JP7282379B2 - 修飾ポリヌクレオチド - Google Patents
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Description
で表される構造を含む分子で修飾されてなる、修飾ポリヌクレオチド。
(B)前記R1が環構造中に-S-S-で表される基を有する環由来の基であり、前記R2が単結合であり、且つ前記R3が-O-である、
項1又は2に記載の修飾ポリヌクレオチド。
(B1)前記R1が環構造中に-S-S-で表される基を有する4~8員環由来の基であり、前記R2が単結合であり、且つ前記R3が-O-である、
項1~3のいずれかに記載の修飾ポリヌクレオチド。
で表される構造を含むポリヌクレオチド修飾用分子。
本発明は、その一態様において、一般式(1):
好ましくは
(A)前記R1がアルキレン基であり、前記R2が単結合であり、且つ前記R3が-O-R31a-S-S-R31b(式中、R31aはアルキレン基又は-R311a-NH-COO-R312a-(R311a及びR312aは同一又は異なって、アルキレン基を示す。を示す。R31bは保護基を示す。)であるという組み合わせが挙げられ、
より好ましくは
(A1)前記R1が炭素原子数が3~6のアルキレン基であり、前記R2が単結合であり、且つ前記R3が-O-R31a-S-S-R31b(式中、R31aは炭素原子数が3~6のアルキレン基又は-R311a-NH-COO-R312a-(R311a及びR312aは同一又は異なって、炭素原子数が2~6のアルキレン基を示す。)を示す。R31bはt-ブチル基を示す。)であるという組み合わせが挙げられる。
好ましくは
(B)前記R1が環構造中に-S-S-で表される基を有する環由来の基であり、前記R2が単結合であり、且つ前記R3が-O-であるという組み合わせが挙げられ、
より好ましくは
(B1)前記R1が環構造中に-S-S-で表される基を有する4~8員環由来の基であり、前記R2が単結合であり、且つ前記R3が-O-であるという組み合わせが挙げられる。 上記R1、R2、R3の組み合わせの中でも、組み合わせ(A)及び(A1)が好ましく、組み合わせ(A1)がより好ましい。
で表される化合物を用いて、定法に従って又は準じてホスホロアミダイト法による核酸合成を行う方法が挙げられる。
本発明の修飾ポリヌクレオチドは、カチオン性脂質等と複合体を形成させなくとも、単独で、効率的に細胞膜を透過するので、効率的に細胞内に導入することができる。また、本発明の修飾ポリヌクレオチドは、細胞毒性が比較的低い。このため、本発明の修飾ポリヌクレオチドは、該修飾ポリヌクレオチドの細胞内への導入を目的とする種々の用途、例えば細胞内への導入剤、医薬、試薬等(以下、これらを総称して「本発明の剤」と示すこともある。)に利用することができる。
以下の合成スキームに従って、DTT型ホスホロアミダイトモノマー(化合物5)を合成した。
ジチオスレイトール(DTT)(1.54 g, 10.0 mmol)にジメチルスルホキシド(0.78 mL)を加えて110℃で4時間撹拌した。室温に冷却後、生じた固体をジクロロメタンに懸濁させ、吸引ろ過にて濾取した。濾取した固体は少量の酢酸エチルで洗浄し、真空下で乾燥させることで目的化合物3を白色固体として得た(1.26 g, 82%)。
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)δ: 5.24 (2H, d, J = 3.2 Hz), 3.33 (2H, br. s), 3.03 (2H, d, J = 13.2 Hz), 2.74 (1H, d, J = 13.2 Hz) , 2.72 (1H, d, J = 13.6 Hz)。
化合物3 (1 g, 6.57 mmol)をメタノールで2回、続いて無水ピリジンで2回共沸した。残渣を無水ピリジン(15 mL)に溶解させた後、ジメトキシトリチルクロライド(3.0 g, 8.85 mmol)を加えて室温にて撹拌した。4時間後、ジメトキシトリチルクロライド(2.0 g, 5.90 mmol)を追加して室温にて撹拌した。4時間後、反応液にメタノールを加えた後、減圧濃縮した。残渣を酢酸エチルに溶解させて、水、続いて飽和食塩水で洗浄した。有機層を無水硫酸ナトリウム上で乾燥させ、減圧濃縮した。得られた残渣を中性フラッシュシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル = 90 : 10 + 1%トリエチルアミン → 80 : 20 + 1%トリエチルアミン)にて精製し、目的化合物4を白色泡状固体として得た(1.67 g, 56%)。
ESI-MS : calcd. for C25H26NaO4S2477.1170[M+Na]+, found : 477.1262 [M+Na]+。
化合物4 (300 mg, 0.66 mmol)を無水アセトニトリルで2回共沸した。残渣をジクロロメタン(2 mL)に溶解させ、N,N-ジイソプロピルエチルアミン(350 μL, 1.98 mmol)を加えた後、0℃にて2-シアノエチルN,N-ジイソプロピルクロロホスホロアミダイト(217 μL, 0.99 mmol)を滴下し撹拌した。20分後、反応液を酢酸エチルで希釈し、水、続いて飽和食塩水で洗浄した。有機層を無水硫酸ナトリウム上で乾燥させ、減圧濃縮した。得られた残渣を中性フラッシュシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル = 20 : 1, + 1%トリエチルアミン → 8 : 1, + 1%トリエチルアミン)にて精製し、目的化合物5を白色泡状固体として得た(280 mg, 65%)。
31P NMR (121 MHz, CDCl3)δ: 148.4, 148.1
ESI-MS : calcd for C34H43N2NaO5PS2677.2249[M+Na]+, found : 677.2134 [M+Na]+。
以下の合成スキームに従って、ThioL型ホスホロアミダイトモノマー(化合物4)を合成した。3-メルカプトプロパノールを出発原料とし、チオール基をジスルフィド構造へと変換し化合物1を得た。別途合成したC3リンカー誘導体3とカップリングさせることでThioL型ホスホロアミダイトモノマー4を得た。
アルゴン雰囲気下、撹拌中のジ-tert-ブチル1-(tert-ブチルチオ)-1,2-ヒドラジンジカルボキシレート(3.0 g, 9.36 mmol)とトリエチルアミン(1.09 mL, 7.80 mmol)のアセトニトリル溶液(36 mL)に3-メルカプトプロパノール(808 μL, 9.36 mmol)を滴下した。室温にて終夜撹拌した後、反応溶液を減圧濃縮した。得られた残渣にヘキサン(10 mL)を加えて生じた沈殿を濾過にて除去し、濾液を減圧濃縮した。残渣を中性フラッシュシリカゲルカラムクロマトグラフィー(トルエン/酢酸エチル = 15 : 1)にて精製し、目的化合物1を淡黄色油状物質として得た(731 mg, 85%)。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ : 3.75 (2H, t, J = 6.0 Hz), 2.82 (2H, t, J = 7.2 Hz), 1.93 (2H, m, J = 6.8 Hz), 1.33 (s, 9H)。
プロパンジオール(13 mL, 181.0 mmol)のピリジン溶液(52 mL)にジメトキシトリチルクロライド(3.0 g, 9.10 mmol)のピリジン溶液(20 mL)を加え、室温にて撹拌した。26時間後、反応液を減圧濃縮した後、酢酸エチル(20 mL)に溶解させ、水(80 mL)で2回、次いで飽和食塩水で洗浄した。有機層を無水硫酸ナトリウム上で乾燥させ、減圧濃縮した。得られた残渣を中性フラッシュシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル = 3 : 1 → 1 : 1)にて精製し、目的化合物2を白色固体として得た(2.50 g, 83%)。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ:7.43-7.38 (2H, m), 7.33-7.26 (5H, m), 7.24-7.16 (2H, m), 6.79-6.85 (4H, m), 3.87 (1H, t, J = 5.6 Hz), 3.79 (3H, s), 3.78 (3H, s), 3.28 (1H, t, J = 5.6 Hz), 1.91-1.80 (2H, m), 1.60 (1H, br. s)
ESI-MS : calcd. for C24H26NaO4 401.1723 [M+Na]+, found : 401.176 [M+Na]+。
ビス(N,N-ジイソプロピルアミノ)クロロフォスフィン(240 mg, 0.79 mmol)、トリエチルアミン(120 μL)の無水テトラヒドロフラン溶液(5 mL)に0℃にて化合物2 (300 mg, 0.79 mmol)の無水テトラヒドロフラン溶液(3 mL)を滴下した。室温にて反応溶液を撹拌し、100分後に31P NMRにて反応の終結を確認した(135.5 ppm から121.8 ppm, C6D6)。反応溶液に化合物1(142 mg, 0.79 mmol)、次いで5-ベンジルチオ-1H-テトラゾールのアセトニトリル溶液(0.25M, 750 μL)を加えた。室温にて反応溶液を撹拌し、80分後に31P NMRにて反応の終結を確認した(121.8 ppm から147.0 ppm, C6D6)。反応溶液を酢酸エチル(70 mL)で希釈し、飽和重曹水(70 mL)、水(70 mL)、次いで飽和食塩水(70 mL)で2回洗浄した。有機層を減圧濃縮し、得られた残渣を中性フラッシュシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル = 15 : 1, +1%トリエチルアミン)にて精製し、目的化合物4を淡黄色油状物質として得た(189 mg, 63%)。
31P NMR (121 MHz, C6D6) δ: 146.97
1H NMR (400 MHz, C6D6) δ:7.68 (d, 2H, J = 11.0 Hz), 7.51 (4H, d, J = 11.2 Hz), 7.19 (3H, d, J = 11.4 Hz),6.79 (4H, d, J = 11 Hz), 3.31(14H, m), 2.11(2H, m), 1.92 (2H, m), 1.19 (9H, s, 3CH3; 12H, d, 3CH3)
13C NMR (100 MHz, C6D6) δ:158.7, 145.9, 136.7, 130.2, 128.4, 127.7, 126.5, 113.1, 86.0, 61.6, 61.4, 60.4, 54.4, 47.1, 42.8, 37.2, 32.2, 31.1, 29.6, 24.5,
ESI-MS : calcd. for C37H54NO5PS2, 598.276 [M-C4H9S]+; found : 598.277[M-C4H9S]+。
5´-AACCGCTTCCCCGACTTCC(配列番号1)で示される塩基配列からなるDNAの5´末端が、下記式(A):
MALDI-MS : calcd. 7361.628 [M+H]+; found :7362.888 [M+H]+。
配列番号1で示される塩基配列からなるDNAの5´末端が、下記式(B):
MALDI-MS : calcd.8434.762 [M+H]+; found : 8434.22 [M+H]+。
配列番号1で示される塩基配列からなるDNAの5´末端が、下記式(C):
MALDI-MS : calcd. 7789.695 [M+H]+; found : 7789.289 [M+H]+。
配列番号1で示される塩基配列からなるDNAの5´末端が、下記式(D):
MALDI-MS : calcd. 9287.426 [M+H]+; found : 9288.527 [M+H]+。
配列番号1で示される塩基配列からなり、且つ3´末端が蛍光標識(FAM標識)されてなるDNA(DNA)を、定法により合成した。
MALDI-MS : calcd. 6212.113 [M+H]+; found : 6212.705 [M+H]+。
5´-ACACGTCCTCTCAGCCCTC(配列番号2)で示される塩基配列からなり、且つ3´末端が蛍光標識(FAM標識)されてなるDNA(R-DNA)を、定法により合成した。
配列番号1で示される塩基配列からなり、且つ3´末端が蛍光標識(FAM標識)されてなるホスホロチオエートDNA(PS-DNA)を、定法により合成した。
MALDI-MS : calcd. 6499.02 [M+H]+; found : 6502.773[M+H]+。
FAMで修飾されている実施例又は比較例のポリヌクレオチドを培地に添加し、細胞の蛍光強度(=ポリヌクレオチドの細胞内への取り込み量)を測定することにより、ポリヌクレオチドの細胞膜透過性を調べた。具体的には以下のようにして行った。
P. pyralis由来ルシフェラーゼ遺伝子のアンチセンス配列を有する実施例及び比較例のポリヌクレオチドを培地に添加し、ルシフェラーゼの発現量を測定した。これにより、ポリヌクレオチドが細胞膜を透過して、その機能(アンチセンス核酸としての遺伝子発現抑制効果)を発揮できるか否かを調べた。具体的には以下のようにして行った。
実施例及び比較例のポリヌクレオチドの細胞毒性をMTTアッセイにより調べた。具体的には以下のようにして行った。
5´-CGGTATCCAGATCCACAAC(配列番号3)からなるPS-DNAの5´末端が、下記式(C):
配列番号3で示される塩基配列からなるPS-DNAの5´末端が、下記式(D):
配列番号3で示される塩基配列からなり、且つ3´末端が蛍光標識(FAM標識)されてなるホスホロチオエートDNA(PS-DNA)を、定法により合成した。
5´-UUUCGAAGUACUCAGCGUAAGUU(配列番号4)からなるRNAの3´末端が、下記式(C):
配列番号5で示される塩基配列からなるRNAの5´末端が、下記式(C):
配列番号4で示される塩基配列からなるRNA及び配列番号5で示される塩基配列からなるRNAを定法により合成し、実施例7と同様にして二本鎖(未修飾siRNA)を形成させた。
ポリヌクレオチドとして、実施例5、実施例6及び比較例4のアンチセンスポリヌクレオチドを使用する以外は、試験例1と同様にして行った。ポリヌクレオチド濃度は100nMとした。
ポリヌクレオチドとして、実施例5及び比較例4のアンチセンスポリヌクレオチドを使用する以外は、試験例2と同様にして行った。ポリヌクレオチド濃度は1μMとした。
ポリヌクレオチドとして、実施例5及び比較例4のアンチセンスポリヌクレオチドを使用する以外は、試験例3と同様にして行った。ポリヌクレオチド濃度は5μMとした。
ポリヌクレオチドとして、実施例7、実施例8及び比較例5のsiRNAを使用する以外は、試験例2と同様にして行った。ポリヌクレオチド濃度は1μM又は100nMとした。
以下の合成スキームに従って、プロカチオン性ホスホロアミダイトモノマー(化合物4)を合成した。
100% ethanol (22 mL), 2-mercaptoethanol (0.77 mL, 23 mmol, 1.0 eq.) に2-methyl-2-propanethiol (12 mL, 230 mmol, 10 eq.) を加え、氷浴中で撹拌した。100% ethanol (17 mL ) にI2 (3.0 g, 36.8 mmol, 1.1 eq.) を溶かし、反応溶液に色が無色から赤色に変わるまで滴下し、一晩反応させた。NaHCO3 (飽和, 23 mL) をpH7以上になるまで加え、減圧留去した。AcOEtを加え、10% Na2S2O5、brineで分液し、有機層を減圧留去した。カラムクロマトグラフィー (中性フラッシュ、Hexane/AcOEt = 2/1) にて精製し、油状の化合物b (1.62 g, 9.72 mmol, 91%) を得た。 1H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ 3.842 (2H, t, J = 6.0 Hz), 2.827 (2H, t, J = 6.0 Hz),1.317 (9H, s) 他各種スペクトルデータは文献記載のデータと良い一致を示した(Tetrahedron, 2005, 61, 6138.)。
化合物b (5.45 g, 32.8 mmol, 1.0 eq.) に4-nitrophenyl chloroformate (9.89 g, 49.1 mmol, 1.5eq.)、THF (10 mL) を加え、アルゴン雰囲気下、氷浴中で反応させた。さらに、TEA (6.8 mL)、脱水THF (25 mL) を滴下し、氷浴中で10分反応させた後、室温で18時間反応させた。反応液を濾過、洗浄し (Hexane/AcOEt = 5/1)、減圧留去した。カラムクロマトグラフィー (中性フラッシュ、Hexane/AcOEt = 4/1) を行い、化合物c (9.69 g, 29.2 mmol, 89%) を得た。1H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ 8.27 (2H, m), 7.37 (2H, m), 4.51 (3H, t, J = 6.8 Hz), 2.99 (3H, t, J = 6.8 Hz), 1.34 (9H, s) 他各種スペクトルデータは文献記載のデータと良い一致を示した(Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 10347.)。
3-amino-1-propanol (3.2 mL, 41.4 mmol, 1.0 eq.) を加えたCH2Cl2 (25 mL) にTEA (6.4 mL)、化合物c (9.15 g, 27.6 mmol,1.0 eq.) を加えたCH2Cl2 (15 mL) を加え、1時間室温で撹拌した。減圧留去し、AcOEt (15 mL)に溶かし、水、飽和NaHCO3、0.1M NaOH、brineで洗浄した。Na2SO4で乾燥させ、減圧留去を行った。油状化合物4 (7.49 g, 27.0 mmol, 97%) を得た。1H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ 4.28 (2H, t, J = 6.4 Hz), 3.67 (2H, t, J = 5.6 Hz), 3.13 (2H, t, J = 6.0 Hz), 2.88 (2H, t, J = 6.4 Hz), 1.69 (2H, t, J = 6.0 Hz), 1.31 (9H, s); 13C-NMR (100 MHz, CDCl3):δ 157.22, 63.24, 59.60, 48.04, 39.19, 37.77, 32.55, 29.92; HRMS (ESI) calcd for C10H21NO3S2[M+Na]+: 290.10, found for 290.0913。
4,4'-dimethoxytrityl chloride (3.09 mg,9.12 mmol) をピリジン (72 mL) に溶解し,アルゴン雰囲気下で propan-1,3-diol (13 mL,181 mmol) を加え,5.5 時間撹拌した。溶媒を減圧留去し,残渣を Et2O/H2O で抽出した。有機層を Na2SO4で脱水し,溶媒を減圧留去した。残差をカラムクロマトグラフィー (Hexane/AcOEt = 3/1 → 1/1,1% TEA) で精製し,化合物2 (1.58 g,3.28 mmol,65%) を黄色油状物質として得た。1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 7.43-7.40 (2H, m), 7.33-7.20 (7H, m), 6.88-6.78 (4H, m), 3.82-3.74 (8H, m), 3.27 (2H, q, J= 5.6 Hz), 2.24 (1H, t, J = 5.6 Hz), 1.85 (2H, q, J = 5.6) 他各種スペクトルデータは文献記載のデータと良い一致を示した。
ピリジンで共沸したN,N-bis(diisopropylamino)chlorophosphine (776 mg, 2.91 mmol, 1.0 eq.) にTHF (脱水, 8 mL)、TEA (脱水, 0.5 mL, 3.96 mmol, 1.4 eq.)を加えた。化合物2 (1.06 mg, 2.8 mmol, 1.0eq.)にTHF (脱水, 3 mL) を加え、0 ℃、アルゴン雰囲気下で滴下した後、室温で2 時間反応させた。ピリジンで共沸した化合物4 (530 mg, 1.99 mmol, 0.7 eq.) にTHF (脱水, 4 mL) を加え、0 ℃、アルゴン雰囲気下で反応溶液に滴下した。1H-tetrazole (95.5 mg, 1.36 mmol, 0.5 eq.) にTHF (脱水, 3 mL) を加え、さらに滴下し、室温で2時間反応させた。CH2Cl2とNaHCO3を予め0 ℃で冷やしておき、分液した。有機層を減圧留去し、黄色油状crude (2.13 g) を得た。カラムクロマトグラフィー (中性フラッシュ, Hexane/AcOEt = 15/1 → 10/1, 1% TEA) により精製し、無色油状化合物4 (284 mg, 0.37 mmol, 19%) を得た。1H-NMR (400 MHz, CDCl3):δ 7.24 (9H, m), 6.80 (4H, d), 4.23 (2H, t, J = 7.2 Hz), 3.78 (6H, s), 3.59 (6H, m), 3.23 (2H, t, J = 6.0 Hz), 3.14 (2H, t, J = 6.4 Hz), 2.85 (t, 2H, J = 6.8 Hz) , 1.91 (t, 2H, J = 6.8 Hz), 1.73 (t, 2H, J = 6.4 Hz), 1.31 (s, 9H), 1.12 (d, 12H, J = 7.2 Hz);13C-NMR (100 MHz, CDCl3):δ 158.39, 145.36, 136.62, 130.12, 128.27, 127.73, 126. 67, 113.04, 85.85, 62.96, 60.49, 60.36, 47.93, 42.95, 42.82, 39.28, 38.84, 32.04, 31.96, 29.94, 24.72; 31P-NMR (162 MHz, CDCl3): δ 146.21; HRMS (ESI) calcd for C40H59N2O7PS2 [M+H]+: 775.35, found for 776.3627。
配列番号1で示される塩基配列からなるPS-DNAの5´末端が、下記式(E):
配列番号1で示される塩基配列からなり、且つ3´末端が蛍光標識(FAM標識)されてなるホスホロチオエートDNA(PS-DNA)を、定法により合成した。
配列番号4で示される塩基配列からなるRNAの3´末端が、下記式(E):
配列番号5で示される塩基配列からなるRNAの5´末端が、下記式(E):
ポリヌクレオチドとして、実施例9及び比較例6のアンチセンスポリヌクレオチドを使用する以外は、試験例1と同様にして行った。ポリヌクレオチド濃度は100nMとした。
ポリヌクレオチドとして、実施例9及び比較例6のアンチセンスポリヌクレオチドを使用する以外は、試験例3と同様にして行った。ポリヌクレオチド濃度は1μMとした。
Claims (9)
- 一般式(1):
R 1 、R 2 、及びR 3 について、
(A1)前記R 1 が炭素原子数が3~6のアルキレン基であり、前記R 2 が単結合であり、且つ前記R 3 が-O-R 31a -S-S-R 31b (式中、R 31a は炭素原子数が3~6のアルキレン基又は-R 311a -NH-COO-R 312a -(R 311a 及びR 312a は同一又は異なって、炭素原子数が2~6のアルキレン基を示す。)を示す。R 31b はアルキル基又はアリール基を示す。)である、或いは
(B1)前記R 1 が環構造中に-S-S-で表される基を有する4~8員環由来の基であり、前記R 2 が単結合であり、且つ前記R 3 が-O - である。
Z1は同一又は異なって、-O-又は-NH-を示す。
nは5~20の整数を示す。]
で表される構造を含む分子で修飾されており、且つ
ポリヌクレオチドの末端に前記一般式(1)で表される構造が連結されてなり、且つ
前記ポリヌクレオチドが、細胞内への導入用のポリヌクレオチドである、
修飾ポリヌクレオチド。 - 前記Z1が-O-である、請求項1に記載の修飾ポリヌクレオチド。
- ポリヌクレオチドが、アンチセンスポリヌクレオチド、siRNA、miRNA、miRNA前駆体、アプタマー、ガイドRNA、mRNA、ノンコーディングRNA、DNA、LNA、PNA、及びモルフォリノ核酸からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1又は2に記載の修飾ポリヌクレオチド。
- ポリヌクレオチドの塩基長が200塩基長以下である、請求項1~3のいずれかに記載の修飾ポリヌクレオチド。
- ポリヌクレオチドの5´末端に前記一般式(1)で表される構造が連結されてなる、請求項1~4のいずれかに記載の修飾ポリヌクレオチド。
- 請求項1~5のいずれかに記載の修飾ポリヌクレオチドを含有する、該修飾ポリヌクレオチドの細胞内への導入剤。
- 請求項1~5のいずれかに記載の修飾ポリヌクレオチドを含有する、医薬。
- 請求項1~5のいずれかに記載の修飾ポリヌクレオチドを含有する、試薬。
- 一般式(1):
R 1 、R 2 、及びR 3 について、
(A1)前記R 1 が炭素原子数が3~6のアルキレン基であり、前記R 2 が単結合であり、且つ前記R 3 が-O-R 31a -S-S-R 31b (式中、R 31a は炭素原子数が3~6のアルキレン基又は-R 311a -NH-COO-R 312a -(R 311a 及びR 312a は同一又は異なって、炭素原子数が2~6のアルキレン基を示す。)を示す。R 31b はアルキル基又はアリール基を示す。)である、或いは
(B1)前記R 1 が環構造中に-S-S-で表される基を有する4~8員環由来の基であり、前記R 2 が単結合であり、且つ前記R 3 が-O - である。
Z1は同一又は異なって、-O-又は-NH-を示す。
nは5~20の整数を示す。]
で表される構造を含む分子からなる、細胞内への導入用のポリヌクレオチドの末端への連結用剤。
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