JP7477886B2 - Nucleic acid aptamers - Google Patents

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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/11DNA or RNA fragments; Modified forms thereof; Non-coding nucleic acids having a biological activity
    • C12N15/115Aptamers, i.e. nucleic acids binding a target molecule specifically and with high affinity without hybridising therewith ; Nucleic acids binding to non-nucleic acids, e.g. aptamers

Description

本発明は、核酸アプタマーに関する。本願は、2019年5月22日に、日本に出願された特願2019-096035号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。The present invention relates to a nucleic acid aptamer. This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-096035, filed in Japan on May 22, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.

近年、がん治療薬として抗体医薬が隆盛を極めているが、その高い薬価に加え、対応可能な疾患関連タンパク質の種類が頭打ちの状態であり、抗体医薬の限界も見えてきている。そのため、抗体とは異なる母体構造を有するポスト抗体医薬の開発が強く望まれている。一本鎖DNAやRNAから形成され、タンパク質を含む生体分子に対して高い結合能と選択性を有するDNA/RNAアプタマーは、安価に合成可能であり抗原性も低いことから、抗体に替わる標的認識分子として注目されている。これまでに認可されたアプタマー薬剤としては、加齢黄斑変性症治療薬であるpegaptanib(商品名「Macugen」、2004年米国承認、2008年日本承認)が知られている(例えば、特許文献1参照)。In recent years, antibody drugs have flourished as cancer treatment drugs, but in addition to their high drug prices, the number of disease-related proteins that can be treated has reached a plateau, and the limitations of antibody drugs are becoming apparent. For this reason, there is a strong demand for the development of post-antibody drugs with a matrix structure different from that of antibodies. DNA/RNA aptamers, which are formed from single-stranded DNA or RNA and have high binding ability and selectivity for biomolecules including proteins, can be synthesized inexpensively and have low antigenicity, so they are attracting attention as target recognition molecules to replace antibodies. One of the aptamer drugs that has been approved so far is pegaptanib (trade name "Macugen", approved in the United States in 2004 and in Japan in 2008), a treatment for age-related macular degeneration (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、これまで認可されている抗体医薬や核酸アプタマー薬剤は、細胞膜を透過できないことから、標的が細胞外に限定されている。そのため、抗体や核酸アプタマーが有する高い分子認識能や結合能を維持しつつ、細胞膜を透過可能な分子標的薬の開発が望まれている。However, antibody drugs and nucleic acid aptamer drugs approved to date cannot penetrate cell membranes, and therefore their targets are limited to the extracellular space. Therefore, there is a need to develop molecular targeted drugs that can penetrate cell membranes while maintaining the high molecular recognition and binding abilities of antibodies and nucleic acid aptamers.

また、これまで、抗体等のタンパク質の細胞内への導入法として、膜透過型ペプチドとの融合や混合による細胞内への取り込みを利用した方法や、リポソーム等による細胞内導入法が知られているが、標的分子の凝集や、特定の分子のみを細胞内へ導入することが困難であることから実用化までは至っていない。 In addition, methods for introducing proteins such as antibodies into cells include methods that utilize uptake into the cells by fusing or mixing with membrane-permeable peptides, and intracellular introduction using liposomes, etc. However, these have not yet been put to practical use due to problems such as aggregation of target molecules and the difficulty of introducing only specific molecules into cells.

米国特許第6011020号明細書U.S. Pat. No. 6,011,020

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、細胞内の任意の標的分子に対する結合能及び細胞膜透過能を時空間的に制御可能である核酸アプタマーを提供する。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and provides a nucleic acid aptamer whose binding ability to any target molecule within a cell and its cell membrane permeability can be controlled spatiotemporally.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、グアニンリッチなDNA分子が陽イオンに応答し四重鎖構造を形成することに着目し、細胞内の任意の標的分子に対して高い特異性及び選択性を有し、且つ陽イオン刺激により細胞内の任意の標的分子への結合能及び細胞膜透過能を時空間的に制御できる核酸アプタマーを見出し、本発明を完成するに至った。As a result of extensive research to achieve the above-mentioned objective, the inventors focused on the fact that guanine-rich DNA molecules form quadruplex structures in response to cations, and discovered a nucleic acid aptamer that has high specificity and selectivity for any target molecule within a cell, and whose binding ability to any target molecule within a cell and cell membrane permeability can be spatiotemporally controlled by cation stimulation, thereby completing the present invention.

すなわち、本発明は、以下の態様を含む。
本発明の第1態様に係る方法は、陽イオン存在下でグアニン四重鎖構造を形成し、細胞膜透過能を有する、核酸アプタマーを、陽イオン存在下で、導入剤を使用せずに細胞と接触させることを含む、前記核酸アプタマーの細胞膜透過方法であって、
前記核酸アプタマーが、
グアニン四重鎖構造を形成する第1領域、第2領域、第3領域及び第4領域と、
前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域のそれぞれの間に連結領域A、連結領域B及び連結領域Cと、を有し、
前記第1領域は配列番号1に示される塩基配列からなり、
前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域はそれぞれ配列番号2に示される塩基配列からなり、
前記連結領域A、前記連結領域B及び前記連結領域Cからなる群より選ばれる少なくとも1つの領域は、陽イオン存在下で標的分子への特異的な結合能を有する。
前記陽イオンが特定の種類の陽イオンであってもよい。
上記第1態様に係る方法において、前記核酸アプタマーは、前記第4領域の下流に、3’末端付加配列を更に有し、前記3’末端付加配列は、配列番号3に示される塩基配列か
らなってもよい。
上記第1態様に係る方法において、前記核酸アプタマーは、配列番号4に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含んでもよい。
上記第1態様に係る方法において、前記核酸アプタマーは、配列番号5~7のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含んでもよい。
本発明の第2態様に係る核酸アプタマーは、陽イオン存在下でグアニン四重鎖構造を形成し、細胞膜透過能を有する、核酸アプタマーであって、
グアニン四重鎖構造を形成する第1領域、第2領域、第3領域及び第4領域と、
前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域のそれぞれの間に連結領域A、連結領域B及び連結領域Cと、を有し、
前記第1領域は配列番号1に示される塩基配列からなり、
前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域はそれぞれ配列番号2に示される塩基配列からなり、
前記連結領域A、前記連結領域B及び前記連結領域Cからなる群より選ばれる少なくとも1つの領域は、陽イオン存在下で標的分子への特異的な結合能を有し、
配列番号5~7のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む。
That is, the present invention includes the following aspects.
A method according to a first aspect of the present invention is a method for permeating a cell membrane with a nucleic acid aptamer, the nucleic acid aptamer forming a G-quadruplex structure in the presence of a cation and having cell membrane permeability, comprising contacting the nucleic acid aptamer with a cell in the presence of a cation without using an introduction agent, the method comprising:
The nucleic acid aptamer is
a first region, a second region, a third region and a fourth region which form a G-quadruplex structure;
a connecting region A, a connecting region B, and a connecting region C between the first region, the second region, the third region, and the fourth region, respectively;
The first region comprises the base sequence shown in SEQ ID NO:1,
the second region, the third region, and the fourth region each have a base sequence as shown in SEQ ID NO:2,
At least one region selected from the group consisting of linking region A, linking region B, and linking region C has a specific binding ability to a target molecule in the presence of a cation.
The cation may be a specific type of cation.
In the method according to the first aspect, the nucleic acid aptamer may further have a 3′-end additional sequence downstream of the fourth region, and the 3′-end additional sequence may consist of the base sequence shown in SEQ ID NO:3.
In the method according to the first aspect, the nucleic acid aptamer may comprise a polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO:4.
In the method according to the first aspect, the nucleic acid aptamer may comprise a polynucleotide consisting of a base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5 to 7.
A nucleic acid aptamer according to a second aspect of the present invention is a nucleic acid aptamer that forms a G-quadruplex structure in the presence of a cation and has a cell membrane permeability,
a first region, a second region, a third region and a fourth region which form a G-quadruplex structure;
a connecting region A, a connecting region B, and a connecting region C between the first region, the second region, the third region, and the fourth region, respectively;
The first region comprises the base sequence shown in SEQ ID NO:1,
the second region, the third region, and the fourth region each have a base sequence as shown in SEQ ID NO:2,
at least one region selected from the group consisting of the linking region A, the linking region B, and the linking region C has a specific binding ability to a target molecule in the presence of a cation;
It includes a polynucleotide consisting of the base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5 to 7.

上記態様の核酸アプタマーによれば、細胞内の任意の標的分子に対する結合能及び細胞膜透過能を時空間的に制御可能である核酸アプタマーを提供することができる。 According to the nucleic acid aptamer of the above aspect, it is possible to provide a nucleic acid aptamer whose binding ability to any target molecule within a cell and cell membrane permeability can be controlled in time and space.

グアニン四重鎖構造の分類型を示す図である。FIG. 1 shows classification types of G-quadruplex structures. 本発明の一実施形態に係る核酸アプタマーを模式的に示す図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a nucleic acid aptamer according to one embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態に係る核酸アプタマーを模式的に示す図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a nucleic acid aptamer according to another embodiment of the present invention. 実施例1における各DNAアプタマーの塩基配列を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a schematic representation of the base sequence of each DNA aptamer in Example 1. 実施例1における各DNAアプタマーによるPPM1Dの阻害曲線を示すグラフである。1 is a graph showing the inhibition curve of PPM1D by each DNA aptamer in Example 1. 実施例1における異なる濃度のカリウムイオン存在下での各DNAアプタマーの円偏光二色性(Circular Dichroism;CD)スペクトルを示すグラフである。1 is a graph showing the circular dichroism (CD) spectra of each DNA aptamer in the presence of different concentrations of potassium ions in Example 1. 図5に示すCDスペクトルにおけるピーク波長(M1D-Q5F:267nm、M1D-Q5M及びM1D-Q5:265nm)でのカリウムイオンの濃度の違いによる変化を解析したグラフである。6 is a graph showing an analysis of the change due to differences in potassium ion concentration at the peak wavelength (M1D-Q5F: 267 nm, M1D-Q5M and M1D-Q5: 265 nm) in the CD spectrum shown in FIG. 5. 実施例1におけるM1D-Q5F又はM1D-Q5MをAuto-penetration法で投与したMCF7細胞でのp53及びβ-アクチンのタンパク質発現量をウエスタンブロッティング法で解析した結果を示す画像である。1 shows images depicting the results of Western blotting analysis of the protein expression levels of p53 and β-actin in MCF7 cells administered with M1D-Q5F or M1D-Q5M by the auto-penetration method in Example 1. 図7に示すバンドのシグナルを定量化したグラフである。8 is a graph showing the quantification of the signals of the bands shown in FIG. 7. 実施例1における異なる濃度のM1D-Q5F又はM1D-Q5MをAuto-penetration法で投与したMCF7細胞の細胞増殖率の変化を示すグラフである。1 is a graph showing the change in cell proliferation rate of MCF7 cells to which different concentrations of M1D-Q5F or M1D-Q5M were administered by the auto-penetration method in Example 1. 実施例1におけるCy3標識したM1D-Q5M又は5’primerをAuto-penetration法で投与したMCF7細胞の蛍光染色像である。1 shows fluorescent staining images of MCF7 cells to which Cy3-labeled M1D-Q5M or 5'primer was administered by the auto-penetration method in Example 1. 図10に示すCy3標識したM1D-Q5MをAuto-penetration法で投与したMCF7細胞の蛍光染色像をX軸、Y軸でスライスして解析した染色像である。This is a stained image obtained by analyzing the fluorescent stained image of MCF7 cells to which Cy3-labeled M1D-Q5M shown in FIG. 10 was administered by the auto-penetration method, sliced along the X-axis and Y-axis. 実施例1におけるCy3標識したM1D-Q5F、M1D-Q5M又は5’primerをAuto-penetration法で投与したMCF7細胞の蛍光染色像である。1 shows fluorescent staining images of MCF7 cells to which Cy3-labeled M1D-Q5F, M1D-Q5M, or 5'primer was administered by the auto-penetration method in Example 1. 実施例2における陽イオン(塩化ナトリウム若しくは塩化カリウム)存在下又は非存在下のM1D-Q5M又はM1D-Q5M ScrambledのDNase Iに対する分解耐性をポリアクリルアミドゲル電気泳動で解析した結果を示す画像である。13 is an image showing the results of polyacrylamide gel electrophoresis analysis of the resistance of M1D-Q5M or M1D-Q5M Scrambled to degradation by DNase I in the presence or absence of a cation (sodium chloride or potassium chloride) in Example 2. 図13に示すバンドのシグナルを定量化したグラフである。14 is a graph showing the quantification of the signals of the bands shown in FIG. 13. 実施例2における陽イオン(塩化ナトリウム及び塩化カリウム)存在下のM1D-Q5M又はM1D-Q5M Scrambledの血清に対する安定性をポリアクリルアミドゲル電気泳動で解析した結果を示す画像である。13 is an image showing the results of polyacrylamide gel electrophoresis analysis of the stability of M1D-Q5M or M1D-Q5M Scrambled to serum in the presence of cations (sodium chloride and potassium chloride) in Example 2. 図15に示すバンドのシグナルを定量化したグラフである。16 is a graph showing the quantification of the signals of the bands shown in FIG. 15. 参考例1におけるM1D-Q5Mをリポフェクション法により導入したMCF7細胞の蛍光染色像である。1 shows a fluorescent staining image of MCF7 cells into which M1D-Q5M was introduced by lipofection in Reference Example 1. 実施例3におけるM1D-Q5を投与したMCF7細胞の蛍光染色像である。1 shows a fluorescent staining image of MCF7 cells administered with M1D-Q5 in Example 3. 実施例4におけるCy3標識されたM1D-Q5Mを投与したMCF7細胞の蛍光染色像である。13 is a fluorescent staining image of MCF7 cells administered with Cy3-labeled M1D-Q5M in Example 4. 実施例4におけるTAMRA標識されたM1D-Q5Mを投与したMCF7細胞の蛍光染色像である。13 is a fluorescent staining image of MCF7 cells administered with TAMRA-labeled M1D-Q5M in Example 4. 実施例4におけるM1D-Q5Mを投与したMCF7細胞の蛍光染色像である。1 shows a fluorescent staining image of MCF7 cells administered with M1D-Q5M in Example 4. 実施例5におけるG4CAA1を投与したMCF7細胞の蛍光染色像である。13 is a fluorescent staining image of MCF7 cells administered with G4CAA1 in Example 5. 実施例5におけるG4CAA2を投与したMCF7細胞の蛍光染色像である。13 is a fluorescent staining image of MCF7 cells administered with G4CAA2 in Example 5. 実施例6におけるPPM1A、PPM1D、hScp1、hScp3、Fcp1 full-M/H、及びFcp1 Δins.に対するSp1-G4-6の結合量を示すグラフである。13 is a graph showing the binding amount of Sp1-G4-6 to PPM1A, PPM1D, hScp1, hScp3, Fcp1 full-M/H, and Fcp1 Δins in Example 6. 実施例6における各DNAアプタマーによるScp1とビオチン化Sp1-G4-6の結合に対する競合試験を示すグラフである。13 is a graph showing a competitive test of each DNA aptamer for the binding of Scp1 to biotinylated Sp1-G4-6 in Example 6. 実施例6における全長Scp1及びScp1のN末端領域の76アミノ酸残基の欠損体に対するSp1-G4-6の結合量を示すグラフである。13 is a graph showing the amount of Sp1-G4-6 binding to full-length Scp1 and a deletion of 76 amino acid residues in the N-terminal region of Scp1 in Example 6. 実施例6におけるカリウムイオン存在下でのSp1-G4-6のCDスペクトルを示すグラフである。1 is a graph showing the CD spectrum of Sp1-G4-6 in the presence of potassium ions in Example 6. 図27に示すCDスペクトルにおけるSp1-G4-6の265.5nmでの極大値のカリウムイオンの濃度の違いによる変化を解析したグラフである。28 is a graph showing an analysis of the change in the maximum value at 265.5 nm of Sp1-G4-6 in the CD spectrum shown in FIG. 27 due to differences in potassium ion concentration. 実施例6における塩化カリウム存在下又は非存在下のSp1-G4-6のDNase Iに対する分解耐性を示すグラフである。1 is a graph showing the degradation resistance of Sp1-G4-6 to DNase I in the presence or absence of potassium chloride in Example 6. 実施例6における塩化カリウム存在下又は非存在下のSp1-G4-6の血清に対する安定性を示すグラフである。1 is a graph showing the serum stability of Sp1-G4-6 in the presence or absence of potassium chloride in Example 6. 実施例6におけるTAMRA標識されたSp1-G4-6を投与したMCF7細胞の蛍光染色像である。13 is a fluorescent staining image of MCF7 cells administered with TAMRA-labeled Sp1-G4-6 in Example 6. 実施例7におけるマンガンイオン存在下でのMnG4C1のCDスペクトルを示すグラフである。1 is a graph showing the CD spectrum of MnG4C1 in the presence of manganese ions in Example 7. 実施例7におけるFAM及びTAMRAで標識されたMnG4C1を用いてマンガンイオン応答性を測定した結果を示すグラフである。13 is a graph showing the results of measuring manganese ion responsiveness using MnG4C1 labeled with FAM and TAMRA in Example 7. 実施例7におけるチオフラビンTを用いてMnG4C1の構造変化を検出した結果を示すグラフである。13 is a graph showing the results of detecting structural changes in MnG4C1 using Thioflavin T in Example 7. 実施例7におけるFAM及びTAMRAで標識されたMnG4C1を投与したMCF7細胞の蛍光染色像である。13 is a fluorescent staining image of MCF7 cells administered with MnG4C1 labeled with FAM and TAMRA in Example 7.

<グアニン四重鎖構造>
グアニン四重鎖(「G-quadruplex」、「G4」、「Gカルテット」とも呼ばれる)構造は、DNAの高次構造の一つであり、4組のグアニン配列により形成される特定の立体構造である。グアニンリッチなDNA分子では陽イオンに応答し、グアニン四重鎖構造を形成する。このことに着目し、発明者らは、2.8×1011種の多様性を有し、陽イオン刺激により立体構造が変化しグアニン四重鎖構造を形成する骨格を母体としたDNAアプタマー(以下、「イオン刺激応答性DNAアプタマー(Ion-Responsive DNA Aptamer;IRDAptamer)」と称する場合がある)のライブラリを独自にデザインした。当該ライブラリの中から、細胞内の任意の標的分子に対する結合能及び細胞膜透過能を時空間的に制御可能である核酸アプタマーをスクリーニングし、同定した。
<G-quadruplex structure>
The G-quadruplex (also called "G-quadruplex", "G4", or "G-quartet") structure is one of the higher-order structures of DNA, and is a specific three-dimensional structure formed by four pairs of guanine sequences. Guanine-rich DNA molecules respond to cations to form a G-quadruplex structure. Focusing on this, the inventors independently designed a library of DNA aptamers (hereinafter sometimes referred to as "ion-responsive DNA aptamers (IRDAptamer)") with a diversity of 2.8 x 10 11 types and based on a backbone that changes its three-dimensional structure in response to cation stimulation to form a G-quadruplex structure. From the library, they screened and identified nucleic acid aptamers that can spatiotemporally control the binding ability to any target molecule in a cell and the cell membrane permeability.

本実施形態の核酸アプタマーは、後述する実施例に示すように、陽イオンの濃度が5mM未満程度の低濃度の環境下では、グアニン四重鎖構造を形成せず細胞内の標的分子に対する結合能及び細胞膜透過能が低いが、陽イオンの濃度が5mM以上140mM以下程度の生体内濃度変化域下では、立体構造が変化し、グアニン四重鎖構造を形成することで、細胞膜を透過することができる。さらに、細胞膜の透過後、細胞内の任意の標的分子に対して特異的に結合することができる。なお、グアニン四重鎖構造を形成する陽イオン濃度は、核酸アプタマーの種類や陽イオンの種類等によって異なり、上記濃度範囲に限定されない。具体的には、本実施形態の核酸アプタマーが、生体内に比較的豊富に存在するナトリウムイオンやカリウムイオン、カルシウムイオンへの応答性を有する場合には、上記生体内濃度変化域において、グアニン四重鎖構造を形成することができる。一方で、本実施形態の核酸アプタマーが、生体内に極少量存在する金属イオン(例えば、亜鉛イオン、コバルトイオン、ニッケルイオン、マンガンイオン、鉄イオン等の酵素活性に必須の補因子等)への応答性を有する場合には、上記濃度範囲よりも低い濃度(5mM未満等)において、グアニン四重鎖構造を形成することができる。As shown in the examples described later, the nucleic acid aptamer of this embodiment does not form a G-quadruplex structure in an environment with a low cation concentration of less than 5 mM, and has low binding ability to intracellular target molecules and cell membrane permeability. However, in a range of in vivo cation concentrations of 5 mM to 140 mM, the three-dimensional structure changes and forms a G-quadruplex structure, allowing it to permeate the cell membrane. Furthermore, after permeating the cell membrane, it can specifically bind to any target molecule in the cell. The cation concentration that forms the G-quadruplex structure varies depending on the type of nucleic acid aptamer and the type of cation, and is not limited to the above concentration range. Specifically, when the nucleic acid aptamer of this embodiment has responsiveness to sodium ions, potassium ions, and calcium ions that are relatively abundant in the body, it can form a G-quadruplex structure in the above range of in vivo concentration changes. On the other hand, when the nucleic acid aptamer of this embodiment is responsive to metal ions present in extremely small amounts in the body (e.g., zinc ions, cobalt ions, nickel ions, manganese ions, iron ions, and other cofactors essential for enzyme activity), it can form a G-quadruplex structure at a concentration lower than the above concentration range (e.g., less than 5 mM).

グアニン四重鎖構造は、そのトポロジーから、プロペラ型、バスケット型、プロペラ型とバスケット型を組み合わせたハイブリット型に分類される(図1参照)(参考文献1:Zhou J et al., “The NEIL glycosylases remove oxidized guanine lesions from telomeric and promoter quadruplex DNA structures.”, Nucleic Acids Res., Vol. 43, No. 8, p4039-4054, 2015.)。
本実施形態の核酸アプタマーは、後述する実施例に示すように、プロペラ型のグアニン四重鎖構造を形成する。
Based on their topology, G-quadruplex structures are classified into propeller type, basket type, and a hybrid type that combines the propeller and basket types (see Figure 1) (Reference 1: Zhou J et al., "The NEIL glycosylases remove oxidized guanine lesions from telomeric and promoter quadruplex DNA structures.", Nucleic Acids Res., Vol. 43, No. 8, p4039-4054, 2015.).
As shown in the Examples described below, the nucleic acid aptamer of this embodiment forms a propeller-type G-quadruplex structure.

なお、本実施形態の核酸アプタマーがグアニン四重鎖構造を形成しているか否かについては、公知の方法を用いて確認することができる。プロペラ型のグアニン四重鎖構造の存在は、例えば、円偏光二色性(Circular Dichroism;CD)スペクトル測定によって、245nm付近の負のピークと、265nm付近の正のピークとを検出することにより確認することができる。また、グアニン四重鎖構造は陽イオンの存在下で形成されるため、後述する実施例に示すように、例えば、カリウムイオン、ナトリウムイオン等の陽イオンを含む溶液中の核酸アプタマーのCDスペクトルと、陽イオンを含まない溶液中の核酸アプタマーのCDスペクトルとを比較することで、グアニン四重鎖構造の存在をより高い信頼性で確認することができる。 It should be noted that whether or not the nucleic acid aptamer of this embodiment forms a G-quadruplex structure can be confirmed by using a known method. The presence of a propeller-type G-quadruplex structure can be confirmed, for example, by detecting a negative peak near 245 nm and a positive peak near 265 nm by circular dichroism (CD) spectrum measurement. In addition, since the G-quadruplex structure is formed in the presence of cations, as shown in the examples described below, for example, the presence of the G-quadruplex structure can be confirmed with higher reliability by comparing the CD spectrum of a nucleic acid aptamer in a solution containing cations such as potassium ions and sodium ions with the CD spectrum of a nucleic acid aptamer in a solution not containing cations.

グアニン四重鎖構造の形成に用いられる陽イオンとしては、生体に存在する陽イオンであれば、特に限定されず、例えば、ナトリウムイオン、カリウムイオン等の一価の陽イオンであってもよく、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、マンガンイオン等の二価の陽イオンであってもよく、三価以上の陽イオンであってもよい。また、本実施形態の核酸アプタマーは、特定の種類の陽イオン存在下では、グアニン四重鎖構造を形成し、それ以外の陽イオン存在下では、グアニン四重鎖構造を形成しないものであってもよい。この場合、本実施形態の核酸アプタマーは、当該特定の種類の陽イオン検出用核酸アプタマーとして活用することができる。The cations used to form the G-quadruplex structure are not particularly limited as long as they are cations present in the living body, and may be, for example, monovalent cations such as sodium ions and potassium ions, divalent cations such as magnesium ions, calcium ions, and manganese ions, or trivalent or higher cations. The nucleic acid aptamer of this embodiment may form a G-quadruplex structure in the presence of a specific type of cation, but may not form a G-quadruplex structure in the presence of other cations. In this case, the nucleic acid aptamer of this embodiment can be used as a nucleic acid aptamer for detecting the specific type of cation.

<核酸アプタマー>
アプタマーとは、一般に、標的分子に特異的に結合する分子であり、核酸アプタマーやペプチドアプタマーが知られている。
<Nucleic acid aptamer>
An aptamer is generally a molecule that specifically binds to a target molecule, and known examples include nucleic acid aptamers and peptide aptamers.

本実施形態の核酸アプタマーは、陽イオン存在下でグアニン四重鎖構造を形成し、細胞膜透過能を有する核酸アプタマーであり、具体的には、陽イオンが生体内に比較的豊富に存在するナトリウムイオンやカリウムイオン、カルシウムイオンである場合には、陽イオンの濃度が5mM未満程度の低濃度ではグアニン四重鎖構造を形成せず、一方で、陽イオンの濃度が5mM以上140mM以下程度の生体内濃度変化域下では、立体構造が変化し、グアニン四重鎖構造を形成することで、細胞膜を透過することができるものである。そのため、陽イオン刺激を与える場所及び時間を制御することで、本実施形態の核酸アプタマーの細胞膜透過能を時空間的に制御することができる。さらに、本実施形態の核酸アプタマーにおいて、細胞内の任意の標的分子に対する結合能を陽イオン存在下で発現させることができる。例えば、がん細胞内で過剰発現している分子を標的とした場合に、当該がん細胞が存在する部位においてのみ陽イオン刺激を与えることで、正常細胞に影響を与えずに、がん細胞に特異的に抗がん活性を発揮する核酸アプタマーとして利用することができる。The nucleic acid aptamer of this embodiment is a nucleic acid aptamer that forms a G-quadruplex structure in the presence of cations and has cell membrane permeability. Specifically, when the cation is a sodium ion, potassium ion, or calcium ion that is relatively abundant in the body, the G-quadruplex structure is not formed at a low concentration of the cation less than 5 mM, while the three-dimensional structure changes and the G-quadruplex structure is formed at a concentration change range in the body of the cation between 5 mM and 140 mM, allowing the nucleic acid aptamer to permeate the cell membrane. Therefore, by controlling the location and time of applying the cation stimulus, the cell membrane permeability of the nucleic acid aptamer of this embodiment can be controlled spatiotemporally. Furthermore, in the nucleic acid aptamer of this embodiment, the binding ability to any target molecule in the cell can be expressed in the presence of cations. For example, when a molecule that is overexpressed in a cancer cell is targeted, the nucleic acid aptamer can be used as a nucleic acid aptamer that specifically exerts anticancer activity on cancer cells without affecting normal cells by applying the cation stimulus only at the site where the cancer cell is present.

本明細書において、核酸は、DNAやRNA等の天然の核酸であってもよく、LNA(locked nucleic acid)やBNA(bridged nucleic acid)等の人工核酸であってもよく、核酸と同様の機能を有するものであれば、PNA(peptide nucleic acid)等のペプチド核酸のような核酸誘導体であってもよい。本実施形態のアプタマーを構成する核酸は、例えば、DNAとLNAとの組み合わせ等、2種以上の核酸を組み合わせることができる。In this specification, the nucleic acid may be a natural nucleic acid such as DNA or RNA, or an artificial nucleic acid such as LNA (locked nucleic acid) or BNA (bridged nucleic acid), or may be a nucleic acid derivative such as a peptide nucleic acid such as PNA (peptide nucleic acid) as long as it has a function similar to that of a nucleic acid. The nucleic acid constituting the aptamer of this embodiment may be a combination of two or more types of nucleic acid, for example, a combination of DNA and LNA.

図2Aは、本発明の一実施形態に係る核酸アプタマーを模式的に示す図である。なお、図2Aに示す陽イオン4は「M」で表され、一価の陽イオンを例示しているが、二価の陽イオンであってもよく、その価数は限定されない。
核酸アプタマー10は、グアニン四重鎖構造を形成する第1領域1a、第2領域1b、第3領域1c及び第4領域1dを有する。第1領域は配列番号1に示される塩基配列からなる。第2領域、第3領域及び第4領域はそれぞれ配列番号2に示される塩基配列からなる。これら第1領域1a、第2領域1b、第3領域1c及び第4領域1dは、陽イオン4存在下で、図2Aに示すようにグアニン四重鎖構造を形成する。
近年、臨床試験のPh.2レベルにあるグアニン四重鎖構造を有するDNAアプタマー薬剤AS1411は、細胞膜に局在するタンパク質ヌクレオリンと結合し、細胞内に移行することが知られている(参考文献1:「Cheng Y et al., “AS1411-Induced Growth Inhibition of Glioma Cells by Up-Regulation of p53 and Down-Regulation of Bcl-2 and Akt1 via Nucleolin.”, PLoS One, Vol. 11, No. 12, e0167094, 2016.」。)
しかしながら、グアニン四重鎖構造を形成している核酸アプタマー10が、細胞膜を透過することができることは、今回発明者らが初めて見出したものである。
Fig. 2A is a schematic diagram of a nucleic acid aptamer according to one embodiment of the present invention. Note that the cation 4 shown in Fig. 2A is represented by "M + " and is an example of a monovalent cation, but may be a divalent cation, and its valence is not limited.
The nucleic acid aptamer 10 has a first region 1a, a second region 1b, a third region 1c, and a fourth region 1d that form a G-quadruplex structure. The first region consists of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. The second region, the third region, and the fourth region each consist of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2. The first region 1a, the second region 1b, the third region 1c, and the fourth region 1d form a G-quadruplex structure in the presence of a cation 4, as shown in FIG. 2A.
In recent years, the DNA aptamer drug AS1411, which has a G-quadruplex structure and is at the Ph. 2 level of clinical trials, is known to bind to the protein nucleolin localized in the cell membrane and migrate into the cell (Reference 1: "Cheng Y et al., "AS1411-Induced Growth Inhibition of Glioma Cells by Up-Regulation of p53 and Down-Regulation of Bcl-2 and Akt1 via Nucleolin," PLoS One, Vol. 11, No. 12, e0167094, 2016.").
However, the present inventors have found for the first time that the nucleic acid aptamer 10 forming a G-quadruplex structure can permeate cell membranes.

核酸アプタマー10は、さらに、第1領域1a、第2領域1b、第3領域1c及び第4領域1dのそれぞれの間に連結領域A(2a)、連結領域B(2b)及び連結領域C(2c)を有する。連結領域A(2a)、連結領域B(2b)及び連結領域C(2c)からなる群より選ばれる少なくとも1つの領域は、陽イオン4存在下で標的分子への特異的な結合能を有し、これらのうち2つの領域が陽イオン4存在下で標的分子への特異的な結合能を有してもよく、或いはこれら3つの領域全てが陽イオン4存在下で標的分子への特異的な結合能を有してもよい。標的分子への特異的な結合能をより安定的且つ強固なものにできることから、連結領域A(2a)、連結領域B(2b)及び連結領域C(2c)の全てが陽イオン4存在下で標的分子への特異的な結合能を有することが好ましい。各領域において、標的分子への特異的な結合能を有する部位は、領域の一部であってもよく、全部であってもよい。これらの領域の塩基配列は標的分子の種類に応じて適宜選択することができる。The nucleic acid aptamer 10 further has a linking region A (2a), a linking region B (2b) and a linking region C (2c) between the first region 1a, the second region 1b, the third region 1c and the fourth region 1d, respectively. At least one region selected from the group consisting of the linking region A (2a), the linking region B (2b) and the linking region C (2c) has a specific binding ability to the target molecule in the presence of a cation 4, and two of these regions may have a specific binding ability to the target molecule in the presence of a cation 4, or all of these three regions may have a specific binding ability to the target molecule in the presence of a cation 4. It is preferable that all of the linking region A (2a), the linking region B (2b) and the linking region C (2c) have a specific binding ability to the target molecule in the presence of a cation 4, since this makes the specific binding ability to the target molecule more stable and strong. In each region, the site having a specific binding ability to the target molecule may be a part of the region or may be the whole region. The base sequences of these regions can be appropriately selected according to the type of the target molecule.

図2Bは、本発明の他の実施形態に係る核酸アプタマーを模式的に示す図である。
核酸アプタマー20は、さらに、第4領域1dの下流に、3’末端付加配列3を有する点で、図2Aに示す核酸アプタマー10と相違するが、その他の点は、核酸アプタマー10と同じである。よって、核酸アプタマー10と同じ点については同じ符号を付し、その説明を省略する。
FIG. 2B is a schematic diagram showing a nucleic acid aptamer according to another embodiment of the present invention.
2A in that the nucleic acid aptamer 20 further has a 3'-end additional sequence 3 downstream of the fourth region 1d, but otherwise is the same as the nucleic acid aptamer 10. Therefore, the same reference numerals are used for the same points as the nucleic acid aptamer 10, and the description thereof will be omitted.

3’末端付加配列3は、配列番号3に示される塩基配列からなる。本実施形態の核酸アプタマーは、グアニン四重鎖構造を形成することに加えて、配列番号3に示される塩基配列からなる配列を有することで、後述する実施例に示すように、陽イオン存在下でより優れた細胞膜透過能を発揮することができる。 The 3'-end additional sequence 3 consists of the base sequence shown in SEQ ID NO: 3. In addition to forming a G-quadruplex structure, the nucleic acid aptamer of this embodiment has a sequence consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 3, and as shown in the examples described later, it can exhibit superior cell membrane permeability in the presence of cations.

本実施形態の核酸アプタマーとして具体的には、例えば、配列番号4に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む核酸アプタマーが挙げられる。本実施形態の核酸アプタマーは、配列番号4に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドのみからなるものであってもよい。なお、以下の塩基配列において、「-」はヌクレオチド結合であり、以降の塩基配列においても同様である。 Specific examples of the nucleic acid aptamer of this embodiment include a nucleic acid aptamer containing a polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 4. The nucleic acid aptamer of this embodiment may consist only of a polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 4. In the following base sequences, "-" represents a nucleotide bond, and the same applies to the subsequent base sequences.

5’-N-RGG-NNNNNN-TTAGGG-NNNNNN-TTAGGG-NNNNNN-TTAGGG-3’(配列番号4)5'-N-RGG-NNNNNN-TTAGGG-NNNNNN-TTAGGG-NNNNNN-TTAGGG-3' (SEQ ID NO: 4)

配列番号4に示される塩基配列において、「RGG」(配列番号1;RはA又はGである)及び3つの「TTAGGG」(配列番号2)からなる4組のグアニンを含む配列(それぞれ上記第1領域、第2領域、第3領域及び第4領域にあたる)を有することにより、陽イオン存在下でグアニン四重鎖構造を形成することができる。これにより、陽イオン存在下で優れた細胞膜透過能を発揮することができる。
また、配列番号4に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む核酸アプタマーは、配列番号4からなるポリヌクレオチドの3’末端に10塩基からなる領域「TCAGACTGTG」(配列番号3)(上記3’末端付加配列にあたる)を更に有してもよい。
In the base sequence shown in SEQ ID NO:4, the nucleic acid has a sequence containing four pairs of guanines consisting of "RGG" (SEQ ID NO:1; R is A or G) and three "TTAGGG" (SEQ ID NO:2) (corresponding to the above-mentioned first region, second region, third region, and fourth region, respectively), which allows the nucleic acid to form a G-quadruplex structure in the presence of cations, thereby enabling the nucleic acid to exhibit excellent cell membrane permeability in the presence of cations.
In addition, a nucleic acid aptamer containing a polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 may further have a 10-base region "TCAGACTGTG" (SEQ ID NO: 3) (corresponding to the above-mentioned 3'-terminal additional sequence) at the 3'-end of the polynucleotide consisting of SEQ ID NO: 4.

なお、本明細書において「細胞膜透過能」とは細胞の外部と内部を隔てる脂質の膜を透過する能力を示す。核酸が細胞膜透過能を有するかどうかは、当該核酸に蛍光物質を連結した核酸を細胞に添加し、共焦点レーザー顕微鏡等で観察し、細胞内部に蛍光物質が検出できるかどうかで確認することができる。また、蛍光物質を連結した当該核酸を取り込ませた細胞を破砕し、破砕液について分光光度計を用いて蛍光強度を測定することで定量的に細胞膜透過能を確認することができる。In this specification, "cell membrane permeability" refers to the ability to permeate the lipid membrane that separates the outside and inside of a cell. Whether a nucleic acid has cell membrane permeability can be confirmed by adding a nucleic acid to which a fluorescent substance has been linked to the nucleic acid to a cell, observing the cell with a confocal laser microscope or the like, and checking whether the fluorescent substance can be detected inside the cell. In addition, cell membrane permeability can be quantitatively confirmed by disrupting the cells that have taken up the nucleic acid to which a fluorescent substance has been linked, and measuring the fluorescence intensity of the disrupted solution using a spectrophotometer.

また、配列番号4に示される塩基配列において、Nは任意の塩基であり、アデニン、グアニン、シトシン又はチミンのいずれかの塩基である。配列番号4に示される塩基配列中の任意の塩基(N)からなる領域(上記連結領域A、連結領域B及び連結領域Cにあたる)を標的分子の種類に応じて適宜選択することで、細胞内の任意の標的分子に対する結合能を発揮させることができる。In addition, in the base sequence shown in SEQ ID NO: 4, N is any base, and is any one of the bases adenine, guanine, cytosine, and thymine. By appropriately selecting a region consisting of any base (N) in the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 (corresponding to the above linking region A, linking region B, and linking region C) according to the type of target molecule, it is possible to exert binding ability to any target molecule within a cell.

標的分子としては細胞内に存在する分子であれば特別な限定はないが、各種疾患(例えば、がん)の発症に起因して発現する分子、或いは、各種疾患を発症している場合に過剰に発現する分子を標的分子とすることが好ましい。There are no particular limitations on the target molecule as long as it is a molecule present within a cell, but it is preferable to use a molecule that is expressed due to the onset of various diseases (e.g., cancer) or that is overexpressed when various diseases are onset as the target molecule.

例えば、脱リン酸化酵素であるProtein phosphatase magnesium-dependent 1 Delta(PPM1D)を標的分子とする場合には、配列番号5、10、16、17のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドがPPM1Dに対する結合能及び細胞膜透過能を時空間的に制御可能な核酸アプタマーとして好ましく例示される。For example, when the target molecule is the dephosphorylation enzyme protein phosphatase magnesium-dependent 1 Delta (PPM1D), a polynucleotide consisting of the base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5, 10, 16, and 17 is preferably exemplified as a nucleic acid aptamer capable of controlling the binding ability to PPM1D and the cell membrane permeability in a spatiotemporal manner.

5’-G-AGG-TAATTG-TTAGGG-GCGTTG-TTAGGG-TGGGAC-TTAGGG-TCAGACTGTG-3’(配列番号5)
5’-G-AGG-TAATTG-TTAGGG-GCGTTG-TTAGGG-TGGGAC-TTAGGG-3’(配列番号10)
5’-C-AGG-GGTGGG-TTAGGG-AGGGGT-TTAGGG-TGACTG-TTAGGG-3’(配列番号16)
5’-T-AGG-GGGGGT-TTAGGG-GGGGGC-TTAGGG-CTGCTT-TTAGGG-3’(配列番号17)
5'-G-AGG-TAATTG-TTAGGG-GCGTTG-TTAGGG-TGGGAC-TTAGGG-TCAGACTGTG-3' (SEQ ID NO: 5)
5'-G-AGG-TAATTG-TTAGGG-GCGTTG-TTAGGG-TGGGAC-TTAGGG-3' (SEQ ID NO: 10)
5'-C-AGG-GGTGGG-TTAGGG-AGGGGT-TTAGGG-TGACTG-TTAGGG-3' (SEQ ID NO: 16)
5'-T-AGG-GGGGGT-TTAGGG-GGGGGC-TTAGGG-CTGCTT-TTAGGG-3' (SEQ ID NO: 17)

<PPM1D>
PPM1Dは、605アミノ酸残基からなり、PPMファミリーに分類されるPP2C型Ser/Thrホスファターゼである。PPM1Dは乳がんや卵巣がん等の様々ながん細胞において、その遺伝子の増幅や過剰発現が報告されており、抗がん剤の標的として注目されている。PPM1Dの構造の特徴点としては、塩基性アミノ酸残基を豊富に含むループ構造の領域(Basic-residue-rich loop;B-loop)を有し、当該B-loopは酵素の活性中心近傍に位置している。B-loopのアミノ酸配列は「VWKRPRLTHNGPVRRSTVIDQIPF」(配列番号8)である。このB-loopは他のPPMファミリーに分類されるホスファターゼ(例えば、PPM1A等)には存在せず、B-loopはPPM1Dの基質認識や細胞内局在に寄与していると考えられている。これらのことから、後述する実施例に示すように、PPM1DのB-loopを標的としたDNAアプタマーの探索を行うことで、PPM1Dに特異的に結合する核酸アプタマーを開発することができる。なお、ここでいう「PPM1DのB-loopに特異的に結合する」とは、PPM1D以外のホスファターゼに結合せず、さらに、PPM1DのB-loop以外の部位にも結合せず、PPM1DのB-loopにのみ結合することを意味する。配列番号5、10、16、17のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドは、酵素選択性を有し、PPM1DのB-loopを標的とし、且つ細胞膜透過能を有するPPM1D特異的阻害剤である。
<PPM1D>
PPM1D is a PP2C-type Ser/Thr phosphatase consisting of 605 amino acid residues and classified as a PPM family member. Genetic amplification and overexpression of PPM1D have been reported in various cancer cells, including breast cancer and ovarian cancer, and it has attracted attention as a target for anticancer drugs. A characteristic feature of the structure of PPM1D is that it has a loop structure region rich in basic amino acid residues (basic-residue-rich loop; B-loop), which is located near the active center of the enzyme. The amino acid sequence of the B-loop is "VWKRPRLTHNGPVRRSTVIDQIPF" (SEQ ID NO: 8). This B-loop does not exist in other phosphatases classified into the PPM family (e.g., PPM1A, etc.), and it is thought that the B-loop contributes to substrate recognition and intracellular localization of PPM1D. For these reasons, as shown in the examples described below, a nucleic acid aptamer that specifically binds to PPM1D can be developed by searching for a DNA aptamer that targets the B-loop of PPM1D. Here, "specifically binds to the B-loop of PPM1D" means that it does not bind to phosphatases other than PPM1D, and further does not bind to sites other than the B-loop of PPM1D, but binds only to the B-loop of PPM1D. A polynucleotide consisting of a base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5, 10, 16, and 17 is a PPM1D-specific inhibitor that has enzyme selectivity, targets the B-loop of PPM1D, and has cell membrane permeability.

また、ヒトPPM1D遺伝子の塩基配列及びPPM1Dのアミノ酸配列の情報は、Genbank等のデータベースから入手できる。ヒトPPM1Dのアミノ酸配列は、例えば、Genbankのアクセッション番号NP_003611として開示されている。In addition, information on the nucleotide sequence of the human PPM1D gene and the amino acid sequence of PPM1D can be obtained from databases such as Genbank. The amino acid sequence of human PPM1D is disclosed, for example, under Genbank accession number NP_003611.

配列番号5、10、16、17のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドは、後述する実施例に示すように、陽イオンの濃度が5mM未満程度の低濃度の環境下では、グアニン四重鎖構造を形成せずPPM1Dに対する阻害活性が低いが、陽イオンの濃度が5mM以上140mM以下程度の生体内濃度変化域下では、立体構造が変化し、グアニン四重鎖構造を形成することで、細胞膜を透過し、PPM1DのB-loopに特異的に結合することができる。なお、ここでいう「PPM1Dに対する阻害活性」とは、PPM1Dの酵素活性を阻害する活性を意味する。PPM1Dの酵素活性は、後述する実施例に示すように、基質に対するPPM1Dの脱リン酸化活性を解析することで確認することができる。核酸アプタマーがPPM1Dに対する阻害活性を有することは、例えば、核酸アプタマー非存在下でのPPM1Dの酵素活性と、核酸アプタマー存在下でのPPM1Dの酵素活性を比較し、核酸アプタマー非存在下でのPPM1Dの酵素活性よりも核酸アプタマー存在下でのPPM1Dの酵素活性のほうが低い場合に、当該核酸アプタマーはPPM1Dに対する阻害活性を有すると判断することができる。また、PPM1Dに対する阻害活性は、以下の式により、定量化することができる。As shown in the Examples below, a polynucleotide consisting of a base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5, 10, 16, and 17 does not form a G-quadruplex structure and has low inhibitory activity against PPM1D in an environment with a low cation concentration of less than 5 mM, but changes its three-dimensional structure and forms a G-quadruplex structure in a range of in vivo cation concentrations of 5 mM to 140 mM, allowing it to permeate the cell membrane and specifically bind to the B-loop of PPM1D. Note that the "inhibitory activity against PPM1D" here means the activity of inhibiting the enzymatic activity of PPM1D. The enzymatic activity of PPM1D can be confirmed by analyzing the dephosphorylation activity of PPM1D against a substrate, as shown in the Examples below. The nucleic acid aptamer has the inhibitory activity against PPM1D, for example, by comparing the enzyme activity of PPM1D in the absence of nucleic acid aptamer with the enzyme activity of PPM1D in the presence of nucleic acid aptamer, when the enzyme activity of PPM1D in the presence of nucleic acid aptamer is lower than the enzyme activity of PPM1D in the absence of nucleic acid aptamer, the nucleic acid aptamer can be judged to have the inhibitory activity against PPM1D.In addition, the inhibitory activity against PPM1D can be quantified by the following formula:

(PPM1Dに対する阻害活性)
=(核酸アプタマー存在下でのPPM1Dの酵素活性)/(核酸アプタマー非存在下でのPPM1Dの酵素活性)×100
(Inhibitory activity against PPM1D)
= (enzyme activity of PPM1D in the presence of nucleic acid aptamer) / (enzyme activity of PPM1D in the absence of nucleic acid aptamer) × 100

配列番号5、10、16、17のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドのPPM1Dに対する結合能は、公知の結合測定法を用いて確認することができる。例えば、標識された核酸アプタマーを含む試料溶液を固相に固定化されたPPM1Dと接触させる。一定時間の接触後、洗浄等により試料溶液を固相上から除去し、固相上でのアプタマーの存在を示す標識を検出することで確認することができる。標識が検出された場合には、核酸アプタマーはPPM1Dと結合しており、当該核酸アプタマーはPPM1Dに対する結合能を有すると判断することができる。
また、核酸アプタマーのPPM1DのB-loopに対する結合能は、野生型のPPM1DとPPM1DのB-loop欠損体とを用いて、上記測定方法を行うことで確認することができる。具体的には、標識の検出時に、野生型のPPM1Dでは標識が検出され、一方で、PPM1DのB-loop欠損体では標識が検出されなかった場合には、核酸アプタマーはPPM1DのB-loopに結合しており、当該核酸アプタマーはPPM1DのB-loopに対する結合能を有すると判断することができる。
The binding ability of a polynucleotide consisting of a base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5, 10, 16, and 17 to PPM1D can be confirmed using a known binding measurement method. For example, a sample solution containing a labeled nucleic acid aptamer is contacted with PPM1D immobilized on a solid phase. After a certain period of contact, the sample solution is removed from the solid phase by washing or the like, and the presence of the aptamer on the solid phase is detected to confirm the binding ability. If the label is detected, the nucleic acid aptamer is bound to PPM1D, and it can be determined that the nucleic acid aptamer has the binding ability to PPM1D.
In addition, the binding ability of the nucleic acid aptamer to the B-loop of PPM1D can be confirmed by carrying out the above-mentioned measurement method using wild-type PPM1D and PPM1D B-loop deletion. Specifically, when the label is detected in wild-type PPM1D, while the label is not detected in PPM1D B-loop deletion, it can be determined that the nucleic acid aptamer binds to the B-loop of PPM1D and has the binding ability to the B-loop of PPM1D.

また、例えば、脱リン酸化酵素であるSmall CTD phosphatase 1(Scp1)を標的分子とする場合には、配列番号6に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドがScp1に対する結合能及び細胞膜透過能を時空間的に制御可能な核酸アプタマーとして好ましく例示される。Furthermore, for example, when the target molecule is the dephosphorylation enzyme Small CTD phosphatase 1 (Scp1), a polynucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 6 is a preferred example of a nucleic acid aptamer whose binding ability to Scp1 and cell membrane permeability can be spatiotemporally controlled.

5’-T-AGG-GGGGTA-TTAGGG-AGGGTC-TTAGGG-GTGGGC-TTAGGG-3’(配列番号6)5'-T-AGG-GGGGTA-TTAGGG-AGGGTC-TTAGGG-GTGGGC-TTAGGG-3' (SEQ ID NO: 6)

<Scp1>
Scp1は、261アミノ酸残基からなり、small C-terminal domain phosphatase (SCP)ファミリーに分類されるFCP/SCP型Ser/Thrホスファターゼである。Scp1は腎臓がんや肝臓がんの腫瘍抑制に関与することが報告されており、抗がん剤の標的として注目されている。後述する実施例に示すように、Scp1を標的としたDNAアプタマーの探索を行うことで、Scp1に特異的に結合する核酸アプタマーを開発することができる。なお、ここでいう「Scp1に特異的に結合する」とは、Scp1以外のホスファターゼに結合せず、Scp1にのみ結合することを意味する。配列番号6に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドは、後述する実施例に示すように、酵素選択性を有し、Scp1を標的とし、且つ細胞膜透過能を有するScp1特異的核酸アプタマーである。
<Scp1>
Scp1 is an FCP/SCP type Ser/Thr phosphatase that consists of 261 amino acid residues and is classified into the small C-terminal domain phosphatase (SCP) family. Scp1 has been reported to be involved in tumor suppression in kidney cancer and liver cancer, and has attracted attention as a target for anticancer drugs. As shown in the Examples below, a nucleic acid aptamer that specifically binds to Scp1 can be developed by searching for a DNA aptamer that targets Scp1. Note that "specifically binds to Scp1" here means that it does not bind to phosphatases other than Scp1 and only binds to Scp1. As shown in the Examples below, a polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 6 is an Scp1-specific nucleic acid aptamer that has enzyme selectivity, targets Scp1, and has cell membrane permeability.

また、ヒトScp1遺伝子の塩基配列及びScp1のアミノ酸配列の情報は、Genbank等のデータベースから入手できる。ヒトScp1のアミノ酸配列は、例えば、Genbankのアクセッション番号NP_001193807.1、NP_067021.1、NP_872580.1、XP_011509871.1、XP_011509872.1、XP_016860104.1、XP_016860105.1、XP_016860106.1、XP_016860107.1として開示されている。In addition, information on the nucleotide sequence of the human Scp1 gene and the amino acid sequence of Scp1 can be obtained from databases such as Genbank. The amino acid sequence of human Scp1 is disclosed, for example, under Genbank accession numbers NP_001193807.1, NP_067021.1, NP_872580.1, XP_011509871.1, XP_011509872.1, XP_016860104.1, XP_016860105.1, XP_016860106.1, and XP_016860107.1.

配列番号6に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドは、後述する実施例に示すように、陽イオンの濃度が5mM以上140mM以下程度の生体内濃度変化域下では、立体構造が変化し、グアニン四重鎖構造を形成することで、細胞膜を透過し、Scp1(特に、Scp1のN末端領域の76アミノ酸残基)に特異的に結合することができる。As shown in the Examples described below, a polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO:6 changes its three-dimensional structure and forms a G-quadruplex structure when the cation concentration in the body changes from 5 mM to 140 mM, thereby allowing it to permeate the cell membrane and bind specifically to Scp1 (in particular, the 76 amino acid residues in the N-terminal region of Scp1).

配列番号6に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドのScp1に対する結合能は、公知の結合測定法を用いて確認することができる。例えば、標識された核酸アプタマーを含む試料溶液を固相に固定化されたScp1と接触させる。一定時間の接触後、洗浄等により試料溶液を固相上から除去し、固相上でのアプタマーの存在を示す標識を検出することで確認することができる。標識が検出された場合には、核酸アプタマーはScp1と結合しており、当該核酸アプタマーはScp1に対する結合能を有すると判断することができる。The binding ability of a polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO:6 to Scp1 can be confirmed using a known binding measurement method. For example, a sample solution containing a labeled nucleic acid aptamer is contacted with Scp1 immobilized on a solid phase. After a certain period of contact, the sample solution is removed from the solid phase by washing or the like, and the presence of the aptamer on the solid phase is detected to confirm the binding ability. If a label is detected, it can be determined that the nucleic acid aptamer is bound to Scp1 and that the nucleic acid aptamer has the binding ability to Scp1.

また、例えば、生体内の特定の陽イオン、具体的には、マンガンイオン(Mn2+)を標的分子とする場合には、配列番号7に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドがMn2+に対する認識能及び細胞膜透過能を時空間的に制御可能な核酸アプタマーとして好ましく例示される。 Furthermore, for example, when a specific cation in the body, specifically manganese ion (Mn 2+ ), is used as a target molecule, a polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 7 is preferably exemplified as a nucleic acid aptamer whose recognition ability for Mn 2+ and cell membrane permeability can be controlled in a spatiotemporal manner.

5’-A-GGG-GGGGAG-TTAGGG-CGCACG-TTAGGG-GTGCTA-TTAGGG-3’(配列番号7)5'-A-GGG-GGGGAG-TTAGGG-CGCACG-TTAGGG-GTGCTA-TTAGGG-3' (SEQ ID NO: 7)

<マンガンイオン(Mn2+)>
マンガンイオン(Mn2+)は、多くの酵素活性に対して特異的、非特異的に影響を与えることが知られている。後述する実施例に示すように、Mn2+を標的としたDNAアプタマーの探索を行うことで、Mn2+の濃度に応じて構造変化する核酸アプタマーを開発することができる。なお、ここでいう「Mn2+の濃度に応じて構造変化する」とは、Mn2+以外の陽イオンの存在下ではグアニン四重鎖構造を形成せず、Mn2+存在下ではグアニン四重鎖構造を形成することを意味する。配列番号7に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドは、後述する実施例に示すように、Mn2+選択性を有し、且つ細胞膜透過能を有するMn2+検出用核酸アプタマーである。
<Manganese ion (Mn2 + )>
Manganese ions (Mn 2+ ) are known to have specific and non-specific effects on many enzyme activities. As shown in the examples below, a nucleic acid aptamer that changes structure depending on the concentration of Mn 2+ can be developed by searching for a DNA aptamer that targets Mn 2+. In addition, the term "changing structure depending on the concentration of Mn 2+ " means that a G-quadruplex structure is not formed in the presence of cations other than Mn 2+ , but a G-quadruplex structure is formed in the presence of Mn 2+ . As shown in the examples below, the polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 7 is a nucleic acid aptamer for detecting Mn 2+ that has Mn 2+ selectivity and cell membrane permeability.

配列番号7に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドは、後述する実施例に示すように、Mn2+の濃度が0.05mM未満程度の低濃度の環境下では、グアニン四重鎖構造を形成せずMn2+に対する認識能が低いが、Mn2+の濃度が0.05mM以上1mM以下程度の生体内濃度変化域下では、立体構造が変化し、グアニン四重鎖構造を形成することで、細胞膜を透過し、Mn2+を選択的に検出することができる。
なお、これまで、K+イオン等はDNAの酸素と静電相互作用していることが報告されていること(参考文献2:「Bhattacharyya D et al., “Metal Cations in G-Quadruplex Folding and Stability.”, Front Chem., Vol. 4, Issue 38, doi: 10.3389/fchem.2016.00038, 2016.」)や、後述する実施例に示すCDスペクトルのデータによる構造変化から、Mn2+は、配列番号7に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドの負電荷と相互作用して、グアニン四重鎖構造の中心にMn2+が配位したパラレル型グアニン四重鎖構造を形成していると考えられる。
As shown in the Examples described below, a polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 7 does not form a G-quadruplex structure and has low recognition ability for Mn 2+ in an environment with a low Mn 2+ concentration of less than 0.05 mM, but when the Mn 2+ concentration changes in the biological range of approximately 0.05 mM or more and 1 mM or less, it changes its three-dimensional structure and forms a G-quadruplex structure, which allows it to permeate the cell membrane and selectively detect Mn 2+ .
In addition, it has been reported that K + ions and the like electrostatically interact with oxygen in DNA (Reference 2: "Bhattacharyya D et al., "Metal Cations in G-Quadruplex Folding and Stability," Front Chem., Vol. 4, Issue 38, doi: 10.3389/fchem.2016.00038, 2016.") and based on the structural changes based on the CD spectrum data shown in the Examples below, it is believed that Mn2+ interacts with the negative charge of the polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO:7 to form a parallel G-quadruplex structure in which Mn2 + is coordinated at the center of the G-quadruplex structure.

配列番号7に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドのMn2+に対する認識能は、例えば、以下に示す方法を用いて確認することができる。まず、標識された核酸アプタマーを含む試料溶液にMn2+を含む溶液を添加して、標識された核酸アプタマーとMn2+とを接触させる。このとき、核酸アプタマーの5’末端と3’末端に、FRET(蛍光共鳴エネルギー移動;Fluorescence(Foerster) Resonance Energy Transfer)が起こり得る組合せの標識物質を予め結合させて標識しておくことが好ましい。FRETが起こりうる標識物質の組合せとしては、例えば、励起波長が490nm付近の蛍光色素(例えば、FAM、FITC、ローダミングリーン、Alexa(登録商標)fluor 488、BODIPY FL等)と励起波長が540nm付近の蛍光色素(例えば、TAMRA、テトラメチルローダミン、Cy3)、又は、励起波長が540nm付近の蛍光色素(上記と同じものが例示される)と励起波長が630nm付近の蛍光色素(例えば、Cy5等)の組合せ等が挙げられる。これにより、Mn2+の存在下でグアニン四重鎖構造を形成した際に、核酸アプタマーの5’末端と3’末端に結合されている標識物質同士の距離が近づくことで、FRETが起こり、蛍光が検出される。よって、当該蛍光が検出された場合には、核酸アプタマーはグアニン四重鎖構造を形成しており、当該核酸アプタマーはMn2+に対する認識能を有すると判断することができる。 The Mn 2+ recognition ability of the polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 7 can be confirmed, for example, by using the method shown below. First, a solution containing Mn 2+ is added to a sample solution containing a labeled nucleic acid aptamer to contact the labeled nucleic acid aptamer with Mn 2+ . At this time, it is preferable to label the 5'-end and 3'-end of the nucleic acid aptamer by binding them in advance with a combination of labeling substances that can cause FRET (Fluorescence (Foerster) Resonance Energy Transfer). Examples of combinations of labeling substances that may cause FRET include a fluorescent dye with an excitation wavelength of about 490 nm (e.g., FAM, FITC, rhodamine green, Alexa (registered trademark) fluor 488, BODIPY FL, etc.) and a fluorescent dye with an excitation wavelength of about 540 nm (e.g., TAMRA, tetramethylrhodamine, Cy3), or a combination of a fluorescent dye with an excitation wavelength of about 540 nm (the same as above) and a fluorescent dye with an excitation wavelength of about 630 nm (e.g., Cy5, etc.). As a result, when a G-quadruplex structure is formed in the presence of Mn 2+ , the distance between the labeling substances bound to the 5' end and the 3' end of the nucleic acid aptamer is reduced, causing FRET and detecting fluorescence. Therefore, when the fluorescence is detected, it can be determined that the nucleic acid aptamer has formed a G-quadruplex structure and that the nucleic acid aptamer has the ability to recognize Mn 2+ .

また、例えば、核酸アプタマーを含む試料溶液にMn2+を含む溶液を添加して、核酸アプタマーとMn2+とを接触させる。このとき、当該接触と同時、又は接触後に、チオフラビンTを添加する。チオフラビンTはグアニン四重鎖構造を形成したDNAに結合し、蛍光を発することが報告されている。そのため、チオフラビンTの蛍光が検出された場合には、核酸アプタマーはグアニン四重鎖構造を形成しており、当該核酸アプタマーはMn2+に対する認識能を有すると判断することができる。 Also, for example, a solution containing Mn 2+ is added to a sample solution containing a nucleic acid aptamer to contact the nucleic acid aptamer with Mn 2+ . At this time, thioflavin T is added simultaneously with or after the contact. It has been reported that thioflavin T binds to DNA that has formed a G-quadruplex structure and emits fluorescence. Therefore, when the fluorescence of thioflavin T is detected, it can be determined that the nucleic acid aptamer has formed a G-quadruplex structure and has the ability to recognize Mn 2+ .

本実施形態の核酸アプタマーは、標的分子に対する結合能及び細胞膜透過能を損なわない範囲内で、上記ポリヌクレオチドの5’末端及び3’末端の少なくともいずれか一方に、タンパク質、脂質、糖鎖、低分子化合物、ポリエチレングリコール鎖、蛍光分子等が付加されていてもよい。The nucleic acid aptamer of this embodiment may have a protein, lipid, sugar chain, low molecular weight compound, polyethylene glycol chain, fluorescent molecule, etc. attached to at least one of the 5' end and 3' end of the polynucleotide, as long as the binding ability to the target molecule and the cell membrane permeability are not impaired.

また、本実施形態の核酸アプタマーは、陽イオン刺激により、細胞膜透過能及び標的分子に対する結合能が時空間的に制御されていることから、陽イオンチャネル作用剤と組み合わせて、使用することが好ましい。なお、ここでいう「陽イオンチャネル作用剤」とは、細胞内のナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン及びマグネシウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種類の陽イオン濃度を上昇させるように構成されている作用剤である。例えば、当該作用剤により細胞内のカリウムイオンが上昇した場合に、ナトリウムイオン等の他の陽イオン濃度も共に上昇してもよく、低下してもよく、変化しなくともよい。具体的な陽イオンチャネル作用剤としては、例えば、ウアバイン、テトラエチルアンモニウム等が挙げられる。また、核酸アプタマー及び陽イオンチャネル作用剤は、同一の投与経路で投与してもよいし、別々の投与経路で投与してもよい。更に、核酸アプタマー及び陽イオンチャネル作用剤は、同時に投与してもよいし、逐次的に投与してもよいし、一定の時間乃至期間を空けて別々に投与してもよい。一実施態様において、上記核酸アプタマーと陽イオンチャネル作用剤とは、これらを包含するキットとしてもよい。In addition, since the nucleic acid aptamer of this embodiment has its cell membrane permeability and binding ability to a target molecule controlled spatiotemporally by cationic stimulation, it is preferable to use it in combination with a cation channel acting agent. The "cation channel acting agent" referred to here is an agent configured to increase the concentration of at least one type of cation selected from the group consisting of sodium ions, potassium ions, calcium ions, and magnesium ions in the cells. For example, when the potassium ions in the cells are increased by the agent, the concentrations of other cations such as sodium ions may also increase, decrease, or remain unchanged. Specific examples of cation channel acting agents include ouabain and tetraethylammonium. The nucleic acid aptamer and the cation channel acting agent may be administered by the same administration route or by different administration routes. Furthermore, the nucleic acid aptamer and the cation channel acting agent may be administered simultaneously, sequentially, or separately with a certain time or period in between. In one embodiment, the nucleic acid aptamer and the cation channel acting agent may be a kit that includes them.

≪核酸アプタマーの製造方法≫
本実施形態の核酸アプタマーは、例えば、以下の方法を用いて製造することができる。
細胞内の特定の分子を標的とする細胞透過型核酸アプタマーを設計する場合には、まず、以下に示すような、上記配列番号4に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドにおいて、任意の塩基(N)からなる領域(上記連結領域A、連結領域B及び連結領域Cにあたる)が異なり、5’末端及び3’末端に核酸アプタマー増幅用の共通のプライマー配列を有する複数の核酸アプタマーからなるライブラリを構築する。
<Method for producing nucleic acid aptamer>
The nucleic acid aptamer of this embodiment can be produced, for example, by the following method.
When designing a cell-permeable nucleic acid aptamer that targets a specific molecule within a cell, first, a library is constructed consisting of a plurality of nucleic acid aptamers in which a region consisting of an arbitrary base (N) (corresponding to linkage region A, linkage region B, and linkage region C) differs in a polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 as shown below, and which have a common primer sequence for amplifying the nucleic acid aptamer at the 5' end and 3' end.

5’-(primer seq. 1)-N-RGG-N6-TTAGGG-N6-TTAGGG-N6-TTAGGG-(primer seq. 2)-3’ 5'-(primer sequence 1)-N-RGG- N6 -TTAGGG- N6 -TTAGGG-N6 - TTAGGG-(primer sequence 2)-3'

次いで、構築された核酸アプタマーのライブラリを用いて、陽イオン存在下で、SELEX法により、標的分子に特異的に結合する核酸アプタマーをスクリーニングする。スクリーニング後、当該核酸アプタマーをPCR法等によりクローニングし、シーケンシングを行うことで配列を同定することができる。Next, the constructed nucleic acid aptamer library is used to screen for nucleic acid aptamers that specifically bind to target molecules in the presence of cations by the SELEX method. After screening, the nucleic acid aptamers are cloned by PCR or other methods, and the sequences can be identified by sequencing.

細胞内の特定の種類の陽イオンを認識可能な細胞透過型核酸アプタマーを設計する場合には、上記と同様の方法により構築された核酸アプタマーのライブラリを用いて、特定の種類の陽イオン存在下で、グアニン四重鎖構造を形成する核酸アプタマーをスクリーニングする。スクリーニングされた核酸アプタマーについて、その他陽イオン存在下では、グアニン四重鎖構造を形成しないことも確認する。グアニン四重鎖構造を形成しているか否かを確認する方法としては、上記「Mn2+に対する認識能」を確認する方法において例示された方法と同様の方法を用いることができる。スクリーニング後、当該核酸アプタマーをPCR法等によりクローニングし、シーケンシングを行うことで配列を同定することができる。 When designing a cell-penetrating nucleic acid aptamer capable of recognizing a specific type of intracellular cation, a nucleic acid aptamer library constructed by the same method as above is used to screen for a nucleic acid aptamer that forms a G-quadruplex structure in the presence of a specific type of cation. It is also confirmed that the screened nucleic acid aptamer does not form a G-quadruplex structure in the presence of other cations. As a method for confirming whether or not a G-quadruplex structure is formed, a method similar to the method exemplified in the method for confirming the above-mentioned "recognition ability for Mn 2+ " can be used. After screening, the nucleic acid aptamer is cloned by PCR or the like, and the sequence can be identified by sequencing.

≪抗がん剤≫
本実施形態の核酸アプタマーの標的分子が、がん細胞内においてがんの発症に起因して発現する分子、或いは、がんを発症している場合に過剰に発現する分子である場合には、抗がん剤として有用である。すなわち、一実施形態において、本発明は、上記核酸アプタマーを有効成分として含有する抗がん剤を提供する。中でも、核酸アプタマーとしては、上記配列番号5、6、10、16、17のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含むものであることが好ましく、上記配列番号5、6、10、16、17に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドのみからなるものがより好ましい。
<Anti-cancer drugs>
In the case where the target molecule of the nucleic acid aptamer of this embodiment is a molecule that is expressed in cancer cells due to the onset of cancer, or a molecule that is overexpressed when cancer is onset, it is useful as an anticancer drug. That is, in one embodiment, the present invention provides an anticancer drug that contains the above-mentioned nucleic acid aptamer as an active ingredient. Among them, the nucleic acid aptamer is preferably one that includes a polynucleotide consisting of the base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5, 6, 10, 16, and 17, and more preferably one that consists only of the polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NOs: 5, 6, 10, 16, and 17.

上記核酸アプタマーを生体に投与することにより、陽イオン刺激の制御下において、がん細胞に特異的に発現する標的分子の活性を制御することができる。その結果、当該標的分子を過剰に発現しているがん細胞の細胞増殖を抑制することができる。すなわち、上記核酸アプタマーによれば、がんを治療又は予防することができる。By administering the above-mentioned nucleic acid aptamer to a living body, the activity of a target molecule that is specifically expressed in cancer cells can be controlled under the control of cationic stimulation. As a result, the cell proliferation of cancer cells that overexpress the target molecule can be suppressed. In other words, the above-mentioned nucleic acid aptamer can treat or prevent cancer.

本実施形態の抗がん剤は、単独で生体に投与されてもよく、或いは、薬学的に許容可能な担体と混合して、がんの治療又は予防用の医薬組成物として投与されてもよい。The anticancer agent of this embodiment may be administered to a living body alone, or may be mixed with a pharma- ceutical acceptable carrier and administered as a pharmaceutical composition for the treatment or prevention of cancer.

医薬組成物は、経口的に使用される剤型であってもよく、非経口的に使用される剤型であってもよいが、非経口的に使用される剤型が好ましい。経口的に使用される剤型としては、例えば錠剤、カプセル剤、エリキシル剤、マイクロカプセル剤等が挙げられる。非経口的に使用される剤型としては、例えば注射剤、吸入剤、坐剤、貼付剤等が挙げられる。The pharmaceutical composition may be in a dosage form for oral use or a dosage form for parenteral use, but a dosage form for parenteral use is preferred. Dosage forms for oral use include, for example, tablets, capsules, elixirs, microcapsules, etc. Dosage forms for parenteral use include, for example, injections, inhalants, suppositories, patches, etc.

薬学的に許容される担体としては、通常医薬組成物の製剤に用いられるものを特に制限なく用いることができる。より具体的には、例えば、ゼラチン、コーンスターチ、トラガントガム、アラビアゴム等の結合剤;デンプン、結晶性セルロース等の賦形剤;アルギン酸等の膨化剤;水、エタノール、グリセリン等の注射剤用溶剤等が挙げられる。As the pharma- ceutically acceptable carrier, those usually used in the preparation of pharmaceutical compositions can be used without any particular restrictions. More specifically, examples of such carriers include binders such as gelatin, corn starch, gum tragacanth, and gum arabic; excipients such as starch and crystalline cellulose; leavening agents such as alginic acid; and solvents for injections such as water, ethanol, and glycerin.

医薬組成物は添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム等の潤滑剤;ショ糖、乳糖、サッカリン、マルチトール等の甘味剤;ペパーミント、アカモノ油等の香味剤;ベンジルアルコール、フェノール等の安定剤;リン酸塩、酢酸ナトリウム等の緩衝剤;安息香酸ベンジル、ベンジルアルコール等の溶解補助剤;酸化防止剤;防腐剤等が挙げられる。The pharmaceutical composition may contain additives. Examples of additives include lubricants such as calcium stearate and magnesium stearate; sweeteners such as sucrose, lactose, saccharin, and maltitol; flavorings such as peppermint and saffron oil; stabilizers such as benzyl alcohol and phenol; buffers such as phosphates and sodium acetate; solubilizers such as benzyl benzoate and benzyl alcohol; antioxidants; and preservatives.

医薬組成物は、上記抗がん剤と、上記薬学的に許容される担体及び添加剤を適宜組み合わせて、一般に認められた製薬実施に要求される単位用量形態で混和することによって製剤化することができる。The pharmaceutical composition can be formulated by appropriately combining the above-mentioned anticancer agent with the above-mentioned pharma- ceutical acceptable carriers and additives, and mixing them in a unit dose form required for generally accepted pharmaceutical practice.

医薬組成物は、上記抗がん剤以外の抗がん作用を有する治療薬及び他の疾患の治療薬からなる群より選択される少なくとも1つと組合せて、使用してもよい。上記抗がん剤と他の薬剤とは、同一の製剤にしてもよいし、別々の製剤にしてもよい。また、各製剤は、同一の投与経路で投与してもよいし、別々の投与経路で投与してもよい。更に、各製剤は、同時に投与してもよいし、逐次的に投与してもよいし、一定の時間乃至期間を空けて別々に投与してもよい。一実施態様において、上記抗がん剤と他の薬剤とは、これらを包含するキットとしてもよい。The pharmaceutical composition may be used in combination with at least one selected from the group consisting of therapeutic agents having anticancer activity other than the above-mentioned anticancer agents and therapeutic agents for other diseases. The above-mentioned anticancer agents and the other agents may be in the same formulation or in separate formulations. Furthermore, each formulation may be administered by the same administration route or by separate administration routes. Furthermore, each formulation may be administered simultaneously, sequentially, or separately with a certain time or period between them. In one embodiment, the above-mentioned anticancer agents and the other agents may be in the form of a kit including them.

医薬組成物を投与する対象としては、限定されるものではないが、例えば、ヒト、サル、イヌ、ウシ、ウマ、ヒツジ、ブタ、ウサギ、マウス、ラット、モルモット、ハムスター、及びそれらの細胞等が挙げられる。中でも、哺乳動物又は哺乳動物細胞が好ましく、ヒト又はヒト細胞が特に好ましい。 Subjects to which the pharmaceutical composition is administered include, but are not limited to, humans, monkeys, dogs, cows, horses, sheep, pigs, rabbits, mice, rats, guinea pigs, hamsters, and cells thereof. Among these, mammals or mammalian cells are preferred, and humans or human cells are particularly preferred.

患者又は患畜への投与は、例えば、髄腔内注射、腹腔内注射、動脈内注射、静脈内注射、皮下注射等のほか、鼻腔内的、経気管支的、筋内的、経皮的、又は経口的に当業者に公知の方法により行うことができる。Administration to patients or animals can be by methods known to those skilled in the art, such as intrathecal injection, intraperitoneal injection, intraarterial injection, intravenous injection, subcutaneous injection, as well as intranasal, transbronchial, intramuscular, transdermal, or oral administration.

医薬組成物の投与量は、患者又は患畜の症状、体重、年齢、性別等によって異なり、一概には決定できないが、経口投与の場合には、例えば、投与単位形態あたり0.1mg/kg体重以上10mg/kg体重以下の有効成分(核酸アプタマー)を投与すればよい。また、注射剤の場合には、例えば、投与単位形態あたり0.01mg/kg体重以上10mg/kg体重以下の有効成分(核酸アプタマー)を投与すればよい。The dosage of the pharmaceutical composition varies depending on the symptoms, body weight, age, sex, etc. of the patient or animal, and cannot be determined in general, but in the case of oral administration, for example, 0.1 mg/kg to 10 mg/kg of active ingredient (nucleic acid aptamer) may be administered per dosage unit. In the case of injection, for example, 0.01 mg/kg to 10 mg/kg of active ingredient (nucleic acid aptamer) may be administered per dosage unit.

また、医薬組成物の1日あたりの投与量は、患者又は患畜の症状、体重、年齢、性別等によって異なり、一概には決定できないが、例えば、成人1日あたり0.1mg/kg体重以上10mg/kg体重以下の有効成分を1日1回又は2回以上4回以下程度に分けて投与すればよい。In addition, the daily dosage of the pharmaceutical composition varies depending on the symptoms, body weight, age, sex, etc. of the patient or animal, and cannot be determined in general terms; however, for example, an active ingredient of 0.1 mg/kg to 10 mg/kg body weight per day for adults may be administered once or in divided doses of 2 to 4 times a day.

<他の実施形態>
最近、PPM1DのC末端欠損体(酵素活性は維持)が神経発達障害を引き起こし、知的障害症候群(intellecutual Disability: ID)を発症する可能性が報告されている(参考文献3:「Jansen S et al., “De Novo Truncating Mutations in the Last and Penultimate Exons of PPM1D Cause an Intellectual Disability Syndrome.”, Am J Hum Genet., Vol. 100, Issue 4, p650-658, 2017.」)。よって、PPM1Dを標的分子とする場合には、本実施形態の核酸アプタマーは、神経発達障害の治療剤として展開できる可能性がある。
すなわち、一実施形態において、本発明は、上記配列番号5、10、16、17のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む核酸アプタマーを有効成分として含有する神経発達障害の治療剤を提供する。
当該神経発達障害の治療剤は、神経発達障害の治療又は予防用の医薬組成物とすることもできる。当該医薬組成物の形態、組成、投与方法等については、上記抗がん剤において例示されたものと同様のものが挙げられる。
<Other embodiments>
Recently, it has been reported that C-terminal deletions of PPM1D (while maintaining enzyme activity) may cause neurodevelopmental disorders and lead to intellectual disability (ID) (Reference 3: "Jansen S et al., "De Novo Truncating Mutations in the Last and Penultimate Exons of PPM1D Cause an Intellectual Disability Syndrome," Am J Hum Genet., Vol. 100, Issue 4, p650-658, 2017."). Therefore, when PPM1D is used as a target molecule, the nucleic acid aptamer of this embodiment may be developed as a therapeutic agent for neurodevelopmental disorders.
That is, in one embodiment, the present invention provides a therapeutic agent for neurodevelopmental disorders, comprising as an active ingredient a nucleic acid aptamer comprising a polynucleotide consisting of a base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5, 10, 16, and 17 above.
The therapeutic agent for neurodevelopmental disorders may be a pharmaceutical composition for treating or preventing neurodevelopmental disorders. The form, composition, administration method, etc. of the pharmaceutical composition may be the same as those exemplified for the anticancer agent.

また、本実施形態の核酸アプタマーは、公知の方法により標識タグが付加されていてもよい。標識された核酸アプタマーにおいて、がん細胞内においてがんの発症に起因して発現する分子、或いは、がんを発症している場合に過剰に発現する分子である場合には、発がんリスクの検出センサーとして応用できる可能性があり、PPM1Dを標的分子とする場合には、発がんや神経発達障害の発症リスク検出センサーとして応用できる可能性があり、Scp1を標的分子とする場合には、発がんの発症リスク検出センサーとして応用できる可能性がある。
すなわち、一実施形態において、本発明は、上記配列番号5、10、16、17のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む核酸アプタマーと、前記核酸アプタマーに結合した標識タグと、を備える発がん又は神経発達障害の発症リスク検出センサーを提供する。
また、一実施形態において、本発明は、上記配列番号6に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む核酸アプタマーと、前記核酸アプタマーに結合した標識タグと、を備える発がんの発症リスク検出センサーを提供する。
標識タグとしては、例えば、蛍光物質、ビオチン等が挙げられる。蛍光物質としては、例えば、Qdot(登録商標)ナノクリスタル、Cy色素(Cy3、Cy5、Cy5.5、Cy7、Cy7.5、Sulfo-Cy5等)、Alexa Fluor(登録商標)405、同488、同555、同568、同594、同647、同680、同750、同790、FAM、TAMRA等が挙げられる。
In addition, the nucleic acid aptamer of this embodiment may be tagged by a known method. In the labeled nucleic acid aptamer, if it is a molecule that is expressed in cancer cells due to the onset of cancer, or a molecule that is overexpressed when cancer is onset, it may be applied as a detection sensor for carcinogenesis risk, if PPM1D is the target molecule, it may be applied as a detection sensor for carcinogenesis or neurodevelopmental disorder onset risk, and if Scp1 is the target molecule, it may be applied as a detection sensor for carcinogenesis onset risk.
That is, in one embodiment, the present invention provides a sensor for detecting the risk of developing a carcinogenic or neurodevelopmental disorder, comprising a nucleic acid aptamer containing a polynucleotide having a base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5, 10, 16, or 17, and a labeled tag bound to the nucleic acid aptamer.
In addition, in one embodiment, the present invention provides a sensor for detecting the risk of developing carcinogenesis, comprising a nucleic acid aptamer containing a polynucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 6, and a labeled tag bound to the nucleic acid aptamer.
Examples of the labeling tag include fluorescent substances, biotin, etc. Examples of the fluorescent substance include Qdot (registered trademark) nanocrystal, Cy dyes (Cy3, Cy5, Cy5.5, Cy7, Cy7.5, Sulfo-Cy5, etc.), Alexa Fluor (registered trademark) 405, 488, 555, 568, 594, 647, 680, 750, 790, FAM, TAMRA, etc.

一実施形態において、本発明は、上記核酸アプタマーの有効量を、治療を必要とする患者又は患畜に投与する、がんの治療方法又は予防方法を提供する。
一実施形態において、本発明は、がんの治療又は予防のための、上記核酸アプタマーを提供する。
一実施形態において、がんの治療又は予防用の医薬組成物を製造するための、上記核酸アプタマーの使用を提供する。
In one embodiment, the present invention provides a method for treating or preventing cancer, comprising administering an effective amount of the nucleic acid aptamer to a human or animal patient in need of treatment.
In one embodiment, the present invention provides the above-mentioned nucleic acid aptamer for the treatment or prevention of cancer.
In one embodiment, there is provided a use of the above-mentioned nucleic acid aptamer for the manufacture of a pharmaceutical composition for the treatment or prevention of cancer.

一実施形態において、本発明は、上記配列番号5、6、10、16、17のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む核酸アプタマーの有効量を、治療を必要とする患者又は患畜に投与する、がんの治療方法又は予防方法を提供する。
一実施形態において、本発明は、がんの治療又は予防のための、上記配列番号5、6、10、16、17のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む核酸アプタマー提供する。
一実施形態において、がんの治療又は予防用の医薬組成物を製造するための、上記配列番号5、6、10、16、17のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む核酸アプタマーの使用を提供する。
In one embodiment, the present invention provides a method for treating or preventing cancer, comprising administering an effective amount of a nucleic acid aptamer comprising a polynucleotide consisting of a base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5, 6, 10, 16, or 17 to a patient or animal in need of treatment.
In one embodiment, the present invention provides a nucleic acid aptamer comprising a polynucleotide consisting of a base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5, 6, 10, 16, and 17 above, for treating or preventing cancer.
In one embodiment, there is provided use of a nucleic acid aptamer comprising a polynucleotide consisting of a base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5, 6, 10, 16, and 17 for the manufacture of a pharmaceutical composition for treating or preventing cancer.

一実施形態において、本発明は、上記配列番号5、10、16、17のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む核酸アプタマーの有効量を、治療を必要とする患者又は患畜に投与する、神経発達障害の治療方法又は予防方法を提供する。
一実施形態において、本発明は、神経発達障害の治療又は予防のための、上記配列番号5、10、16、17のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む核酸アプタマーを提供する。
一実施形態において、神経発達障害の治療又は予防用の医薬組成物を製造するための、上記配列番号5、10、16、17のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む核酸アプタマーの使用を提供する。
In one embodiment, the present invention provides a method for treating or preventing a neurodevelopmental disorder, comprising administering an effective amount of a nucleic acid aptamer comprising a polynucleotide consisting of a base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5, 10, 16, or 17 to a patient or animal in need of treatment.
In one embodiment, the present invention provides a nucleic acid aptamer comprising a polynucleotide consisting of a base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5, 10, 16, and 17 above, for treating or preventing a neurodevelopmental disorder.
In one embodiment, there is provided use of a nucleic acid aptamer comprising a polynucleotide consisting of a base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5, 10, 16, and 17 for the manufacture of a pharmaceutical composition for treating or preventing a neurodevelopmental disorder.

一実施形態において、本発明は、上記配列番号5、10、16、17のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む核酸アプタマーと前記核酸アプタマーに結合した標識タグと、を備える発がん又は神経発達障害の発症リスク検出センサーを用いる、発がん又は神経発達障害の発症リスクの検出方法を提供する。標識タグとしては、上記において例示されたものと同様のものが挙げられる。In one embodiment, the present invention provides a method for detecting the risk of developing a carcinogenic or neurodevelopmental disorder, using a risk detection sensor for developing a carcinogenic or neurodevelopmental disorder, the risk detection sensor comprising a nucleic acid aptamer containing a polynucleotide having a base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5, 10, 16, and 17, and a labeling tag bound to the nucleic acid aptamer. Examples of the labeling tag include those similar to those exemplified above.

一実施形態において、本発明は、上記配列番号6に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む核酸アプタマーと前記核酸アプタマーに結合した標識タグと、を備える発がん発症リスク検出センサーを用いる、発がんの発症リスクの検出方法を提供する。標識タグとしては、上記において例示されたものと同様のものが挙げられる。In one embodiment, the present invention provides a method for detecting a risk of developing cancer, using a cancer risk detection sensor comprising a nucleic acid aptamer containing a polynucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO:6 and a labeling tag bound to the nucleic acid aptamer. Examples of the labeling tag include those similar to those exemplified above.

また、本実施形態の核酸アプタマーは、特定の種類の陽イオン存在下でグアニン四重鎖構造を形成する場合、当該特定の種類の陽イオン検出用核酸アプタマーとして使用することができる。 Furthermore, when the nucleic acid aptamer of this embodiment forms a G-quadruplex structure in the presence of a specific type of cation, it can be used as a nucleic acid aptamer for detecting the specific type of cation.

すなわち、一実施形態において、本発明は、特定の種類の陽イオン存在下でグアニン四重鎖構造を形成し、細胞膜透過能を有する、標識された核酸アプタマーであって、
グアニン四重鎖構造を形成する第1領域、第2領域、第3領域及び第4領域と、
前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域のそれぞれの間に連結領域A、連結領域B及び連結領域Cと、
を有し
前記第1領域は配列番号1に示される塩基配列からなり、
前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域はそれぞれ配列番号2に示される塩基配列からなり、
前記連結領域A、前記連結領域B及び前記連結領域Cからなる群より選ばれる少なくとも1つの領域は、前記特定の種類の陽イオンへの特異的な結合能を有し、
前記核酸アプタマーの5’末端及び3’末端にそれぞれ標識物質が結合しており、
5’末端の標識物質及び3’末端の標識物質は、FRETが起こりうる標識物質の組合せである、特定の種類の陽イオン検出用核酸アプタマーを提供する。
That is, in one embodiment, the present invention provides a labeled nucleic acid aptamer that forms a G-quadruplex structure in the presence of a specific type of cation and has cell membrane permeability, comprising:
a first region, a second region, a third region and a fourth region which form a G-quadruplex structure;
a connecting region A, a connecting region B, and a connecting region C between the first region, the second region, the third region, and the fourth region, respectively;
The first region comprises the base sequence shown in SEQ ID NO:1,
the second region, the third region, and the fourth region each have a base sequence as shown in SEQ ID NO:2,
at least one region selected from the group consisting of the linking region A, the linking region B, and the linking region C has a specific binding ability to the specific type of cation,
a labeling substance is bound to each of the 5'-end and the 3'-end of the nucleic acid aptamer,
A labeling substance at the 5' end and a labeling substance at the 3' end are a combination of labeling substances that can cause FRET, providing a specific type of nucleic acid aptamer for detecting cations.

また、一実施形態において、本発明は、特定の種類の陽イオン存在下でグアニン四重鎖構造を形成し、細胞膜透過能を有する、核酸アプタマーと、
チオフラビンTと、
を備える、特定の種類の陽イオン検出キットであって、
前記核酸アプタマーは、
グアニン四重鎖構造を形成する第1領域、第2領域、第3領域及び第4領域と、
前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域のそれぞれの間に連結領域A、連結領域B及び連結領域Cと、
を有し
前記第1領域は配列番号1に示される塩基配列からなり、
前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域はそれぞれ配列番号2に示される塩基配列からなり、
前記連結領域A、前記連結領域B及び前記連結領域Cからなる群より選ばれる少なくとも1つの領域は、前記特定の種類の陽イオンへの特異的な結合能を有する、キットを提供する。
In one embodiment, the present invention relates to a nucleic acid aptamer that forms a G-quadruplex structure in the presence of a specific type of cation and has cell membrane permeability;
Thioflavin T,
A specific type of cation detection kit comprising:
The nucleic acid aptamer is
a first region, a second region, a third region and a fourth region which form a G-quadruplex structure;
a connecting region A, a connecting region B, and a connecting region C between the first region, the second region, the third region, and the fourth region, respectively;
The first region comprises the base sequence shown in SEQ ID NO:1,
the second region, the third region, and the fourth region each have a base sequence as shown in SEQ ID NO:2,
The kit further comprises at least one region selected from the group consisting of linking region A, linking region B, and linking region C, which has a specific binding ability to the specific type of cation.

また、一実施形態において、本発明は、上記配列番号7に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む、標識された核酸アプタマーであって、
前記核酸アプタマーの5’末端及び3’末端にそれぞれ標識物質が結合しており、
5’末端の標識物質及び3’末端の標識物質は、FRETが起こりうる標識物質の組合せである、マンガンイオン検出用核酸アプタマーを提供する。
In one embodiment, the present invention relates to a labeled nucleic acid aptamer comprising a polynucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 7,
a labeling substance is bound to each of the 5'-end and the 3'-end of the nucleic acid aptamer,
The 5'-end label and the 3'-end label are a combination of labeling substances that can cause FRET, providing a nucleic acid aptamer for detecting manganese ions.

また、一実施形態において、本発明は、上記配列番号7に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む、核酸アプタマーと、
チオフラビンTと、
を備える、マンガンイオン検出キットを提供する。
In one embodiment, the present invention relates to a nucleic acid aptamer comprising a polynucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 7,
Thioflavin T,
A manganese ion detection kit is provided, comprising:

また、一実施形態において、本発明は、特定の種類の陽イオン存在下でグアニン四重鎖構造を形成し、細胞膜透過能を有する、標識された核酸アプタマーを用いる、特定の種類の陽イオンの検出方法であって、
試料溶液と、前記標識された核酸アプタマーと、を接触させることと、
接触後の試料溶液中の蛍光を測定することと、
を含み、
前記核酸アプタマーは、
グアニン四重鎖構造を形成する第1領域、第2領域、第3領域及び第4領域と、
前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域のそれぞれの間に連結領域A、連結領域B及び連結領域Cと、
を有し
前記第1領域は配列番号1に示される塩基配列からなり、
前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域はそれぞれ配列番号2に示される塩基配列からなり、
前記連結領域A、前記連結領域B及び前記連結領域Cからなる群より選ばれる少なくとも1つの領域は、前記特定の種類の陽イオンへの特異的な結合能を有し、
前記核酸アプタマーの5’末端及び3’末端にそれぞれ標識物質が結合しており、
5’末端の標識物質及び3’末端の標識物質は、FRETが起こりうる標識物質の組合せである、検出方法を提供する。
In one embodiment, the present invention provides a method for detecting a specific type of cation using a labeled nucleic acid aptamer that forms a G-quadruplex structure in the presence of a specific type of cation and has cell membrane permeability, comprising:
contacting a sample solution with the labeled nucleic acid aptamer;
measuring the fluorescence in the sample solution after contact;
Including,
The nucleic acid aptamer is
a first region, a second region, a third region and a fourth region which form a G-quadruplex structure;
a connecting region A, a connecting region B, and a connecting region C between the first region, the second region, the third region, and the fourth region, respectively;
The first region comprises the base sequence shown in SEQ ID NO:1,
the second region, the third region, and the fourth region each have a base sequence as shown in SEQ ID NO:2,
at least one region selected from the group consisting of the linking region A, the linking region B, and the linking region C has a specific binding ability to the specific type of cation,
a labeling substance is bound to each of the 5'-end and the 3'-end of the nucleic acid aptamer,
The 5'-end label and the 3'-end label are a combination of labels capable of FRET, providing a detection method.

また、一実施形態において、本発明は、特定の種類の陽イオン存在下でグアニン四重鎖構造を形成し、細胞膜透過能を有する、核酸アプタマーを用いる、特定の種類の陽イオンの検出方法であって、
試料溶液と、前記核酸アプタマーと、を接触させることと、
接触後の試料溶液に、チオフラビンTを添加して、蛍光を測定することと、
を含み、
前記核酸アプタマーは、
グアニン四重鎖構造を形成する第1領域、第2領域、第3領域及び第4領域と、
前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域のそれぞれの間に連結領域A、連結領域B及び連結領域Cと、
を有し
前記第1領域は配列番号1に示される塩基配列からなり、
前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域はそれぞれ配列番号2に示される塩基配列からなり、
前記連結領域A、前記連結領域B及び前記連結領域Cからなる群より選ばれる少なくとも1つの領域は、前記特定の種類の陽イオンへの特異的な結合能を有する、検出方法を提供する。
In one embodiment, the present invention provides a method for detecting a specific type of cation using a nucleic acid aptamer that forms a G-quadruplex structure in the presence of a specific type of cation and has cell membrane permeability, comprising:
Contacting a sample solution with the nucleic acid aptamer;
adding thioflavin T to the sample solution after contact and measuring the fluorescence;
Including,
The nucleic acid aptamer is
a first region, a second region, a third region and a fourth region which form a G-quadruplex structure;
a connecting region A, a connecting region B, and a connecting region C between the first region, the second region, the third region, and the fourth region, respectively;
The first region comprises the base sequence shown in SEQ ID NO:1,
the second region, the third region, and the fourth region each have a base sequence as shown in SEQ ID NO:2,
At least one region selected from the group consisting of linking region A, linking region B, and linking region C has a specific binding ability to the specific type of cation.

また、一実施形態において、本発明は、上記配列番号7に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む、標識された核酸アプタマーを用いる、マンガンイオンの検出方法であって、
試料溶液と、前記標識された核酸アプタマーと、を接触させることと、
接触後の試料溶液中の蛍光を測定することと、
を含み、
前記核酸アプタマーの5’末端及び3’末端にそれぞれ標識物質が結合しており、
5’末端の標識物質及び3’末端の標識物質は、FRETが起こりうる標識物質の組合せである、マンガンイオン検出用核酸アプタマーを提供する。
In one embodiment, the present invention provides a method for detecting manganese ions using a labeled nucleic acid aptamer comprising a polynucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO:7, comprising:
contacting a sample solution with the labeled nucleic acid aptamer;
measuring the fluorescence in the sample solution after contact;
Including,
a labeling substance is bound to each of the 5'-end and the 3'-end of the nucleic acid aptamer,
The 5'-end label and the 3'-end label are a combination of labeling substances that can cause FRET, providing a nucleic acid aptamer for detecting manganese ions.

また、一実施形態において、本発明は、上記配列番号7に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む、核酸アプタマーを用いる、マンガンイオンの検出方法であって、
試料溶液と、前記核酸アプタマーと、を接触させることと、
接触後の試料溶液に、チオフラビンTを添加して、蛍光を測定することと、
を含む、検出方法を提供する。
In one embodiment, the present invention provides a method for detecting manganese ions using a nucleic acid aptamer comprising a polynucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO:7, comprising:
Contacting a sample solution with the nucleic acid aptamer;
adding thioflavin T to the sample solution after contact and measuring the fluorescence;
The present invention provides a method of detection comprising:

また、一実施形態において、本発明は、特定の種類の陽イオン存在下でグアニン四重鎖構造を形成し、細胞膜透過能を有する、標識された核酸アプタマーを用いる、生体内での特定の種類の陽イオンの検出方法であって、
被験動物(好ましくは、非ヒト哺乳動物)の体内に前記標識された核酸アプタマーを導入することと、
前記導入後の被験動物の体内の蛍光を測定することと、
を含み、
前記核酸アプタマーは、
グアニン四重鎖構造を形成する第1領域、第2領域、第3領域及び第4領域と、
前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域のそれぞれの間に連結領域A、連結領域B及び連結領域Cと、
を有し
前記第1領域は配列番号1に示される塩基配列からなり、
前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域はそれぞれ配列番号2に示される塩基配列からなり、
前記連結領域A、前記連結領域B及び前記連結領域Cからなる群より選ばれる少なくとも1つの領域は、前記特定の種類の陽イオンへの特異的な結合能を有し、
前記核酸アプタマーの5’末端及び3’末端にそれぞれ標識物質が結合しており、
5’末端の標識物質及び3’末端の標識物質は、FRETが起こりうる標識物質の組合せである、検出方法を提供する。
In one embodiment, the present invention provides a method for detecting a specific type of cation in a living body using a labeled nucleic acid aptamer that forms a G-quadruplex structure in the presence of a specific type of cation and has cell membrane permeability, comprising:
Introducing the labeled nucleic acid aptamer into a subject animal (preferably a non-human mammal);
Measuring fluorescence in the body of the test animal after the introduction;
Including,
The nucleic acid aptamer is
a first region, a second region, a third region and a fourth region which form a G-quadruplex structure;
a connecting region A, a connecting region B, and a connecting region C between the first region, the second region, the third region, and the fourth region, respectively;
The first region comprises the base sequence shown in SEQ ID NO:1,
the second region, the third region, and the fourth region each have a base sequence as shown in SEQ ID NO:2,
at least one region selected from the group consisting of the linking region A, the linking region B, and the linking region C has a specific binding ability to the specific type of cation,
a labeling substance is bound to each of the 5'-end and the 3'-end of the nucleic acid aptamer,
The 5'-end label and the 3'-end label are a combination of labels capable of FRET, providing a detection method.

また、一実施形態において、本発明は、特定の種類の陽イオン存在下でグアニン四重鎖構造を形成し、細胞膜透過能を有する、核酸アプタマーを用いる、生体内での特定の種類の陽イオンの検出方法であって、
被験動物(好ましくは、非ヒト哺乳動物)の体内に前記標識された核酸アプタマー及びチオフラビンTを導入することと、
前記導入後の被験動物の体内の前記チオフラビンTの蛍光を測定することと、
を含み、
前記核酸アプタマーは、
グアニン四重鎖構造を形成する第1領域、第2領域、第3領域及び第4領域と、
前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域のそれぞれの間に連結領域A、連結領域B及び連結領域Cと、
を有し
前記第1領域は配列番号1に示される塩基配列からなり、
前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域はそれぞれ配列番号2に示される塩基配列からなり、
前記連結領域A、前記連結領域B及び前記連結領域Cからなる群より選ばれる少なくとも1つの領域は、前記特定の種類の陽イオンへの特異的な結合能を有する、検出方法を提供する。
In one embodiment, the present invention provides a method for detecting a specific type of cation in a living body, using a nucleic acid aptamer that forms a G-quadruplex structure in the presence of a specific type of cation and has cell membrane permeability, comprising:
Introducing the labeled nucleic acid aptamer and Thioflavin T into a subject animal (preferably a non-human mammal);
measuring the fluorescence of the Thioflavin T in the body of the subject animal after the introduction;
Including,
The nucleic acid aptamer is
a first region, a second region, a third region and a fourth region which form a G-quadruplex structure;
a connecting region A, a connecting region B, and a connecting region C between the first region, the second region, the third region, and the fourth region, respectively;
The first region comprises the base sequence shown in SEQ ID NO:1,
the second region, the third region, and the fourth region each have a base sequence as shown in SEQ ID NO:2,
At least one region selected from the group consisting of linking region A, linking region B, and linking region C has a specific binding ability to the specific type of cation.

また、一実施形態において、本発明は、上記配列番号7に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む、標識された核酸アプタマーを用いる、生体内でのマンガンイオンの検出方法であって、
被験動物(好ましくは、非ヒト哺乳動物)の体内に前記標識された核酸アプタマーを導入することと、
前記導入後の被験動物の体内の蛍光を測定することと、
を含み、
前記核酸アプタマーの5’末端及び3’末端にそれぞれ標識物質が結合しており、
5’末端の標識物質及び3’末端の標識物質は、FRETが起こりうる標識物質の組合せである、マンガンイオン検出用核酸アプタマーを提供する。
In one embodiment, the present invention provides a method for detecting manganese ions in a living body using a labeled nucleic acid aptamer comprising a polynucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO:7, comprising:
Introducing the labeled nucleic acid aptamer into a subject animal (preferably a non-human mammal);
Measuring fluorescence in the body of the test animal after the introduction;
Including,
a labeling substance is bound to each of the 5'-end and the 3'-end of the nucleic acid aptamer,
The 5'-end label and the 3'-end label are a combination of labeling substances that can cause FRET, providing a nucleic acid aptamer for detecting manganese ions.

また、一実施形態において、本発明は、上記配列番号7に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む、核酸アプタマーを用いる、生体内でのマンガンイオンの検出方法であって、
被験動物(好ましくは、非ヒト哺乳動物)の体内に前記標識された核酸アプタマー及びチオフラビンTを導入することと、
前記導入後の被験動物の体内の前記チオフラビンTの蛍光を測定することと、
を含む、検出方法を提供する。
In one embodiment, the present invention provides a method for detecting manganese ions in a living body using a nucleic acid aptamer comprising a polynucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO:7, comprising:
Introducing the labeled nucleic acid aptamer and Thioflavin T into a subject animal (preferably a non-human mammal);
measuring the fluorescence of the Thioflavin T in the body of the subject animal after the introduction;
The present invention provides a method of detection comprising:

FRETが起こりうる標識物質の組合せとしては、上記「マンガンイオン(Mn2+)」において例示されたものと同様の物が挙げられる。 Combinations of labeling substances that can cause FRET include those exemplified above for "manganese ion (Mn 2+ )."

グアニン四重鎖構造を形成しているか否かを確認する方法としては、上記「Mn2+に対する認識能」を確認する方法において例示された方法と同様の方法を用いることができる。 As a method for confirming whether or not a G-quadruplex structure is formed, the same methods as those exemplified in the method for confirming the above-mentioned "Mn 2+ recognition ability" can be used.

蛍光の検出は、標識物質の種類に応じて、公知の検出器を用いて行なうことができる。例えば、チオフラビンTの場合には、励起波長385nm以上450nm以下、蛍光波長445nm以上492nm以下であることから、分光光度計等を用いて、上記波長範囲内の励起光を照射した際の蛍光強度を測定することで、蛍光を検出することができる。Fluorescence can be detected using a known detector depending on the type of labeling substance. For example, in the case of thioflavin T, the excitation wavelength is 385 nm to 450 nm, and the fluorescence wavelength is 445 nm to 492 nm. Therefore, the fluorescence can be detected by measuring the fluorescence intensity when irradiated with excitation light within the above wavelength ranges using a spectrophotometer or the like.

試料溶液としては、特別な限定はなく、例えば、動物から摘出された組織若しくは培養組織由来の組織抽出液、培養細胞由来の細胞抽出液又は体液等が挙げられる。体液としては、例えば、血液、血清、血漿、尿(例えば、原尿、蓄尿等)、バフィーコート、唾液、胆汁、脳脊髄液、涙液、痰、粘液、汗、膀胱洗浄液等が挙げられ、これらに限定されない。There are no particular limitations on the sample solution, and examples of the sample solution include tissue extracts derived from tissues removed from animals or cultured tissues, cell extracts derived from cultured cells, or body fluids. Examples of body fluids include, but are not limited to, blood, serum, plasma, urine (e.g., primary urine, pooled urine, etc.), buffy coat, saliva, bile, cerebrospinal fluid, tears, sputum, mucus, sweat, bladder washings, etc.

被験動物としては、非ヒト哺乳動物が好ましい。非ヒト哺乳動物として具体的には、例えば、サル、イヌ、ウシ、ウマ、ヒツジ、ブタ、ウサギ、マウス、ラット、モルモット、ハムスター等が挙げられる。The subject animal is preferably a non-human mammal. Specific examples of non-human mammals include monkeys, dogs, cows, horses, sheep, pigs, rabbits, mice, rats, guinea pigs, and hamsters.

核酸アプタマーの被験動物の体内への導入方法(投与形態)としては、例えば、動脈内注射、静脈内注射、皮下注射、鼻腔内的、腹腔内的、経気管支的、筋内的、経皮的、又は、経口的に当業者に公知の方法が挙げられ、静脈内注射又は腹腔内的投与が好ましい。Methods for introducing the nucleic acid aptamer into the body of a subject animal (administration form) include methods known to those skilled in the art, such as intra-arterial injection, intravenous injection, subcutaneous injection, intranasal, intraperitoneal, transbronchial, intramuscular, transdermal, or oral administration, with intravenous injection or intraperitoneal administration being preferred.

一実施形態において、上記核酸アプタマーを含有する、細胞培養用組成物を提供する。上記核酸アプタマーを含有する培地(細胞培養用組成物)で標的分子を過剰に発現する細胞を培養することで、核酸アプタマーを当該細胞内に導入し、標的分子に結合させることができる。In one embodiment, a composition for cell culture containing the nucleic acid aptamer is provided. By culturing cells that overexpress a target molecule in a medium (cell culture composition) containing the nucleic acid aptamer, the nucleic acid aptamer can be introduced into the cells and bound to the target molecule.

細胞培養用組成物は、上記核酸アプタマーのみからなるものであってもよく、上記核酸アプタマーと公知の希釈剤とが混合された組成物であってもよい。希釈剤としては、例えば、水、バッファー、各種培地等が挙げられる。The cell culture composition may consist of only the nucleic acid aptamer, or may be a composition in which the nucleic acid aptamer is mixed with a known diluent. Examples of diluents include water, buffers, and various media.

細胞培養用組成物中の上記核酸アプタマーの濃度としては、例えば、10nM以上100μM以下とすることができ、1μM以上が好ましい。The concentration of the above nucleic acid aptamer in the cell culture composition can be, for example, 10 nM or more and 100 μM or less, and is preferably 1 μM or more.

一実施形態において、本発明は、上記核酸アプタマーを含む培地で、標的分子を発現している細胞を培養する、核酸アプタマーの細胞内への導入方法を提供する。
細胞の培養には、上記細胞培養用組成物を用いることができる。
In one embodiment, the present invention provides a method for introducing a nucleic acid aptamer into a cell, comprising culturing a cell expressing a target molecule in a medium containing the nucleic acid aptamer.
The above-mentioned composition for cell culture can be used for culturing cells.

一実施形態において、本発明は、上記核酸アプタマーを含む培地で、標的分子を発現しているがん細胞を培養する、細胞培養方法を提供する。
細胞の培養には、上記細胞培養用組成物を用いることができる。
In one embodiment, the present invention provides a cell culture method comprising culturing cancer cells expressing a target molecule in a medium containing the nucleic acid aptamer.
The above-mentioned composition for cell culture can be used for culturing cells.

一実施形態において、本発明は、上記配列番号5、10、16、17のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む核酸アプタマーを、PPM1Dを発現しているがん細胞に接触させる、PPM1Dと前記PPM1Dの基質との結合阻害方法を提供する。
核酸アプタマーによるPPM1DとPPM1Dの基質(例えば、p53等)との結合阻害を確認する方法としては、例えば、核酸アプタマーを接触させた細胞と、核酸アプタマーを接触させていない細胞とを比較し、接触させた細胞のほうが、PPM1Dの酵素活性が低下している又はPPM1Dによって脱リン酸化された基質の割合が低下している場合に、核酸アプタマーがPPM1DとPPM1Dの基質との結合を阻害していると判断することができる。
In one embodiment, the present invention provides a method for inhibiting binding between PPM1D and a substrate of PPM1D, comprising contacting a nucleic acid aptamer comprising a polynucleotide consisting of a base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5, 10, 16, or 17 with a cancer cell expressing PPM1D.
A method for confirming inhibition of the binding of PPM1D to a PPM1D substrate (e.g., p53) by a nucleic acid aptamer is, for example, to compare cells contacted with a nucleic acid aptamer with cells not contacted with the nucleic acid aptamer, and if the contacted cells have reduced PPM1D enzymatic activity or a reduced proportion of substrate dephosphorylated by PPM1D, it can be determined that the nucleic acid aptamer inhibits the binding of PPM1D to a PPM1D substrate.

一実施形態において、本発明は、上記配列番号5、10、16、17のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む核酸アプタマーを、PPM1Dを発現しているがん細胞に接触させる、細胞の増殖抑制方法を提供する。
核酸アプタマーによる細胞増殖抑制を確認する方法としては、例えば、核酸アプタマーを接触させた細胞と、核酸アプタマーを接触させていない細胞とを比較し、接触させた細胞のほうが、細胞増殖率が低い場合に、核酸アプタマーが細胞の増殖を抑制していると判断することができる。
In one embodiment, the present invention provides a method for inhibiting cell proliferation, comprising contacting a nucleic acid aptamer comprising a polynucleotide having a base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5, 10, 16, and 17 with a cancer cell expressing PPM1D.
One method for confirming the inhibition of cell proliferation by a nucleic acid aptamer is, for example, to compare cells that have been contacted with a nucleic acid aptamer with cells that have not been contacted with a nucleic acid aptamer, and if the contacted cells have a lower cell proliferation rate, it can be determined that the nucleic acid aptamer is inhibiting cell proliferation.

一実施形態において、本発明は、上記配列番号5、10、16、17のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む核酸アプタマーを、PPM1Dを発現しているがん細胞に接触させる、p53の活性化方法を提供する。
核酸アプタマーによるp53の活性化を確認する方法としては、例えば、核酸アプタマーを接触させた細胞と、核酸アプタマーを接触させていない細胞とを比較し、接触させた細胞のほうが、p53の発現量が増加している場合に、核酸アプタマーがp53を活性化していると判断することができる。
In one embodiment, the present invention provides a method for activating p53, comprising contacting a nucleic acid aptamer comprising a polynucleotide consisting of a base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5, 10, 16, and 17 with a cancer cell expressing PPM1D.
One method for confirming the activation of p53 by a nucleic acid aptamer is, for example, to compare cells that have been contacted with a nucleic acid aptamer with cells that have not been contacted with the nucleic acid aptamer, and if the contacted cells show an increased level of p53 expression, it can be determined that the nucleic acid aptamer has activated p53.

一実施形態において、本発明は、上記配列番号6に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む核酸アプタマーを、Scp1を発現しているがん細胞に接触させる、Scp1と前記Scp1の基質との結合阻害方法を提供する。
核酸アプタマーによるScp1とScp1の基質(例えば、リン酸化されたRNAポリメラーゼII(RNA pol II)、Twist、c-Myc、RE1-silencing transcription factor (REST)等)との結合阻害を確認する方法としては、例えば、核酸アプタマーを接触させた細胞と、核酸アプタマーを接触させていない細胞とを比較し、接触させた細胞のほうが、Scp1の酵素活性が低下している又はScp1によって脱リン酸化された基質の割合が低下している場合に、核酸アプタマーがScp1とScp1の基質との結合を阻害していると判断することができる。
In one embodiment, the present invention provides a method for inhibiting the binding of Scp1 to a substrate of Scp1, comprising contacting a nucleic acid aptamer comprising a polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 6 with a cancer cell expressing Scp1.
A method for confirming inhibition of binding between Scp1 and its substrate (e.g., phosphorylated RNA polymerase II (RNA pol II), Twist, c-Myc, RE1-silencing transcription factor (REST), etc.) by a nucleic acid aptamer is, for example, to compare cells that have been contacted with a nucleic acid aptamer with cells that have not been contacted with a nucleic acid aptamer, and if the contacted cells have reduced Scp1 enzymatic activity or a reduced proportion of substrate dephosphorylated by Scp1, it can be determined that the nucleic acid aptamer inhibits binding between Scp1 and its substrate.

一実施形態において、本発明は、上記配列番号6に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む核酸アプタマーを、Scp1を発現しているがん細胞に接触させる、細胞の増殖抑制方法を提供する。
核酸アプタマーによる細胞増殖抑制を確認する方法としては、例えば、核酸アプタマーを接触させた細胞と、核酸アプタマーを接触させていない細胞とを比較し、接触させた細胞のほうが、細胞増殖率が低い場合に、核酸アプタマーが細胞の増殖を抑制していると判断することができる。
In one embodiment, the present invention provides a method for inhibiting cell proliferation, comprising contacting a nucleic acid aptamer comprising a polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO:6 with a cancer cell expressing Scp1.
One method for confirming the inhibition of cell proliferation by a nucleic acid aptamer is, for example, to compare cells that have been contacted with a nucleic acid aptamer with cells that have not been contacted with a nucleic acid aptamer, and if the contacted cells have a lower cell proliferation rate, it can be determined that the nucleic acid aptamer is inhibiting cell proliferation.

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.

[実施例1]
1.SELEX法を用いたPPM1D結合DNAアプタマーのスクリーニング
陽イオン刺激により立体構造が変化しグアニン四重鎖構造を形成するDNAアプタマー(以下、「イオン刺激応答性DNAアプタマー(Ion-Responsive DNA Aptamer;IRDAptamer)」と称する場合がある)のライブラリを独自に開発し、SELEX法を用いて陽イオン存在下でPPM1DのB-loopに特異的に結合するDNAアプタマーをスクリーニングした。イオン刺激応答性DNAアプタマーは下記一般式(I)に示される塩基配列からなる。なお、一般式(I)中、Nは任意の塩基であり、アデニン、グアニン、シトシン又はチミンのいずれかの塩基である。「common seq.」は、common sequence(共通配列)の略記であり、DNAアプタマーの増幅のために用いられたプライマー配列である。また、一般式(I)において「AGG」及び3つの「TTAGGG」からなる4組のグアニンを含む配列によりグアニン四重鎖構造が形成される。なお、「common seq.」以外の部分の塩基配列を配列番号21に示す。
[Example 1]
1. Screening of PPM1D-binding DNA aptamers using the SELEX method We independently developed a library of DNA aptamers (hereinafter sometimes referred to as "ion-responsive DNA aptamers (IRDAptamers)") whose conformation changes in response to cation stimulation to form a G-quadruplex structure, and screened for DNA aptamers that specifically bind to the B-loop of PPM1D in the presence of cations using the SELEX method. The ion-responsive DNA aptamer consists of a base sequence shown in the following general formula (I). In general formula (I), N is any base, and is any of adenine, guanine, cytosine, and thymine. "Common seq." is an abbreviation for common sequence, and is the primer sequence used to amplify the DNA aptamer. In addition, in general formula (I), a G-quadruplex structure is formed by a sequence containing four pairs of guanines consisting of "AGG" and three "TTAGGG". The base sequence of the portion other than the "common sequence" is shown in SEQ ID NO:21.

5’-(common seq.)-NAGG-N6-TTAGGG-N6-TTAGGG-N6-TTAGGG-(common seq.)-3’ (I) 5'-(common sequence)-NAGG- N6 -TTAGGG- N6 -TTAGGG- N6 -TTAGGG-(common sequence)-3' (I)

また、1回目、4回目、8回目及び12回目のSELEXプロセスの前処理として、PPM1DのB-loop欠損体(以下、「PPM1DSubB」と略記する場合がある)を用いてDepletion法を行った。PPM1DSubBでは、N末端から245番目から268番目までのB-loopの領域(配列番号8)が、PPM1A相当配列であるNGSからなるペプチド残基に置換されている。具体的には、PPM1DのB-loop欠損体が固定化されたカラムにDNAアプタマーを含む溶液を送液して、PPM1DのB-loop以外の部位に吸着するDNAアプタマーを取り除いた後、フロースルーをPPM1Dの野生型が固定化されたカラムに送液してPPM1DのB-loopに特異的に結合するDNAアプタマーを結合させた。その後、溶出溶液を用いて、PPM1DのB-loopに特異的に結合するDNAアプタマーを溶出させた。なお、カラムにDNAアプタマーをアプライする際に用いられる溶液の組成は、1×PBS(リン酸緩衝食塩水)、0.05% Tween、1μg/mL BSA(ウシ血清アルブミン)である。また、溶出溶液の組成は、0.5M imidazole-HCl(pH7.4)である。 In addition, the depletion method was performed using a PPM1D B-loop deletion mutant (hereinafter sometimes abbreviated as "PPM1DSubB") as a pretreatment for the first, fourth, eighth, and twelfth SELEX processes. In PPM1DSubB, the B-loop region from the N-terminus 245 to 268 (SEQ ID NO: 8) is replaced with peptide residues consisting of NGS, which is a sequence equivalent to PPM1A. Specifically, a solution containing a DNA aptamer was pumped onto a column on which a PPM1D B-loop deletion mutant was immobilized to remove DNA aptamers adsorbed to sites other than the B-loop of PPM1D, and the flow-through was pumped onto a column on which the wild-type PPM1D was immobilized to bind the DNA aptamer that specifically binds to the B-loop of PPM1D. Then, the DNA aptamer that specifically binds to the B-loop of PPM1D was eluted using an elution solution. The solution used to apply the DNA aptamer to the column was composed of 1x phosphate-buffered saline (PBS), 0.05% Tween, and 1μg/mL bovine serum albumin (BSA), and the elution solution was composed of 0.5M imidazole-HCl (pH 7.4).

上記に示す処理を12ラウンド繰り返し、得られたDNAアプタマーをクローニングし、シーケンシングを行って、配列を同定した。同定されたDNAアプタマーのうち、PPM1Dに対する阻害活性解析から、優れたPPM1D結合能を有するDNAアプタマーとして以下の表1に示すM1D-Q5Fを選択した。次いで、M1D-Q5Fの共通配列の一部又は全部を削除したM1D-Q5M及びM1D-Q5を設計し、以降の検討を行なった。The above process was repeated for 12 rounds, and the resulting DNA aptamer was cloned and sequenced to identify the sequence. From the identified DNA aptamers, M1D-Q5F, shown in Table 1 below, was selected as a DNA aptamer with excellent PPM1D binding ability based on an analysis of inhibitory activity against PPM1D. Next, M1D-Q5M and M1D-Q5 were designed in which part or all of the common sequence of M1D-Q5F had been deleted, and the following studies were carried out.

Figure 0007477886000001
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2.同定されたDNAアプタマーのPPM1Dに対する阻害活性解析
図3は、各DNAアプタマーの塩基配列を模式的に示した図である。「M1D-Q5F Scrambled」とは、M1D-Q5Fの配列をランダム化したDNAアプタマーである。
PPM1Dに対する阻害活性解析には、p53(15P)を基質として用いた。p53(15P)のアミノ酸配列は、「Ac-VEPPLXQETFSDLW-NH2」(配列番号11)である。「Ac」はアセチル基を示し、Xはリン酸化されたセリン残基である。p53(15P)(10μM)、PPM1D(4nM)、及び各DNAアプタマー(10μM)を緩衝液に添加し、混合溶液を調製し、10分間静置した。混合溶液の調製に用いられた緩衝液の組成は、50mM Tris-HCl(pH7.5)、0.02% β-mercaptoethanol、0.1mM EGTA(グリコールエーテルジアミン四酢酸)、30mM MgCl2、100mM NaClである。その後に、遊離リン酸検出試薬Biomol Green (Enzo Life Sciences,Inc.社製、型番:BML-AK111-1000)を用いて、脱リン酸化されたp53(15P)の量を算出することにより、PPM1Dの酵素活性を定量し、各DNAアプタマーによるPPM1Dの阻害効果を確認した。結果を図4に示す。また、図4に示す阻害曲線から算出した50%阻害濃度(IC50)を以下の表2に示す。
2. Analysis of the inhibitory activity of the identified DNA aptamers against PPM1D Figure 3 is a schematic diagram showing the base sequence of each DNA aptamer. "M1D-Q5F Scrambled" is a DNA aptamer in which the sequence of M1D-Q5F is randomized.
For the analysis of inhibitory activity against PPM1D, p53(15P) was used as a substrate. The amino acid sequence of p53(15P) is "Ac-VEPPLXQETFSDLW-NH 2 " (SEQ ID NO: 11). "Ac" represents an acetyl group, and X represents a phosphorylated serine residue. p53(15P) (10 μM), PPM1D (4 nM), and each DNA aptamer (10 μM) were added to a buffer solution to prepare a mixed solution, which was then allowed to stand for 10 minutes. The composition of the buffer solution used to prepare the mixed solution was 50 mM Tris-HCl (pH 7.5), 0.02% β-mercaptoethanol, 0.1 mM EGTA (glycol ether diamine tetraacetic acid), 30 mM MgCl 2 , and 100 mM NaCl. Thereafter, the enzyme activity of PPM1D was quantified by calculating the amount of dephosphorylated p53 (15P) using the free phosphate detection reagent Biomol Green (Enzo Life Sciences, Inc., model number: BML-AK111-1000), and the inhibitory effect of each DNA aptamer on PPM1D was confirmed. The results are shown in Figure 4. The 50% inhibitory concentration ( IC50 ) calculated from the inhibition curve shown in Figure 4 is shown in Table 2 below.

Figure 0007477886000002
Figure 0007477886000002

図4及び表2から、M1D-Q5Fに比べ、30塩基を欠損したM1D-Q5Mが強力な阻害効果を示すことが明らかとなった。 Figure 4 and Table 2 reveal that M1D-Q5M, which lacks 30 bases, shows a stronger inhibitory effect than M1D-Q5F.

3.M1D-Q5Fの円偏光二色性(Circular Dichroism;CD)スペクトル
円偏光二色性分光計(日本分光社製、型番:JASCO CD J-720WI)を用いて、各濃度のカリウムイオン存在下でのM1D-Q5F、M1D-Q5M、及びM1D-Q5のCDスペクトルを得た。結果を図5に示す。
3. Circular dichroism (CD) spectrum of M1D-Q5F Using a circular dichroism spectrometer (JASCO Corporation, model number: JASCO CD J-720WI), CD spectra of M1D-Q5F, M1D-Q5M, and M1D-Q5 in the presence of potassium ions at various concentrations were obtained. The results are shown in Figure 5.

図5から、3種のDNAアプタマーがカリウムイオンに応答しプロペラ型のG-quadruplex構造への変化を示したため、母体構造であるM1D-Q5の部分がイオン応答性を担っていることが明らかとなった。 As shown in Figure 5, the three types of DNA aptamers responded to potassium ions and changed to a propeller-shaped G-quadruplex structure, making it clear that the parent structure, M1D-Q5, is responsible for ion responsiveness.

次いで、図5に示すグラフから、CDスペクトルにおけるピーク波長(M1D-Q5F:267nm、M1D-Q5M及びM1D-Q5:265nm)におけるカリウムイオンの濃度の違いによる変化を解析したグラフを図6に示す。図6では、カリウムイオン非存在下のモル楕円率を0%、ピーク波長における最もモル楕円率が高い点を100%とした際に、どの程度のイオン濃度のレンジでアプタマーの構造が変化しているかを示している。また、カリウムイオンとアプタマーの構造変化から算出した見かけの解離定数(KD obs)を以下の表3に示す。なお、フィッティングから50%構造変化した点を見かけの解離定数とした。 Next, from the graph shown in FIG. 5, a graph analyzing the change due to the difference in potassium ion concentration at the peak wavelength in the CD spectrum (M1D-Q5F: 267 nm, M1D-Q5M and M1D-Q5: 265 nm) is shown in FIG. 6. In FIG. 6, the molar ellipticity in the absence of potassium ions is set to 0%, and the point with the highest molar ellipticity at the peak wavelength is set to 100%, and the range of ion concentrations in which the structure of the aptamer changes is shown. In addition, the apparent dissociation constant (K D obs ) calculated from the structural change of the potassium ion and the aptamer is shown in Table 3 below. The point where the structure changed by 50% from the fitting was taken as the apparent dissociation constant.

Figure 0007477886000003
Figure 0007477886000003

図6及び表3から、3種のDNAアプタマーが同程度のカリウムイオン応答性を示すことが明らかになった。Figure 6 and Table 3 reveal that the three types of DNA aptamers show similar potassium ion responsiveness.

4.各DNAアプタマーによるヒト乳がん由来MCF7細胞増殖抑制効果
PPM1Dが過剰発現していることが知られているヒト乳がん由来MCF7細胞(2.5×104cells/well)に1,3,10μMのM1D-Q5F又はM1D-Q5Mを培養液中に添加して、2日間培養し、MCF7細胞内に導入した(以下、導入剤不使用である当該方法による導入を「Auto-penetration法」と称する場合がある)。細胞を回収して、ウエスタンブロッティング法により、p53のタンパク質発現量を検出した。コントロールとしてアクチンのタンパク質も検出した。結果を図7に示す。図7において、「Ctl」とは、DNAアプタマーを添加していない細胞である。また、図8は、図7のp53のバンド強度をActinのバンド強度で割り、アプタマーを投与していないものに比べどの程度p53の発現量が増加したかをアプタマーの濃度ごとに定量化したグラフである。
4. Inhibitory effect of each DNA aptamer on the proliferation of human breast cancer-derived MCF7 cells
M1D-Q5F or M1D-Q5M at 1, 3, or 10 μM was added to the culture medium of human breast cancer-derived MCF7 cells (2.5×10 4 cells/well), which are known to overexpress PPM1D, and the cells were cultured for 2 days and then transfected into the MCF7 cells (hereinafter, the transfection method using no transfection agent may be referred to as the "auto-penetration method"). The cells were collected and the protein expression level of p53 was detected by Western blotting. Actin protein was also detected as a control. The results are shown in FIG. 7. In FIG. 7, "Ctl" refers to cells to which the DNA aptamer was not added. FIG. 8 is a graph that quantifies the extent to which the expression level of p53 has increased for each concentration of the aptamer by dividing the band intensity of p53 in FIG. 7 by the band intensity of Actin, compared to cells to which the aptamer was not administered.

図7及び図8から、M1D-Q5F及びM1D-Q5Mの両方で濃度依存的にp53の発現量増加が見られた。アプタマー間で比較すると、M1D-Q5Mのほうがより強くp53の発現量を増加させていた。PPM1Dに対する阻害効果と相関して、M1D-Q5Mがより強い抗がん活性を示すことが示唆された。 Figures 7 and 8 show that both M1D-Q5F and M1D-Q5M increased p53 expression in a concentration-dependent manner. When comparing the aptamers, M1D-Q5M increased p53 expression more strongly. This suggests that M1D-Q5M exhibits stronger anticancer activity in correlation with its inhibitory effect on PPM1D.

次いで、0、1、5μMと濃度をふってM1D-Q5F, M1D-Q5MをAuto-penetration法で投与したMCF7細胞(2×103cells/well)を3日間培養し、MTTアッセイで細胞増殖率を確認した。また、アプタマーを投与していない細胞群をコントロール群として、コントロール群での細胞数に対するアプタマー投与群での細胞数を細胞増殖率として算出した。結果を図9に示す。 Next, MCF7 cells (2×10 3 cells/well) were cultured for 3 days after administration of M1D-Q5F and M1D-Q5M at concentrations of 0, 1, and 5 μM by auto-penetration, and the cell proliferation rate was confirmed by MTT assay. In addition, a group of cells not administered with the aptamer was used as a control group, and the number of cells in the aptamer-administered group relative to the number of cells in the control group was calculated as the cell proliferation rate. The results are shown in Figure 9.

図9から、M1D-Q5MがM1D-Q5Fよりも強い細胞増殖抑制効果を示したことから、Auto-penetration法でM1D-Q5Mが高い抗がん活性を示すことが明らかとなった。 Figure 9 shows that M1D-Q5M showed a stronger cell proliferation inhibitory effect than M1D-Q5F, indicating that M1D-Q5M exhibits high anticancer activity using the auto-penetration method.

5.各DNAアプタマーの細胞内局在
Cy3標識したM1D-Q5M、及び5’Primer(各3μM)をMCF7細胞に添加し、48時間培養した(Auto-penetration法)。培養後、p53認識抗体、Alexa488標識抗マウス抗体及び核染色用のDAPI(4',6-diamidino-2-phenylindole)を用いた蛍光染色を行い、細胞を共焦点顕微鏡(Zeiss、LSM800、63倍)で観察した。また、X軸、Y軸で切断した断面をZeiss ZEN 2.6(Blue Edition)ソフトウェアで解析した。結果を図10に示す。なお、5’Primerの塩基配列は「5’-ATGACCATGACCCTCCACAC-3’」(配列番号12)である。
5. Intracellular localization of each DNA aptamer
Cy3-labeled M1D-Q5M and 5'Primer (3 μM each) were added to MCF7 cells and cultured for 48 hours (auto-penetration method). After culture, the cells were stained with p53-recognizing antibody, Alexa488-labeled anti-mouse antibody, and DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole) for nuclear staining, and observed under a confocal microscope (Zeiss, LSM800, 63x). In addition, cross sections cut along the X and Y axes were analyzed using Zeiss ZEN 2.6 (Blue Edition) software. The results are shown in Figure 10. The base sequence of the 5'Primer is "5'-ATGACCATGACCCTCCACAC-3'" (SEQ ID NO: 12).

図10から、Cy3-5’Primerは細胞にほとんど導入されていない一方、M1D-Q5Mは核内に強く導入されていた。また、M1D-Q5M投与を行った細胞において、核内でp53の発現量増加が見られた。 Figure 10 shows that Cy3-5'Primer was hardly introduced into the cells, while M1D-Q5M was strongly introduced into the nucleus. In addition, an increase in the expression of p53 in the nucleus was observed in cells administered M1D-Q5M.

また、図10に示したCy3標識したM1D-Q5MをAuto-penetration法で投与したMCF7細胞の蛍光染色像をX軸、Y軸でスライスして解析した染色像を図11に示す。図11において、左はアプタマーの局在のみを解析した染色像であり、右はp53とアプタマーの局在を重ね合わせたものである。 Figure 11 shows the fluorescent stained images of MCF7 cells to which Cy3-labeled M1D-Q5M shown in Figure 10 was administered by the auto-penetration method, sliced along the X-axis and Y-axis, and analyzed. In Figure 11, the left side shows a stained image in which only the localization of the aptamer was analyzed, and the right side shows a superimposition of the localization of p53 and the aptamer.

図11から、核内に導入されたM1D-Q5Mが核内に発現しているp53と共局在していることが観察された。スライス画像を見ると、核内全体にアプタマーは局在しており、DNA濃度の濃い部分に局在していた。 Figure 11 shows that M1D-Q5M introduced into the nucleus colocalizes with p53 expressed in the nucleus. Slice images show that the aptamer is localized throughout the nucleus, and in areas with high DNA concentration.

6.各DNAアプタマーの細胞内局在2
Cy3標識したM1D-Q5F、M1D-Q5M、及び5’Primer(各3μM)をMCF7細胞に添加し、48時間培養した(Auto-penetration法)。培養後、マウス抗p53抗体、Alexa488標識抗マウス抗体及び核染色用のDAPI(4',6-diamidino-2-phenylindole)を用いた蛍光染色を行い、細胞を共焦点顕微鏡(Zeiss、LSM800、63倍)で観察した。また、X軸、Y軸で切断した断面をZeiss ZEN 2.6(Blue Edition)ソフトウェアで解析した。結果を図12に示す。
6. Intracellular localization of each DNA aptamer 2
Cy3-labeled M1D-Q5F, M1D-Q5M, and 5' Primer (3 μM each) were added to MCF7 cells and cultured for 48 hours (auto-penetration method). After culture, cells were stained with mouse anti-p53 antibody, Alexa488-labeled anti-mouse antibody, and DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole) for nuclear staining, and observed under a confocal microscope (Zeiss, LSM800, 63x magnification). Sections cut along the X and Y axes were analyzed using Zeiss ZEN 2.6 (Blue Edition) software. The results are shown in Figure 12.

図12から、5’Primerはほとんど細胞内に導入されていない一方、M1D-Q5F及びM1D-Q5Mは細胞の核内に局在していることが明らかとなった。M1D-Q5FとM1D-Q5Mを比較すると、M1D-Q5Mの方が核に強く局在しており、核内への導入効率が高いことが明らかとなった。さらに、M1D-Q5F及びM1D-Q5M投与時に核内でp53の発現量増加が見られ、M1D-Q5F及びM1D-Q5Mが核内でPPM1D阻害剤として機能していることが示唆された。 Figure 12 shows that the 5' Primer was hardly introduced into the cells, while M1D-Q5F and M1D-Q5M were localized in the nucleus of the cells. Comparing M1D-Q5F and M1D-Q5M, M1D-Q5M was more strongly localized in the nucleus, demonstrating a higher efficiency of introduction into the nucleus. Furthermore, an increase in p53 expression was observed in the nucleus upon administration of M1D-Q5F and M1D-Q5M, suggesting that M1D-Q5F and M1D-Q5M function as PPM1D inhibitors in the nucleus.

[実施例2]
1.M1D-Q5Mのヌクレアーゼ耐性
陽イオン(140mMの塩化ナトリウム若しくは塩化カリウム)存在下又は非存在下のM1D-Q5M又はM1D-Q5M Scrambled(各1μM)に10μg/mLのDNase Iを添加し、添加から0、10、20、30及び60分後にサンプルを回収して、ポリアクリルアミドゲル電気泳動を用いてヌクレアーゼ耐性を確認した。なお、「M1D-Q5M Scrambled」とは、M1D-Q5Mの配列をランダム化したDNAアプタマーであり、以下に示す配列からなるDNAアプタマーである。
[Example 2]
1. Nuclease resistance of M1D-Q5M 10μg/mL of DNase I was added to M1D-Q5M or M1D-Q5M Scrambled (1μM each) in the presence or absence of cations (140mM sodium chloride or potassium chloride), and samples were collected 0, 10, 20, 30, and 60 minutes after addition, and nuclease resistance was confirmed using polyacrylamide gel electrophoresis. Note that "M1D-Q5M Scrambled" is a DNA aptamer in which the sequence of M1D-Q5M is randomized, and is a DNA aptamer consisting of the sequence shown below.

5’-(GTGCGTGTGGATGAGAAGTGTGAGTCAGGTGATGTGTGTGTCAGACTGTG)-3’ (配列番号13)5'-(GTGCGTGTGGATGAGAAGTGTGAGTCAGGTGATGTGTGTGTCAGACTGTG)-3' (SEQ ID NO: 13)

結果を図13に示す。また、図13に示すバンドのシグナルを定量化したグラフを図14に示す。図14において、各条件下の0分でのバンドのシグナルを100%としたときの相対値で表している。The results are shown in Figure 13. Figure 14 shows a graph quantifying the band signals shown in Figure 13. In Figure 14, the band signals at 0 minutes under each condition are expressed as relative values, with the signal being taken as 100%.

図13及び図14から、カリウムイオン又はナトリウムイオン存在下のM1D-Q5Mは、ヌクレアーゼ耐性を有することが明らかとなった。また、カリウムイオン存在下のM1D-Q5Mの方が、ナトリウムイオン存在下のM1D-Q5Mよりも、ヌクレアーゼ耐性がより優れる傾向がみられた。
このことから、グアニン四重鎖構造の形成により、M1D-Q5Mのヌクレアーゼ耐性が上昇することが示唆された。
13 and 14, it was revealed that M1D-Q5M in the presence of potassium ions or sodium ions has nuclease resistance. Furthermore, M1D-Q5M in the presence of potassium ions tended to have better nuclease resistance than M1D-Q5M in the presence of sodium ions.
This suggests that the formation of a G-quadruplex structure increases the nuclease resistance of M1D-Q5M.

2.M1D-Q5Mの血清安定性
M1D-Q5M(3μM)又はM1D-Q5M Scrambled(3μM)を、10%のウシ胎児血清(FBS)、110mMの塩化ナトリウム及び5mMの塩化カリウムを含むダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)に添加し、0、1、2、6及び12時間インキュベートした。各時間経過後にサンプルを回収して、ポリアクリルアミドゲル電気泳動を用いてM1D-Q5Mの血清存在下での安定性を確認した。結果を図15に示す。また、図15に示すバンドのシグナルを定量化したグラフを図16に示す。図16において、各条件下の0時間後(インキュベート開始時)でのバンドのシグナルを100%としたときの相対値で表している。
2. Serum stability of M1D-Q5M
M1D-Q5M (3 μM) or M1D-Q5M Scrambled (3 μM) was added to Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM) containing 10% fetal bovine serum (FBS), 110 mM sodium chloride, and 5 mM potassium chloride, and incubated for 0, 1, 2, 6, and 12 hours. Samples were collected after each time period, and the stability of M1D-Q5M in the presence of serum was confirmed using polyacrylamide gel electrophoresis. The results are shown in FIG. 15. FIG. 16 shows a graph in which the band signals shown in FIG. 15 were quantified. In FIG. 16, the band signals at 0 hours (at the start of incubation) under each condition are expressed as relative values, with the band signals at 100%.

図15及び図16から、M1D-Q5MはM1D-Q5M Scrambledよりも高い血清安定性を有することが確かめられた。
以上のことから、グアニン四重鎖構造の形成により、インビボ系においてM1D-Q5Mは高い安定性を有することが示唆された。
15 and 16 confirm that M1D-Q5M has higher serum stability than M1D-Q5M Scrambled.
These findings suggest that the formation of a G-quadruplex structure confers high stability to M1D-Q5M in vivo.

[参考例1]
(リポフェクション法を用いた場合のM1D-Q5Mの細胞内局在)
MCF7細胞(2×105cells/well)にCy3標識したM1D-Q5M(50nM)及び未標識のM1D-Q5F(2.95μM)、又は、Cy3標識した5’Primer(以下、「Cy3-Pri」と略記する場合がある。上記実施例1の「5.」で使用したものと同じものである。)(50nM)及び未標識のM1D-Q5F(2.95μM)をリポフェクション試薬を用いてMCF7細胞に添加し、48時間培養した(リポフェクション法)。培養後、核染色用のDAPI(4',6-diamidino-2-phenylindole)、マウス抗p53抗体、Alexa488標識抗マウス抗体を用いた蛍光染色を行い、細胞をスピニングディスク型共焦点レーザー顕微鏡(オリンパス製、型番:BX50)、倍率:(全体像)40倍で観察した。結果を図17に示す。図17において、一番下の蛍光像は、中段の蛍光像(50nM Cy3-Q5M+2.95μM Q5M)において四角で囲まれた部分を拡大した像(180倍)である。
[Reference Example 1]
(Intracellular localization of M1D-Q5M using the lipofection method)
MCF7 cells (2×10 5 cells/well) were treated with Cy3-labeled M1D-Q5M (50 nM) and unlabeled M1D-Q5F (2.95 μM), or Cy3-labeled 5′Primer (hereinafter sometimes abbreviated as “Cy3-Pri”; the same as that used in “5.” of Example 1 above) (50 nM) and unlabeled M1D-Q5F (2.95 μM) using a lipofection reagent, and cultured for 48 hours (lipofection method). After culture, fluorescent staining was performed using DAPI (4′,6-diamidino-2-phenylindole) for nuclear staining, mouse anti-p53 antibody, and Alexa488-labeled anti-mouse antibody, and the cells were observed with a spinning disk confocal laser microscope (Olympus, model number: BX50) at a magnification of 40 times (overall image). The results are shown in FIG. 17. In FIG. 17, the bottom fluorescent image is an enlarged image (180x) of the area enclosed by a square in the fluorescent image in the middle row (50 nM Cy3-Q5M+2.95 μM Q5M).

図17から、M1D-Q5Mは、細胞核周辺にドット状に存在し、核内への導入がほとんど見られなかった。導入剤不使用のAuto-penetration法とは明らかに細胞内局在が異なることが確かめられた。As shown in Figure 17, M1D-Q5M was present in dots around the cell nucleus, with little introduction into the nucleus. This confirmed that the intracellular localization was clearly different from that observed with the auto-penetration method, which does not use an introduction agent.

[実施例3]
(M1D-Q5の細胞膜透過性)
TAMRA標識したM1D-Q5(3μM)をMCF7細胞に添加し、48時間培養した(Auto-penetration法)。培養後、核染色用のDAPI(4',6-diamidino-2-phenylindole)を用いた蛍光染色を行い、細胞を以下に示す2種類の共焦点レーザー顕微鏡で観察した。
[Example 3]
(Cell membrane permeability of M1D-Q5)
TAMRA-labeled M1D-Q5 (3 μM) was added to MCF7 cells and cultured for 48 hours (auto-penetration method). After culture, the cells were stained with DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole) for nuclear staining, and observed with two types of confocal laser microscopes as shown below.

分光型共焦点レーザー走査顕微鏡(オリンパス製、型番:FV1700)、倍率:(全体像)100倍
スピニングディスク型共焦点レーザー顕微鏡(オリンパス製、型番:SpinSR10)、倍率:(全体像)100倍
Spectroscopic confocal laser scanning microscope (Olympus, model number: FV1700), magnification: (overall image) 100x Spinning disk confocal laser microscope (Olympus, model number: SpinSR10), magnification: (overall image) 100x

結果を図18に示す。図18において、上段は、FV1200での観察像である。下段は、SpinSR10での観察像である。上段における「DIC」は、Differential interference contrastの略であり、微分干渉観察像を示す。また、一番右の蛍光像(Z-Stack)は、右から2番目の蛍光像(Merge)において、DAPIの染色像内部におけるM1D-Q5の局在点を中心に、X軸(横軸)、Y軸(縦軸)で切断した断面をオリンパスFV31S-SWソフトウェアで解析した。その結果をそれぞれ下側(X軸)及び右側(Y軸)に示している。The results are shown in Figure 18. In Figure 18, the top row is an image observed with the FV1200. The bottom row is an image observed with the SpinSR10. "DIC" in the top row stands for Differential interference contrast, and indicates a differential interference observation image. The rightmost fluorescent image (Z-Stack) is a cross section cut on the X-axis (horizontal axis) and Y-axis (vertical axis) centered on the localization point of M1D-Q5 inside the DAPI stained image in the second fluorescent image from the right (Merge), analyzed with Olympus FV31S-SW software. The results are shown on the bottom (X-axis) and right (Y-axis), respectively.

図18から、3’末端付加配列を有しないM1D-Q5においても、M1D-Q5Mと同様に、グアニン四重鎖構造を形成することで、導入剤不使用のAuto-penetration法により細胞膜を透過することが確かめられた。 Figure 18 confirms that M1D-Q5, which does not have a 3'-terminal additional sequence, can also penetrate the cell membrane by forming a G-quadruplex structure, similar to M1D-Q5M, using the auto-penetration method without the use of an introducing agent.

[実施例4]
1.M1D-Q5Mの細胞膜透過の経時変化
Cy3標識したM1D-Q5M又はTAMRA標識したM1D-Q5M(各3μM)をMCF7細胞に添加し、10分間、30分間、2時間又は24時間培養した(Auto-penetration法)。培養後、核染色用のDAPI(4',6-diamidino-2-phenylindole)を用いた蛍光染色を行い、細胞を分光型共焦点レーザー走査顕微鏡(オリンパス製、型番:FV1200)、倍率:(全体像)20倍で観察した。結果を図19(Cy3標識したM1D-Q5M)及び図20(TAMRA標識したM1D-Q5M)に示す。図19及び図20において、「No treatment」とは、Cy3標識したM1D-Q5M又はTAMRA標識したM1D-Q5Mを導入していない細胞を意味する。
[Example 4]
1. Time course of cell membrane permeability of M1D-Q5M
Cy3-labeled M1D-Q5M or TAMRA-labeled M1D-Q5M (3 μM each) was added to MCF7 cells and cultured for 10 minutes, 30 minutes, 2 hours, or 24 hours (auto-penetration method). After culture, fluorescent staining was performed using DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole) for nuclear staining, and the cells were observed under a spectroscopic confocal laser scanning microscope (Olympus, model number: FV1200) at a magnification of 20 times (overall image). The results are shown in Figure 19 (Cy3-labeled M1D-Q5M) and Figure 20 (TAMRA-labeled M1D-Q5M). In Figures 19 and 20, "No treatment" refers to cells that have not been transfected with Cy3-labeled M1D-Q5M or TAMRA-labeled M1D-Q5M.

図19及び図20から、M1D-Q5Mの投与から30分後には、細胞内への導入(透過)が始まり、24時間後には核内に存在することが明らかとなった。 Figures 19 and 20 show that M1D-Q5M begins to enter (permeate) the cells 30 minutes after administration, and is present in the nucleus 24 hours later.

2.細胞膜透過後のM1D-Q5Mの局在
Cy3標識したM1D-Q5M(3μM)をMCF7細胞に添加し、48時間培養した(Auto-penetration法)。培養後、核染色用のDAPI(4',6-diamidino-2-phenylindole)を用いた蛍光染色を行い、細胞を分光型共焦点レーザー走査顕微鏡(Zeiss製、型番:LSM800)、倍率:(全体像)63倍で観察した。結果を図21に示す。図21において、一番下の蛍光像は、一番右の蛍光像(M1D-Q5M)において、DAPIの染色像内部におけるM1D-Q5Mの局在点を中心に、X軸(横軸)、Y軸(縦軸)で切断した断面をZeiss ZEN 2.6 (Blue Edition)ソフトウェアで解析した。その結果をそれぞれ上側(X軸)及び右側(Y軸)に示している。
2. Localization of M1D-Q5M after cell membrane permeation
Cy3-labeled M1D-Q5M (3 μM) was added to MCF7 cells and cultured for 48 hours (auto-penetration method). After culture, fluorescent staining was performed using DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole) for nuclear staining, and the cells were observed with a spectroscopic confocal laser scanning microscope (Zeiss, model number: LSM800) at a magnification of 63 times (overall image). The results are shown in Figure 21. In Figure 21, the bottom fluorescent image is the cross section cut on the X axis (horizontal axis) and Y axis (vertical axis) at the center of the localization point of M1D-Q5M inside the DAPI stained image in the rightmost fluorescent image (M1D-Q5M), and analyzed with Zeiss ZEN 2.6 (Blue Edition) software. The results are shown on the upper side (X axis) and the right side (Y axis), respectively.

図21及びこれまでに知られているPPM1Dの細胞内での局在から、M1D-Q5Mの局在は、PPM1Dの局在と一致しており、いずれも核内に局在していることが明らかとなった。 Figure 21 and previously known intracellular localization of PPM1D revealed that the localization of M1D-Q5M coincides with that of PPM1D, and that both are localized in the nucleus.

[実施例5]
1.SELEX法を用いたPPM1D結合DNAアプタマーのスクリーニング
実施例1の「1.」と同様の方法(1回目、4回目及び8回目のSELEXプロセスの前処理として、PPM1DSubBを用いてDepletion法も実施)を用いて、10 mM HEPES-KOH、140 mM KCl、0.05%Tween、及び1 μg/mL BSA (pH 7.5)溶液のカリウムイオン存在下で、PPM1Dに結合するDNAアプタマーをスクリーニングした。なお、実施例1の「1.」で用いたライブラリと比べて、Common sequenceが異なるライブラリを用いた。5’末端のプライマー配列を配列番号14に示し、3’末端のプライマー配列を配列番号15に示す。
[Example 5]
1. Screening of PPM1D-binding DNA aptamers using the SELEX method Using the same method as in "1." of Example 1 (the depletion method was also performed using PPM1DSubB as a pretreatment for the first, fourth, and eighth SELEX processes), DNA aptamers that bind to PPM1D were screened in the presence of potassium ions in a solution of 10 mM HEPES-KOH, 140 mM KCl, 0.05% Tween, and 1 μg/mL BSA (pH 7.5). Note that a library with a different common sequence was used compared to the library used in "1." of Example 1. The 5'-end primer sequence is shown in SEQ ID NO: 14, and the 3'-end primer sequence is shown in SEQ ID NO: 15.

その結果、得られた2種類のDNAアプタマーをクローニングし、シーケンシングを行って、配列を同定した。各配列を以下の表4に示す。これら同定されたDNAアプタマーをカリウムイオン応答性のPPM1D結合DNAアプタマー候補とした。As a result, the two types of DNA aptamers obtained were cloned and sequenced to identify their sequences. The sequences are shown in Table 4 below. These identified DNA aptamers were selected as candidates for potassium ion-responsive PPM1D-binding DNA aptamers.

Figure 0007477886000004
Figure 0007477886000004

2.各DNAアプタマーの細胞内局在
TAMRA標識したG4CAA1、又はTAMRA標識したG4CAA2(各3μM)をMCF7細胞に添加し、48時間培養した(Auto-penetration法)。培養後、核染色用のDAPI(4',6-diamidino-2-phenylindole)を用いた蛍光染色を行った。TAMRA標識したG4CAA2を投与した細胞については、マウス抗Nucleolin抗体及びAlexa488標識抗マウス抗体を用いた蛍光染色も行った。蛍光染色後の細胞を、G4CAA1を投与した細胞に関しては、スピニングディスク型共焦点レーザー顕微鏡(オリンパス製。型番:SpinSR10)、倍率:(全体像) 100倍で観察した。G4CAA2を投与した細胞に関しては、分光型共焦点レーザー走査顕微鏡(オリンパス製、型番:FV1700)、倍率:(全体像)100倍で観察した。結果を図22(TAMRA標識したG4CAA1)及び図23(TAMRA標識したG4CAA2)に示す。図23において、「Nucleolin (Enhanced)」とは画像の明るさ及びコントラストをともに増加させたものである。
2. Intracellular localization of each DNA aptamer
TAMRA-labeled G4CAA1 or TAMRA-labeled G4CAA2 (3 μM each) was added to MCF7 cells and cultured for 48 hours (auto-penetration method). After culture, fluorescent staining was performed using DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole) for nuclear staining. For cells administered with TAMRA-labeled G4CAA2, fluorescent staining was also performed using mouse anti-nucleolin antibody and Alexa488-labeled anti-mouse antibody. For cells administered with G4CAA1, the cells after fluorescent staining were observed with a spinning disk confocal laser microscope (Olympus, model number: SpinSR10) at a magnification of 100x (overall image). For cells administered with G4CAA2, the cells were observed with a spectroscopic confocal laser scanning microscope (Olympus, model number: FV1700) at a magnification of 100x (overall image). The results are shown in Figure 22 (TAMRA-labeled G4CAA1) and Figure 23 (TAMRA-labeled G4CAA2). In Figure 23, "Nucleolin (Enhanced)" increases both the brightness and contrast of the image.

図22及び図23から、G4CAA1及びG4CAA2のいずれもM1D-Q5Mと同様に、グアニン四重鎖構造を形成することで、導入剤不使用のAuto-penetration法により細胞膜を透過することが確かめられた。
また、図23から、G4CAA2がNucleolinと核内及び細胞膜上で共局在していることが明らかとなった。このことから、G4CAA2等の細胞膜透過型核酸アプタマーは、Nucleolinの細胞表面-細胞質-核内間シャトル機構によって細胞内及び核内に取り込まれる可能性が示唆された。
22 and 23, it was confirmed that both G4CAA1 and G4CAA2, like M1D-Q5M, form G-quadruplex structures and thereby penetrate the cell membrane by the auto-penetration method without using any introducing agent.
23, it was revealed that G4CAA2 was colocalized with Nucleolin in the nucleus and on the cell membrane. This suggests that cell membrane-permeable nucleic acid aptamers such as G4CAA2 may be taken up into cells and nuclei by the shuttle mechanism of Nucleolin between the cell surface, cytoplasm, and nucleus.

[実施例6]
1.SELEX法を用いたScp1結合DNAアプタマーのスクリーニング
独自に開発したイオン刺激応答性DNAアプタマーのライブラリについて、SELEX法を用いて陽イオン存在下でScp1に特異的に結合するDNAアプタマーをスクリーニングした。イオン刺激応答性DNAアプタマーは下記一般式(I)に示される塩基配列からなる。なお、一般式(I)中、Nは任意の塩基であり、アデニン、グアニン、シトシン又はチミンのいずれかの塩基である。「common seq.」は、common sequence(共通配列)の略記であり、DNAアプタマーの増幅のために用いられたプライマー配列である。また、一般式(I)において「AGG」及び3つの「TTAGGG」からなる4組のグアニンを含む配列によりグアニン四重鎖構造が形成される。なお、「common seq.」以外の部分の塩基配列を配列番号21に示す。
[Example 6]
1. Screening of Scp1-binding DNA aptamers using the SELEX method A library of ion-stimulus-responsive DNA aptamers developed independently was screened for DNA aptamers that specifically bind to Scp1 in the presence of cations using the SELEX method. The ion-stimulus-responsive DNA aptamer consists of a base sequence shown in the following general formula (I). In general formula (I), N is any base, and is any of adenine, guanine, cytosine, and thymine. "Common seq." is an abbreviation for common sequence, and is a primer sequence used for amplifying the DNA aptamer. In addition, a guanine quadruplex structure is formed by a sequence containing four pairs of guanines consisting of "AGG" and three "TTAGGG" in general formula (I). The base sequence of the portion other than "common seq." is shown in SEQ ID NO: 21.

5’-(common seq.)-NAGG-N6-TTAGGG-N6-TTAGGG-N6-TTAGGG-(common seq.)-3’ (I) 5'-(common sequence)-NAGG- N6 -TTAGGG- N6 -TTAGGG- N6 -TTAGGG-(common sequence)-3' (I)

具体的には、Scp1が固定化されたカラムにDNAアプタマーを含む溶液を送液して、Scp1に特異的に結合するDNAアプタマーを結合させた。その後、溶出溶液を用いて、Scp1に特異的に結合するDNAアプタマーを溶出させた。なお、カラムにDNAアプタマーをアプライする際に用いられる溶液の組成は、maleate buffer(pH 5.5、10 mM maleate-KOH、140 mM KCl、0.05% Tween、及び1 μg/mL BSA)である。また、溶出溶液の組成は、0.5M imidazole-HCl(pH7.4)である。Specifically, a solution containing a DNA aptamer was pumped onto the column on which Scp1 was immobilized, and the DNA aptamer that specifically binds to Scp1 was bound. The DNA aptamer that specifically binds to Scp1 was then eluted using an elution solution. The composition of the solution used to apply the DNA aptamer to the column was maleate buffer (pH 5.5, 10 mM maleate-KOH, 140 mM KCl, 0.05% Tween, and 1 μg/mL BSA). The composition of the elution solution was 0.5 M imidazole-HCl (pH 7.4).

上記に示す処理を8ラウンド繰り返し、得られたDNAアプタマーをクローニングし、シーケンシングを行って、配列を同定した。同定されたDNAアプタマーのうち、Scp1に対する阻害活性解析から、優れたScp1結合能を有するDNAアプタマーとして以下に示すSp1-G4-6を選択した。The above process was repeated eight rounds, and the resulting DNA aptamers were cloned and sequenced to identify the sequences. Among the identified DNA aptamers, Sp1-G4-6, shown below, was selected as a DNA aptamer with superior Scp1 binding ability based on an analysis of its inhibitory activity against Scp1.

Sp1-G4-6 : 5’-T-AGG-GGGGTA-TTAGGG-AGGGTC-TTAGGG-GTGGGC-TTAGGG-3’(配列番号6)Sp1-G4-6: 5'-T-AGG-GGGGTA-TTAGGG-AGGGTC-TTAGGG-GTGGGC-TTAGGG-3' (SEQ ID NO: 6)

2.Sp1-G4-6のScp1特異性
Sp1-G4-6がScp1特異的に結合することを確認するために、ヒトScp1、ヒトScp3、PPM1A、PPM1D、Fcp1(以下、「Fcp1full-M/H」と称する場合がある)、又はFcp1の部分欠損体(以下、「Fcp1Δins.」と称する場合がある)とSp1-G4-6との結合試験を行った。25ngのヒトScp1、ヒトScp3、PPM1A、PPM1D、Fcp1full-M/H、又はFcp1Δins.をそれぞれ基板上にコーティングした。次いで、基板上に10 nMの5'末端にビオチンを付加したSp1-G4-6及びM1D-Q5Fそれぞれを含むmaleate buffer(pH 5.5、10 mM maleate-KOH、及び140 mM KCl)溶液を滴下し、120分間静置した後に、基板を洗浄した。次いで、ストレプトアビジン結合西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)を加えて、60分間静置した後に、基板を洗浄した。次いで、2,2'-アジノ-ビス(3-エチルベンゾチアゾリン-6-スルホネート)(ABTS)基質を添加した。この基質はHRPによって酸化されて青緑色を生ずる。基質添加後の溶液について、プレートリーダーを用いて405nmにおける吸光度(OD405)を測定した。結果を図24に示す。
2. Scp1 specificity of Sp1-G4-6
To confirm that Sp1-G4-6 specifically binds to Scp1, we performed a binding test between human Scp1, human Scp3, PPM1A, PPM1D, Fcp1 (hereinafter sometimes referred to as "Fcp1full-M/H"), or a partially deleted form of Fcp1 (hereinafter sometimes referred to as "Fcp1Δins.") and Sp1-G4-6. 25 ng of human Scp1, human Scp3, PPM1A, PPM1D, Fcp1full-M/H, or Fcp1Δins was coated on a substrate. Then, a maleate buffer (pH 5.5, 10 mM maleate-KOH, and 140 mM KCl) solution containing 10 nM of Sp1-G4-6 and M1D-Q5F with biotin added to the 5' end was dropped on the substrate, and the substrate was washed after standing for 120 minutes. Streptavidin-conjugated horseradish peroxidase (HRP) was then added and allowed to stand for 60 minutes, after which the substrate was washed. 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonate) (ABTS) substrate was then added. This substrate is oxidized by HRP to produce a blue-green color. The absorbance (OD405) of the solution after the addition of the substrate was measured at 405 nm using a plate reader. The results are shown in Figure 24.

図24から、Sp1-G4-6がScp1特異的に結合することが確認された。 Figure 24 confirms that Sp1-G4-6 specifically binds to Scp1.

3.Sp1-G4-6のScp1に対する結合試験
Sp1-G4-6のScp1に対する結合能が配列特異的なものであることを確認するために、Sp1-G4-6及び以下の表5に示すDNAアプタマーを用いて、ELISA解析を行なった。
3. Binding test of Sp1-G4-6 to Scp1
To confirm that the binding ability of Sp1-G4-6 to Scp1 is sequence-specific, ELISA analysis was performed using Sp1-G4-6 and the DNA aptamers shown in Table 5 below.

Figure 0007477886000005
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具体的には、以下に示す手順に従い、行った。25 ngのヒトScp1をそれぞれ基板上にコーティングした。次いで、基板上に10 nMの5’末端にビオチンを付加したSp1-G4-6、並びに、0、0.1、1、5、10、50、100 nMの非ビオチン化アプタマー(Sp1-G4-6、Sp1-G4-6A、Sp1-G4-7、M1D-Q4)を含むmaleate buffer(pH 5.5、10 mM maleate-KOH、140 mM KCl、及び0.05% Tween)を滴下し、120分間静置した後に、基板を洗浄した。次いで、ストレプトアビジン結合西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)を加えて、60分間静置した後に基盤を洗浄した。次いで、2,2’-アジノ-ビス(3-エチルベンゾチアゾリン-6-スルホネート)(ABTS)基質を添加した。この基質はHRPによって酸化されて青緑色を生ずる。基質添加後の溶液について、プレートリーダーを用いて405 nmにおける吸光度(OD405)を測定した。測定した結果を図25に示す。Specifically, the procedure was as follows: 25 ng of human Scp1 was coated on the substrate. Then, 10 nM of Sp1-G4-6 with biotin added to the 5' end and 0, 0.1, 1, 5, 10, 50, and 100 nM of non-biotinylated aptamers (Sp1-G4-6, Sp1-G4-6A, Sp1-G4-7, M1D-Q4) were dropped onto the substrate in maleate buffer (pH 5.5, 10 mM maleate-KOH, 140 mM KCl, and 0.05% Tween) and left for 120 minutes, after which the substrate was washed. Next, streptavidin-bound horseradish peroxidase (HRP) was added, left for 60 minutes, and then the substrate was washed. Next, 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonate) (ABTS) substrate was added. This substrate is oxidized by HRP to produce a blue-green color. After the addition of the substrate, the absorbance at 405 nm (OD405) of the solution was measured using a plate reader. The measurement results are shown in FIG.

図25から、Sp1-G4-6のScp1に対する結合は、配列特異的であることが確かめられた。 Figure 25 confirms that the binding of Sp1-G4-6 to Scp1 is sequence-specific.

4.Sp1-G4-6のScp1に対する結合部位の特定
Sp1-G4-6のScp1に対する結合部位を特定するために、全長ヒトScp1(以下、「hScp1 full」と称する場合がある)及びヒトScp1のN末端領域の76アミノ酸残基の欠損体(以下、「hScp1 ΔN」と称する場合がある)とSp1-G4-6との結合試験を行った。25ngのhScp1 full及びhScp1 ΔNを基板上にコーティングし、10 nMの5'末端にビオチンを付加したSp1-G4-6を含むmaleate buffer(pH 5.5、10 mM maleate-KOH、及び140 mM KCl)溶液を滴下し、120分間静置した後に、基板を洗浄した。次いで、ストレプトアビジン結合西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)を加えて、60分間静置した後に、基板を洗浄した。次いで、2,2'-アジノ-ビス(3-エチルベンゾチアゾリン-6-スルホネート)(ABTS)基質を添加した。この基質はHRPによって酸化されて青緑色を生ずる。基質添加後の溶液について、プレートリーダーを用いて405nmにおける吸光度(OD405)を測定した。結果を図26に示す。
4. Identification of the binding site of Sp1-G4-6 for Scp1
To identify the binding site of Sp1-G4-6 to Scp1, we performed a binding test between full-length human Scp1 (hereinafter sometimes referred to as "hScp1 full") and a deletion of 76 amino acid residues in the N-terminal region of human Scp1 (hereinafter sometimes referred to as "hScp1 ΔN") and Sp1-G4-6. 25 ng of hScp1 full and hScp1 ΔN were coated on a substrate, and a maleate buffer (pH 5.5, 10 mM maleate-KOH, and 140 mM KCl) solution containing 10 nM Sp1-G4-6 with biotin added to the 5' end was dropped, and the substrate was washed after leaving it for 120 minutes. Next, streptavidin-bound horseradish peroxidase (HRP) was added, and the substrate was washed after leaving it for 60 minutes. Next, 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonate) (ABTS) substrate was added. This substrate is oxidized by HRP to produce a blue-green color. After addition of the substrate, the absorbance at 405 nm (OD405) of the solution was measured using a plate reader. The results are shown in FIG.

図26から、Sp1-G4-6がScp1のN末端領域の76アミノ酸残基に結合及び認識としていることが明らかとなった。 Figure 26 reveals that Sp1-G4-6 binds to and recognizes 76 amino acid residues in the N-terminal region of Scp1.

5.Sp1-G4-6のCDスペクトル
円偏光二色性分光計(日本分光社製、型番:JASCO CD J-720WI)を用いて、各濃度のカリウムイオン存在下でのSp1-G4-6のCDスペクトルを得た。結果を図27に示す。
5. CD spectrum of Sp1-G4-6 The CD spectrum of Sp1-G4-6 in the presence of potassium ions at various concentrations was obtained using a circular dichroism spectrometer (JASCO Corporation, model number: JASCO CD J-720WI). The results are shown in FIG.

図27から、Sp1-G4-6がカリウムイオンに応答しプロペラ型のG-quadruplex構造への変化を示すことが明らかとなった。 Figure 27 reveals that Sp1-G4-6 changes to a propeller-type G-quadruplex structure in response to potassium ions.

次いで、図27に示すグラフから、CDスペクトルにおけるピーク波長(M1D-Q5F:267nm、G4CAA1及びG4CAA2:267nm、Sp1-G4-6:265.5nm)におけるカリウムイオンの濃度の違いによる変化を解析したグラフを図28に示す。図28では、カリウムイオン非存在下のモル楕円率を0%、ピーク波長における最もモル楕円率が高い点を100%とした際に、どの程度のイオン濃度のレンジでアプタマーの構造が変化しているかを示している。Next, Figure 28 shows a graph analyzing the change due to different potassium ion concentrations at the peak wavelengths in the CD spectrum (M1D-Q5F: 267 nm, G4CAA1 and G4CAA2: 267 nm, Sp1-G4-6: 265.5 nm) from the graph shown in Figure 27. Figure 28 shows the range of ion concentrations over which the structure of the aptamer changes when the molar ellipticity in the absence of potassium ions is set to 0% and the point with the highest molar ellipticity at the peak wavelength is set to 100%.

図28から、Sp1-G4-6のグアニン四重鎖構造の誘起が、M1D-Q5Fと比べて低濃度のカリウムイオン濃度であって、G4CAA1及びG4CAA2よりも高濃度のカリウムイオン濃度で引き起こされることが明らかとなった。 Figure 28 reveals that the induction of G-quadruplex structure in Sp1-G4-6 is induced at a lower potassium ion concentration than in M1D-Q5F, but at a higher potassium ion concentration than in G4CAA1 and G4CAA2.

6.Sp1-G4-6のヌクレアーゼ耐性
75mMの塩化カリウム存在下又は非存在下のSp1-G4-6(3μM:蛍光標識0.5 μM及び蛍光非標識2.5 μM)に10μg/mLのDNase Iを添加し、添加から0、10、20、30及び60分後にサンプルを回収して、ポリアクリルアミドゲル電気泳動を用いてヌクレアーゼ耐性を確認した。
6. Nuclease resistance of Sp1-G4-6
10 μg/mL DNase I was added to Sp1-G4-6 (3 μM: fluorescently labeled 0.5 μM and unlabeled 2.5 μM) in the presence or absence of 75 mM potassium chloride, and samples were collected 0, 10, 20, 30, and 60 minutes after addition, and nuclease resistance was confirmed using polyacrylamide gel electrophoresis.

ポリアクリルアミドゲル電気泳動のバンドのシグナルを定量化したグラフを図29に示す。図29において、各条件下の0分でのバンドのシグナルを100%としたときの相対値で表している。A graph quantifying the band signals from polyacrylamide gel electrophoresis is shown in Figure 29. In Figure 29, the band signals at 0 minutes under each condition are expressed as relative values, with the signal being 100%.

図29から、カリウムイオン存在下のSp1-G4-6は、ヌクレアーゼ耐性を有することが明らかとなった。
このことから、グアニン四重鎖構造の形成により、Sp1-G4-6のヌクレアーゼ耐性が上昇することが示唆された。
FIG. 29 reveals that Sp1-G4-6 in the presence of potassium ions has nuclease resistance.
This suggests that the formation of a G-quadruplex structure increases the nuclease resistance of Sp1-G4-6.

7.Sp1-G4-6の血清安定性
Sp1-G4-6(3μM:蛍光標識0.5 μM及び蛍光非標識2.5 μM)を、10%のウシ胎児血清(FBS)、110mMの塩化ナトリウム及び5mMの塩化カリウムを含むダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)に添加し、0、1、2、3、5日間インキュベートした。各時間経過後にサンプルを回収して、ポリアクリルアミドゲル電気泳動を用いてSp1-G4-6の血清存在下での安定性を確認した。ポリアクリルアミドゲル電気泳動のバンドのシグナルを定量化したグラフを図30に示す。図30において、各条件下の0時間後(インキュベート開始時)でのバンドのシグナルを100%としたときの相対値で表している。
7. Serum stability of Sp1-G4-6
Sp1-G4-6 (3 μM: fluorescently labeled 0.5 μM and fluorescently unlabeled 2.5 μM) was added to Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM) containing 10% fetal bovine serum (FBS), 110 mM sodium chloride, and 5 mM potassium chloride, and incubated for 0, 1, 2, 3, and 5 days. Samples were collected after each time period, and the stability of Sp1-G4-6 in the presence of serum was confirmed using polyacrylamide gel electrophoresis. A graph of the quantification of the band signals in polyacrylamide gel electrophoresis is shown in FIG. 30. In FIG. 30, the band signals at 0 hours (at the start of incubation) under each condition are expressed as relative values relative to 100%.

図30から、Sp1-G4-6はカリウムイオン存在下で血清安定性を有することが確かめられた。
以上のことから、グアニン四重鎖構造の形成により、インビボ系においてSp1-G4-6は高い安定性を有することが示唆された。
FIG. 30 confirms that Sp1-G4-6 has serum stability in the presence of potassium ions.
These findings suggest that the formation of a G-quadruplex structure confers high stability to Sp1-G4-6 in vivo.

8.Sp1-G4-6の細胞膜透過性
TAMRA標識したSp1-G4-6(3μM)をMCF7細胞に添加し、48時間培養した(Auto-penetration法)。培養後、核染色用のDAPI(4',6-diamidino-2-phenylindole)を用いた蛍光染色を行い、細胞を分光型共焦点レーザー走査顕微鏡(オリンパス製、型番:FV1200)、倍率:(全体像)40倍で観察した。結果を図31に示す。図31において、上段、中段及び下段は、いずれもFV1200での観察像であり、同じサンプルの異なる視野での観察像である。「DIC」は、Differential interference contrastの略であり、微分干渉観察像を示す。また、一番右の蛍光像(Z-Stack)は、右から2番目の蛍光像(Merge)において、DAPIの染色像内部におけるSp1-G4-6の局在点を中心に、X軸(横軸)、Y軸(縦軸)で切断した断面をオリンパスFV31S-SWソフトウェアで解析した。その結果をそれぞれ下側(X軸)及び右側(Y軸)に示している。
8. Cell membrane permeability of Sp1-G4-6
TAMRA-labeled Sp1-G4-6 (3 μM) was added to MCF7 cells and cultured for 48 hours (auto-penetration method). After culture, fluorescent staining was performed using DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole) for nuclear staining, and the cells were observed with a spectroscopic confocal laser scanning microscope (Olympus, model number: FV1200) at a magnification of 40 times (overall image). The results are shown in Figure 31. In Figure 31, the upper, middle, and lower rows are all images observed with FV1200, and are images observed in different fields of view of the same sample. "DIC" is an abbreviation for Differential interference contrast, and indicates a differential interference observation image. The rightmost fluorescent image (Z-Stack) was analyzed using Olympus FV31S-SW software on a cross section cut along the X-axis (horizontal axis) and Y-axis (vertical axis) at the center of the Sp1-G4-6 localization point within the DAPI stained image in the second fluorescent image from the right (Merge). The results are shown on the lower (X-axis) and right (Y-axis), respectively.

図31から、Sp1-G4-6は、グアニン四重鎖構造を形成することで、導入剤不使用のAuto-penetration法により細胞膜を透過することが確かめられた。また、細胞内に導入されたSp1-G4-6は、核内、核膜周辺の細胞質にドット状に局在し、細胞膜にも局在することが明らかとなった。
Scp1は、細胞内において、核内と細胞質(特に、ゴルジ体)にドット状に局在し、パルミトイル化により細胞質にも局在することが報告されている。よって、Sp1-G4-6は、Scp1と同様の局在を示すことが確かめられた。
As shown in Figure 31, Sp1-G4-6 was confirmed to penetrate the cell membrane by forming a G-quadruplex structure using the auto-penetration method without the use of an introducing agent. In addition, it was revealed that Sp1-G4-6 introduced into cells was localized in the nucleus and in the cytoplasm around the nuclear membrane in dots, and also localized in the cell membrane.
It has been reported that Scp1 is localized in the nucleus and cytoplasm (especially the Golgi apparatus) in a dot-like manner, and that palmitoylation leads to localization in the cytoplasm. Therefore, it was confirmed that Sp1-G4-6 shows a similar localization to Scp1.

[実施例7]
1.SELEX法を用いたマンガンイオン結合DNAアプタマーのスクリーニング
独自に開発したイオン刺激応答性DNAアプタマーのライブラリについて、SELEX法を用いてマンガンイオン存在下でグアニン四重鎖構造を形成し、マンガンイオンに特異的に結合するDNAアプタマーをスクリーニングした。イオン刺激応答性DNAアプタマーは下記一般式(II)に示される塩基配列からなる。なお、一般式(II)中、Nは任意の塩基であり、アデニン、グアニン、シトシン又はチミンのいずれかの塩基である。「common seq.」は、common sequence(共通配列)の略記であり、DNAアプタマーの増幅のために用いられたプライマー配列である。また、一般式(I)において「AGGG」及び3つの「TTAGGG」からなる4組のグアニンを含む配列によりグアニン四重鎖構造が形成される。なお、「common seq.」以外の部分の塩基配列を配列番号22に示す。
[Example 7]
1. Screening of manganese ion-binding DNA aptamers using the SELEX method A library of ion-stimulus-responsive DNA aptamers developed independently was screened for DNA aptamers that form a guanine quadruplex structure in the presence of manganese ions and specifically bind to manganese ions using the SELEX method. The ion-stimulus-responsive DNA aptamer is composed of a base sequence shown in the following general formula (II). In general formula (II), N is any base, and is any of adenine, guanine, cytosine, and thymine. "Common seq." is an abbreviation for common sequence, and is a primer sequence used for amplifying the DNA aptamer. In addition, in general formula (I), a guanine quadruplex structure is formed by a sequence containing four pairs of guanines consisting of "AGGG" and three "TTAGGG". In addition, the base sequence of the part other than "common seq." is shown in SEQ ID NO: 22.

5’-(common seq.)-AGGG-N6-TTAGGG-N6-TTAGGG-N6-TTAGGG-(common seq.)-3’ (II) 5'-(common sequence)-AGGG- N6 -TTAGGG- N6 -TTAGGG- N6 -TTAGGG-(common sequence)-3' (II)

上記IRDAptamerライブラリ5 μM、Mn2+ 10 mM の条件下で10分間インキュベートし、遠心分離によりMn2+とIRDAptamerの沈殿を回収した。10 mM Mn2+溶液で2回洗浄し、非特異的に結合する分子を除いた後、沈殿にH2O 50 μL加え、95℃で10分間溶解させた。 The above IRD Adaptamer library was incubated at 5 μM and Mn 2+ 10 mM for 10 minutes, and the precipitates of Mn 2+ and IRD Adaptamer were collected by centrifugation. After washing twice with 10 mM Mn 2+ solution to remove non-specifically bound molecules, 50 μL of H 2 O was added to the precipitate and dissolved at 95°C for 10 minutes.

上記に示す処理を8ラウンド繰り返し、得られたDNAアプタマーをクローニングし、シーケンシングを行って、配列を同定した。同定されたDNAアプタマーのうち、マンガンイオン応答性DNAアプタマーとして以下に示すMnG4C1を選択した。The above process was repeated eight rounds, and the resulting DNA aptamers were cloned and sequenced to identify the sequences. Among the identified DNA aptamers, MnG4C1, shown below, was selected as a manganese ion-responsive DNA aptamer.

MnG4C1 : 5’-A-GGG-GGGGAG-TTAGGG-CGCACG-TTAGGG-GTGCTA-TTAGGG-3’(配列番号7)MnG4C1: 5'-A-GGG-GGGGAG-TTAGGG-CGCACG-TTAGGG-GTGCTA-TTAGGG-3' (SEQ ID NO: 7)

2.MnG4C1のCDスペクトル
円偏光二色性分光計(日本分光社製、型番:JASCO CD J-720WI)を用いて、各濃度(0(H2O)、0.05、0.1、0.5、1、及び10mM)のマンガンイオン存在下でのMnG4C1のCDスペクトルを得た。結果を図32に示す。
2. CD spectrum of MnG4C1 Using a circular dichroism spectrometer (JASCO Corporation, model number: JASCO CD J-720WI), CD spectra of MnG4C1 in the presence of manganese ions at various concentrations (0 (H 2 O), 0.05, 0.1, 0.5, 1, and 10 mM) were obtained. The results are shown in FIG.

図32から、MnG4C1がマンガンイオンに応答し、濃度依存的に構造変化することが明らかとなった。また、図32から、MnG4C1がマンガンイオンに応答しプロペラ型のG-quadruplex様構造への変化を示すことが明らかとなった。 Figure 32 reveals that MnG4C1 responds to manganese ions and undergoes a concentration-dependent structural change. Figure 32 also reveals that MnG4C1 responds to manganese ions and changes to a propeller-type G-quadruplex-like structure.

3.MnG4C1を用いたマンガンイオン濃度の検出
MnG4C1の5’末端にFAMを、3’末端にTAMRAを結合し標識した。FAM及びTAMRAは、FRETを起こし得る組み合わせの標識物質であり、MnG4C1がグアニン四重鎖構造を形成することで、それら標識物質の距離が近づきFRETを起こすことで蛍光を発する。FAM及びTAMRAで標識されたMnG4C1(0.2μM)を、各濃度(0、0.1、0.25、0.5、0.75、1、2、3、5、10、20 μM)のマンガンイオンを含む溶液に添加した。分光光度計を用いて蛍光スペクトルを測定した。結果を図33に示す。
3. Detection of manganese ion concentration using MnG4C1
MnG4C1 was labeled by binding FAM to the 5' end and TAMRA to the 3' end. FAM and TAMRA are a combination of labeling substances that can cause FRET. When MnG4C1 forms a G-quadruplex structure, the distance between the labeling substances approaches, causing FRET and emitting fluorescence. MnG4C1 (0.2 μM) labeled with FAM and TAMRA was added to a solution containing manganese ions at various concentrations (0, 0.1, 0.25, 0.5, 0.75, 1, 2, 3, 5, 10, 20 μM). The fluorescence spectrum was measured using a spectrophotometer. The results are shown in Figure 33.

図33から、FRETを起こし得る標識物質を用いてMnG4C1の5’末端及び3’末端を標識することで、マンガンイオン濃度を観測できることが確かめられた。 Figure 33 confirms that manganese ion concentration can be observed by labeling the 5' and 3' ends of MnG4C1 with a labeling substance capable of causing FRET.

4.チオフラビンTを用いたMnG4C1のグアニン四重鎖構造の検出
MnG4C1 1 μMと3 μM チオフラビンTを含む50 mM Tris-HCl(pH 7.5)溶液に、マンガンイオン(0、0.1、1、10、100 μM)を添加した。分光光度計を用いて蛍光スペクトルを測定した。結果を図34に示す。
4. Detection of G-quadruplex structure of MnG4C1 using Thioflavin T
Manganese ions (0, 0.1, 1, 10, 100 μM) were added to a 50 mM Tris-HCl (pH 7.5) solution containing 1 μM MnG4C1 and 3 μM thioflavin T. The fluorescence spectrum was measured using a spectrophotometer. The results are shown in FIG.

図34から、MnG4C1の構造変化は、グアニン四重鎖構造への結合能を有する蛍光分子であるチオフラビンTを用いることで観察できることが確かめられた。 Figure 34 confirms that the structural changes of MnG4C1 can be observed using thioflavin T, a fluorescent molecule that has the ability to bind to G-quadruplex structures.

5.MnG4C1の細胞膜透過性
FAM及びTAMRAで標識されたMnG4C1(3μM)をMCF7細胞に添加し、48時間培養した(Auto-penetration法)。培養後、核染色用のDAPI(4',6-diamidino-2-phenylindole)を用いた蛍光染色を行った。蛍光染色後の細胞を蛍光染色後の細胞をスピニングディスク型共焦点レーザー顕微鏡(オリンパス製、型番:SpinSR10)、倍率:(全体像)100倍で観察した。結果を図35に示す。
5. Cell membrane permeability of MnG4C1
MnG4C1 (3 μM) labeled with FAM and TAMRA was added to MCF7 cells and cultured for 48 hours (auto-penetration method). After culture, fluorescent staining was performed using DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole) for nuclear staining. The fluorescently stained cells were observed with a spinning disk confocal laser microscope (Olympus, model number: SpinSR10) at a magnification of 100 times (overall image). The results are shown in Figure 35.

図35から、MnG4C1は、M1D-Q5M、G4CAA1及びG4CAA2と同様に、グアニン四重鎖構造を形成することで、導入剤不使用のAuto-penetration法により細胞膜を透過することが確かめられた。 Figure 35 confirms that MnG4C1, like M1D-Q5M, G4CAA1 and G4CAA2, is able to penetrate cell membranes by forming a G-quadruplex structure using the auto-penetration method without the use of any introducing agent.

以上のことから、以下の配列番号4に示される塩基配列からなる構造を有するDNAアプタマーは、陽イオン存在下で細胞膜透過能を発揮できることが明らかとなった。From the above, it has become clear that a DNA aptamer having a structure consisting of the base sequence shown in sequence number 4 below can exhibit cell membrane permeability in the presence of cations.

5’-N-RGG-NNNNNN-TTAGGG-NNNNNN-TTAGGG-NNNNNN-TTAGGG-3’(配列番号4)5'-N-RGG-NNNNNN-TTAGGG-NNNNNN-TTAGGG-NNNNNN-TTAGGG-3' (SEQ ID NO: 4)

本実施形態の核酸アプタマーによれば、細胞内の任意の標的分子に対する結合能及び細胞膜透過能を時空間的に制御可能である核酸アプタマーを提供することができる。 According to the nucleic acid aptamer of this embodiment, it is possible to provide a nucleic acid aptamer whose binding ability to any target molecule within a cell and cell membrane permeability can be controlled in time and space.

1a:第1領域
1b:第2領域
1c:第3領域
1d:第4領域
2a:連結領域A
2b:連結領域B
2c:連結領域C
3:3’末端付加配列
4:陽イオン(M
10,20:核酸アプタマー
1a: First region 1b: Second region 1c: Third region 1d: Fourth region 2a: Connecting region A
2b: Linking region B
2c: Linking region C
3: 3'-terminal additional sequence 4: Cation (M + )
10, 20: Nucleic acid aptamer

Claims (8)

陽イオン存在下でグアニン四重鎖構造を形成し、細胞膜透過能を有する、核酸アプタマーであって、グアニン四重鎖構造を形成する第1領域、第2領域、第3領域及び第4領域と、前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域のそれぞれの間に連結領域A、連結領域B及び連結領域Cと、を有し、前記第1領域は配列番号1に示される塩基配列からなり、前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域はそれぞれ配列番号2に示される塩基配列からなり、前記連結領域A、前記連結領域B及び前記連結領域Cからなる群より選ばれる少なくとも1つの領域は、陽イオン存在下で標的分子への特異的な結合能を有し、配列番号5~7のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む、核酸アプタマー。A nucleic acid aptamer that forms a G-quadruplex structure in the presence of cations and has a cell membrane permeability, the nucleic acid aptamer having a first region, a second region, a third region, and a fourth region that form a G-quadruplex structure, and a linking region A, a linking region B, and a linking region C between the first region, the second region, the third region, and the fourth region, respectively, wherein the first region has a base sequence shown in SEQ ID NO: 1, and the second region, the third region, and the fourth region each have a base sequence shown in SEQ ID NO: 2, and at least one region selected from the group consisting of the linking region A, the linking region B, and the linking region C has a specific binding ability to a target molecule in the presence of cations, and comprises a polynucleotide having a base sequence shown in any of SEQ ID NOs: 5 to 7. 前記陽イオンが特定の種類の陽イオンである、請求項1に記載の核酸アプタマー The nucleic acid aptamer of claim 1 , wherein the cation is a specific type of cation. 前記第4領域の下流に、3’末端付加配列を更に有し、
前記3’末端付加配列は、配列番号3に示される塩基配列からなる、請求項1又は2に記載の核酸アプタマー
Further comprising a 3'-terminal additional sequence downstream of the fourth region,
The nucleic acid aptamer according to claim 1 or 2, wherein the 3'-terminal additional sequence consists of the base sequence shown in SEQ ID NO:3.
配列番号4に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の核酸アプタマー The nucleic acid aptamer according to any one of claims 1 to 3, comprising a polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO:4. 請求項1~4のいずれか1項に記載の核酸アプタマーを含む、医薬。A pharmaceutical comprising the nucleic acid aptamer according to any one of claims 1 to 4. 請求項1~4のいずれか1項に記載の核酸アプタマーを含む、治療薬。A therapeutic agent comprising the nucleic acid aptamer according to any one of claims 1 to 4. 請求項1~4のいずれか1項に記載の核酸アプタマーを含む、核酸アプタマー薬剤。A nucleic acid aptamer drug comprising the nucleic acid aptamer according to any one of claims 1 to 4. 陽イオン存在下でグアニン四重鎖構造を形成し、細胞膜透過能を有する、刺激応答性アプタマーをデザインする方法であって、A method for designing a stimuli-responsive aptamer that forms a G-quadruplex structure in the presence of a cation and has cell membrane permeability, comprising the steps of:
グアニン四重鎖構造を形成する第1領域、第2領域、第3領域及び第4領域と、a first region, a second region, a third region and a fourth region which form a G-quadruplex structure;
前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域のそれぞれの間に連結領域A、連結領域B及び連結領域Cと、を有し、a connecting region A, a connecting region B, and a connecting region C between the first region, the second region, the third region, and the fourth region, respectively;
前記第1領域は配列番号1に示される塩基配列からなり、The first region consists of the base sequence shown in SEQ ID NO:1,
前記第2領域、前記第3領域及び前記第4領域はそれぞれ配列番号2に示される塩基配列からなり、the second region, the third region, and the fourth region each have a base sequence as shown in SEQ ID NO:2,
前記連結領域A、前記連結領域B及び前記連結領域Cからなる群より選ばれる少なくとも1つの領域は、陽イオン存在下で標的分子への特異的な結合能を有するものから選択する、刺激応答性アプタマーをデザインする方法。A method for designing a stimuli-responsive aptamer, wherein at least one region selected from the group consisting of linking region A, linking region B and linking region C is selected from those that have specific binding ability to a target molecule in the presence of cations.
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