The mixed solution was lightly stirred and then allowed to stand on ice for 20 minutes. After 20 minutes, the tube was placed on a constant temperature plate at 42 ° C. for 45 seconds to give heat shock to the competent cells, and then immediately returned to ice and allowed to stand for 2 minutes. After 2 minutes, 950 μL of SOC medium at room temperature was added, mixed, and incubated at 37 ° C. for 1.5 hours with shaking.

d:プレート培養
プレート培養では、まず表14に示す組成物のプレート培地を作成した。その後プレートに形質転換済の大腸菌を播種し、37℃で一晩インキュベートした。なお、表中の材料は、Bacto-tryptone(Becton社製)、Bacto-yeast extract(Becton社製)、NaCl(特級、和光純薬社製)、寒天(特級、和光純薬社製)を用いた。
d: Plate culture In plate culture, first, a plate medium having the composition shown in Table 14 was prepared. The plates were then seeded with transformed E. coli and incubated overnight at 37 ° C. The materials in the table are Bacto-tryptone (manufactured by Becton), Bacto-yeast extract (manufactured by Becton), NaCl (special grade, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and agar (special grade, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). board.

Figure 0007029138000014
Figure 0007029138000014

e:コロニーPCRによる確認
コロニーPCRによる確認では、PCRのテンプレートとしてプレート培養で得られたコロニーを入れてPCRを行い、電気泳動に供してコロニーに含まれるベクター中に、目的のDNAが挿入されているか否かを確認した。以下にPCR反応溶液の組成とPCRサイクル条件を示す。
e: Confirmation by colony PCR In the confirmation by colony PCR, the colony obtained by plate culture is inserted as a template for PCR, PCR is performed, and the target DNA is inserted into the vector contained in the colony for electrophoresis. I checked if it was there. The composition of the PCR reaction solution and the PCR cycle conditions are shown below.

PCRプログラムは、以下の通りとし、ステップ2~4を25サイクル繰り返した。
1.94℃ 2分
2.98℃ 10秒
3.55℃ 10秒
4.68℃ 36秒
5.68℃ 1分
6.10℃ 静置
The PCR program was as follows, and steps 2 to 4 were repeated for 25 cycles.
1.94 ° C 2 minutes 2.98 ° C 10 seconds 3.55 ° C 10 seconds 4.68 ° C 36 seconds 5.68 ° C 1 minute 6.10 ° C Stand still

Figure 0007029138000015
Figure 0007029138000015

f:液体培養と精製
まず、コロニーPCRによってDNAの挿入が確認された大腸菌を、以下に示す組成の液体培地中で培養した。その後Plasmid DNA Extraction Mini Kit(Favorgen社製)を用いてベクターを精製した。
f: Liquid culture and purification First, Escherichia coli in which DNA insertion was confirmed by colony PCR was cultured in a liquid medium having the composition shown below. The vector was then purified using a plasmid DNA Extraction Mini Kit (manufactured by Favorgen).

Figure 0007029138000016
Figure 0007029138000016

g:解析
ユーロフィンジェノミクスに指定の組成の溶液を送付することによって配列の解析を依頼した。その結果、配列番号14で示すような全長628bpのDNA配列を読み取れた。
g: Analysis Requested sequence analysis by sending a solution of the specified composition to Eurofins Genomics. As a result, a DNA sequence having a total length of 628 bp as shown in SEQ ID NO: 14 could be read.

[配列番号14]
GATCCCGCGA AATTAATACG ACTCACTATA GGGGAAGTAT TTTTACAACA ATTACCAACA ACAACAACAA ACAACAACAA CATTACATTT TACATTCTAC AACTACAAGC CACCATGGGC GAGGTGCAGC TGGTGGAGAG CGGAGGAGGA TCCGTGCAGG CTGGAGGAAG CCTGCGCCTG AGCTGCGCTG CTAGCGGANN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNTGGT TCCGCCAGGC TCCTGGAAAG GAGCGCGAGG GAGTGNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNACCTACT ACGCCGACAG CGTGAAGGGA CGCTTCACCA TCAGCCAGGA CAACGCCAAG AACACCGTGT ACCTGCAGAT GAACAGCCTG AAGCCAGAGG ACACCGCTAT CTACTACTGC GCTGCTNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNTACTGG GGCCAGGGCA CCCAGGTGAC CGTGGGAGGA GGCAGCCATC ATCATCATCA TCACGGCGGA AGCGACTACA AGGATGACGA TGACAAGGGT GGTAGCAGGA CGGGGGGCGG CGTGGAAA
[SEQ ID NO: 14]
GATCCCGCGA AATTAATACG ACTCACTATA GGGGAAGTAT TTTTACAACA ATTACCAACA ACAACAACAA ACAACAACAA CATTACATTT TACATTCTAC AACTACAAGC CACCATGGGC GAGGTGCAGC TGGTGGAGAG CGGAGGAGGA TCCGTGCAGG CTGGAGGAAG CCTGCGCCTG AGCTGCGCTG CTAGCGGANN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNTGGT TCCGCCAGGC TCCTGGAAAG GAGCGCGAGG GAGTGNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNACCTACT ACGCCGACAG CGTGAAGGGA CGCTTCACCA TCAGCCAGGA CAACGCCAAG AACACCGTGT ACCTGCAGAT GAACAGCCTG AAGCCAGAGG ACACCGCTAT CTACTACTGC GCTGCTNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNNNNNNN NNNNTACTGG GGCCAGGGCA CCCAGGTGAC CGTGGGAGGA GGCAGCCATC ATCATCATCA TCACGGCGGA AGCGACTACA AGGATGACGA TGACAAGGGT GGTAGCAGGA CGGGGGGCGG CGTGGAAA

正しく読み取ることができた8本のサンプル中、イノシン置換による変異ではない位置に1ヶ所だけ変異が起こっていることが確認された。この変異では、426番目のCがTへと変異していたが、この変異によって発現するアミノ酸(プロリン)に変化はなかった。また、イノシンを挿入した位置の相補に現れる塩基はシトシンであるが、発現するアミノ酸はどれも変化しなかった。
以上より、制限酵素非依存DNAライブラリの作製が成功したことを確認できた。
It was confirmed that in the eight samples that could be read correctly, only one mutation occurred at a position that was not a mutation due to inosine substitution. In this mutation, C at position 426 was mutated to T, but there was no change in the amino acid (proline) expressed by this mutation. The base appearing at the complement of the position where inosine was inserted was cytosine, but none of the expressed amino acids changed.
From the above, it was confirmed that the restriction enzyme-independent DNA library was successfully prepared.

図21及び図22に示すように、上記の方法で得られた制限酵素非依存DNA(628bp)の塩基配列では、天然では存在しないCDR1~CDR3(Nで示す。)の長さが等しいDNA断片が得られた。 As shown in FIGS. 21 and 22, in the base sequence of the restriction enzyme-independent DNA (628 bp) obtained by the above method, DNA fragments having the same length of CDR1 to CDR3 (indicated by N), which do not exist in nature, are equal. was gotten.

(実施例2)
2.cDNAディスプレイによるライブラリの作製及び選別
上記実施例1と同様の方法で得られた制限酵素非依存DNAライブラリからcDNAディスプレイ分子を得てセレクションを行い、さらにライブラリを作製した。
(Example 2)
2. 2. Preparation and Selection of Library by cDNA Display A cDNA display molecule was obtained from the restriction enzyme-independent DNA library obtained by the same method as in Example 1 above, and selection was performed to further prepare a library.

(1)cDNAディスプレイ用コンストラクト用断片
上記実施例1と同様の方法で、以下のような配列のVHHのフルコンストラクトDNAを得た。以下の配列中、r、b、d、v、k、s、h及びsは、それぞれ混合塩基を示す略号である。rは、A,T,G,Cの割合が25%ずつ、bはT及びCが50%ずつである。また、dは、TとGとが19%でCとAとが27%、vはT、C及びAが28%でGが16%である。kは、Tが13%、Cが20%、Aが35%、Gが32%であり、hは、TとGとが24%、Cが22%、Aが30%であり、sは、T及びCga37%で、Gが26%である。
(1) Fragment for construct for cDNA display A full construct DNA of VHH having the following sequence was obtained by the same method as in Example 1 above. In the following sequences, r, b, d, v, k, s, h and s are abbreviations indicating mixed bases, respectively. In r, the ratios of A, T, G, and C are 25% each, and in b, T and C are 50% each. Further, d is 19% for T and G, 27% for C and A, and v is 28% for T, C and A and 16% for G. k is 13% for T, 20% for C, 35% for A, 32% for G, and h is 24% for T and G, 22% for C, 30% for A, and s is. , T and Cga 37%, G is 26%.

[配列番号15]
5’-GATCCCGCGAAATTAATACGACTCACTATAGGGGAAGTATTTTTACAACAATTACCAACAACAACAACAAACAACAACAACATTACATTTTACATTCTACAACTACAAGCCACCATGGGCGAGGTGCAGCTGGTGGAGAGCGGAGGAGGATCCGTGCAGGCTGGAGGAAGCCTGCGCCTGAGCTGCGCTGCTAGCGGArbrrbrdvbkhskhskhsdvbrbrrbrTGGTTCCGCCAGGCTCCTGGAAAGGAGCGCGAGGGAGTGrbrrbrdvbkhskhskhskhsdvbACCTACTACGCTGACAGCGTGAAGGGACGCTTCACCATCAGCCAGGACAACGCCAAGAACACCGTGTACCTGCAGATGAACAGCCTGAAGCCTGAGGACACCGCTATCTACTACTGCGCTGCTdvbdvbkhskhskhskhskhskhskhskhskhskhsdvbTACTGGGGACAGGGAACCCAGGTGACCGTGGGAGGAGGCAGCCATCATCATCATCATCACGGCGGAAGCAGGACGGGGGGCGGCGGGGAAA-3’
[SEQ ID NO: 15]
5'--3'

(2)完全長VHHをコードしたライブラリDNAの選別
挿入、欠損等によるフレームシフト又は終止コドンの出現により不完全なVHHがコードされたDNAを除去するために、得られたVHHをコードしたライブラリを、一旦、cDNAディスプレイ化し、His-tagによる精製を行った。以下に具体的な手順を示す。
(2) Selection of full-length VHH-encoded DNA In order to remove incomplete VHH-encoded DNA due to frameshifting due to insertion, deletion, etc., or the appearance of stop codons, the obtained VHH-encoding library is used. Once, it was converted into a cDNA display and purified by His-tag. The specific procedure is shown below.

(2-1) ライブラリDNAの転写
転写は、プロメガのキット(RiboMAX Large Scale RNA Production Systems- T7)に付属のプロトコルに従い、2.34 pmolのdsDNAを用いて、20μLスケールで転写を行った。37℃で2時間インキューベションした後、上記キットに付属するDNAse(RQ1 DNAse)をこの系に1μL加え、さらに37℃で15分インキュベートした。合成されたmRNAは、After Tri-Reagent RNA Clean-Up Kit(Favogen社製)を使用して精製した。
(2-1) Transcription of library DNA Transcription was performed on a 20 μL scale using 2.34 pmol of dsDNA according to the protocol attached to the Promega kit (RiboMAX Large Scale RNA Production Systems-T7). After incubating at 37 ° C for 2 hours, 1 μL of the DNAse (RQ1 DNAse) included in the above kit was added to this system, and the mixture was further incubated at 37 ° C for 15 minutes. The synthesized mRNA was purified using the After Tri-Reagent RNA Clean-Up Kit (manufactured by Favogen).

以下で使用する短いビオチン-セグメント・ピューロマイシンリンカー(Short Biotin-segment Puromycin (SBP)-linker)の作製に使用する修飾されたオリゴヌクレオチドである、「ピューロマイシンセグメント(PS)」、及び「短いビオチンセグメント(SBS)」は、ジーンワールド社(Tokyo,Japan)より入手した。このPSは、以下の構造を有する。 Modified oligonucleotides used to make the Short Biotin-segment Puromycin (SBP) -linker used below, "Puromycin Segment (PS)", and "Short Biotin". "Segment (SBS)" was obtained from Geneworld (Tokyo, Japan). This PS has the following structure.

5’-(S)-TC(F)-((Spc18)x4)-CC-(Puro)-3’ 5'-(S) -TC (F)-((Spc18) x4) -CC- (Puro) -3'

ここで、(S)は5’-チオールモディファイヤーC6を表し、(F)はフルオレセイン-dTを表す。(Puro)はピューロマイシンCPGを表し、(Spc18)はスペーサー・ホスホロアミダイト18を表す。また、上記SBSは以下の構造を有する。 Here, (S) represents 5'-thiol modifier C6, and (F) represents fluorescein-dT. (Puro) represents puromycin CPG and (Spc18) represents spacer phosphoramidite 18. In addition, the SBS has the following structure.

[配列番号16]
5’-CC-(rG)C(T-B)C(rG)ACCCCGCCGCCCCCCG(T)CCT-3’
[SEQ ID NO: 16]
5'-CC- (rG) C (TB) C (rG) ACCCCGCCGCCCCCCG (T) CCT-3'

ここで、(T)はアミノモディファイヤーC6dTを表し、(T-B)は、ビオチン-dTを表す。(rG)はリボGを表す。EMCSは、同仁化学(熊本、日本国)より購入した。プロテインAのBドメインは、pEZZ 18 プロテインA遺伝子融合ベクター(GEヘルスケア社製)より得た。フォワードプライマーは、T7プロモーター、タバコモザイクウイルスの「オメガ」5’-未翻訳領域、コザック配列、及びATG開始コドンを含んでいた。リバースプライマーは、ヘキサヒスチジンtag、スペーサー配列(GGGGGAGGCAGC:配列番号17)、及びピューロマイシンリンカーDNAの3’末端でmRNAとピューロマイシンリンカーDNAとの間にライゲーション可能な相補的配列(AGGACGGGGGGCGGGGAAA:配列番号18)を含んでいた。Oct-1のPou特異的DNA結合ドメインof Oct-1(PDO)の場合には、鋳型はPDOでBドメインが置き換えられて生成された。 Here, (T) represents the amino modifier C6dT, and (TB) represents biotin-dT. (RG) represents revolving G. EMCS was purchased from Dojin Kagaku (Kumamoto, Japan). The B domain of protein A was obtained from pEZZ 18 protein A gene fusion vector (manufactured by GE Healthcare). The forward primer contained the T7 promoter, the "omega" 5'-untranslated region of tobacco mosaic virus, the Kozak sequence, and the ATG start codon. Reverse primers are hexahistidine tag, spacer sequence (GGGGGAGGCAGC: SEQ ID NO: 17), and complementary sequence ligable between mRNA and puromycin linker DNA at the 3'end of puromycin linker DNA (AGGACGGGGGGCGGGGAAA: SEQ ID NO: 18). ) Was included. In the case of Oct-1's Pou-specific DNA binding domain of Oct-1 (PDO), the template was generated by replacing the B domain with PDO.

[配列番号17]
GGGGAGGCAGC
[SEQ ID NO: 17]
GGGGAGGCAGC

[配列番号18]
AGGACGGGGGGCGGGGAAA
[SEQ ID NO: 18]
AGGACGGGGGGCGGGGAAA

使用の直前に、20 nmolのPS 5’-チオール基を、0.1 MのDTTを用いて、50μLの1Mのリン酸バッファ(pH 7.0)中で、1時間、室温にて還元し、NAP-5カラム(GEヘルスケア社製)で脱塩した。全量10 nmolのSBS及び2μmolのEMCSを、100μLの0.2 Mのリン酸ナトリウムバッファー(pH 7.0)に加え、この混合物を37℃にて30分間インキュベートし、共沈剤(Quick-precip Plus, Edge BioSystems)を用いてエタノール沈殿させた。その後、ジエチルピロカーボネート(DEPC)処理水に溶解させた。還元されたPSを、ただちにこの溶液に加え、この混合物を4℃で終夜撹拌した。DTTを終濃度が50 mMとなるように加えて室温で30分間インキュベートし、反応を停止させた。室温でエタノール沈殿を行ない、過剰なPSを除去した。SBA及び未架橋のSBS-EMCS複合体を除去するために、エタノール沈殿物を、DEPC処理水に溶解させ、C18 HPLCを用いて以下の条件で精製した。 Immediately prior to use, 20 nmol PS 5'-thiol groups were reduced with 0.1 M DTT in 50 μL 1 M phosphate buffer (pH 7.0) for 1 hour at room temperature to reduce NAP-5. Desalted with a column (manufactured by GE Healthcare). A total of 10 nmol of SBS and 2 μmol of EMCS were added to 100 μL of 0.2 M sodium phosphate buffer (pH 7.0) and the mixture was incubated at 37 ° C. for 30 minutes to co-precipitate (Quick-precip Plus, Edge BioSystems). ) Was used for ethanol precipitation. Then, it was dissolved in diethyl pyrocarbonate (DEPC) treated water. The reduced PS was immediately added to the solution and the mixture was stirred at 4 ° C. overnight. DTT was added to a final concentration of 50 mM and incubated at room temperature for 30 minutes to terminate the reaction. Ethanol precipitation was performed at room temperature to remove excess PS. To remove the SBA and uncrosslinked SBS-EMCS complex, the ethanol precipitate was dissolved in DEPC-treated water and purified using C18 HPLC under the following conditions.

カラム:AR-300, 4.6 x 250 mm(ナカライテスク社製、日本国)
溶媒A:0.1 M トリエチルアンモニウムアセテート(TEAA)
溶媒B:アセトニトリル/水(80:20、v/v)
グラジエントB/A:33分以上かけて15~35%
流速:0.5 mL/分
検出: 吸光度254 nm及び490 nm
Column: AR-300, 4.6 x 250 mm (manufactured by Nacalai Tesque, Japan)
Solvent A: 0.1 M Triethylammonium acetate (TEAA)
Solvent B: acetonitrile / water (80:20, v / v)
Radiant B / A: 15-35% over 33 minutes
Flow rate: 0.5 mL / min Detection: Absorbance 254 nm and 490 nm

吸光度254nmでのピークに対応する画分(490 nmでの単一ピークに対応)を集め、この画分を乾燥させて、ピューロマイシン-リンカーDNAを、DEPC処理水に再懸濁させ、保存した。 Fractions corresponding to peaks at absorbance 254 nm (corresponding to a single peak at 490 nm) were collected, the fractions were dried, and puromycin-linker DNA was resuspended in DEPC-treated water and stored. ..

転写によって得られた200 pmolのmRNAに、220 pmolの上記のSBSピューロマイシンリンカーDNA、20μLの10 xT4 RNAリガーゼバッファー(TaKaRa社製)、12μLの0.1%BSAを加え、Nuclease-free water(プロメガ社製)を加えて、合計185μLとなるように調製した。90℃で1分間インキュベートした後に、70℃で1分間インキュベートし、0.04℃/秒のスピードで25℃まで降温させた。5μLのT4ポリヌクレオチドキナーゼ(TaKaRa社製)及び10μLのT4RNAリガーゼ(TaKaRa社製)を加え、25℃で1時間インキュベートした。 To 200 pmol of mRNA obtained by transcription, 220 pmol of the above SBS puromycin linker DNA, 20 μL of 10 x T4 RNA ligase buffer (TaKaRa), and 12 μL of 0.1% BSA were added, and Nuclease-free water (Promega) was added. The product was added to prepare a total of 185 μL. After incubating at 90 ° C. for 1 minute, the mixture was incubated at 70 ° C. for 1 minute and cooled to 25 ° C. at a rate of 0.04 ° C./sec. 5 μL of T4 polynucleotide kinase (TaKaRa) and 10 μL of T4 RNA ligase (TaKaRa) were added and incubated at 25 ° C. for 1 hour.

(2-2)翻訳
180 pmolのmRNA-リンカー連結体を、1.5 mLスケールの無細胞翻訳系(Retic Lysate IVTKit、Ambion)で翻訳した。翻訳はmRNA-リンカー連結体を、50μLずつProtein LoBindチューブ(エッペンドルフ社製)に分注し、30℃で20分間行った。その後、MgCl2及びKClを、それぞれ、終濃度が75 mM及び900 mMとなるように加え、37℃で1時間インキュベートし、翻訳産物であるmRNA-タンパク質連結体を得た。
(2-2) Translation
180 pmol of mRNA-linker conjugate was translated with a 1.5 mL scale cell-free translation system (Retic Lysate IVTKit, Ambion). For translation, 50 μL of the mRNA-linker conjugate was dispensed into a Protein LoBind tube (manufactured by Eppendorf) and performed at 30 ° C. for 20 minutes. Then, MgCl 2 and KCl were added to the final concentrations of 75 mM and 900 mM, respectively, and incubated at 37 ° C. for 1 hour to obtain a translation product mRNA-protein conjugate.

(2-3)逆転写
翻訳産物が入っているチューブを5本分ずつまとめ(400 μL x 6本)、80 μLの0.5 MのEDTA(pH 8.0)、480μLの2 x 結合バッファ(2 MのNaCl,2 mMのEDTA、0.2%のTween-20を含む20 mMのTris-HCl(pH7.5))を加えて、4℃で10分間インキュベートすることでmRNA-タンパク質連結体に結合しているリボソームを除去した。1x結合バッファでDynabeads MyOne C1 Streptavidinを予め洗浄した。新しい1.75mLチューブを6本用意し、ここに150μLの洗浄済みのDynabeads MyOne C1 Streptavidin、及び960μL分の上記の翻訳産物(mRNA-タンパク質連結体)を加え、冷却サーモブロックローテーター(日伸理化社製、SNP-24B)を用いて、20℃で15分撹拌した。
(2-3) Reverse transcription Collect 5 tubes of translation product each (400 μL x 6), 80 μL 0.5 M EDTA (pH 8.0), 480 μL 2 x binding buffer (2 M) 20 mM Tris-HCl (pH 7.5) containing NaCl, 2 mM EDTA, 0.2% Tween-20) is added and incubated at 4 ° C. for 10 minutes to bind to the mRNA-protein conjugate. Ribosomes were removed. Dynabeads MyOne C1 Streptavidin was pre-washed with 1x binding buffer. Prepare 6 new 1.75 mL tubes, add 150 μL of washed Dynabeads MyOne C1 Streptavidin and 960 μL of the above translation product (mRNA-protein conjugate), and add a cooling thermoblock rotator (manufactured by Nissin Rika). , SNP-24B), and the mixture was stirred at 20 ° C. for 15 minutes.

この上清を、150μLのDynabeads MyOne C1 Streptavidinを含む新たな1.75 mLをチューブに移し、同様に撹拌した。さらに同様の操作を、Dynabeads MyOne C1 Streptavidinを含む新たなチューブを用いてもう一度行い、合計3回の操作とした。以上のようにして得られたDynabeads MyOne C1 Streptavidinを、150 μLの1x結合バッファで2回洗浄しつつ、合計6本のチューブに、それぞれ450 μLずつまとめた。逆転写は、ReverTra Ase(東洋紡社製)を用いて、このキットに付属のプロトコルに従い、450 μL分のDynabeadsに対して225 μLのスケールで行った。冷却サーモブロックローテーターを使用して、42℃で40分間撹拌した。 The supernatant was transferred to a tube with fresh 1.75 mL containing 150 μL of Dynabeads MyOne C1 Streptavidin and stirred in the same manner. Further similar operations were performed again using a new tube containing Dynabeads MyOne C1 Streptavidin, for a total of 3 operations. The Dynabeads MyOne C1 Streptavidin obtained as described above was washed twice with 150 μL of 1x binding buffer, and 450 μL each was put into a total of 6 tubes. Reverse transcription was performed using ReverTra Ase (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) on a scale of 225 μL for 450 μL of Dynabeads according to the protocol attached to this kit. The mixture was stirred at 42 ° C. for 40 minutes using a cooling thermoblock rotator.

(2-4)磁性体ビーズ上からの回収
450μLの1x His-tag結合バッファ(0.5 MのNaCl及び0.05%のTween 20を含む20 mMのリン酸バッファ(pH 7.4))でDynabeadsを洗浄した後に、1,000 UのRNase T1(Ambion)を含む225 μLの1 x His-tag結合バッファを加え、37℃で10分間インキュベートした。上清を回収し、この操作を、もう1回繰り返した。以上の操作を、6本の450 μL分のDynabeadsに対して順番に行うことでmRNA/cDNA-タンパク質を450 μLスケールに回収した。
(2-4) Recovery from magnetic beads
225 containing 1,000 U of RNase T1 (Ambion) after washing Dynabeads with 450 μL of 1 x His-tag binding buffer (20 mM phosphate buffer (pH 7.4) containing 0.5 M NaCl and 0.05% Tween 20). μL of 1 x His-tag binding buffer was added and incubated at 37 ° C. for 10 minutes. The supernatant was collected and this operation was repeated once more. By performing the above operation in sequence for 6 450 μL Dynabeads, mRNA / cDNA-protein was recovered on a 450 μL scale.

(2-5)His-tagによる精製
His Mag Sepharose Ni(磁性粒子、GE healthcare社製)を、1 x His-tag結合バッファで洗浄した。上記のように回収したmRNA/cDNA-タンパク質サンプルから450 μLを取り、ここに、上記のように洗浄したMag Sepharose Niを50 μL加え、冷却サーモブロックローテーターを使用して、10℃で3時間撹拌し、mRNA/cDNA-タンパク質をMag Sepharose Niに結合させた。この磁性粒子を、100μLの1xHis-tag結合バッファで2回洗浄した。その後、溶出バッファ(1MのNaCl、5 mMのEDTA、0.1%のTween-20を含む50 mMのTris-HCl(pH7.4))を25μL加え、マイクロチューブミキサー(トミー精工社製、MT-360)を使用して、室温で15分撹拌した。同様の操作を、再度行った。合計50μLの溶出バッファを、Quick-Precip Plus Solution(Edge Bio)を用いて、エタノール沈殿させた。
(2-5) Purification by His-tag
His Mag Sepharose Ni (magnetic particles, manufactured by GE healthcare) was washed with 1 x His-tag binding buffer. Take 450 μL from the mRNA / cDNA-protein sample recovered as described above, add 50 μL of Mag Sepharose Ni washed as described above, and stir at 10 ° C. for 3 hours using a cooling thermoblock rotator. Then, the mRNA / cDNA-protein was bound to Mag Sepharose Ni. The magnetic particles were washed twice in 100 μL 1xHis-tag binding buffer. Then, 25 μL of elution buffer (1 M NaCl, 5 mM EDTA, 50 mM Tris-HCl (pH 7.4) containing 0.1% Tween-20) was added, and a microtube mixer (Tomy Seiko Co., Ltd., MT-360) was added. ) Was used to stir at room temperature for 15 minutes. The same operation was performed again. A total of 50 μL of elution buffer was subjected to ethanol precipitation using Quick-Precip Plus Solution (Edge Bio).

(2-6)cDNAディスプレイ分子からのフルコンストラクトDNA調製
エタノール沈殿させたcDNAディスプレイ分子を、100μLのPCR反応液(0.2 mMのdNTPs、8μMのF1、8μMのNewYtag to HGGS-R(配列:5’‐TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGAT‐3’:配列番号19)、0.02U/μLのPrimeSTAR HS DNA ポリメラーゼを含む1xPrimeSTARバッファ(Mg2+))に加え、以下のPCRプログラムを行って増幅させた。PCRプログラムは、以下の通りとし、ステップ2~4を10サイクル行った。
1.94℃ 2分
2.94℃ 15秒
3.68℃ 5秒
4.72℃ 35秒
5.72℃(2分)
(2-6) Preparation of full construct DNA from cDNA display molecule 100 μL of PCR reaction solution (0.2 mM dNTPs, 8 μM F1, 8 μM New Ytag to HGGS-R (sequence: 5') of ethanol-precipitated cDNA display molecule. -TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGAT-3': SEQ ID NO: 19), 1xPrimeSTAR buffer containing 0.02U / μL PrimeSTAR HS DNA polymerase (Mg 2+ )), and amplified by the following PCR program. The PCR program was as follows, and steps 2 to 4 were performed for 10 cycles.
1.94 ° C 2 minutes 2.94 ° C 15 seconds 3.68 ° C 5 seconds 4.72 ° C 35 seconds 5.72 ° C (2 minutes)

[配列番号19]
5’‐TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGAT‐3’
[SEQ ID NO: 19]
5'-TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGAT-3'

PCR産物を8Mの尿素変性4.5%PAGEにて泳動し、フルコンストラクトDNA(541mer)を切出して精製した。精製したフルコンストラクトDNAを、200μLのPCR反応液(1x PrimeSTARバッファ(Mg2+)、0.2 mMのdNTPs、0.4 μMのNewleft、0.4 μMのNewYtag、0.02U/μLのPrimeSTAR HS DNAポリメラーゼ)に加え、50μLずつ、上記チューブ中に分注した後、以下のPCRプログラムを行った。PCRプログラムは、以下の通りとし、ステップ2~4を6サイクル行った。 The PCR product was run on 8M urea-denatured 4.5% PAGE, and full construct DNA (541mer) was excised and purified. Purified full construct DNA is added to 200 μL of PCR reaction (1x PrimeSTAR buffer (Mg 2+ ), 0.2 mM dNTPs, 0.4 μM Newleft, 0.4 μM NewYtag, 0.02 U / μL PrimeSTAR HS DNA polymerase). After dispensing 50 μL into each of the above tubes, the following PCR program was performed. The PCR program was as follows, and steps 2 to 4 were performed for 6 cycles.

1.94℃ 2分
2.94℃ 15秒
3.68℃ 5秒
4.72℃ 35秒
5.72℃ 2分
1.94 ° C 2 minutes 2.94 ° C 15 seconds 3.68 ° C 5 seconds 4.72 ° C 35 seconds 5.72 ° C 2 minutes

以上のPCR増幅で得られた二本鎖としたフルコンストラクトDNAは、PCR産物を125μL x 2本にまとめスピンカラム(FavorPrep PCR Clean-Up Mini Kit、Favorgen社製)を2本を用いて精製した。この溶出液80μLに、120μLのNuclease-free water (Kitに付属)を加え、さらに共沈剤(Quick-Precip Plus Solution, EdgeBio)を1/10倍量添加してエタノール沈殿させ、最後に20μLのNuclease-free waterに溶解し-20℃でストックした。 The double-stranded full-construct DNA obtained by the above PCR amplification was purified by combining the PCR products into 125 μL x 2 and using two spin columns (FavorPrep PCR Clean-Up Mini Kit, manufactured by Favorgen). .. To 80 μL of this eluate, 120 μL of Nuclease-free water (included with the kit) is added, and 1/10 times the amount of co-precipitant (Quick-Precip Plus Solution, EdgeBio) is added for ethanol precipitation, and finally 20 μL. It was dissolved in Nuclease-free water and stocked at -20 ° C.

(2-7)クローニング
上述したHis-tagによる精製を行った後のVHH DNAライブラリのクォリティ(完全長VHHがコードされたDNAがどの程度含まれているか)を調べるために、以下のように、このライブラリDNAのクローニングおよびシーケンシング解析を行った。
まず、ライブラリDNAをpGEM-T easy Vector (Promega社製)へライゲーションし、これを用いてCompetent high DH5α(東洋紡社製)を形質転換し、LBプレートで、37℃、オーバーナイトの条件で培養した。
(2-7) Cloning In order to examine the quality of the VHH DNA library after purification by His-tag described above (how much DNA encoding full-length VHH is contained), as follows. Cloning and sequencing analysis of this library DNA was performed.
First, the library DNA was ligated to pGEM-T easy Vector (manufactured by Promega), and Competent high DH5α (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was transformed with this and cultured on an LB plate at 37 ° C. overnight. ..

40個のクローンをピックアップして、オペロンバイオテクノロジー株式会社に依頼して、シーケンシング解析を行った。DNA配列から得られたVHH配列の情報を以下に示す。なお、「*」はStopコドンの出現を示す。配列解析の結果、40個のクローン中、35個のクローンが完全長VHHをコードしているDNAであることが確認できた。このライブラリの完全長VHHをコードした割合は、約88%であった。
以上より、ライブラリが作製できたことが確認された。
We picked up 40 clones and asked Operon Biotechnology Co., Ltd. to perform sequencing analysis. Information on the VHH sequence obtained from the DNA sequence is shown below. In addition, "*" indicates the appearance of the Stop codon. As a result of sequence analysis, it was confirmed that 35 of the 40 clones were DNA encoding full-length VHH. The percentage of the full length VHH encoded in this library was about 88%.
From the above, it was confirmed that the library could be produced.

Figure 0007029138000017
Figure 0007029138000017

本発明は、医薬及び診断薬の分野において有用である。 The present invention is useful in the fields of pharmaceuticals and diagnostic agents.

配列番号1:VHH DNA ライブラリの塩基配列
配列番号2:Flag-tag挿入用プライマーの塩基配列
配列番号3:プライマー(Newleft)の塩基配列
配列番号4:プライマー(NewYtag)の塩基配列
配列番号5:イノシンプライマーの塩基配列
配列番号6:イノシンプライマーの塩基配列
配列番号7:イノシンプライマーの塩基配列
配列番号8:イノシンプライマーの塩基配列
配列番号9:イノシンプライマーの塩基配列
配列番号10:イノシンプライマーの塩基配列
配列番号11:ランダム変異挿入用のプライマーの塩基配列
配列番号12:ランダム変異挿入用のプライマーの塩基配列
配列番号13:ランダム変異挿入用のプライマーの塩基配列
配列番号14:制限酵素非依存DNAライブラリの塩基配列
配列番号15:VHHのフルコンストラクトの塩基配列
配列番号16:ピューロマイシンセグメントの塩基配列
配列番号17:スペーサー配列
配列番号18:mRNAとピューロマイシンリンカーDNAとの間にライゲーション可能な相補的配列
配列番号19:NewY tag to HGGS-Rの塩基配列
配列番号20:クローニングで得られたVHHの配列情報(1)
配列番号21:クローニングで得られたVHHの配列情報(2)
配列番号22:クローニングで得られたVHHの配列情報(3)
配列番号23:クローニングで得られたVHHの配列情報(4)
配列番号24:クローニングで得られたVHHの配列情報(5)
配列番号25:クローニングで得られたVHHの配列情報(6)
配列番号26:クローニングで得られたVHHの配列情報(7)
配列番号27:クローニングで得られたVHHの配列情報(8)
配列番号28:クローニングで得られたVHHの配列情報(9)
配列番号29:クローニングで得られたVHHの配列情報(10)
配列番号30:クローニングで得られたVHHの配列情報(11)
配列番号31:クローニングで得られたVHHの配列情報(12)
配列番号32:クローニングで得られたVHHの配列情報(13)
配列番号33:クローニングで得られたVHHの配列情報(14)
配列番号34:クローニングで得られたVHHの配列情報(15)
配列番号35:クローニングで得られたVHHの配列情報(16)
配列番号36:クローニングで得られたVHHの配列情報(17)
配列番号37:クローニングで得られたVHHの配列情報(18)
配列番号38:クローニングで得られたVHHの配列情報(19)
配列番号39:クローニングで得られたVHHの配列情報(20)
配列番号40:クローニングで得られたVHHの配列情報(21)
配列番号41:クローニングで得られたVHHの配列情報(22)
配列番号42:クローニングで得られたVHHの配列情報(23)
配列番号43:クローニングで得られたVHHの配列情報(24)
配列番号44:クローニングで得られたVHHの配列情報(25)
配列番号45:クローニングで得られたVHHの配列情報(26)
配列番号46:クローニングで得られたVHHの配列情報(27)
配列番号47:クローニングで得られたVHHの配列情報(28)
配列番号48:クローニングで得られたVHHの配列情報(29)
配列番号49:クローニングで得られたVHHの配列情報(30)
配列番号50:クローニングで得られたVHHの配列情報(31)
配列番号51:クローニングで得られたVHHの配列情報(32)
配列番号52:クローニングで得られたVHHの配列情報(33)
配列番号53:クローニングで得られたVHHの配列情報(34)
配列番号54:クローニングで得られたVHHの配列情報(35)
配列番号55:クローニングで得られたVHHの配列情報(36)
配列番号56:クローニングで得られたVHHの配列情報(37)
配列番号57:クローニングで得られたVHHの配列情報(38)
配列番号58:クローニングで得られたVHHの配列情報(39)
配列番号59:クローニングで得られたVHHの配列情報(40)
SEQ ID NO: 1: VHH DNA library base sequence SEQ ID NO: 2: Flag-tag insertion primer base sequence SEQ ID NO: 3: Nucleotide sequence of primer (Newleft) SEQ ID NO: 4: Nucleotide sequence of primer (NewYtag) SEQ ID NO: 5: Inosin Primer base sequence SEQ ID NO: 6: Inosin primer base sequence SEQ ID NO: 7: Inosin primer base sequence SEQ ID NO: 8: Inosin primer base sequence SEQ ID NO: 9: Inosin primer base sequence SEQ ID NO: 10: Inosin primer base sequence sequence No. 11: Nucleotide sequence of primer for random mutation insertion SEQ ID NO: 12: Nucleotide sequence of primer for random mutation insertion SEQ ID NO: 13: Nucleotide sequence of primer for random mutation insertion SEQ ID NO: 14: Base of restriction enzyme-independent DNA library SEQ ID NO: 15: Nucleotide sequence of VHH full construct Sequence number 16: Nucleotide sequence of puromycin segment SEQ ID NO: 17: Spacer sequence SEQ ID NO: 18: Complementary sequence number that can be ligated between mRNA and puromycin linker DNA 19: Nucleotide sequence of NewY tag to HGGS-R SEQ ID NO: 20: Sequence information of VHH obtained by cloning (1)
SEQ ID NO: 21: VHH sequence information obtained by cloning (2)
SEQ ID NO: 22: VHH sequence information obtained by cloning (3)
SEQ ID NO: 23: VHH sequence information obtained by cloning (4)
SEQ ID NO: 24: VHH sequence information obtained by cloning (5)
SEQ ID NO: 25: VHH sequence information obtained by cloning (6)
SEQ ID NO: 26: VHH sequence information obtained by cloning (7)
SEQ ID NO: 27: VHH sequence information obtained by cloning (8)
SEQ ID NO: 28: VHH sequence information obtained by cloning (9)
SEQ ID NO: 29: VHH sequence information obtained by cloning (10)
SEQ ID NO: 30: VHH sequence information obtained by cloning (11)
SEQ ID NO: 31: Sequence information of VHH obtained by cloning (12)
SEQ ID NO: 32: VHH sequence information obtained by cloning (13)
SEQ ID NO: 33: VHH sequence information obtained by cloning (14)
SEQ ID NO: 34: VHH sequence information obtained by cloning (15)
SEQ ID NO: 35: VHH sequence information obtained by cloning (16)
SEQ ID NO: 36: VHH sequence information obtained by cloning (17)
SEQ ID NO: 37: VHH sequence information obtained by cloning (18)
SEQ ID NO: 38: VHH sequence information obtained by cloning (19)
SEQ ID NO: 39: VHH sequence information obtained by cloning (20)
SEQ ID NO: 40: VHH sequence information obtained by cloning (21)
SEQ ID NO: 41: VHH sequence information obtained by cloning (22)
SEQ ID NO: 42: VHH sequence information obtained by cloning (23)
SEQ ID NO: 43: VHH sequence information obtained by cloning (24)
SEQ ID NO: 44: VHH sequence information obtained by cloning (25)
SEQ ID NO: 45: Sequence information of VHH obtained by cloning (26)
SEQ ID NO: 46: VHH sequence information obtained by cloning (27)
SEQ ID NO: 47: Sequence information of VHH obtained by cloning (28)
SEQ ID NO: 48: VHH sequence information obtained by cloning (29)
SEQ ID NO: 49: VHH sequence information obtained by cloning (30)
SEQ ID NO: 50: VHH sequence information obtained by cloning (31)
SEQ ID NO: 51: Sequence information of VHH obtained by cloning (32)
SEQ ID NO: 52: Sequence information of VHH obtained by cloning (33)
SEQ ID NO: 53: VHH sequence information obtained by cloning (34)
SEQ ID NO: 54: Sequence information of VHH obtained by cloning (35)
SEQ ID NO: 55: Sequence information of VHH obtained by cloning (36)
SEQ ID NO: 56: VHH sequence information obtained by cloning (37)
SEQ ID NO: 57: Sequence information of VHH obtained by cloning (38)
SEQ ID NO: 58: Sequence information of VHH obtained by cloning (39)
SEQ ID NO: 59: Sequence information of VHH obtained by cloning (40)

Claims (15)

特定の遺伝子配列領域を含む鋳型核酸と、任意の位置にイノシンが導入されたプライマーとを用いてポリメラーゼ連鎖反応を行うことで前記特定の遺伝子配列領域に対応する配列領域を含む複数の核酸断片を複製する複製工程と、
前記核酸断片の端部において、イノシンを認識して特定位置のホスホジエステル結合を分解する酵素を用いて、異なる塩基数の突出末端を形成する突出末端形成工程と、
前記突出末端形成工程で形成された突出末端のうち、一致する塩基数の突出末端を含む核酸断片同士を、前記突出末端同士を酵素で連結することにより連結して、複数の連結核酸断片を製造する連結工程と、を含む制限酵素非依存性連結核酸断片の製造方法。
By performing a polymerase chain reaction using a template nucleic acid containing a specific gene sequence region and a primer in which inosine is introduced at an arbitrary position, a plurality of nucleic acid fragments containing the sequence region corresponding to the specific gene sequence region can be obtained. The duplication process to duplicate and
A protruding end forming step of forming protruding ends having different base numbers by using an enzyme that recognizes inosine and decomposes a phosphodiester bond at a specific position at the end of the nucleic acid fragment.
Among the protruding ends formed in the protruding end forming step, nucleic acid fragments containing protruding ends having the same number of bases are linked to each other by ligating the protruding ends with an enzyme to produce a plurality of linked nucleic acid fragments. A method for producing a restriction enzyme-independent linked nucleic acid fragment, which comprises a linking step.
前記連結工程において、異なる塩基数の突出末端が形成された核酸断片同士を、一段階で連結する請求項1に記載の連結核酸断片の製造方法。 The method for producing a linked nucleic acid fragment according to claim 1, wherein in the linking step, nucleic acid fragments having protruding ends having different numbers of bases are linked to each other in one step. 前記突出末端を構成する塩基数が3塩基以上12塩基以下であって、異なる塩基数が突出する突出末端の塩基数の差が2塩基以上である、請求項1又は2に記載の連結核酸断片の製造方法。 The linked nucleic acid fragment according to claim 1 or 2, wherein the number of bases constituting the protruding end is 3 or more and 12 or less, and the difference in the number of bases of the protruding ends having different bases is 2 or more. Manufacturing method. 前記イノシンの導入位置が、アミノ酸に対応するトリプレット配列の第三塩基にあたる位置であって、
前記トリプレット配列は第三塩基が変化しても同一のアミノ酸に対応しているトリプレット配列であるように前記プライマーを設計するプライマー設計工程をさらに含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の連結核酸断片の製造方法。
The introduction position of the inosin is the position corresponding to the third base of the triplet sequence corresponding to the amino acid.
The invention according to any one of claims 1 to 3, further comprising a primer design step of designing the primer so that the triplet sequence is a triplet sequence corresponding to the same amino acid even if the third base is changed. A method for producing a linked nucleic acid fragment.
前記特定の遺伝子配列領域に対応する配列領域は、ランダム変異が挿入されたランダム領域である、請求項1~4のいずれか一項に記載の連結核酸断片の製造方法。 The method for producing a linked nucleic acid fragment according to any one of claims 1 to 4, wherein the sequence region corresponding to the specific gene sequence region is a random region into which a random mutation is inserted. イノシンを認識して特定位置のホスホジエステル結合を分解する酵素がEndonuclease V、又はT4ピリミジンダイマーグリコシラーゼ(PDG)である、請求項1~5のいずれか一項に記載の連結核酸断片の製造方法。 The method for producing a linked nucleic acid fragment according to any one of claims 1 to 5, wherein the enzyme that recognizes inosine and decomposes the phosphodiester bond at a specific position is Endonuclease V or T4 pyrimidine dimer glycosylase (PDG). 前記断片同士を連結する酵素がTaq DNAリガーゼ、T4 DNA Ligase、及びE. coli DNA Ligaseからなる群から選択されるいずれかの酵素である、請求項1~6のいずれか一項に記載の製造方法。 The production according to any one of claims 1 to 6, wherein the enzyme linking the fragments is any enzyme selected from the group consisting of Taq DNA ligase, T4 DNA Ligase, and E. coli DNA Ligase. Method. 前記複製工程において、イノシンを認識するDNAポリメラーゼを使用する請求項1~7のいずれか一項に記載の連結核酸断片の製造方法。 The method for producing a linked nucleic acid fragment according to any one of claims 1 to 7, wherein a DNA polymerase that recognizes inosine is used in the replication step. 前記DNAポリメラーゼが、KOD -Multi & Epi-、KOD DNAポリメラーゼ、及びTaKaRa Taqからなる群から選択される酵素である請求項8に記載の連結核酸断片の製造方法。 The method for producing a linked nucleic acid fragment according to claim 8, wherein the DNA polymerase is an enzyme selected from the group consisting of KOD-Multi & Epi-, KOD DNA polymerase, and TaKaRa Taq. 前記鋳型核酸が抗体をコードするDNA配列である請求項1~9のいずれか一項に記載の連結核酸断片の製造方法。 The method for producing a linked nucleic acid fragment according to any one of claims 1 to 9, wherein the template nucleic acid is a DNA sequence encoding an antibody. 前記特定の遺伝子配列領域が、抗体の相補決定領域をコードする配列領域を含む領域である、請求項10に記載の連結核酸断片の製造方法。 The method for producing a linked nucleic acid fragment according to claim 10, wherein the specific gene sequence region is a region including a sequence region encoding a complementarity determining region of an antibody. 配列表の配列番号15で表されるヌクレオチド配列によりコードされる連結ペプチドで構成される連結ペプチドライブラリであって、配列番号15において、r, b, d, v, k, s, h及びsは、混合塩基であり、rはA、T、G及びCの出現率が25%であることを表し;bはT及びCの出現率が50%であることを表し;dはT及びGの出現率が19%、C及びAの出現率が27%であることを表し;vは、T、C及びAの出現率は28%であることを表し、Gの出現率は16%であることを表し;kは、Tの出現率が13%、Cの出現率が20%、Aの出現率が35%、Gの出現率が32%であることを表し;hは、Tの出現率が13%、Cの出現率が20%、Aの出現率が35%、Gの出現率が32%であることを表し;sはT及びCの出現率が37%であり、Gの出現率が26%であることを表す、連結ペプチドライブラリ。A ligated peptide library composed of ligated peptides encoded by the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 15 in the sequence listing, wherein in SEQ ID NO: 15, r, b, d, v, k, s, h and s are , A mixed base, r represents a 25% appearance rate of A, T, G and C; b represents a 50% appearance rate of T and C; d represents a T and G appearance rate. The appearance rate is 19%, the appearance rate of C and A is 27%; v means that the appearance rate of T, C and A is 28%, and the appearance rate of G is 16%. It means that the appearance rate of T is 13%, the appearance rate of C is 20%, the appearance rate of A is 35%, and the appearance rate of G is 32%; h is the appearance rate of T. The rate is 13%, the appearance rate of C is 20%, the appearance rate of A is 35%, and the appearance rate of G is 32%; s is the appearance rate of T and C is 37%, and the appearance rate of G is 37%. A linked peptide library that represents an appearance rate of 26%. 配列表の配列番号20~59で表されるアミノ酸配列を有するペプチドで構成されることを特徴とする、請求項12に記載の連結ペプチドライブラリ。The linked peptide library according to claim 12, which is composed of a peptide having an amino acid sequence represented by SEQ ID NOs: 20 to 59 in the sequence listing. 配列表の配列番号15で表されるヌクレオチド配列を有する核酸断片で構成される連結核酸断片ライブラリであって、配列番号15において、r, b, d, v, k, s, h及びsは、混合塩基であり、rはA、T、G及びCの出現率が25%であることを表し;bはT及びCの出現率が50%であることを表し;dはT及びGの出現率が19%、C及びAの出現率が27%であることを表し;vは、T、C及びAの出現率は28%であることを表し、Gの出現率は16%であることを表し;kは、Tの出現率が13%、Cの出現率が20%、Aの出現率が35%、Gの出現率が32%であることを表し;hは、Tの出現率が13%、Cの出現率が20%、Aの出現率が35%、Gの出現率が32%であることを表し;sはT及びCの出現率が37%であり、Gの出現率が26%であることを表す、連結核酸断片ライブラリ。A linked nucleic acid fragment library composed of nucleic acid fragments having the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 15 in the sequence listing, in SEQ ID NO: 15, r, b, d, v, k, s, h and s are. It is a mixed base, where r means that the appearance rate of A, T, G and C is 25%; b means that the appearance rate of T and C is 50%; d means the appearance of T and G. The rate is 19%, the appearance rate of C and A is 27%; v means that the appearance rate of T, C and A is 28%, and the appearance rate of G is 16%. Represents; k means that the appearance rate of T is 13%, the appearance rate of C is 20%, the appearance rate of A is 35%, and the appearance rate of G is 32%; h is the appearance rate of T. Means that the appearance rate of C is 13%, the appearance rate of C is 20%, the appearance rate of A is 35%, and the appearance rate of G is 32%; A linked nucleic acid fragment library representing a rate of 26%. 配列表の配列番号20~59で表されるアミノ酸配列を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列を有する核酸断片で構成されることを特徴とする、請求項14に記載の連結核酸断片ライブラリ。The linked nucleic acid fragment library according to claim 14, which comprises a nucleic acid fragment having a nucleotide sequence encoding a peptide having an amino acid sequence represented by SEQ ID NOs: 20 to 59 in the sequence listing.
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