JPH03184992A - オリゴヌクレオチド誘導体及びその製造方法 - Google Patents

オリゴヌクレオチド誘導体及びその製造方法

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JPH03184992A
JPH03184992A JP2241238A JP24123890A JPH03184992A JP H03184992 A JPH03184992 A JP H03184992A JP 2241238 A JP2241238 A JP 2241238A JP 24123890 A JP24123890 A JP 24123890A JP H03184992 A JPH03184992 A JP H03184992A
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JP
Japan
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oligonucleotide
group
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JP2241238A
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Hiroaki Yamagishi
裕明 山岸
Yoshitami Mitoma
恵民 三苫
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Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07HSUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
    • C07H21/00Compounds containing two or more mononucleotide units having separate phosphate or polyphosphate groups linked by saccharide radicals of nucleoside groups, e.g. nucleic acids
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/55Design of synthesis routes, e.g. reducing the use of auxiliary or protecting groups

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はオリゴヌクレオチドの5−末端の水酸基に、リ
ンカ−を介して標識物質又は担体に結合させるための官
能基が導入されたオリゴヌクレオチド誘導体並びにその
製造方法に関するものである。
(従来の技術と課題) 従来、核酸は種々の分野で利用されている。例えば、有
用蛋白質のアミノ酸配列を暗号化する核酸を使用するこ
とで該有用な蛋白質を人工的に生産することが可能であ
り、合成核酸を使用することで遺伝子診断、遺伝子探査
等が可能である。また、核酸を固定化した担体を使用す
れば溶液からmRNA等を分離・精製することが可能で
あり、更には核酸の塩基配列の決定(サンガー法等)に
於けるブライマーとしても使用可能である。
ところで、前記した様な核酸の利用において特に核酸を
担体等に固定化して使用する場合、従来、例えば担体の
エポキシ基と核酸塩基中のアミノ基を反応させる方法が
知られている。しかし、該方法では担体への核酸の固定
化量は微量であり、また、核酸が担体に多点結合してし
まう結果、動的自由度が失なわれ易いという課題がある
また、核酸をプローブ(探査子)として使用する場合に
は、放射性同位原素、酵素、蛍光物質等を標識物質(ラ
ベル)として使用しているが、これらのプローブを製造
する方法としえは、例えば標識物質を予め結合させたヌ
クレオチドモノマを、ターミナルトランスフェラーゼを
使用して核酸(DNA)の3′末端に取込ませたり、ニ
ックトランスレーション法等が知ら・れでいる。しかし
、これらの方法においては、特殊な酵素を使用するため
にコストがかかり、また、酵素反応を利用するものであ
るために操作が複雑であり時間がかかる等の課題がある
。しかも、後者の方法では、均一で任意の塩基配列を有
する核酸プローブの合成は困難である等の課題がある。
(課題を解決するための手段) 以上のようなpisを解決するため、本発明者らは担体
に結合させたり標識物質を導入するための官能基を有す
るオリゴヌクレオチド誘導体について研究した結果、本
発明を完成した。即ち本発明は、下式の又は■で示され
るオリゴヌクレオチド誘導体並びに該誘導体の製造方法
を提供するものである。以下本発明の詳細な説明する。
;式の ;式■ (ただし、mは自然数、Bはヌクレオチドを構威す邑ア
デニン、チミン、シトシン又はケアニンかキシリボース
残基、Xは他の物質と反応可能な官能基、Yはリンカ−
をそれぞれ示す) 本発明が提供する前記式■又は■のオリゴヌクレオチド
誘導体は、以下の式■で示される中間体より製造される
ものである。
;式■ に2 (ただし、式中、−CORIはオリゴヌクレオチドの3
′末端の水酸基の保護基、R2はリン酸の保護基、B′
は必要に応じて保護されたヌクレオチドを構成するアデ
ニン、チミン、シトシン又はグアニンから選ばれる塩基
をそれぞれ示し、他の記号は前記に同じ) 式■の中間体は、例えばトリエステル法やフォスフォア
ミグイト法(丸善出版、ヌクレオシド、ヌクレオチドの
合成)等の既知の核酸合成法により製造することが出来
る。製造方法自体はこれらの例示に限定されるものでは
ない。また、この前駆体中のオリゴヌクレオチドの塩基
配列は任意である。
前記式■の中間体の5′末端の水酸基を、例えばN、N
’ −カルポニルジイミダゾル、2−F 1uoro−
1−MetylPyridinium塩等の水酸基を活
性化する試薬により活性化し、NH2−Y−X (ただ
し、Y及びXは前記におなじ)型の化合物を反応させ、
縮合させて−Nl(C00−−NH−CH2−を形成し
た後、脱保護処理を実施して保護基をはずすことで本発
明が提供するオリゴヌクレオチド誘導体を製造すること
が出来る。官能基(X)としては1級又は2級アミン、
カルボキシル基、チオール基、ヒドロキシル基等が例示
出来る。官能基は、標識又は製造されたオリゴヌクレオ
チド誘導体を結合させようとする担体中の化学反応可能
な基との関係において決定すれば良い。ここで、官能基
としてカルボキシル基又はチオール基を使用する場合に
は、該官能基を適当な保護基により保護しておくことが
好ましい。アミノ基と官能基をつなぐリンカ−(Y)と
しては、骨格部分の原子数が2から30の直鎖又は分岐
鎖を有する鎖状化合物を使用すると良い。
例えば、骨格部分の原子数が2から30の炭素からなる
直鎖又は分岐鎖のアルキレン鎖が例示出来る。アルキレ
ン鎖において、炭素数が増すと製造されたオリゴヌクレ
オチド誘導体の溶解度及び親水性が低下するため、この
問題を解消するために直鎖又は分岐鎖中に親水基等を含
有するようなリンカ−を使用しても良い。
官能基がアミノ基である、NH2−Y−X型化合物につ
いて、その−例を例示すれば、リンカ−(Y)がアルキ
レン鎖のみのN H2−(CH) n−NH,、型の化
合物がある。n=1の場合には該化合物はジアミノメタ
ンであり、以下n−2,3゜4.5.6・・・nの場合
には該化合物はエチレンジアミン、トリメチレンジアミ
ン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン
、ヘキサメチレンジアミン・・・である。nが大きくな
るに従って、該化合物は疎水性を増大するため、nが1
0以下の化合物が好ましい。これら化合物においては、
炭素鎖途中に分岐鎖があっても良い。
本発明においては、リンカ一部分をより長くすることも
可能である。即ち、リンカ−の骨格部分に親水性の基を
導入すれば良い。例えば−CH2CH2−NH−構造を
1個以上有する化合物としては例えばテトラエチレンペ
ンタミン、ペンタエチレンへキサミン等が例示出来る。
また、−CH−CH2−0−構造を1個以上有する化合
物としてはビス(3−アミノプロピル)エーテル、エチ
レングリコールビス(3−アミノプロピル)エーテル、
ジエチレングリコールビス(3−アミノプロピル)エー
テル、1.4ブタンジオールビス(3−アミノプロピル
)エーテル等が例示出来る。これらの例示以外にも、例
えばアミド結合、3級アミン、ヒドロキシル基、ジスル
フィド基、シクロヘキシル基等を含むものが例示出来る
本発明においては、リンカ一部分にも官能基を導入する
ことができる。即ち、例えばリンカ一部分(Y)にアミ
ノ基を有する分岐鎖を導入するこ0 とにより、標識物質を1以上結合したヌクレオチド誘導
体を製造することが可能になり、又は結合させようとす
る担体への固定化率の良いヌクレオチド誘導体を製造し
、得ることが出来る。
ここで、前記式■中のB(即ち、本発明が提供する前記
の又は■で示されるオリゴヌクレオチド誘導体中のB)
は、ヌクレオチドを構成する塩基であり、これらの配列
は製造された誘導体が核酸プローブとしての作用または
mRNA等の精製・及び5′位の水酸基を欠くデオキシ
ヌクレオシドで認識される化合物である。
前記式■中、B′中のアミノ基の保護基としては、アル
カリ条件下で脱保護可能なものが好ましく、例えば28
%Wt、アンモニア水溶液中にて55℃で5〜24時間
の処理脱保護可能なベンゾ1 イル基又はイソブチリル基等が例示出来る。
C0RIはオリゴヌクレオチドの3′末端の水酸基の保
護基であり、アルカリ条件下で脱保護可能なものが好ま
しく、例えば28%Wt、アンモニア水溶液中で脱保護
可能なエステル基等が例示出来る。R1としては、低級
アルキル基、アリル基又は例えばシリカ等の固相合成の
際に用いられる適当なスペーサーを持つ担体等が例示出
来るが、合成土の操作をより簡便なものとするためには
合成担体を選択することが好ましい。
R2はリン酸の保護基であり、チオフェノール処理ある
いはアルカリ条件下で脱保護可能なものが好ましく、例
えばメチル基、β−シアノエチル基等が例示出来る。
以上に説明した本発明が提供する、前記式の又は■で示
されるオリゴヌクレオチド誘導体の製造方法について詳
細にその手順を説明する。
前述のようにして合成された、前記式■に示される中間
体に、有機溶媒に溶解したN、N’ −カルボニルジイ
ミダブルを反応させ、下式■に示さ 2 れる活性型中間体を生成させる。
;式■ 上記式■の活性中間体に、NH2−Y−X型の構造を有
する化合物を反応させて縮合し、−NHCOO−を形成
させることで、5′末端に標識物質又は担体に結合させ
るための官能基(X)を有するオリゴヌクレオチド誘導
体が製造される。
一方、前記式■で示される中間体に、有機溶媒に溶解し
た2−Fluoro−1−MethylPyridin
ium塩を反応させることで下記式■で示される活性中
間体が生成される。
;式■ この活性中間体■にN)I2−Y−X型の構造を有する
化合物を反応させて縮合し、−NH−CH2−を形成さ
せることで、5′末端の炭素に官能基(X)を有するオ
リゴヌクレオチド誘導体が製造される。
以上のようにして製造されたオリゴヌクレオチド誘導体
について、3′末端の水酸基の保護基である一〇ORI
、リン酸基の保護基であるR2及びB′中の塩基の保護
基をはずすことにより本発明のオリゴヌクレオチド誘導
体を製造することが出来る。即ち、前記式■の活性中間
体からは詳しくは前記式〇で示される本発明のオリゴヌ
クレオチド誘導体が、前記式■の活性中間体がらは詳し
くは前記式■で示される本発明のオリゴヌクレオチド誘
導体がそれぞれ製造される。
 4 (発明の効果) 本発明のオリゴヌクレオチド誘導体は、その分子中に通
常存在する、水酸基、リン酸基あるいは塩基部分のアミ
ノ基に比較して反応性の高い、例えば−級アミノ基等の
官能基が導入されたものである。従って、他の化合物、
即ち担体や標識物質と選択的に反応させ、該官能基部分
を結合させることが可能である。しかも、本発明のオリ
ゴヌクレオイド誘導体は、均一で、任意の塩基配列を有
する様にデザインすることが可能である。従って本発明
によれば、アフィニティークロマトグラフ用の固定化ヌ
クレオチドやノ1イブリダイゼーションプローブ等とし
て有用なオリゴヌクレオチドが提供される。
本発明のオリゴヌクレオチド誘導体の製造方法は、従来
の酵素を使用する方法に比較して簡便であり、コスト的
にも安く、短時間のうちに実施可能である。しかも、従
来法ではヌクレオチドモノマーを個々に合成する必要が
あったが、本発明においてはその必要がないから、オリ
ゴヌクレオチ 5 ド誘導体の製造を機械化することをも可能にするもので
ある。
(実施例) 以下に本発明を更に詳細に説明するために実施例を記載
するが、本発明はこれら実施例により限定されるもので
はない。
実施例 1 下に示されるような、5′末端が水酸基であるオリゴヌ
クレオチドを、DNA自動合戊合成(Applied 
 Biosystems社製、38IA)を用いて合成
した。なお、該DNA合成装置はフオスフオアミグイト
法によりDNAを合成ガラスピーズ、R2はβ−シアノ
エチル基、B−は塩基がアデニン又はシトシンの場合は
ペンシイ 6 ル基であり、塩基がグアニンの場合はイソブチリル基で
ある。なお、塩基の配列は、以下の様である。) (5′) CCAGTCACGACGTTGTAAAAC(3′) この5′末端が水酸基であるオリゴヌクレオチドをアセ
トニトリルに溶解した0、5MのN、 N−カルポニル
ジイミダゾルと15分間反応させた後、アセトニトリル
に溶解した1、0Mのエチレンジアミンと室温で15分
間反応させた。この後、室温条件下、28%w t 、
アンモニア溶液中で11時間処理することによりオリゴ
ヌクレオチドを固相から切出し、該溶液中で55℃条件
下、17時間脱保護を行った。
カラムクロマトグラフィーを実施して、製造されたオリ
ゴヌクレオチド誘導体及びDNA合成装置で合成された
オリゴヌクレオチドについてその性質を調査した。
 7 実施例 2 20mM’)リス塩酸緩衝液(pH9,ので平衡化した
DEAE基を有するイオン交換樹脂(DEAE−NPR
カラム、東ソー株式会社製)に実施例1で製造されたオ
リゴヌクレオチド誘導体及び実施例1で合成したオリゴ
ヌクレオチドをそれぞれ30μg添加し、l、Qml/
minの流速で塩化ナトリウムを含む20mMのトリス
塩酸緩衝液(pH9,ので0,2〜0.5Mの塩濃度勾
配を付しながら溶出させた。その結果、5′末端の水酸
基が未修飾のオリゴヌクレオチド(合成されたオリゴヌ
クレオチド)は塩濃度が約0.33Mで溶出し、実施例
1で製造されたオリゴヌクレオチド誘導体は塩濃度が約
0.32Mで溶出した。
この結果は、実施例1により5′末端がアミノ化された
オリゴヌクレオチド誘導体が製造されたことを示すもの
である。
実施例3 20mMリン酸緩衝液(pH6,8)で平衡化 8 したDEAE基を有するイオン交換樹脂(DEAE−5
PWカラム、東ソー株式会社製)に実施例1で製造され
たオリゴヌクレオチド誘導体及び実施例1で合成したオ
リゴヌクレオチドをそれぞれ30μg添加し、1.0m
l/minの流速で塩化ナトリウムを含む20mMのリ
ン酸緩衝液(pH6,8)で0.2〜0.5Mの塩濃度
勾配を付しながら溶出させた。その結果、5′末端の水
酸基が未修飾のオリゴヌクレオチド(合成されたオリゴ
ヌクレオチド)は塩濃度が約0.4Mで溶出し、実施例
1で製造されたオリゴヌクレオチドは塩濃度が約0.3
8Mで溶出した。この結果は、実施例1により5′末端
がアミノ化されたオリゴヌクレオチド誘導体が製造され
たことを示すものである。
結果を図1に示す。
実施例 4 実施例1で製造されたオリゴヌクレオチド誘導体300
μgを50μlの1M炭酸緩衝液(pI(9,のに溶解
した後、ジメチルホルムアミドに溶解したとフルオロセ
インイソチオシアネートを50μl添加して室温条件下
で一晩処理した。反応生成物をゲル濾適用カラム(セフ
ァデックスG25、ファルマシア社製)で分離後、通常
の方法で濃縮し、逆相クロマトグラフィー用カラム(0
,DS−120T、東ソー株式会社製)でリテンション
タイム23〜24分のリテンションタイムのピーク画分
を分取した。逆相クロマトグラフィーの結果を図2に示
す。
分取したピーク画分について、250〜600nmの吸
光スペクトルを調査し、核酸の吸光ピークである260
nm及びフルオロセインの吸光ピークである490nm
の値から、それぞれのモル吸光係数を用いて分子量比を
求めたところ、核酸とフルオロセインの比は1.012
であった。
フルオロセインはオリゴヌクレオチド誘導体中のアミノ
基とのみ結合するから、この結果は実施例1で製造した
オリゴヌクレオチド誘導体には、1のアミノ基が存在す
ることを示すものである。
 0 250〜600nmの吸光スペクトルを図3に示す。
実施例5 DNA合成装置を使用して実施例1と同様のオリゴヌク
レオチドを合成し、アセトニトリルに溶解した0、5.
MのN、N’ −カルポニルジイミダゾルと反応させ、
活性中間体とした後、室温で30分間、トリエチルアミ
ン及び1.0Mの6−アミノ−1−カプロン酸メチル塩
酸塩を溶解したアセトニトリルと反応させた。
なお、6−アミノ−1−カプロン酸メチル塩酸塩は、6
−アミノ−1−カプロン酸を塩化チオニルで活性化後、
メタノールを反応させて合成した。
また、トリエチルアミノは、6−アミノ−1−カプロン
酸メチル塩酸塩をアセトニトリルに溶解する目的で使用
した。
続いて実施例1と同様にしてオリゴヌクレオチドを固相
から切出し、脱保護を行った。
1 実施例 6 実施例2と同様にして、DNA合成装置で合成されたオ
リゴヌクレオチド及び実施例4で製造されたオリゴヌク
レオチド誘導体の性質について調査した。その結果、5
′末端が未修飾のオリゴヌクレオチド(合成されたオリ
ゴヌクレオチド)は塩濃度が約0.33Mで溶出したの
に対し、実施例4で製造されたオリゴヌクレオチド誘導
体は塩濃度が約0.34Mで溶出した。この結果は、製
造されたオリゴヌクレオチド誘導体の5′末端がカルボ
キシル化されていることを示すものである。
実施例 7 DNA合成装置を使用し、実施例1と同様に下記の塩基
配列を有するオリゴヌクレオチドを合成し、アセトニト
リルに溶解した0、5MのN、N’−カルポニルジイミ
ダゾルと反応させ、活性中間体とした後、室温で15分
間、それぞれ1.OMのペンタエチレンへキサミン、N
、N−ビス(3−アミノプロビル)メチレンアミン及び
エチレン 2 グリコールビス(3−アミノプロピル)エーテルを溶解
したアセトニトリルを反応させた。
続いて実施例1と同様にしてオリゴヌクレオチド誘導体
を固相から切出し、脱保護を行った。
(5′) GTTGGGGACTGCGAATTTTGG(3′) 実施例 8 リン酸緩衝液で平衝化したDEAE基を有するイオン交
換樹脂(DEAE−5PWカラム、東ソー株式会社製)
に実施例6のようにして製造されたオリゴヌクレオチド
誘導体及び実施例6で合成されたオリゴヌクレオチドを
それぞれ30μgずつ添加し、1.Oml/minの流
速で0.2〜0.5Mの塩化ナトリウムを用いた塩濃度
勾配を付しながら20mMのリン酸緩衝液(pH6,8
)で溶出させた。その結果、リンカ一部分に−CH2−
CH2−NH−を有するペンタエチレンへキサミンでは
塩濃度が約0.365Mで溶出し、33 級アミノ基を有するN、N−ビス(3アミノプロピル)
メチルアミンの付加したオリゴヌクレオチド誘導体では
塩濃度が約0.375Mで溶出し、また、リンカ一部分
に−CH−CH,、−0−を有するジエチレングリコー
ルビス(3−アミノプロピル)エーテルでは塩濃度が約
0.38Mで溶出した。これらの結果は、スペーサーの
種類により、前記カラムからの溶出時間が異なることを
示すものである。
実施例9 実施例1と同様にしてチミジン21星体を合成し、5′
末端が水酸基のものとアミノ化したものを調製し、IM
−リン酸緩衝液(pH9,のに溶解後、ゲル(トレシル
−5PW、東ソー株式会社製)100■に対して2ml
の割合で混合し、室温で24時間反応させた後に遠心分
離を行った。
ゲルに結合したDNAの量を、前記のDNA溶液2ml
当たりのDNA量及びゲルに結合せずにゲル上清中に残
ったDNAの量を既知量のDNAに4 ついて260nmの吸光度を測定して作成した標準曲線
から求め、これらを差し引いて求めたところ、5′末端
が水酸赳の21m体は固定化量が0゜26μ/■乾燥ゲ
ルであったのに対し、4′アミノ化21量体は2.73
μg/■乾燥ゲルと約10倍量であった。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の実施例3の結果を示すものである。横
軸は時間(分)を示し、縦軸は塩濃度の勾配(M)又は
26.0nmにおける吸光度を示す。 260nmの吸光度変化を示す曲線中、aのピークは約
0.38Mの塩濃度で溶出した、5′末端がアミノ化さ
れたオリゴヌクレオチド誘導体の、bのピークは約01
4Mの塩濃度で溶出した、5′末端が未修飾のオリゴヌ
クレオチドの溶出を示すものである。 図2は、本発明の実施例4の逆相クロマトグラフィーの
結果を示すものである。横軸は時間(分) 5 Onmの吸光度を示す。260nmの吸光度変化を示す
曲線中、aのピークは5′末端が未修飾のオリゴヌクレ
オチドの、bのピークは5′末端がアミノ化されたオリ
ゴヌクレオチド誘導体の溶出を示すものである。 図3は、本発明の実施例4において、リテンションタイ
ムが23〜24分で溶出した画分について250〜60
0nmの吸光スペクトルを測定した結果を示すものであ
る。横軸は波長(nm)を示し、縦軸は各々の波長にお
ける吸光度を示す。 図中、aのピークは260nmに吸光ピークを有するオ
リゴヌクレオチド誘導体に由来するものであり、bのピ
ークは490nmに吸光ピークを有するフルオロセイン
に有由するものである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)下式で示されるオリゴヌクレオチド誘導体(5′
    )▲数式、化学式、表等があります▼(3′) (ただし、mは自然数、Bはヌクレオチドを構成するア
    デニン、チミン、シトシン又はグアニンから選ばれる塩
    基、■は2′デオキシリボースの3′及び5′位の水酸
    基を欠くデオキシリボース残基、Xは他の物質と反応可
    能な官能基、Yはリンカーをそれぞれ示す)
  2. (2)下式で示されるオリゴヌクレオチド誘導体(5′
    )▲数式、化学式、表等があります▼(3′) (ただし、式中の記号は前記に同じ)
  3. (3)Yが、骨格部分の原子数が2〜30の直鎖又は分
    岐鎖を有する鎖状化合物である請求項第(1)項又は第
    (2)項記載のオリゴヌクレオチド誘導体。
  4. (4)式、 (5′)▲数式、化学式、表等があります▼(3′) (ただし、式中、−COR1はオリゴヌクレオチドの3
    ′末端の水酸基の保護基、R2はリン酸の保護基、B′
    は必要に応じて保護されたヌクレオチドを構成するアデ
    ニン、チミン、シトシン又はグアニンから選ばれる塩基
    をそれぞれ示し、他の記号は前記に同じ)で示されるオ
    リゴヌクレオチドをN,N′カルボニルジイミダゾール
    又は2−Fluoro−1−MetylPyridin
    ium塩で活性化し、式、 (5′)▲数式、化学式、表等があります▼(3′) 又は、式、 (5′)▲数式、化学式、表等があります▼(3′) で示される活性中間体を生成させた後、該活性中間体と
    NH_2−Y−X(ただし、Xは官能基であり、Yはリ
    ンカーである)で示される化合物と反応させ、次いで脱
    保護処理して前記保護基をはずすことを特徴とする、請
    求項第(1)〜第(3)項記載のオリゴヌクレオチド誘
    導体の製造方法
JP2241238A 1989-09-14 1990-09-13 オリゴヌクレオチド誘導体及びその製造方法 Pending JPH03184992A (ja)

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