JP7157048B2 - Pol6ポリメラーゼバリアント - Google Patents

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Description

[001]本明細書においては、特に、組換えDNA技術における適用により適する酵素を選択するよう設計された定向進化実験において同定される変異に基づくアミノ酸変化を含有する改変DNAポリメラーゼを提供する。
[002]DNAポリメラーゼは、1本鎖DNAを鋳型として使用して相補的なDNA鎖を合成する酵素のファミリーである。特に、DNAポリメラーゼは、新たに形成する鎖の3’末端に遊離のヌクレオチドを添加し、その結果、新しい鎖を5’から3’への方向に伸長させることができる。ほとんどのDNAポリメラーゼは、重合活性とエキソヌクレアーゼ活性の両方を有する多機能タンパク質である。例えば、多くのDNAポリメラーゼは、3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有する。これらのポリメラーゼは、誤って組み込まれたヌクレオチドを認識することができ、酵素の3’→5’エキソヌクレアーゼ活性により、その間違ったヌクレオチドが除去される(この活性は、プルーフリーディングとして知られる)。ヌクレオチドの除去後、ポリメラーゼは正しいヌクレオチドを再挿入することができ、複製が継続できる。多くのDNAポリメラーゼは、5’→3’エキソヌクレアーゼ活性も有する。
[003]ポリメラーゼには、ナノポアシーケンシングを含めた組換えDNAの応用例における用途が見出されている。しかしながら、DNA鎖は、1塩基あたり1μs~5μsの速度で急速にナノポアを通過する。これにより記録は困難になり、またバックグラウンドノイズを受けやすくなり、単一ヌクレオチドの分解能を得ることができなくなる。したがって、DNA鎖またはその断片のシーケンシングでは、検出可能なタグをヌクレオチドに使用することがある。よって、シーケンシングするDNAの速度を制御する必要性だけでなく、改変ヌクレオチド、例えばタグを有するか、または有しないヌクレオチドポリリン酸を組み込むことなどの、(野生型酵素と比較して)改良された特性を有するポリメラーゼを提供する必要性がある。
[004]本発明は、産業用途または研究用途で使用される条件下での有利な表現型、例えば高い塩濃度で例えばタグ付きヌクレオチドなどの改変ヌクレオチドポリリン酸の組み込みを触媒することなどを与える変異を選択するよう設計された定向進化実験に基づいた、改変DNAポリメラーゼ(例えば、変異体)を提供する。
[005]本発明は、他の態様の中でも、高塩条件においてタグを有するかまたは有さないポリリン酸ヌクレオチドの延長速度および解離速度が改善された改変DNAポリメラーゼを対象とする。
[006]本発明の一態様は、野生型(WT)Pol6(配列番号1;Hisタグを含まない野生型pol6)に対するいくつかの世代の突然変異誘発により、ポリリン酸ヌクレオチドの延長速度およびヌクレオチド解離速度について選択された高度なポリメラーゼ変異を提供する。
[007]本発明者らは、いくつかの変異体が、タグを有するかまたは有さないポリリン酸ヌクレオチドを使用する蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)に基づく置換アッセイに示されるように、改善された延長速度を有することを見出した。図1を参照のこと。
[008]いくつかの実施形態においては、改変ポリメラーゼは、親ポリメラーゼよりも大きいkcatを有する。いくつかの実施形態においては、改変ポリメラーゼは、親ポリメラーゼよりも小さいkoffを有する。いくつかの実施形態においては、改変ポリメラーゼは、親ポリメラーゼより少なくとも1.5、2.0または2.5倍大きいkcat/koff(すなわち、比)を有する。
[009]本発明の一実施形態においては、
Y30、I42、D44、E46、C48、G62、G64、W127、G146、T162、V164、I172、I178、S198、L206、F209、A218、Q221、F222、N224、Y225、V226、H227、F233、Y234、K235、M236、G237、D241、Y242、D243、D263、I264、Y265、M266、R268、E269、V270、G278、E283、L284、P285、M289、R290、A292、S293、S294、I295、A296、F297、N298、V299、E311、E312、Y314、Y338、V350、C359、S360、L361、S366、S369、M371、A372、Y373、K374、F376、K380、V382、R388、P390、E396、Y398、L399、I400、E401、F404、F406、K410、H411、Y414、A415、L416、D417、I418、S430、P431、I432、G438、D448、K456、L458、K462、T464、N468、V469、V470、L471、V474、E475、Y476、E477、F478、W479、K481、H482、F483、E502、G505、L506、I508、S510、Y514、K518、F521、K522、P523、Y524、V525、D526、H527、F528、T529、K530、M531、V533、E534、N535、K537、L538、G539、K541、P542、L543、T544、N545、Q546、A547、L549、L551、N552、G553、A554、Y555、G556、K557、F558、T560、K561、Q562、E566、E585、E587、G588、E590、P594、G603、W608、A610、V615、L621、C623、D624、I628、Y629、C630、N631、R632、V634、N635、I638、E639、D640、M641、N642、A643、I644、T647、K650、T651、I652、L653、K655、D657、V658、E659、K672、E680、K682、T683、D684、L685、K686、C687、C688、S692、D693、A694、R695、K696、I697、I698、L708、V712、R718、I722、G724、F732、M738の1つまたは複数に対応する位置に少なくとも1つの変化を含むバリアントDNAポリメラーゼ、および配列番号2のそれらの組合せ(Pol6(Hisタグ付き))がある。
[0010]一実施形態においては、配列番号1もしくは2と比較して酵素活性が変化したバリアントポリメラーゼ、または親ポリメラーゼは、Y30A/C/G/V、I42E/L、D44T、E46W、C48G、G62A/E/T、G64A、W127L/S/R/V/G/C/P/Q/A/E、G146K/L、T162C/R/V、V164Q/R/T、I172A、I178A、S198F/L/Q/W/Y/V、L206S、F209I/R/T/V、A218R、Q221F/M/R/W/G/L/E/Y/K、F222L/M/Q/T、H223L、N224K/R/T、Y225T、V226T、H227E/G/A/Q/T、F233E/T/W/P/S、Y234R、K235S/Q/N/F/W/P、M236K、G237A、D241W/H、D243P、D263Q/W/L、I264Y、Y265E、M266V/W、R268E、E269I、V270A/S、G278V/E/M/R/L/P、E283G、L284R/Y、P285L/C/Q/R/S/T、M289P、R290V/C、A292S/L/T、S293G/Q/R/T/M/W/A、S294Y/T/R/M/L/K/G/F/E、I295A/L、A296M、F297M/T/L、N298K/L/R/W/G、V299Y/R/E/A/F/K、E311N/K/H、E312R/L/K、Y314W、Y338L、V350R/L/M、C359T、S360A/F、L361A/M/F、Y367F、S369G/F/Y/K/A、Q370A、M371L、A372G/L、Y373T/R/A、K374H/P/N/F/G/W、F376L/V、K380R、V382L/I、R388P/S、P390L/V、E396N/F、Y398A/P、L399G、I400P/M/L、E401I、F404L、F406K/Y、K410V、H411P、Y414P/R/I/Q/S/T/K/G、A415P、L416W、D417E、I418Q/H、S430P、P431G、I432F、G438R/L/P/Q/C、D448L、K456R、L458P/R、K462G、T464P、N468G、V469E/R/S/T/Y、V470L/I/M/Q/H/A/F、L471C/E/H/K/Q/R/S/V/Y、V474G、E475D/F/G/H/L/N/Q/S/T/V、Y476L、E477G、F478Y/H、W479K、K481L、H482T/G/D/R/W、F483G/N/Q/S/T、E502P/A、G505C/R、L506T/G/C、I508M/P、S510P/F/L、Y514W、K518W、F521M/L、K522R/Q、P523Y/T/K/G/E/R/M/L/Q/A、Y524A/F/W、V525M、D526Q/E、H527F/M/L/R、F528Q/L/Y、K530T/G/F/E/W/Y/R/Q、M531R/L/A、V533A、E534R、N535Y、K537L/E、L538R/Q/K/A、K541R/G/A/Q/W、L543A/K/T/R、T544A、N545Y、Q546A、L549T/R/A、L551M、G552T、G553T/Q/K/A/Y/R/M、A554Q/T、Y555A、G556R、K557W/R/E/Q、F558M、T560Y/R/M/G/F/K/A/L、K561A/Q/M/G/Y、Q562K/R/G、E566Q/Y/G/F、E587K/T、G588E/V/Q、E590R/W、P594A/V、G603Y/L/A、W608R、A610T/C/S/V/M、L621W、C623A/G/T、D624L、I628M、Y629K/W、C630A/Q、N631L/T/W/A、R632K、V634L、I638A/E/G/L/M/Q/Y/F/K、E639F/T/W/Y、D640A/E/K/Q/T、M641L、N642E/F/K/Q/T/W/Y/M、A643K/R/T/Y/L、I644A、T647A/E/F/G/L/M/Q/W/Y/K、K650Q/R/Y/A、T651M、I652A/E/G/K/M/Q/R/W/L、L653M/A、K655A/F/G/M/W/Y、D657E/R、V658F/M/Y/T、E659K/T、K672R/T、E680A/Q/K/F/Y/W/M、K682F/M/Y/V/I、T683F/W、D684F/K/M/Y/G/W/E/T/Q、L685A、K686R/M/T、C687A、C688A/S、S692F/K/R/Y/D/L、D693P/R/M/A/K/Y/W、A694L/M/T/Y/F、R695K、K696Q、I697A、I698L、L708H/P/Y、V712C、R718K、I722R、G724Y、F732Y、M738W/V、およびそれらの組合せから選択される。
[0011]一実施形態においては、DNAポリメラーゼ活性を有する改変DNAポリメラーゼであって、配列番号1または2に記載するアミノ酸配列と少なくとも70%、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも90%、または少なくとも95%の配列同一性を有するアミノ酸配列を有する改変DNAポリメラーゼを提供する。
[0012]いくつかの実施形態においては、親ポリメラーゼは野生型Pol6(配列番号1)である。いくつかの実施形態においては、親ポリメラーゼは、Hisタグを含むPol6(配列番号2)である。様々な実施形態において、親ポリメラーゼは
1) A547F;
2) A547F+L206S;
3) A547F+F209I;
4) A547F+E283G;
5) A547F+P285L;
6) A547F+E311K;
7) A547F+L361F;
8) A547F+L471K;
9) A547F+V474G;
10) A547F+H482G;
11) A547F+T162C/R/V;
12) A547F+V164Q/R/T;
13) A547F+E311H;
14) A547F+E312R/L/K;
15) A547F+Y314W;
16) A547F+V350R/L/M;
17) A547F+Q562K/R/G;
18) A547F+E587K/T;
19) A547F+P594A/V;
20) A547F+W608R;
21) A547F+A610T/C/S/V/M;
22) N535L+N545K+T651Y;
23) S366A+N535L+I652Q;
24) S366A+T529M+N535L;
25) pol6 S366A+N535L+N545K;
26) S366A+N535L+A547M;
27) S366A+P542E+I652Q;
28) S366A+P542E+N545K;
29) S366A+P542E+T651Y;
30) P542E+N545K+T651Y;
31) P542E+Q546W+T651Y;
32) N535L+T651Y;
33) S366A+N535L;
34) N535L+N545K+T651Y+T529M;
35) N535L+N545K+T651Y+N635D;
36) N535L+N545K+T651Y+I652Q;
37) S366A+N535L+I652Q+T529M;
38) N535L+N545K+T651Y+T647G;
39) S366A+N535L+I652Q+A547Y;
40) S366A+N535L+A547M+T647G;
41) S366A+N535I+I652Q;
42) N535I+N545K+T651Y+T529M;
43) N535I+N545K+T651Y+N635D;
44) N535I+N545K+T651Y+I652Q;
45) N535L+N545K+T651Y+T647G+C623G;
46) N535L+N545K+T651Y+T647G+I628Y;
47) S366A+N535L+A547M+T647G+S360G;
48) N535I+N545K+T651Y+I652Q+Y225I;
49) N535L+N545K+T651Y+T647G+K655G;
50) N535L+N545K+T651Y+T647G+L549Q;
51) S366A+N535L+I652Q+A547Y+K655G;
52) T647G+A547F+Y225T;
53) A547F+A610T+S366A;
54) A547F+A610T+Y225I;
55) S366A+T647G+A547F;
56) T651Y+S366A+A547F;
57) T529M+S366A+A547F;
58) T647E+S366A+A547F;
59) T529M+T647G+A547F;
60) N545K+S366A+A547F;
61) T647G+A547F+T529M;
62) N545K+T647G+A547F;
63) T529M+A610T+A547F;
64) M641Y+T529M+A547F;
65) T647G+C623G+A547F;
66) A610T+I295W+T651Y;
67) V615A+M531Y+T647G;
68) T529M+S366A+A547F+N545K;
69) T529M+S366A+A547F+N545R;
70) T529M+S366A+A547F+N552L;
71) T529M+S366A+A547F+Y629W;
72) T529M+S366A+A547F+N545L+Y629W;
73) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L;
74) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225F;
75) T529M+S366A+A547F+N545L+K655F;
76) T529M+S366A+A547F+N545L+N552L;
77) T529M+S366A+A547F+N545R+M531A;
78) T529M+S366A+A547F+N545R+G539Y;
79) T529M+S366A+A547F+N545R+V658L;
80) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R;
81) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+N552L;
82) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+I652G;
83) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+I652Q;
84) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+N552M;
85) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+N552L+Y524F;
86) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+N552L+S369Y;
87) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+N552L+Y524W;
88) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+N552L+K651A;
89) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+N552L+T560M;
90) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+N552L+S293T;
91) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+T560Y;
92) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+T560R;
93) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G;
94) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561Y;
95) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+N224R;
96) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+I628M;
97) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K655A;
98) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+S293Q;
99) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+Y629W;
100) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+I628M;
101) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R;
102) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+I638E;
103) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K655M;
104) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K655Y;
105) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+V634L;
106) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+N224K;
107) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+S293Q;
108) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+N298K;
109) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+S294T;
110) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+F521L;
111) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+S692F;
112) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+K682Y;
113) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+D684G;
114) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A;
115) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+I628M;
116) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+N642E;
117) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+S692F;
118) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+C630A;
119) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+I638G;
120) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S294L;
121) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S294T;
122) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+I628M;
123) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+K655A;
124) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+Q221R;
125) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+G553A;
126) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+T647F;
127) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+K682Y;
128) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y;
129) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692R;
130) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+S692F+S293G;
131) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+S692F+S293Q;
132) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+S692F+K655G;
133) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+S692F+D684Y;
134) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+S692F+D684M;
135) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+S692F+T560M;
136) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+S293Q;
137) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+L361M;
138) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+Y629W;
139) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+T647Q;
140) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+I652Q;
141) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+L653M;
142) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+L549R;
143) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+G553K;
144) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+G552T;
145) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+I652G;
146) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+D693R;
147) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+D693P;
148) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+D693P+C359T;
149) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+D693P+P523L;
150) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+D693P+H527F;
151) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+D693P+H527R;
152) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+D693P+K530E;
153) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+D693P+G603A;
154) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+D693P+N642M;
155) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+D693P+K655A
156) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+I652Q;
157) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+D693P;および
158) T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+I652Q+D684Mから選択されるpol6である。
[0013]いくつかの実施形態においては、上記の1~158の親ポリメラーゼは、Y242A、E585K、およびそれらの組合せから選択される変異をさらに含み得る。
[0014]一実施形態においては、バリアントポリメラーゼは、
1)
a. Y30A/C/G/V;
b. I42E/L;
c. D44T;
d. E46W;
e. C48G;
f. G62A/E/T;
g. G64A;
h. W127L/S/R/V/G/C/P/Q/A/E;
i. G146K/L;
j. T162C/R/V;
k. V164Q/R/T;
l. I172A;
m. I178A;
n. S198V;
o. F209I/R/T/V;
p. A218R;
q. Q221W/R/G/L/E/F;
r. F233E/T/W/P/S;
s. Y234R;
t. K235S/Q/N/F/W/P;
u. M236K;
v. G237A;
w. D241W/H;
x. D243P;
y. D263Q/W/L;
z. I264Y;
aa. Y265E;
bb. M266V/W;
cc. R268E;
dd. E269I;
ee. V270A/S;
ff. G278V/E/M/R/L/P;
gg. L284R/Y;
hh. P285L/C/Q/R/S/T;
ii. M289P;
jj. R290V/C;
kk. A292S/L/T;
ll. E311N/H;
mm. E312R/L/K;
nn. Y314W;
oo. V350R/L/M;
pp. K374H/P/N/F/G/W;
qq. F376L/V;
rr. K380R;
ss. V382L/I;
tt. R388P/S;
uu. P390L/V;
vv. E396N;
ww. Y398A/P;
xx. L399G;
yy. I400P/M/L;
zz. E401I;
aaa. F404L;
bbb. K410V;
ccc. H411P;
ddd. Y414P/R/I/Q/S/T/K/G;
eee. A415P;
fff. L416W;
ggg. D417E;
hhh. I418Q/H;
iii. S430P;
jjj. P431G;
kkk. I432F;
lll. G438R/L/P/Q/C;
mmm. K456R;
nnn. L458P/R;
ooo. K462G;
ppp. T464P;
qqq. N468G;
rrr. V469E/R/S/T/Y;
sss. V470L/I/M/Q/H/A/F;
ttt. L471C/E/H/K/Q/R/S/V/Y;
uuu. E475D/F/G/H/L/N/Q/S/T/V;
vvv. Y476L;
www. E477G;
xxx. F478Y/H;
yyy. W479K;
zzz. K481L;
aaaa. H482T/D/R/W;
bbbb. F483G/N/Q/S/T;
cccc. E502P/A;
dddd. G505C/R;
eeee. L506T/G/C;
ffff. I508M/P;
gggg. S510P/F/L;
hhhh. Y514W;
iiii. K518W;
jjjj. N545Y;
kkkk. Q562K/R/G;
llll. E587K/T;
mmmm. G588E/V/Q;
nnnn. E590R/W;
oooo. P594A/V;
pppp. W608R;
qqqq. A610T/C/S/V/M;
rrrr. K672R;
ssss. K682F/M/Y/V/I;
tttt. D684G;
uuuu. L685A;
vvvv. C688A/S;
wwww. S692F/D/R/L;
xxxx. D693P/R;
yyyy. K696Q;
zzzz. I698L;
aaaaa. L708H/P/Y;
bbbbb. V712C;
ccccc. R718K;
ddddd. I722R;
eeeee. G724Y;
fffff. F732Y;
ggggg. M738W/V
から選択される1つまたは複数の変異をさらに含むA547F;
2) a. P285Lをさらに含むA547F+L206S;
3) a. D448Lをさらに含むA547F+F209I;
4) a. L471Kをさらに含むA547F+E283G;
5) a. L206Sをさらに含むA547F+P285L;
6) a. V474Gをさらに含むA547F+E311K;
7) a. H482Gをさらに含むA547F+L361F;
8) a. E283Gをさらに含むA547F+L471K;
9) a. E311Kをさらに含むA547F+V474G;
10) a. L361Fをさらに含むA547F+H482G;
11)
a. Q221W;
b. Y225T;
c. Y242A;
d. F528Q/L;
e. K530W;
f. T560K/Y;
g. I638A;
h. L653A;
i. D657E/R
から選択される1つまたは複数の変異をさらに含むN545K+T647G+A547F;
12)
a. Y242A;
b. S294Y/K;
c. I295L;
d. N298L;
e. C359T;
f. L361M/A;
g. F521L;
h. P523K;
i. K530G;
j. L538R;
k. K541R;
l. K557R;
m. F558M;
n. T560F/R;
o. G603L;
p. C623A;
q. D624L;
r. I628M;
s. V634L;
t. I638E;
u. M641L;
v. T647G/A/E;
w. K655M/A/Y
から選択される1つまたは複数の変異をさらに含むT529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G;
13)
a. Q221M;
b. N224K;
c. Y242A;
d. S293Q;
e. S294T;
f. N298K;
g. L361M;
h. Y373A;
i. F521M/L;
j. K522R;
k. P523E;
l. M531L;
m. L549A;
n. T560R;
o. I628M;
p. C630A;
q. R632K;
r. I638G/A/Q;
s. N642E;
t. T647E;
u. K650Q;
v. I652G;
w. K655F;
x. V658F
から選択される1つまたは複数の変異をさらに含むT529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R;
14)
a. S198F/L/Q/W/Y;
b. Q221F;
c. F222L/T/Q;
d. H227E;
e. Y242A;
f. S293G/Q/R/T;
g. F297M;
h. S294G/Y;
i. V299Y/R/E/A;
j. L361M;
k. S369G;
l. Y373A/R;
m. F406K;
n. F521M/L;
o. K522Q;
p. P523G/Y;
q. D526Q;
r. K530T;
s. M531R/L/A;
t. L538Q;
u. K541R/G;
v. T544A;
w. Q546A;
x. K557W/R;
y. F558M;
z. T560G/F/Y/M;
aa. E566Q/Y/G/F;
bb. G603Y;
cc. I628M;
dd. Y629W;
ee. I638G/A/L/E/Y/M;
ff. E639F/T/W/Y;
gg. D640A/E/K;
hh. N642E/Q/T;
ii. A643Y/T;
jj. I644A;
kk. T647Y/M;
ll. I652K;
mm. K655G;
nn. V658F/M;
oo. D684F/K/M/Y
から選択される1つまたは複数の変異をさらに含むT529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+S692F;
15)
a. Q221M/R;
b. F222M;
c. N224R;
d. Y242A;
e. S293T;
f. S294M/L/T/F/Y;
g. N298K/L/R;
h. P523T;
i. G553A/Q;
j. K557R;
k. E566G;
l. I628M;
m. Y629K;
n. C630Q;
o. V634L;
p. I638G;
q. A643R/K;
r. T647W/L/F;
s. K655A;
t. K682Y;
u. S692F/K/R/Y
から選択される1つまたは複数の変異をさらに含むT529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A;
16)
a. N224T;
b. Y242A;
c. S293Q;
d. S294R/T;
e. I295A;
f. V299A/R;
g. L361M;
h. S369F;
i. Y373A/T;
j. F528Y;
k. K530G/E/F;
l. L549T/R;
m. G553A/K/T;
n. A554Q;
o. G556R;
p. K557R;
q. F558M;
r. T560F/Y;
s. E585K;
t. Y629W;
u. C630A;
v. I638A/E;
w. N642E/K/F/Y/W;
x. T647G/L/Q/M;
y. K650Q;
z. T651M;
aa. I652G/A/E/Q/M;
bb. L653M;
cc. K655G/W;
dd. V658Y;
ee. D693R/M/P;
ff. A694L
から選択される1つまたは複数の変異をさらに含むT529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y;
17)
a. Q221L;
b. F222L;
c. Y242A;
d. Y338L;
e. L361F;
f. Q370A;
g. K537E;
h. L543K/R;
i. G553A/K/Y/R/T/Q;
j. A554T;
k. E585K;
l. I628M;
m. Y629K;
n. N631T;
o. R632K;
p. N642Q/F/Y;
q. A643L;
r. D684G/F/W/M/Q;
s. D693A/K/M/Y
から選択される1つまたは複数の変異をさらに含むT529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+I652Q;
18)
a. N224K;
b. H227G/A/Q/T;
c. Y242A;
d. S293A/Q/T;
e. V299F;
f. C359T;
g. L361M;
h. F406Y;
i. F521M;
j. P523L/E/Q/K/R/T/M/A;
k. H527F/L/M/R;
l. K530G/E;
m. N535Y;
n. G553A;
o. Y555A;
p. T560Y;
q. E585K;
r. G603A;
s. C623G;
t. Y629K;
u. N642M;
v. T647K/F/Y;
w. I652G/L/Q/K/R/W/M;
x. K655A;
y. D684F/Y/W/M;
z. K686R
から選択される1つまたは複数の変異をさらに含むT529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+D693P;
19)
a. Q221K/M;
b. H223L;
c. S294E/T;
d. F297L/M;
e. S293G;
f. N298G;
g. Y338L;
h. C359T;
i. S360A;
j. L361F;
k. Y367F;
l. S369A;
m. E396F;
n. K522Q;
o. D526E;
p. K530R;
q. M531A;
r. L538A;
s. L543T;
t. G553K/R/M;
u. K557R/E/Q;
v. T560L;
w. L621W;
x. C623T;
y. C630Q;
z. N631A;
aa. I638K/F/E;
bb. D640E/Q/T;
cc. V658T/M;
dd. E680A/Q/K/F/Y/W/M;
ee. T683F/W;
ff. D684E/T/K;
gg. L685A;
hh. K686M;
ii. C687A;
jj. A694M/T/Y;
kk. R695K;
ll. I697A
から選択される1つまたは複数の変異をさらに含むT529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+ S692Y+D693P+V299F;
20)
a. Q221R;
b. N224K;
c. Y242K;
d. S293Q/G;
e. N298L/K/W;
f. V299R;
g. S360A/F;
h. L361F/M/A;
i. K522R;
j. H527M;
k. K530F;
l. K537E;
m. L543K;
n. G553Y/R/T/M;
o. A554Q/T;
p. E585K;
q. G603A;
r. Y629W/K;
s. N631W;
t. I638F;
u. N642M;
v. K650A;
w. K655F;
x. K672T;
y. K686T;
z. D693R/W;
aa. A694F
から選択される1つまたは複数の変異をさらに含むT529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+I652Q+D684M;
から選択される。
[0015]一実施形態においては、配列番号1または2と比較した場合に、酵素活性、忠実度、処理能力、伸長速度、安定性、または溶解性から選択される変化した特性を有する改変DNAポリメラーゼを提供する。一実施形態においては、変化した特性は酵素活性である。一実施形態においては、変化した特性は忠実度である。一実施形態においては、変化した特性は処理能力である。一実施形態においては、変化した特性は伸長速度である。一実施形態においては、変化した特性は安定性である。一実施形態においては、変化した特性は溶解性である。一実施形態においては、変化した特徴は改善された鎖置換である。
[0016]一実施形態においては、変化した特性は酵素活性である。一実施形態においては、変化した特性は忠実度である。一実施形態においては、変化した特性は処理能力である。一実施形態においては、変化した特性は伸長速度である。一実施形態においては、変化した特性は安定性である。一実施形態においては、変化した特性は溶解性である。一実施形態においては、変化した特性は、ヌクレオチドポリリン酸に結合する能力、および/またはヌクレオチドポリリン酸を組み込む能力である。ヌクレオチドポリリン酸は、例えばヌクレオチド四リン酸、ヌクレオチド五リン酸、ヌクレオチド六リン酸、ヌクレオチド七リン酸、またはヌクレオチド八リン酸である。
[0017]一部の実施形態においては、改変ポリメラーゼは、親ポリメラーゼよりも大きいkcatを有する。一部の実施形態においては、改変ポリメラーゼは、親ポリメラーゼよりも小さいkoffを有する。一部の実施形態においては、改変ポリメラーゼは、親ポリメラーゼよりも少なくとも1.5倍、2.0倍、または2.5倍大きいkcat/koff(すなわち、比)を有する。
[0018]一態様においては、本明細書に記載のバリアントポリメラーゼを用いて核酸鋳型を配列決定する方法が提供される。一実施形態においては、配列決定はナノポアを用いて行われる。
[0019]本発明の他の目的、特徴、および利点は、以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。しかしながら、詳細な説明および具体例は本発明の好ましい実施形態を示すが、この詳細な説明から本発明の範囲および趣旨内の様々な変化および改変が当業者に明らかになるので、詳細な説明および具体例は単に説明として提供するものであることを理解するべきである。
[0020]置換アッセイにおいて使用する例示的な鋳型を示す図である。 [0021]蛍光偏光に基づくkoffアッセイの図示、および例示的なデータトレースを示す図である。実施例3に関するものである。 [0022]蛍光偏光に基づくkoffアッセイからの代表的なデータのグラフである。実施例4に関するものである。親ポリメラーゼ(T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+Y242A)および1つのさらなる変異を有する親ポリメラーゼのバリアント(S293M)についてのトレースが示されている。 [0023]親ポリメラーゼ(T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+Y242A)および親ポリメラーゼの2つのバリアントのグラフである。親ポリメラーゼと比較して、バリアント1はさらにT560Mを含み、バリアント2はさらにK561Gを含む。実施例3に関するものである。 [0024]成長しているDNA鎖に組み込まれるにつれてタグ付きヌクレオチドの記録を与える電流変化を示す親pol6(T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+Y242A)について成長しているDNA鎖に組み込まれたときのタグ付きヌクレオチドの記録を与える電流変化を示すシーケンシングトレースを示す図である。鋳型DNA配列、および、>70%の精度を示す新生鎖の召集配列も示されている。実施例5に関するものである。 [0025]図5のpol6から由来したバリアントpol6(T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+Y242A+E585K)について成長しているDNA鎖に組み込まれたときのタグ付きヌクレオチドの記録を与える電流変化を示すシーケンシングトレースを示す図である。鋳型DNA配列(配列番号6)、および、>80%の精度を示す新生鎖の召集配列(配列番号7)も示されている。実施例5に関するものである。
[0026]この特許のファイルは少なくとも1つのカラー図面を含む。カラー図面を含むこの特許または特許公報のコピーは、請求および必要な料金の支払いにより、庁により提供されるであろう。
[0027]これより、以下の定義および例を使用して、単なる参照として本発明を詳細に説明する。本明細書において参照するあらゆる特許および刊行物は、このような特許および刊行物で開示されているあらゆる配列を含めて、参照によって本明細書に明示的に組み入れられる。
[0028]本明細書において別段の定めがない限り、本明細書中で使用する全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解される意味と同じ意味を有する。Singletonら、DICTIONARY OF MICROBIOLOGY AND MOLECULAR BIOLOGY、第2版、John Wiley and Sons、New York(1994)、およびHale&Marham、THE HARPER COLLINS DICTIONARY OF BIOLOGY、Harper Perennial、NY(1991)により、本発明で使用する用語の多くの一般的な辞書が当業者に与えられる。本明細書において説明する方法および材料と類似または等価である任意の方法および材料を、本発明の実施または試験において使用することができるが、好ましい方法および材料を説明する。当技術分野の定義および用語について、Sambrookら、1989年、およびAusubel FMら、1993年が実施者らに特に向くものである。方法、プロトコールおよび試薬は様々であり得るので、本発明は、記載する特定の方法、プロトコールおよび試薬に限定されないことを理解するべきである。
[0029]数の範囲は、範囲を定める数を含める。約という用語は、本明細書においては、値のプラスまたはマイナス10パーセント(10%)を意味するよう使用する。例えば「約100」は、90~110の間の任意の数を指す。
[0030]別段に示されていない限り、核酸は5’~3’の方向でそれぞれ左から右に書き、アミノ酸配列はアミノからカルボキシの方向でそれぞれ左から右に書く。
[0031]本明細書において示している見出しは、本発明の様々な態様または実施形態を限定するものではなく、本発明は、明細書を全体として参照によって理解され得る。したがって、直下で定義する用語は、明細書を全体として参照によってより充分に定義される。
定義:
[0032]アミノ酸:本明細書において使用する場合、「アミノ酸」という用語は、広義には、ポリペプチド鎖に組み込まれ得る任意の化合物および/または物質を指す。一部の実施形態においては、アミノ酸は、一般構造HN-C(H)(R)-COOHを有する。一部の実施形態においては、アミノ酸は、天然由来のアミノ酸である。一部の実施形態においては、アミノ酸は合成アミノ酸であり、一部の実施形態においては、アミノ酸はD-アミノ酸であり、一部の実施形態においては、アミノ酸はL-アミノ酸である。「標準アミノ酸」は、天然由来のペプチドにおいて一般に見出される20種の標準的なL-アミノ酸のいずれかを指す。「非標準アミノ酸」は、合成により調製されるものであるか天然源から得られるものであるかにかかわらず、標準アミノ酸以外の任意のアミノ酸を指す。本明細書において使用する場合、「合成アミノ酸」は化学修飾アミノ酸を包含し、化学修飾アミノ酸としては、塩、アミノ酸誘導体(アミドなど)、および/または置換体が含まれるが、これらに限定されない。ペプチドのカルボキシ末端アミノ酸および/またはアミノ末端アミノ酸を含めたアミノ酸は、それらの活性に悪影響を及ぼすことなく、メチル化、アミド化、アセチル化、および/または、他の化学物質での置換によって修飾することができる。アミノ酸は、ジスルフィド結合に関与することができる。「アミノ酸」という用語は、「アミノ酸残基」と互換的に使用され、遊離アミノ酸、および/またはペプチドのアミノ酸残基を指すことができる。その用語が遊離アミノ酸、またはペプチドの残基のいずれを指すかは、その用語が使用される文脈から明らかになる。本明細書においては、全てのアミノ酸残基配列は、左右の方向が、アミノ末端からカルボキシ末端への従来の方向になっている式によって示していることに留意するべきである。
[0033]塩基対(bp):本明細書において使用する場合、塩基対は、2本鎖DNA分子におけるアデニン(A)とチミン(T)、またはシトシン(C)とグアニン(G)との結び付きを指す。
[0034]相補的:本明細書において使用する場合、「相補的」という用語は、塩基対形成による2本のポリヌクレオチド鎖の領域間、または2つのヌクレオチド間の配列相補性の広範な概念を指す。アデニンヌクレオチドが、チミンまたはウラシルであるヌクレオチドと特異的な水素結合を形成(「塩基対形成」)することができることは公知である。同様に、シトシンヌクレオチドがグアニンヌクレオチドと塩基対形成することができることは公知である。
[0035]DNA結合親和性:本明細書において使用する場合、「DNA結合親和性」という用語は、典型的には、DNA核酸に結合することにおけるDNAポリメラーゼの活性を指す。一部の実施形態においては、DNA結合活性は、2バンドシフトアッセイにおいて測定することができる。例えば、Sambrookら(2001)Molecular Cloning:A Laboratory Manual(第3版、Cold Spring Harbor Laboratory Press、NY)の9.63~9.75(核酸の末端標識について記載)を参照のこと。結合バッファー(リン酸ナトリウムバッファー(pH8.0)50mM、グリセロール10%、KCl25mM、MgCl 25mM)約10μl中に少なくとも約0.5μgのポリペプチドを含有する反応混合物を調製する。反応混合物を10分間、37℃に加熱する。標識した2本鎖核酸約1×10~5×10cpm(または約0.5~2ng)を反応混合物に加え、さらに10分間インキュベートする。反応混合物を、0.5倍トリスホウ酸バッファー中の未変性ポリアクリルアミドゲルに載せる。反応混合物を室温で電気泳動に付す。ゲルを乾燥させ、標準的な方法を使用してオートラジオグラフィーに付す。標識した2本鎖核酸の移動度において検出可能な減少がある場合は、ポリペプチドと2本鎖核酸の間に結合複合体が形成していることを示す。このような核酸結合活性は、標準的な濃度測定法を使用して、最初の反応混合物における放射能の総量と比較した結合複合体における放射能の量を測定することにより、定量することができる。DNA結合親和性を測定する他の方法は、当技術分野において公知である(例えば、Kongら(1993)J.Biol.Chem.268(3):1965~1975を参照のこと)。
[0036]伸長速度:本明細書において使用する場合、「伸長速度」という用語は、DNAポリメラーゼがポリマー鎖を伸ばす平均速度を指す。本明細書において使用する場合、高伸長速度は、2nt/sより大きい(例えば、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140nt/sより大きい)伸長速度を指す。本出願において使用する場合、「伸長速度」、「延長速度」、および「組み込み速度」という用語は互換的に使用する。
[0037]酵素活性:本明細書において使用する場合、「酵素活性」という用語は、DNAポリメラーゼの特異性および効率を指す。DNAポリメラーゼの酵素活性は「ポリメラーゼ活性」とも呼ばれ、典型的には、ポリヌクレオチドの鋳型特異的合成を触媒することにおけるDNAポリメラーゼの活性を指す。ポリメラーゼの酵素活性は、当技術分野で公知の様々な技術および方法を用いて測定することができる。例えば、ポリメラーゼの段階希釈物を、希釈バッファー(例えば、Tris.Cl、pH8.0 20mM、KCl50mM、NP40 0.5%、およびTween-20 0.5%)中で調製することができる。各希釈物について5μlを取り出し、TAPS(pH9.25)25mM、KCl50mM、MgCl 2mM、dATP0.2mM、dGTP0.2mM、dTTP0.2mM、dCTP0.1mM、活性化DNA12.5μg、[α-32P]dCTP(0.05μCi/nmol)100μM、および滅菌脱イオン水を含有する反応混合物45μlに加えることができる。反応混合物を37℃(または、熱安定性DNAポリメラーゼでは74℃)で10分間インキュベートし、次いで反応物を4℃に急冷して、氷冷した60mM EDTA10μlを加えることによって停止させることができる。各反応混合物からアリコート25μlを取り出すことができる。組み込まれなかった放射能標識dCTPを、ゲルろ過(Centri-Sep、Princeton Separations、Adelphia、N.J.)によって各アリコートから取り出すことができる。カラム溶離液を、シンチレーション液(1ml)と混合することができる。シンチレーションカウンターを用いてカラム溶離液中の放射能を定量化して、ポリメラーゼによって合成された産物の量を決定する。ポリメラーゼ活性の1単位は、30分間に10nモルの産物を合成するために必要なポリメラーゼの量として定義することができる(Lawyerら(1989)J.Biol.Chem.264:6427~647)。ポリメラーゼ活性を測定する他の方法は、当技術分野で公知である(例えば、Sambrookら(2001)Molecular Cloning:A Laboratory Manual(第3版、Cold Spring Harbor Laboratory Press、NY)を参照のこと)。
[0038]精製された:本明細書において使用する場合、「精製された」は、分子が、含有されている試料の少なくとも90重量%、または少なくとも95重量%、または少なくとも98重量%の濃度で試料中に存在することを意味する。
[0039]単離された:「単離された」分子は、通常、例えば分子の自然環境で会合している少なくとも1種の他の分子から分離されている核酸分子である。単離された核酸分子としては、その核酸分子を通常発現する細胞に含有された核酸分子が挙げられるが、その核酸分子は、染色体外、またはその自然の染色体位置とは異なる染色体位置に存在する。
[0040]相同性%:本明細書においては、「相同性%」という用語は、本明細書の「同一性%」という用語と互換的に使用し、本発明のポリペプチドのいずれか1つをコードする核酸配列、または本発明のポリペプチドのアミノ酸配列の間での、配列アライメントプログラムを使用して整列させた場合の核酸またはアミノ酸配列の同一性のレベルを指す。
[0041]例えば、本明細書において使用する場合、相同性80%は、定義済みのアルゴリズムによって決定される配列同一性80%と同じことを意味し、したがって所与の配列の相同体は、所与の配列ある長さにわたって80%超の配列同一性を有する。配列同一性の例示的なレベルとしては、所与の配列、例えば本明細書に記載する本発明のポリペプチドのいずれか1つのコード配列との80、85、90、95、98%以上の配列同一性が挙げられるが、これらに限定されない。
[0042]2つの配列間の同一性を決定するのに使用することができる例示的なコンピュータープログラムとしては、インターネット上で公開されている一連のBLASTプログラム、例えば、BLASTN、BLASTX、およびTBLASTX、BLASTP、およびTBLASTNが挙げられるが、これらに限定されない。Altschulら、1990年、およびAltschulら、1997年、も参照のこと。
[0043]配列検索は、GenBankのDNA配列および他の公開データベースの核酸配列と比較して所与の核酸配列を評価する場合には、典型的にはBLASTNプログラムを使用して行う。BLASTXプログラムは、GenBankのタンパク質配列および他の公開データベースのアミノ酸配列に対して、全ての読み枠で翻訳されている核酸配列を検索することに好ましい。BLASTNとBLASTXの両方は、11.0のオープンギャップペナルティー、および1.0のエクステンディッドギャップペナルティーのデフォルトパラメーターを使用し、BLOSUM-62マトリックスを利用して走らせる。(例えば、Altschul,S.F.ら、Nucleic Acids Res.25:3389~3402、1997年を参照のこと。)
[0044]2つ以上の配列間での「同一性%」を決定するための、選択された配列の好ましいアライメントは、例えば、MacVectorバージョン13.0.7のCLUSTAL-Wプログラムを使用し、10.0のオープンギャップペナルティー、0.1のエクステンディッドギャップペナルティーを含むデフォルトパラメーター、およびBLOSUM30類似度マトリックスを用いて動作させて行う。
[0045]改変DNAポリメラーゼ:本明細書において使用する場合、「改変DNAポリメラーゼ」という用語は、別の(すなわち、親)DNAポリメラーゼから生じ、親DNAポリメラーゼと比較して1つまたは複数のアミノ酸の変化(例えば、アミノ酸の置換、欠失または挿入)を含有するDNAポリメラーゼを指す。一部の実施形態においては、本発明の改変DNAポリメラーゼは、天然由来のDNAポリメラーゼ、または野生型DNAポリメラーゼから生じるか、またはそれから改変されている。一部の実施形態においては、本発明の改変DNAポリメラーゼは、組換えDNAポリメラーゼまたは操作されたDNAポリメラーゼから生じるか、またはそれから改変されている。組換えDNAポリメラーゼまたは操作されたDNAポリメラーゼとしては、キメラDNAポリメラーゼ、融合DNAポリメラーゼ、または別の改変DNAポリメラーゼが挙げられるが、これらに限定されない。典型的には、改変DNAポリメラーゼは、親ポリメラーゼと比較して変更された表現型を少なくとも1つ有する。
[0046]変異:本明細書において使用する場合、「変異」という用語は、親配列に導入された変更を指し、その変更としては、置換、挿入、欠失(切り詰めを含める)が挙げられるが、これらに限定されない。変異の結果としては、親配列によってコードされるタンパク質では見出されない新しい特性、特質、機能、表現型、または形質の創造が挙げられるが、これらに限定されない。
[0047]変異体:本明細書において使用する場合、「変異体」という用語は、親タンパク質と比較した場合に変化した特性を示す改変タンパク質を指す。「バリアント」および「変異体」という用語は、本明細書において互換的に使用する。
[0048]野生型:本明細書において使用する場合、「野生型」という用語は、天然由来の供給源から単離された際に、その遺伝子または遺伝子産物の特性を有する遺伝子または遺伝子産物を指す。
[0049]忠実度:本明細書において使用する場合、「忠実度」という用語は、鋳型依存性DNAポリメラーゼによるDNA重合の精度、または、鋳型DNAに結合している誤ったヌクレオチドに対する正しいヌクレオチドのkoffの測定差異のいずれかを指す。DNAポリメラーゼの忠実度は、典型的には、エラー率(不正確なヌクレオチド、すなわち、鋳型依存的な方式で組み込まれていないヌクレオチドを組み込む頻度)によって測定する。DNA重合の精度または忠実度は、DNAポリメラーゼのポリメラーゼ活性と3’-5’エキソヌクレアーゼ活性の両方によって維持される。「高忠実度」という用語は、4.45×10-6変異/nt/倍加未満(例えば、4.0×10-6、3.5×10-6、3.0×10-6、2.5×10-6、2.0×10-6、1.5×10-6、1.0×10-6、0.5×10-6変異/nt/倍加未満)のエラー率を指す。DNAポリメラーゼの忠実度またはエラー率は、当技術分野で公知のアッセイを使用して測定することができる。例えば、DNAポリメラーゼのエラー率は、本明細書に記載するように試験するか、またはJohnsonら、Biochim Biophys Acta.2010年5月;1804(5):1041~1048において記載されているように試験することができる。
[0050]ナノポア:本明細書において使用する場合、「ナノポア」という用語は概して、膜に形成された、または他の方法で膜に与えられた細孔、チャネル、または通路を指す。膜は、脂質二重層などの有機膜であっても、ポリマー材料で形成された膜などの合成膜であってもよい。膜はポリマー材料としてもよい。ナノポアは、例えば相補型金属酸化膜半導体(CMOS)回路または電界効果トランジスター(FET)回路などの検出回路、または検出回路に連結された電極に隣接して、またはその近傍に配置してもよい。一部の例においては、ナノポアは、0.1ナノメートル(nm)~約1000nmの桁の特徴的な幅または直径を有する。一部のナノポアはタンパク質である。アルファ溶血素、MspAは、タンパク質ナノポアの例である。
[0051]ヌクレオチド:本明細書において使用する場合、DNAまたはRNAの単量体ユニットは、糖部分(ペントース)、リン酸、および窒素含有複素環塩基からなる。塩基はグリコシドの炭素(ペントースの1’炭素)を介して糖部分に連結され、その塩基と糖の組合せがヌクレオシドである。ヌクレオシドが、ペントースの3’位または5’位に結合したリン酸基を含有する場合、それはヌクレオチドと呼ばれる。作用的に連結されたヌクレオチドの配列は、本明細書においては典型的に「塩基配列」または「ヌクレオチド配列」と呼び、本明細書においては、左から右への方向が、5’末端から3’末端への従来の方向になっている式によって表す。本明細書において使用する場合、「改変ヌクレオチド」は、ヌクレオチドポリリン酸、例えば、ヌクレオチド3、4、5、6、7、または8リン酸を指す。
[0052]オリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチド:本明細書において使用する場合、「オリゴヌクレオチド」という用語は、2つ以上、好ましくは3つ超のデオキシリボヌクレオチドおよび/またはリボヌクレオチドを含む分子として定義される。その正確なサイズは多くの因子に依存し、その因子はさらにはオリゴヌクレオチドの最終的な機能または用途に依存することになる。オリゴヌクレオチドは、合成によって、またはクローニングによって得ることができる。本明細書において使用する場合、「ポリヌクレオチド」という用語は、鎖内で共有結合したヌクレオチド単量体で構成されたポリマー分子を指す。DNA(デオキシリボ核酸)およびRNA(リボ核酸)は、ポリヌクレオチドの例である。
[0053]ポリメラーゼ:本明細書において使用する場合、「ポリメラーゼ」は、ヌクレオチドの重合を触媒する(すなわち、ポリメラーゼ活性)酵素を指す。通常、その酵素は、ポリヌクレオチドの鋳型配列にアニーリングしたプライマーの3’末端で合成を開始し、鋳型鎖の5’末端へ進行することになる。「DNAポリメラーゼ」は、デオキシヌクレオチドの重合を触媒する。
[0054]プライマー:本明細書において使用する場合、「プライマー」という用語は、核酸鎖に相補的なプライマー延長産物の合成が誘導される条件下に置かれた場合、例えば、好適な温度における適切なバッファー(「バッファー」は、pH、イオン強度、補助因子などを含む)中の4種の異なるヌクレオチド三リン酸および熱安定性酵素の存在下で、核酸合成の開始点の役割を果たすことができる、天然に存在しているものであっても合成によって生成されたものであってもよいオリゴヌクレオチドを指す。プライマーは、増幅効率を最大にするために1本鎖であることが好ましいが、代替的に2本鎖であってもよい。2本鎖の場合、プライマーは、まず、その鎖が分離するよう処理し、その後、延長産物の調製に使用する。プライマーはオリゴデオキシリボヌクレオチドであることが好ましい。プライマーは、熱安定性酵素の存在下での延長産物の合成の出発物質となるのに充分な長さでなければならない。プライマーの正確な長さは、温度、プライマーの供給源、および方法の用途を含めた多くの因子に依存することになる。例えば、標的配列の複雑さに依存して、オリゴヌクレオチドプライマーは典型的には15~25ヌクレオチドを含有するが、それよりも多いか、または少ないヌクレオチドを含有することができる。短いプライマー分子は概して、鋳型と充分に安定なハイブリッド複合体を形成するにはより低い温度を必要とする。
[0055]処理能力:本明細書において使用する場合、「処理能力」は、鋳型に付いてとどまり、複数の改変反応を行うポリメラーゼの能力を指す。「改変反応」としては、重合、およびエキソヌクレアーゼ的切断が挙げられるが、これらに限定されない。一部の実施形態においては、「処理能力」は、成長しているDNA鎖から酵素が途中で解離することなく一連の重合工程を行うDNAポリメラーゼの能力を指す。典型的には、DNAポリメラーゼの「処理能力」は、成長しているDNA鎖からDNAポリメラーゼが途中で解離することなく重合または改変されるヌクレオチドの長さ(例えば、20nt、300nt、0.5~1kb以上)によって測定する。「処理能力」は、ポリメラーゼの性質、DNA鋳型の配列、および反応条件、例えば、塩濃度、温度、または特定のタンパク質の存在に依存し得る。本明細書において使用する場合、「高処理能力」という用語は、鋳型との1会合/解離当たり20nt超(例えば、40nt超、60nt超、80nt超、100nt超、120nt超、140nt超、160nt超、180nt超、200nt超、220nt超、240nt、260nt超、280nt超、300nt超、320nt超、340nt超、360nt超、380nt超、400nt超、またはそれ以上)の処理能力を指す。処理能力は、本明細書およびWO01/92501A1(MJ Bioworks,Inc.、Improved Nucleic Acid Modifying Enzymes、2001年12月06日公開)において定義された方法に従って測定することができる。
[0056]合成:本明細書において使用する場合、「合成」という用語は、鋳型依存的な方式で、新しいポリヌクレオチド鎖を作製するか、または現存するポリヌクレオチド(すなわち、DNAまたはRNA)を伸長する任意のインビトロ方法を指す。本発明による合成には、ポリメラーゼを使用してポリヌクレオチド鋳型配列の複製物の数を増加させる増幅が含まれる。ポリヌクレオチドの合成(例えば、増幅)の結果、ヌクレオチドがポリヌクレオチド(すなわちプライマー)に組み込まれ、それによってポリヌクレオチド鋳型に相補的な新しいポリヌクレオチド分子が形成される。形成されたポリヌクレオチド分子およびその鋳型は、さらなるポリヌクレオチド分子を合成するための鋳型として使用することができる。本明細書において使用する場合、「DNA合成」には、PCR、ポリヌクレオチドの標識(すなわち、プローブおよびオリゴヌクレオチドプライマーに対して)、ポリヌクレオチドシーケンシングが含まれるが、これらに限定されない。
[0057]鋳型DNA分子:本明細書において使用する場合、「鋳型DNA分子」という用語は、例えばプライマー延長反応において、DNAポリメラーゼによって相補的な核酸鎖が合成される核酸鎖を指す。
[0058]鋳型依存的な方式:本明細書において使用する場合、「鋳型依存的な方式」という用語は、鋳型依存的なプライマー分子の延長(例えば、DNAポリメラーゼによるDNA合成)を含むプロセスを指す。「鋳型依存的な方式」という用語は、典型的には、新たに合成されるポリヌクレオチド鎖の配列が、相補的な塩基対形成の周知の規則によって規定される、RNAまたはDNAのポリヌクレオチドの合成を指す(例えば、Watson,J.D.ら、Molecular Biology of the Gene、第4版、W.A.Benjamin,Inc.、Menlo Park、Calif.(1987)を参照のこと)。
[0059]タグ:本明細書において使用する場合、「タグ」という用語は、原子もしくは分子、または、原子もしくは分子の集団としてもよい検出可能な部分を指す。タグは、光学的、電気化学的、磁気的、または静電的(例えば、誘導的、容量的)性状を示すことができ、その性質は、ナノポアを利用して検出することができる。
[0060]タグ付きヌクレオチド:本明細書において使用する場合、「タグ付きヌクレオチド」という用語は、タグが付けられたヌクレオチドまたは改変ヌクレオチドを指す。タグは、糖、リン酸(もしくはポリリン酸)、または塩基に共有結合で付けてもよい。タグは、末端リン酸上にあってもよい。
[0061]ベクター:本明細書において使用する場合、「ベクター」という用語は、異なる宿主細胞間の移動用に設計された核酸構造物を指す。「発現ベクター」は、外来性細胞において異種DNA断片を組み込んで発現する能力を有するベクターを指す。多くの原核生物発現ベクターおよび真核生物発現ベクターが市販されている。適切な発現ベクターの選択は、当業者に知られている。
[0062]本明細書において示すポリメラーゼバリアントは、WO2013/188841(Genia Technologies,Inc.、Chip Set-Up and High-Accuracy Nucleic Acid Sequencing、2013年12月19日公開)において記載されている、チップを用いたポリヌクレオチドシーケンシングに有用である。
[0063]DNAのシーケンシングに用いられるポリメラーゼの望ましい特性は、以下の通りである。
a.遅いkoff(改変ヌクレオチドに対して)
b.速いkon(改変ヌクレオチドに対して)
c.高忠実度
d.低エキソヌクレアーゼ活性
e.DNA鎖置換
f.より速いkcat(改変ヌクレオチド基質に対して)
g.向上した安定性
h.処理能力
i.塩耐性
j.ナノポアへの取付けの適合性
k.4、5、6、7、または8個のリン酸を有するヌクレオチドポリリン酸、例えばヌクレオチド四リン酸、ヌクレオチド五リン酸、ヌクレオチド六リン酸、ヌクレオチド七リン酸、またはヌクレオチド八リン酸を組み込む能力
l.シーケンシング精度
m.長いリード長、すなわち長時間連続性解読。
命名法
[0064]本明細書および特許請求の範囲において、アミノ酸残基の従来の1文字表記および3文字表記を使用する。
[0065]参照を容易にするため、本出願のポリメラーゼバリアントは、以下の命名法を使用して記載する。
[0066]元のアミノ酸(1つまたは複数):位置(1つまたは複数):置換したアミノ酸(1つまたは複数)。この命名法によれば、例えば、位置242におけるセリンのアラニンによる置換は、
Ser242AlaまたはS242A
として示す。
[0067]複数の変異はプラス記号によって分ける。すなわち、
Ala30Asp+Glu34SerまたはA30N+E34S
は、位置30および34における、アラニンとグルタミン酸をそれぞれアスパラギンとセリンに置換する変異を表す。
[0068]1つまたは複数の代替アミノ酸残基を所与の位置に挿入することができる場合は、A30N/E、またはA30NもしくはA30Eとして示す。
[0069]別段に述べられていない限り、残基の番号は、配列番号2の残基の番号付けに一致する。
ポリメラーゼの部位特異的突然変異誘発
[0070]クロストリジウムファージphiCPV4野生型配列は、本明細書において示しており(配列番号3、核酸コード領域およびHisタグ;配列番号1、タンパク質コード領域)、他の場所で入手可能である(National Center for BioinformaticsまたはGenBank受入番号AFH27113)。
[0071]点変異は、QuikChange Lightning2キット(Stategene/Agilent)を使用して、製造業者の指示書に従って導入することができる。
[0072]プライマーは、営利会社、例えばIDT DNAに注文することができる。
ナノポア構築および挿入
[0073]本明細書において記載する方法は、ポリメラーゼがナノポアに付いたナノポアを使用することができる。一部の場合においては、(例えば、各ナノポアで1つのみの核酸分子がシーケンシングされるように)ナノポア1つ当たりただ1つのポリメラーゼを有することが望ましい。しかしながら、例えばアルファ溶血素(aHL)を含めた多くのナノポアは、複数のサブユニット(例えば、aHLでは7サブユニット)を有する多量体タンパク質であり得る。サブユニットは、同じポリペプチドの同一複製物であり得る。本明細書においては、無改変サブユニット(例えば、a-HL)に対する改変サブユニット(例えば、a-HLバリアント)の規定された比を有する多量体タンパク質(例えば、ナノポア)を提供する。本明細書においては、無改変サブユニットに対する改変サブユニットの規定された比を有する多量体タンパク質(例えば、ナノポア)を作製する方法も提供する。
[0074]WO2014/074727(Genia Technologies,Inc.)の図27を参照すると、複数のサブユニットを有するタンパク質を構築する方法は、複数の第1のサブユニット2705を用意すること、および複数の第2のサブユニット2710を用意することを含み、第2のサブユニットは第1のサブユニットと比較すると改変されている。一部の場合においては、第1のサブユニットは野生型(例えば、天然源から精製したもの、または組換えで作製したもの)である。第2のサブユニットは、任意の好適な方法で改変することができる。一部の場合においては、第2のサブユニットは、(例えば、融合タンパク質として)付けられたタンパク質(例えば、ポリメラーゼ)を有する。
[0075]改変サブユニットは、化学反応性部分(例えば、連結の形成に好適なアジド基またはアルキン基)を含むことができる。一部の場合においては、当該方法は、反応(例えば、Click化学付加環化)を行って、実在物(例えば、ポリメラーゼ)を化学反応性部分に付けることをさらに含む。
[0076]当該方法は、第1のサブユニットを第2のサブユニット2715と第1の比で接触させて、第1のサブユニットおよび第2のサブユニットを有する複数のタンパク質2720を形成させることをさらに含むことができる。例えば、ポリメラーゼを付けるのに好適な反応基を有する改変aHLサブユニット1部を、野生型aHLサブユニット6部と混合することができる(すなわち、第1の比は1:6である)。複数のタンパク質は、第2のサブユニットに対する第1のサブユニットの複数の比を有することができる。例えば、混合したサブユニットは、改変サブユニット:無改変サブユニットの化学量論比(例えば、1:6、2:5、3:4)の分布を有するいくつかのナノポアを形成させることができる。
[0077]一部の場合においては、タンパク質は、サブユニットを単純に混合することによって形成させる。例えばaHLナノポアの場合においては、界面活性剤(例えば、デオキシコール酸)は、aHL単量体が細孔構造をとることを引き起こすことができる。ナノポアは、脂質(例えば、1,2-ジフィタノイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(DPhPC)または1,2-ジ-O-フィタニル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(DoPhPC))、および中温(例えば、約100℃未満)を用いて形成させることもできる。一部の場合においては、DPhPCを緩衝溶液と混合すると、大きな多重膜ベシクル(LMV)が生じ、この溶液にaHLサブユニットを加えて、混合物を40℃で30分間インキュベートすると、細孔が形成する。
[0078]異なる2種類のサブユニット(例えば、天然野生型タンパク質と、単一点変異を含有することができる第2のaHL単量体)を使用する場合、得られるタンパク質は、(例えば野生型と変異体タンパク質の)混合化学量論比を有することができる。これらのタンパク質の化学量論比は、細孔形成反応において使用する2種のタンパク質の濃度比に依存した式に従うことができる。この式は以下の通りである。
100P=100[n!/m!(n-m)!]・fmut ・fwt n~m、式中
=m個の変異体サブユニットを有する細孔の確率
n=サブユニットの総数(例えば、aHLでは7個)
m=「変異体」サブユニットの数
mut=一緒に混合した変異体サブユニットの割合または比
wt=一緒に混合した野生型サブユニットの割合または比
[0079]当該方法は、複数のタンパク質を分画して、第2のサブユニット2725に対する第1のサブユニットの第2の比を有するタンパク質の割合を増やすことをさらに含むことができる。例えば、ただ1つの改変サブユニットを有するナノポアタンパク質を単離することができる(例えば、第2の比は1:6)。しかしながら、いずれの第2の比も好適である。第2の比の分布も分画することができ、例えば、1つまたは2つのいずれかの改変サブユニット有するタンパク質の割合を増やすことができる。WO2014/074727の図27に示されているように、タンパク質を形成するサブユニットの総数は7個であるとは限らない(例えば、異なるナノポアを使用することができ、または6個のサブユニットを有するアルファ溶血素ナノポアが形成し得る)。一部の場合においては、1つのみの改変サブユニットを有するタンパク質の割合を増やす。このような場合においては、第2の比は、第1のサブユニット(n-1)個当たり、第2のサブユニット1個であり、nはタンパク質を構成するサブユニットの数である。
[0080]第1の比は、第2の比と同じものとすることができるが、必要とされるものではない。一部の場合においては、変異単量体を有するタンパク質は、変異サブユニットを有しないタンパク質よりも低い効率で形成し得る。この場合は、第1の比は、第2の比よりも大きいものとすることができる(例えば、変異サブユニット1:無変異サブユニット6の第2の比がナノポアで所望される場合、好適な数の1:6タンパク質を形成させるには、1:6よりも大きい比でサブユニットを混合することが必要とされてもよい)。
[0081]異なる第2のサブユニット比を有するタンパク質は、分離において、異なる挙動を示す(例えば、異なる保持時間を有する)ことができる。一部の場合においては、タンパク質は、イオン交換クロマトグラフィーまたはアフィニティークロマトグラフィーなどのクロマトグラフィーを使用して分画する。第1および第2のサブユニットは、改変を除いては同一とすることができるので、タンパク質における改変の数は、分離の根拠として役割を果たすことができる。一部の場合においては、第1または第2のサブユニットのいずれかは、分画を可能にするか、または分画の効率を改良するよう、(例えば、改変に加えて)精製タグを有する。一部の場合においては、ポリヒスチジンタグ(Hisタグ)、ストレプトアビジンタグ(Strepタグ)、または他のペプチドタグを使用する。一部の例においては、第1および第2のサブユニットはそれぞれ異なるタグを含み、分画工程では、各タグに基づき分画される。Hisタグの場合には、低いpHでタグに電荷を生じさせる(ヒスチジン残基は、側鎖のpKa未満で正に荷電する)。他のものと比較してaHL分子の1つにおいて電荷が有意に異なることにより、イオン交換クロマトグラフィーを使用して、0、1、2、3、4、5、6、または7個の「電荷タグ付き」aHLサブユニットを有するオリゴマーを分離することができる。原則的に、この電荷タグは、一定の電荷を運ぶ任意のアミノ酸が糸状に連なるものとすることができる。図28および図29では、Hisタグに基づくナノポアの分画の例が示されている。図28では、280ナノメートルにおける紫外吸光度、260ナノメートルにおける紫外吸光度、および伝導率のプロットが示されている。ピークは、改変サブユニットと無改変サブユニットの様々な比を有するナノポアに一致する。WO2014/074727の図29では、HisタグとStrepタグの両方を使用した、aHLナノポアおよびその変異体の分画が示されている。
[0082]一部の場合においては、分画後に、実在物(例えば、ポリメラーゼ)をタンパク質に付ける。タンパク質はナノポアとすることができ、実在物はポリメラーゼとすることができる。一部の例においては、当該方法は、第2の比のサブユニットを有するタンパク質を二重層に挿入することをさらに含む。
[0083]一部の状況においては、ナノポアは、複数のサブユニットを含むことができる。ポリメラーゼは、サブユニットの1つに付けることができ、サブユニットの少なくとも1つかつ全部未満が、第1の精製タグを含む。一部の例においては、ナノポアはアルファ溶血素またはそのバリアントである。一部の例においては、サブユニットの全てが第1の精製タグまたは第2の精製タグを含む。第1の精製タグは、(例えば、ポリメラーゼが付いたサブユニットにおける)ポリヒスチジンタグとすることができる。
ナノポアに付けられたポリメラーゼ
[0084]一部の場合においては、ポリメラーゼ(例えば、DNAポリメラーゼ)は、ナノポアに付けられ、かつ/または、ナノポアの近傍に配置される。ポリメラーゼは、ナノポアが膜に組み込まれる前または後に、ナノポアに付けることができる。一部の例においては、ナノポアおよびポリメラーゼは融合タンパク質(すなわち、単一のポリペプチド鎖)である。
[0085]ポリメラーゼは、任意の好適な方法でナノポアに付けることができる。一部の場合においては、ポリメラーゼは、ナノポア(例えば、溶血素)タンパク質単量体に付け、その後、(例えば、ポリメラーゼが付いていないナノポア(例えば、溶血素)単量体6つに対し、ポリメラーゼが付いた単量体1つの比で)全体のナノポア七量体を構築する。次いでナノポア七量体を膜に挿入することができる。
[0086]ポリメラーゼをナノポアに付ける別の方法は、溶血素単量体にリンカー分子を付けるか、または溶血素単量体を、取付け部位を有するよう変異させること、ならびに、その後、(例えば、リンカーおよび/または取付け部位を有しない溶血素単量体6つに対し、リンカーおよび/または取付け部位を有する単量体1つの比で)全体のナノポア七量体を構築することを含む。次いでポリメラーゼを、(例えば、膜への挿入前に、大量で)取付け部位または取付けリンカーに付けることができる。ポリメラーゼは、(例えば、七量体の)ナノポアを膜に形成させた後で、取付け部位または取付けリンカーに付けることもできる。一部の場合においては、複数のナノポア-ポリメラーゼペアを、バイオチップの(例えば、ウェルおよび/または電極に配置した)複数の膜に挿入する。一部の例においては、ポリメラーゼのナノポア複合体への取付けは、各電極上のバイオチップにおいて行う。
[0087]ポリメラーゼは、任意の好適な化学作用(例えば、共有結合および/またはリンカー)を用いてナノポアに付けることができる。一部の場合においては、ポリメラーゼは、分子ステープル(molecular staple)を用いてナノポアに付ける。一部の例においては、分子ステープルは、3種のアミノ酸配列(リンカーA、B、およびCで示す)を含む。リンカーAは溶血素単量体から延びることができ、リンカーBはポリメラーゼから延びることができ、その場合にリンカーCは、リンカーAとリンカーBを(例えば、リンカーAとリンカーBの両方に巻き付くことによって)つなぐことができ、したがってポリメラーゼをナノポアとつなぐことができる。リンカーCは、リンカーAまたはリンカーBの一部分となるよう構築することもでき、したがってリンカー分子の数は減る。
[0088]一部の例においては、ポリメラーゼは、Solulink(商標)化学を用いてナノポアに連結する。Solulink(商標)は、HyNic(6-ヒドラジノ-ニコチン酸、芳香族ヒドラジン)と4FB(4-ホルミル安息香酸エステル、芳香族アルデヒド)の間の反応とすることができる。一部の例においては、ポリメラーゼは、Click化学(例えば、LifeTechnologiesから入手可能)を用いてナノポアに連結する。一部の場合においては、溶血素分子にジンクフィンガー変異を導入し、次に分子(例えば、DNA中間体分子)を使用してポリメラーゼを溶血素のジンクフィンガー部位に連結する。
[0089]ポリメラーゼをナノポアに付けることにおいて使用することができる他のリンカーは、直接の遺伝子連結(例えば、(GGGGS)1-3(配列番号4)アミノ酸リンカー)、トランスグルタミナーゼ媒介連結(例えば、RSKLG(配列番号5))、ソルターゼ媒介連結、およびシステイン修飾による化学連結である。本明細書において有用であると考えられる具体的なリンカーは、(GGGGS)1-3(配列番号4)、N末端のKタグ(RSKLG(配列番号5))、ΔTEV部位(12~25)、ΔTEV部位+SpyCatcherのN末端(12~49)である。
装置のセットアップ
[0090]ナノポアは、集積回路などの検出回路の検出電極に隣接して配置された膜に形成するか、または他の方法で埋め込んでもよい。集積回路は、特定用途向け集積回路(ASIC)としてもよい。一部の例においては、集積回路は電界効果トランジスターまたは相補型金属酸化膜半導体(CMOS)である。検出回路は、ナノポアを有するチップもしくは他のデバイスに位置するか、または、チップもしくはデバイスの外部に、例えばオフチップ配置などで位置することができる。半導体は任意の半導体とすることができ、IV族半導体(例えば、ケイ素)、およびIII-V族半導体(例えば、ヒ化ガリウム)が含まれるが、これらに限定されない。ヌクレオチドまたはタグを検出するための装置およびデバイスのセットアップについては、例えば、WO2013/123450を参照のこと。
[0091]細孔を用いたセンサー(例えば、バイオチップ)は、単一分子の電子照合に使用することができる。細孔を用いたセンサーは、検出電極に隣接して、またはその近傍に配置された膜に形成された本開示のナノポアを含むことができる。センサーは対電極を含むことができる。膜は、トランス側(すなわち、検出電極に面する側)およびシス側(すなわち、対電極に面する側)を含む。
[0092]この後の実験に関する開示においては、以下の略記が適用される:eq(当量);M(モル濃度);μM(マイクロモル濃度);N(規定);mol(モル);mmol(ミリモル);μmol(マイクロモル);nmol(ナノモル);g(グラム);mg(ミリグラム);kg(キログラム);μg(マイクログラム);L(リットル);ml(ミリリットル);μl(マイクロリットル);cm(センチメートル);mm(ミリメートル);μm(マイクロメートル);nm(ナノメートル);℃(摂氏度);h(時間);min(分);sec(秒);msec(ミリ秒)。
[0093]本発明を以下の実施例においてさらに説明する。実施例は、いかなる方法でも、特許請求する本発明の範囲を限定することを意図するものではない。添付の図は、本発明の明細書および説明の一部をなす部分としてみなされることを意図している。全ての参考文献は、そこに記載されている全てが参照によって本明細書に明確に組み込まれる。以下の実施例は、説明するために提供するものであり、特許請求する本発明を限定するために提供するものではない。
定方向突然変異誘発
[0094]この実施例では、pol6ポリメラーゼへの所望の位置での変異導入を説明している。
[0095]Hisタグ付き野生型pol6をコードするDNAを、商業的供給源(DNA2.0、Menlo Park、California)から購入した。配列は、シーケンシングによって確かめた。
[0096]変異体スクリーニング用に、ポリメラーゼをそのまま発現させた(N末端His-Pol6)。polがチップに付くことを試験するため、pol6のN末端またはC末端にSpyCatcherドメインを操作して入れた。
[0097]Pol6-ヌクレオチド結合に影響を与える合理的位置は、公知の結晶構造のホモロジーモデリングに基づいて同定した。
[0098]最初のスクリーニング用に、合理的位置の各々を、Q5突然変異誘発プロトコールを用いて、Gly、Ala、Leu、Glu、Gln、Lys、His、Tyr、Pro、Trp、Thr、またはMetに変異させた。その後のスクリーニングは、他の全ての19アミノ酸可能性について位置を変異させた。
[0099]各突然変異誘発反応用のプライマーは、NEB塩基チェンジャープロトコールを用いて設計し、IDTに96ウェルプレートフォーマットで注文した。
[00100]順方向プライマーおよび逆方向プライマーは、NEBから購入したT4ポリヌクレオチドキナーゼ(PNK)を使用して、ハイスループット(HTP)フォーマットで5’リン酸化した。典型的な25μl反応物は、10μMのプライマー15μl、5倍反応バッファー(NEBより)5μl、PNK酵素1.25μl、水3.75μlを含有した。反応は37℃で30分間行い、酵素は65℃で20分間熱失活させた。
[00101]PCR突然変異誘発は、NEBからのQ5DNAポリメラーゼを使用して行った。典型的な25μl反応物は、Q5バッファー5μl、GCエンハンサー5μl、10mM dNTP0.5μl、10μMリン酸化突然変異誘発順方向プライマーおよび逆方向プライマー1.25μl、Q5ポリメラーゼ0.25μl、および5ng/ml野生型Pol6鋳型、すなわちHis-Pol6 1μl、およびHO10.75μlを含有した。
[00102]PCRが完了したら、Dpn1 0.5μlをPCRミックス25μlに加え、37℃で1時間インキュベートした。
[00103]Dpn1で処理したPCR産物2.5μlをBlunt/TAリガーゼマスターミックス2.5μlに加える。室温で1時間インキュベートした。
[00104]ライゲーションミックス1μlを、96ウェルBL21DE3細胞(EMD Millipore)20μlに加え、氷上で5分間インキュベートする。
[00105]PCRデバイスを使用して、正確に30秒間、42℃で熱ショックを与え、氷上に2分間置く。
[00106]SOC80μlを加え、37℃のインキュベーターで1時間、振盪せずにインキュベートする。
[00107]SOCまたは超純水100μlを加え、カナマイシン50~100μg/mlを含む48ウェルLB寒天プレートに蒔く。
発現および精製
[00108]以下の実施例では、pol6バリアントをハイスループット法を用いてどのように発現させて精製したかを詳しく述べる。
[00109]pD441ベクター(発現プラスミド)中のバリアントをコードするDNAを、大腸菌(E. coli)コンピテント細胞に形質転換し、グリセロールストックを作製した。グリセロールストックから取った微量から開始し、グルコース0.2%およびカナマイシン100μg/mlを含むLBでスターター培養物1mlを約8時間増殖させた。対数期のスターター培養物25μlを、96ディープウェルプレートの発現培地1ml(グルコース0.2%、リン酸カリウム50mM、MgCl2 5mM、およびカナマイシン100μg/mlを追加したTerrific Broth(TB)自己誘導培地)に移す。プレートを、250~300rpmで振盪しながら28℃で36~40時間インキュベートした。
[00110]次に細胞を、4℃で30分間、3200×gにて遠心分離して収集した。デカントして培地を除き、細胞ペレットをあらかじめ冷却した溶解バッファー200μl(リン酸カリウム20mM pH7.5、NaCl100mM、Tween20 0.5%、TCEP5mM、イミダゾール10mM、PMSF1mM、1×Bug Buster、リゾチーム100μg/ml、およびプロテアーゼ阻害剤)中で再懸濁させ、穏やかに撹拌しながら室温で20分間インキュベートした。次いで10倍ストックからの20μlを、最終濃度100μg/mlのDNase、5mMのMgCl2、100μg/mlのRNase Iに加え、氷上で5~10分間インキュベートして溶解液を生成させる。溶解液に、1Mリン酸カリウム200μl、pH7.5(最終濃度は、溶解液400μl中の約0.5Mリン酸カリウムとなる)を追加し、4℃で10分間、約1500rpmにて遠心分離することによりPallフィルタープレート(部品番号5053、3ミクロンフィルター)でろ過する。次いで、澄んだ溶解液を、平衡化した96ウェルHis-Purコバルトプレート(Pierce部品番号90095)に入れ、15~30分間結合させた。
[00111]流出液(FT)を、500×Gにて3分間遠心分離することによって収集した。次いでFTを400μlの洗浄バッファー1(リン酸カリウム0.5M pH7.5、NaCl1M、TCEP5mM、イミダゾール20mM、およびTween20 0.5%)で3回洗浄した。次いでFTを400μlの洗浄バッファー2(トリス50mM pH7.4、KCl200mM、TCEP5mM、Tween20 0.5%、イミダゾール20mM)で2回洗浄した。
[00112]Polを、溶出バッファー200μl(トリス50mM pH7.4、KCl200mM、TCEP5mM、Tween20 0.5%、イミダゾール300mM、グリセロール25%)を使用して溶出させ、1~2分のインキュベーション後に収集した。溶離液を2~3回、同じHis-Purプレートに再び入れて、溶離液中に濃縮したPol6を得る。精製したポリメラーゼは、SDS-PAGEで評価した場合に95%超の純度である。タンパク質濃度は、Nanodropによって評価した場合に約3uM(0.35mg/ml)であり、260/280比は0.6である。
[00113]ポリメラーゼ活性は、FRETに基づく延長アッセイによって確認する(実施例3を参照のこと)。
蛍光共鳴エネルギー伝達(FRET)に基づく延長アッセイ
[00114]高塩濃度条件下でポリリン酸ヌクレオチドヌクレオチドを取り込むそれらの能力に対するバリアントポリメラーゼのアミノ酸の変異の影響を、FRETに基づく延長アッセイで試験した。
[00115]このアッセイにおいて、フルオロフォアはAlexa/Atto 488であり、消光剤はIowaブラックであった。
[00116]使用された配列は以下の通りであった:
5- /5ATTO488N/AGA GTG ATA GTA TGA TTA TGT AGA TGT AGG ATT TGA TAT GTG AGT AGC CGA ATG AAA CCT TTG GTT TCA TTC GG -3 (配列番号6)
5- TTT TCA TAA TCA TAC TAT CAC TCT /3IABkFQ/ -3 (配列番号7)
[00117]ポリメラーゼを低75mM KGlu中でヘアピン鋳型にあらかじめ結合させ、時間=0で、Mg2+を注入して鋳型の伸長を開始させ、これによりプロセス中の消光剤鎖が置換され、その結果蛍光が増加した。BMG labtech蛍光プレートリーダーを用いて蛍光をモニターした。
[00118]アッセイに使用した最終緩衝液組成は表1に記載した通りであった。
Figure 0007157048000001
[00119]例示的な親ポリメラーゼ、およびそのバリアントについての延長曲線をそれぞれ図4に示す。
[00120]データは、変異を含むバリアントポリメラーゼPol6がDNA鋳型からの解離速度の減少、したがってプロセッシビリティの増加を示すことを示している。したがって、これらのバリアントポリメラーゼはまた、配列決定寿命を増大させ、そして配列決定イベントの読取りの長さを増加させると期待される。
offの測定
[00121]この実施例では、蛍光偏光を用いる、koffを測定する代替方法を示す。
[00122]トリス25mM pH7.0、KCl75mM、Triton-X100 0.01%、1×BSA(100ug/ml)、EDTA0.5mM、CaCl2 2mM、DTT2mMを含むアッセイバッファーを使用して、ヘアピンフルオレセイン標識DNA鋳型およびdC6P-C6-Cy3タグ付きヌクレオチド250nMを含有するアッセイマスターミックスを調製した。マスターミックス55μlを黒色96ウェルCostarプレートのウェルの各々に加え、培養物1mlから精製したポリメラーゼ変異体20μlをハイスループット(HTP)フォーマットで加えた。プレートは、プレート振盪機で1分間振盪し、ポリメラーゼ-DNA鋳型-ヌクレオチドの均一な三元複合体を形成させた。プレートをBMG Polarstarプレートリーダー(BMG LABTECH Inc.、North Carolina)に置き、2000周辺でのゲインを有するよう標的ミリ偏光を200mPおよび10%に調節した。励起フィルターは485nMに設定し、発光フィルターは590~20nMに設定した。注射器に、1mM dCTP追跡ヌクレオチド溶液1mlを詰めた。データは、1インターバルにつき1ウェル当たり最低30フラッシュで、開始の合計読取り時間60秒で収集した。遅い解離を示したヒット変異体では、フラッシュを50以上に増加させ、より長い読取り時間を取った。データ収集は、1mM dCTP25μlの注入で開始した。
[00123]バリアント親ポリメラーゼ(T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+Y242A)およびバリアントポリメラーゼ(T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+Y242A+S293M)の蛍光偏光に基づくkoffアッセイからの代表的なデータについては図3を参照のこと。mPはミリ偏光である。あらかじめ形成させた、ポリメラーゼ-DNA鋳型-dCnP-Alexa555の三元複合体を、未変性dCTPを用いて追跡し、偏光dCnP-Alexa555をある時間にわたってモニターした。
ナノポアへの取付け
[00124]この実施例では、バリアントポリメラーゼをナノポア、例えばα-溶血素に付ける方法を示す。
[00125]ポリメラーゼは、任意の好適な手段によってナノポアに連結してもよい。例えば、PCT/US2013/068967(WO2014/074727として公開;Genia Technologies,Inc.)、PCT/US2005/009702(WO2006/028508として公開;President and Fellows of Harvard College)、およびPCT/US2011/065640(WO2012/083249として公開;Columbia University)を参照のこと。
[00126]ポリメラーゼ、例えばバリアントpol6DNAポリメラーゼを、リンカー分子を介してタンパク質ナノポア(例えば、アルファ溶血素)に連結させた。詳細には、生理的条件下で共有結合性イソペプチド連結を自発的に形成するSpyTagおよびSpyCatcherシステムを使用した。例えば、Liら、J Mol Biol.2014年1月23;426(2):309~17を参照のこと。
[00127]pol6バリアントSpyCatcher Hisタグを実施例2に従って発現させ、コバルトアフィニティーカラムを使用して精製した。SpyCatcherポリメラーゼおよびSpyTagオリゴマー化ナノポアタンパク質を、3mM SrCl中で、4℃にて終夜インキュベートした。次に1:6-ポリメラーゼ-鋳型複合体を、分子ふるいクロマトグラフィーを使用して精製した。
[00128]pol6バリアントのN末端またはC末端のいずれかに、リンカーを付けた。N末端で付けられたバリアントはより頑強、例えばより安定であることが見出された。したがって、N末端に付けられたリンカーを使用した。
タグ付きヌクレオチドを使用した鋳型DNAのシーケンシング
[00129]この実施例では、バリアントポリメラーゼが、バイオチップでの合成法によるシーケンシングにおいて機能的であることを示す。
[00130]親Pol6ポリメラーゼ(T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+Y242A)およびバリアントPol6ポリメラーゼ(T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+Y242A+E585K)、20mM Hepes、pH8、500mMグルタミン酸カリウムおよび5mM MgCl2、室温を用いた鋳型のAC配列決定。ポリメラーゼが付いたナノポアを、本明細書において記載したように脂質二重層に埋め込んだ。プライマーが付いたDNAを加え、ポリメラーゼと複合化させた。4種の異なるタグ付きヌクレオチドを20μMの濃度で加えた。合成によるシーケンシングは、「Nucleic Acid Sequencing Using Tags」という題名のWO2014/074727において記載されているように進めてもよい。親ポリメラーゼのトレースを図5に示し、配列決定精度71%を示す。図6のトレースは、ヘテロポリマー鋳型について81%の配列決定精度、およびバリアントポリメラーゼについて96bpのリード長を示す。
温度アッセイ
[00131]高温でポリリン酸ヌクレオチドヌクレオチドを取り込むそれらの能力に対するバリアントポリメラーゼのアミノ酸の変異の影響を、FRETに基づく延長アッセイで試験した。高温は、野生型酵素の融点より高い温度、または野生型酵素が変性した温度として定義された。
[00132]このアッセイにおいては、フルオロフォアはAlexa/Atto 488であり、消光剤はIowaブラックであった。
[00133]使用された配列は以下の通りであった:
5- /5ATTO488N/AGA GTG ATA GTA TGA TTA TGT AGA TGT AGG ATT TGA TAT GTG AGT AGC CGA ATG AAA CCT TTG GTT TCA TTC GG -3 (配列番号6)
5- TTT TCA TAA TCA TAC TAT CAC TCT /3IABkFQ/ -3 (配列番号7)
[00134]ポリメラーゼを低75mM KGlu中でヘアピン鋳型にあらかじめ結合させ、45℃で30分間インキュベートした。次いで、FRETに基づく伸長アッセイを通常通りに行った:時間=0で、Mg2+を注入して鋳型の伸長を開始させ、これによりプロセス中の消光剤鎖が置換され、その結果蛍光が増加した。蛍光はBMG labtech蛍光プレートリーダーを用いてモニターした。
[00135]アッセイに使用した最終緩衝液組成は表2に記載の通りであった。
Figure 0007157048000002
[00136]対照と比較した種々の変異の折れたたみの改善を表3に示す。
Figure 0007157048000003
Figure 0007157048000004
[00137]本明細書において記載される実施例および実施形態は、単なる例示目的のものであり、またその実施例および実施形態を考慮した様々な改変または変化が当業者に提案されることになり、本出願の趣旨および範囲ならびに添付の特許請求の範囲内に含まれることになることが理解されよう。本明細書において引用されるあらゆる刊行物、特許、および特許出願は、参照によりその全体があらゆる目的で本明細書に組み込まれる。
配列番号1-野生型Pol6(DNAポリメラーゼ[クロストリジウムファージphiCPV4];GenBank:AFH27113.1)
Figure 0007157048000005
配列番号2-Pol6(Hisタグ付き;番号付けのために使用)
Figure 0007157048000006
配列番号3-Hisタグ付きPol6(DNA配列)
Figure 0007157048000007
Figure 0007157048000008
Figure 0007157048000009
配列番号4 - アミノ酸リンカー
Figure 0007157048000010
配列番号5 - トランスグルタミナーゼ媒介連結
Figure 0007157048000011
配列番号6
Figure 0007157048000012
配列番号7
Figure 0007157048000013
先行技術文献
特許文献
[1] PCT/US2005/009702 (published as WO2006/028508 on 16 March 2006; President and Fellows of Harvard College; entitled METHODS AND APPARATUS FOR CHARACTERIZING POLYNUCLEOTIDES).
[2] PCT/US2011/065640 (published as WO2012/083249 on 21 June 2012; Columbia University; entitled DNA SEQUENCING BY SYNTHESIS USING MODIFIED NUCLEOTIDES AND NANOPORE DETECTION).
[3] PCT/US2013/068967 (published as WO2014/074727 on 15 May 2014; Genia Technologies; entitled NUCLEIC ACID SEQUENCING USING TAGS).
[4] PCT/US2013/046012 (Genia Technologies, Inc., entitled CHIP SET-UP AND HIGH-ACCURACY NUCLEIC ACID SEQUENCING, published 19 Dec 2013 as WO2013/188841).
[5] US 2013/0053544 (Isis Innovation Limited) entitled Peptide Tag Systems That Spontaneously Form an Irreversible Link to Protein Partners via Isopeptide Bonds, published 28 February 2013.
非特許文献
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Claims (7)

  1. DNAポリメラーゼ活性を有する改変DNAポリメラーゼであって、
    配列番号1または2に記載するアミノ酸配列と少なくとも90%の配列同一性を有するアミノ酸配列を有し、
    前記改変DNAポリメラーゼが、Y30A/C/G/V、I42E/L、D44T、E46W、C48G、G62A/E/T、G64A、W127L/S/R/V/G/C/P/Q/A/E、G146K/L、T162C/R/V、V164Q/R/T、I172A、I178A、S198F/L/Q/W/Y/V、L206S、F209I/R/T/V、A218R、Q221F/M/R/W/G/L/E/Y/K、F222L/M/Q/T、H223L、N224K/R/T、Y225T、V226T、H227E/G/A/Q/T、F233E/T/W/P/S、Y234R、K235S/Q/N/F/W/P、M236K、G237A、D241W/H、D243P、D263Q/W/L、I264Y、Y265E、M266V/W、R268E、E269I、V270A/S、G278V/E/M/R/L/P、E283G、L284R/Y、P285L/C/Q/R/S/T、M289P、R290V/C、A292S/L/T、S293G/Q/R/T/M/W/A、S294Y/T/R/M/L/K/G/F/E、I295A/L、A296M、F297M/T/L、N298K/L/R/W/G、V299Y/R/E/A/F/K、E311N/K/H、E312R/L/K、Y314W、Y338L、V350R/L/M、C359T、S360A/F、L361A/M/F、Y367F、S369G/F/Y/K/A、Q370A、M371L、A372G/L、Y373T/R/A、K374H/P/N/F/G/W、F376L/V、K380R、V382L/I、R388P/S、P390L/V、E396N/F、Y398A/P、L399G、I400P/M/L、E401I、F404L、F406K/Y、K410V、H411P、Y414P/R/I/Q/S/T/K/G、A415P、L416W、D417E、I418Q/H、S430P、P431G、I432F、G438R/L/P/Q/C、D448L、K456R、L458P/R、K462G、T464P、N468G、V469E/R/S/T/Y、V470L/I/M/Q/H/A/F、L471C/E/H/K/Q/R/S/V/Y、V474G、E475D/F/G/H/L/N/Q/S/T/V、Y476L、E477G、F478Y/H、W479K、K481L、H482T/G/D/R/W、F483G/N/Q/S/T、E502P/A、G505C/R、L506T/G/C、I508M/P、S510P/F/L、Y514W、K518W、F521M/L、K522R/Q、P523Y/T/K/G/E/R/M/L/Q/A、Y524A/F/W、V525M、D526Q/E、H527F/M/L/R、F528Q/L/Y、K530T/G/F/E/W/Y/R/Q、M531R/L/A、V533A、E534R、N535Y、K537L/E、L538R/Q/K/A、K541R/G/A/Q/W、L543A/K/T/R、T544A、N545Y、Q546A、L549T/R/A、L551M、G552T、G553T/Q/K/A/Y/R/M、A554Q/T、Y555A、G556R、K557W/R/E/Q、F558M、T560Y/R/M/G/F/K/A/L、K561A/Q/M/G/Y、Q562K/R/G、E566Q/Y/G/F、E587K/T、G588E/V/Q、E590R/W、P594A/V、G603Y/L/A、W608R、A610T/C/S/V/M、L621W、C623A/G/T、D624L、I628M、Y629K/W、C630A/Q、N631L/T/W/A、R632K、V634L、I638A/E/G/L/M/Q/Y/F/K、E639F/T/W/Y、D640A/E/K/Q/T、M641L、N642E/F/K/Q/T/W/Y/M、A643K/R/T/Y/L、I644A、T647A/E/F/G/L/M/Q/W/Y/K、K650Q/R/Y/A、T651M、I652A/E/G/K/M/Q/R/W/L、L653M/A、K655A/F/G/M/W/Y、D657E/R、V658F/M/Y/T、E659K/T、K672R/T、E680A/Q/K/F/Y/W/M、 K682F/M/Y/V/I、T683F/W、D684F/K/M/Y/G/W/E/T/Q、L685A、K686R/M/T、C687A、C688A/S、S692F/K/R/Y/D/L、D693P/R/M/A/K/Y/W、A694L/M/T/Y/F、R695K、K696Q、I697A、I698L、L708H/P/Y、V712C、R718K、I722R、G724Y、F732Y、M738W/Vおよびそれらの組合せからなる群から選択される1つまたは複数のアミノ酸置換を有し、
    さらに、前記改変DNAポリメラーゼが、Y242AおよびE585Kのアミノ酸置換を有し、
    ここで、前記アミノ酸位置は、配列番号2の番号付けに対応するものであり、
    前記改変ポリメラーゼが、親ポリメラーゼと比較して向上した配列決定精度を有する、
    前記改変DNAポリメラーゼ。
  2. 前記改変ポリメラーゼが、親ポリメラーゼと比較して変化した追加特性を有する、請求項1に記載の改変DNAポリメラーゼ。
  3. 変化した追加特性が、忠実度、処理能力、伸長速度、安定性、溶解性、ならびに、ヌクレオチド四リン酸、ヌクレオチド五リン酸、ヌクレオチド六リン酸、ヌクレオチド七リン酸、またはヌクレオチド八リン酸のようなヌクレオチドポリリン酸に結合する能力、および/またはヌクレオチドポリリン酸を組み込む能力から選択される、請求項2に記載の改変DNAポリメラーゼ。
  4. 変化した特性が、4、5、6、7、または8個のリン酸を有するヌクレオチドポリリン酸を、成長しているDNA鎖に組み込む能力である、請求項2に記載の改変DNAポリメラーゼ。
  5. ヌクレオチドポリリン酸がタグ付きのものである、請求項4に記載の改変DNAポリメラーゼ。
  6. A.
    a. N224T;
    b. S293Q;
    c. S294R/T;
    d. I295A;
    e. V299A/R;
    f. L361M;
    g. S369F;
    h. Y373A/T;
    i. F528Y;
    j. K530G/E/F;
    k. L549T/R;
    l. G553A/K/T;
    m. A554Q;
    n. G556R;
    о. K557R;
    p. F558M;
    q. T560F/Y;
    r. Y629W;
    s. C630A;
    t. I638A/E;
    u. N642E/K/F/Y/W;
    v. T647G/L/Q/M;
    w. K650Q;
    x. T651M;
    y. I652G/A/E/Q/M;
    z. L653M;
    aa. K655G/W;
    bb. V658Y;
    cc. D693R/M/P;および
    dd. A694L
    から選択される1つまたは複数の変異をさらに含む、T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+Y242A+E585K;
    B.
    a. Q221L;
    b. F222L;
    c. Y338L;
    d. L361F;
    e. Q370A;
    f. K537E;
    g. L543K/R
    h. G553A/K/Y/R/T/Q;
    i. A554T;
    j. I628M;
    k. Y629K;
    l. N631T;
    m. R632K;
    n. N642Q/F/Y;
    о. A643L;
    p. D684G/F/W/M/Q;および
    q. D693A/K/M/Y
    から選択される1つまたは複数の変異をさらに含む、T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+I652Q+Y242A+E585K;
    C.
    a. N224K;
    b. H227G/A/Q/T;
    c. S293A/Q/T;
    d. V299F;
    e. C359T;
    f. L361M;
    g. F406Y;
    h. F521M;
    i. P523L/E/Q/K/R/T/M/A;
    j. H527F/L/M/R;
    k. K530G/E;
    l. N535Y;
    m. G553A;
    n. Y555A;
    о. T560Y;
    p. G603A;
    q. C623G;
    r. Y629K;
    s. N642M;
    t. T647K/F/Y;
    u. I652G/L/Q/K/R/W/M;
    v. K655A;
    w. D684F/Y/W/M;および
    x. K686R
    から選択される1つまたは複数の変異をさらに含む、T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+D693P+Y242A+E585K;
    D.
    a. Q221R;
    b. N224K;
    c. S293Q/G;
    d. N298L/K/W;
    e. V299R;
    f. S360A/F;
    g. L361F/M/A;
    h. K522R;
    i. H527M;
    j. K530F;
    k. K537E;
    l. L543K;
    m. G553Y/R/T/M;
    n. A554Q/T;
    о. G603A;
    p. Y629W/K;
    q. N631W;
    r. I638F;
    s. N642M;
    t. K650A;
    u. K655F;
    v. K672T;
    w. K686T;
    x. D693R/W;および
    y. A694F
    から選択される1つまたは複数の変異をさらに含む、T529M+S366A+A547F+N545L+Y225L+D657R+K561G+K541R+T544A+S692Y+I652Q+D684M+Y242A+E585K、
    から選択される、請求項1~5のいずれか1項に記載の改変DNAポリメラーゼ。
  7. 検出電極に隣接する膜中のα溶血素ナノポアを用いて核酸試料を配列決定する方法であって、
    a.前記ナノポアを含む反応チャンバ内にタグ付きヌクレオチドを提供するステップであって、前記タグ付きヌクレオチドの個々のタグ付きヌクレオチドがヌクレオチドに結合したタグを含み、そのタグが前記ナノポアを用いて検出可能であるステップ;
    b.請求項1~6のいずれか1項に記載の改変DNAポリメラーゼを用いて重合反応を行うステップであって、前記ポリメラーゼがナノポアに結合し、それによって前記タグ付きヌクレオチドの個々のタグ付きヌクレオチドを前記核酸試料からの一本鎖核酸分子に相補的な成長鎖に組み込むステップ;および
    c.前記ナノポアを用いて、前記個々のタグ付きヌクレオチドの組み込み中に前記個々のタグ付きヌクレオチドに関連付けられたタグを検出し、前記タグは前記ナノポアを用いて検出され、前記ヌクレオチドは前記バリアントポリメラーゼに関連付けられるステップを含む、前記方法。
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