JPH05505937A - 一本鎖dnaの部位特異的切断 - Google Patents
一本鎖dnaの部位特異的切断Info
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- JPH05505937A JPH05505937A JP91507300A JP50730091A JPH05505937A JP H05505937 A JPH05505937 A JP H05505937A JP 91507300 A JP91507300 A JP 91507300A JP 50730091 A JP50730091 A JP 50730091A JP H05505937 A JPH05505937 A JP H05505937A
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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】
一本鎖DNAの部位特異的切断
[発明の背景]
この発明は、全米健康協会の研究助成により行なわれた(承認番号0M2803
9号)。米国政府はこの発明に権利を有する。
この発明は一本鎖デオキシリポ核酸(DNA)の切断方法に関する。
ゾイグおよびシチ、231巻、サイエンス、470頁、1986年は、現在リボ
ザイムと呼ばれる、ある種のリボ核酸(RNA)分子は、−末鎖RNA分子の切
断と結合を触媒することができることを述べている。この活性は、リボヌクレオ
チドに特異的であるように見える。デオキシリボヌクレオチド類では反応は見ら
れない。しかし、5つのデオキシリボシトシン残基(dC,)の鎖は5つのシト
シン残基(C6)の鎖の切断の完全な阻害剤である。
シチ、236巻、サイエンス、1532頁、1987年は、混合オリゴヌクリオ
チド(リボ−およびデオキシリボーヌクレオチドの両方を含む)の切断を記載し
ているが、デオキシリボヌクレオチドおよびリボヌクレオチドの間の切断のみが
見られる。。切断は2つのデオキシリボヌクレオチド残基の間で見られない。
スギモトら、17巻、ヌクレイツク・アシド・リサーチ、355.368頁、1
989年は、環状RNA分子が、1つ以上のデオキシヌクレオチドを含み得るジ
ヌクレオチドの添加によって開かれる反応を記載している。ジヌクレオチドはR
NA分子に添加され、環は単一フラグメントを形成するために開かれる。DNA
の切断は記載されていない。
[発明の要約コ
この発明は、−末鎖DNA分子を特異的に切断する方法を示す。この方法は、い
かなるタンパク質からも独立したデオキシリボヌクレアーゼ活性をもつRNA分
子(すなわち、リボザイム)を提供すること、およびそのRNA分子を一本鎖D
NA分子に接触させて一本鎖DNA分子が切断されることを引き起こすことを含
む。この方法中、線状DNA分子は2つ以上のDNAフラグメントを形成するた
めに切断され、環状DNA分子は1つ以上のDNAフラグメントを形成するため
に切断される。これらのフラグメントは、自由分子としてリボザイムから遊離さ
れる。
「特異的な切断」とは、RNA分子が一本鎖DNA分子の1つまたはほんの数個
の短いヌクレオチド配列で活性であることを意味する。このような配列は、3か
ら8、一般に約4から6のデオキシヌクレオチドの長さをもつ。切断される特異
的配列は、例えばシチら、PCT出願WO38104300号、ノ\ゼロフおよ
びゲルラッハ、334巻、ホーチャー585頁、1988年、ビーンおよびシチ
、47巻 セル 207頁、1986年、およびノ1ゼロフら、PCT出願WO
39105852号などによって記載されている既知の方法である、RNA分子
の活性部位の割合を変えることによって選択され得る。−末鎖DNA分子は、少
なくとも4つ、好ましくは8つのデオキシヌクレオチドの近接配列をもつ分子を
含む。このような分子は、他のDNAまたはRNA分子、またはそのハイブリツ
ドに結合され得る。
好ましい具体例において、この方法は、1時間に少なくとも1%のDNA分子数
の切断をもたらすのに十分な濃度、最も好ましくは少なくとも10%のこのよう
なりNA分子の切断をもたらすのに十分な濃度の反応培地中のRNA分子を提供
することを含む。反応培地は一般に例えば0.1μMから10μMなどの望まし
い濃度のDNA分子を含み、6.0から9.5のpH120℃から70℃の温度
に保たれる。RNA分子は一般に0.1μMから100μMの濃度で提供される
。
RNA分子は好ましくはRNA分子を切断して3′−ヒドロキシル基を残すもン
(ランポウイッツ、56巻 セル 323頁、1989年、ピープルら、44巻
セル 213頁、1986年、パン・デル・ベーンら、44巻 セル 225
頁、1986年、およびヤレルら、263巻 ジャーナル・オブ・)くイオロジ
カル・ケミストリー、3432頁、1988年)、またはりボヌクレアーゼ P
(アルドマン、アトパンシーズ・イン・エンザイモロジー・アンド・リレーティ
ラド・エリアズ・オブ・モルキュラー・バイオロン−11,1989年)、また
はその誘導体から選択されるRNA分子の活性部位を切断するデオキシリボヌク
レアーゼを含む。さらに好ましくは、RNA分子は、L−19、L−21、また
はその誘導体である。さらに好ましくは、RNA分子は、例えば、T、サーモフ
ィラなどのテトラヒメナの介在配列(IVS)の誘導体であり、RNA分子はL
−19、L−21、またはその誘導体である。
「誘導体」はデオキシリボヌクレアーゼ活性をもつ既知のりボザイムの活性部位
をもつRNA分子を意味する。この活性部位は、特異的に目的の一本鎖DNA配
列を切断するために変えられ得る。このようなRNA分子は、デオキシヌクレア
ーゼ活性に必要なりポザイムの重要な部分のみを含む必要がある。このようなり
ボザイムは、どの番号の標準技法の使用によっても当技術の熟練者により容易に
作られ得る。
他の好ましい具体例において、接触段階はさらに、マグネシウムイオンを提供し
、グアノシン、グアノシン−リン酸、グアノシンニリン酸またはグアノシンニリ
ン酸、または例えばグアノシンを含むジヌクレオチドなどの部分を含む別のグア
ノシンを提供し、接触段階の前にDNA分子をグリオキシル酸またはグリオキサ
ルなどの変性原で処理することを含む。この方法はさらに、RNA分子のDNA
分子との反応を止めるために例えばEDTAなどのマグネシウムイオンのキレー
ト剤を提供することを含む。
さらに他の好ましい具体例において、RNA分子は、−末鎖DNA分子上の切断
部位に相補的な一本鎖DNAの結合部位を含む。この方法は、各々が異なる結合
部位をもつ複数のRNA分子を提供する事を含む。この方法はさらに、ゲルマト
リックス内の電気泳動による切断DNAフラグメントを分離することを含む。
この発明は一本鎖DNA分子が特異的に切断され得る方法を提供する。このよう
な方法は、それがDNA内の特異的切断部位またはヌクレオチド配列のマツピン
グを可能にするので有用である。特異的DNA部位の決定の従来の方法(よ、I
I限エンドヌクレアーゼでの2本鎖DNAの消化を含む。このような制限エンド
ヌクレアーゼは特異的配列で活性であるが、それらの特異性は容易に変更され得
ない。さらに、いかなる制限エンドヌクレアーゼも切断することが知られてし1
なし)多くのDNA配列がある。それと対照的に、リボザイムは目的の一本11
1DNA配列を切断するために容易に変更され、合成され得、したがって、確認
される部位における殆ど制限のないDNA分子を特性化するのに使用され得る。
この方法は一本鎖DNAの切断に限られるが、二本鎖DNAは、最初番:変性さ
れ一本鎖DNAを形成する場合、この方法中で使用され得る。この方法はヒトま
たは他の組織のゲノムマツピングをするのにインビトロで非常に有用である。さ
らに、リポザイムは一本鎖DNAを切断するのにインビボで使用され得る。例え
ば、−末鎖DNAの切断の高い活性をもつりポザイムは、−末鎖DNAウィルス
を切断するのに使用され得、したがってそれらの感染力およびそれらが起こす病
気の徴候を低下させる。
この発明の他の特徴および利点は、好ましい具体例の下記の記載および請求項か
ら明かになろう。
[好ましい具体例の記述]
図面は最初に簡単に記載される。
図
図1は、この発明のりポザイムのデオキシリボヌクレアーゼ反応を図表にしたも
のである。
図2および3は、リボザイムのデオキシリボヌクレアーゼ活性を示すポリアクリ
ルアミドの写真である(図2においてレーンは下記の、左方から出発するレーン
1−8を指す)。また、
図4はりポザイムと一本鎖DNA基質との反応の時間経過の図示である。
リポザイム
前記で論じたように、デオキシリボヌクレアーゼ活性をもつりボザイムがこの発
明において使用され得る。一般に、有用なりボザイムは、RNA分子を切断して
、2’ 、3’環状ホスフアートではな(3°−ヒドロキシル基、または3゛ホ
スフアートを残すものである。これらのりポザイムは単離され得、シチら、PC
T(前記)、ランポウイッツ(前記)、およびパン・デル・ベーン(前記)によ
って記載されたように、誘導体を提供するために変更され得る。天然に発生する
りボザイムの誘導体の広範囲な群のいずれもが、この発明において有用であり、
その全てが当技術の通常の熟練者によって容易に分離され得る。例えば、シチら
、PCT、前記、テトラヒメナ・サーモフィラのりポザイムは、その活性部位が
様々なRNA配列のRNA分子を切断するのに有効であるように容易に分離され
得る。同様に、このリボザイムは、様々なりNA配列をもつDNA分子を切断す
るよう変更され得る。このような変更は中心部位の突然変異誘発、または同等の
方法により行なわれ得る(例えばマーフイおよびシチ、プロシージャー・オブ・
ナシ這ナル・アカデミ−・オブ・サイエンス、USA、1990年参照)。一般
に、活性部位は、切断される塩基配列に相補的な塩基配列をもつように作られる
。つまり、4つの塩基のうち少なくとも3つが塩基対を形成するよう配置される
。例えば、AはTまたはUに相補的であり、塩基対合し、GはCまたUに相補的
であり、塩基対合する(A、T、U、CおよびGはそれぞれアデニン、チミン、
ウラシル、シトシン、およびグアニンの標準記号である)。さらに、リポザイム
の様々な割合の欠失または付加、または他の手段による突然変異は、それらのデ
オキシリボヌクレアーゼ活性を保つか好ましくは増大している、より小さいかま
たはより大きいりボザイムを作るのに使用され得る。このような変更は当技術の
通常の技術の範囲内にあり、いかなる不当な実験作業もそれらのりボザイムのう
ちのどれが活性であるかを決定するのに必要でない。このようなりポザイムは単
に、例えば下記のように、それらがこの発明で有用であるために十分なデオキシ
リボヌクレアーゼ活性をもつかどうかを決定するために、DNA切断プロトコー
ル中で作られ、試験される必要がある。
一般に、この発明で有用なりボザイムは、下記の条件下で少なくとも1時間に1
%、好ましくは10%以上のDNA分子数が切断されるのに十分な反応培地中の
濃度で提供され得るものである。DNAの濃度に対するリボザイムの濃度の比率
はりボザイムおよびDNAのよって変わり得、一般に1:10’から1000=
1、好ましくは1:10および1000 : 1の望ましい比率であり得る。D
NAに対するリポザイムの比率が高くなればなるほど反応は速く進む。しかし、
高い比率はりボザイムのムダ使いであり、使用される必要はない。使用されるリ
ボザイムは、−末鎖DNA基質がリボザイムから遊離される1、2またはそれ以
上のフラグメントに切断するように作られることが大切である。リポザイムは、
別のDNA分子を再循環し切断することができるようにこの方法によって変えら
れないことも重要である。
インビボでの使用のために、インビボの優勢な状況下でより高いデオキシリボヌ
クレアーゼ活性をもつりポザイムをもつことが望ましい。この目的のために、3
7℃で1時間に少なくとも10%のDNA分子数を切断する活性をもつりボザイ
ムが望ましい。
テトラヒメナ・サーモマイラ中に天然に発生するRNAの合成変形の変更が記載
されているが、この例は、当技術の通常の熟練者が、この発明で有用なりボザイ
ムを提供するために容易に他のグループIまたはグループIIのリポザイム、ま
たはりボヌクレアーゼPを変えることができるのでこの発明を制限するものでは
ない。
一本鎖DNAの切断のためのインビトロでのりボザイムの使用の実施例を下記に
挙げる。これらの実施例はこの発明を説明するためにのみ提供されるものであっ
て、発明の範囲を限定するものではなく、当技術の熟練者は、この発明が下記に
請求されるように広範囲に実施され得ることを認めるであろう。
図1では、出願者は、リボザイムによる一本鎖DNAの切断の一般モデルを提案
している。このモデルは出願者のこの反応についての現在の理解を説明するため
のものであって、発明の範囲を限定するためのものではない。この実施例は具体
的には、テトラヒメナ・サーモフィラリポザイムにおけるRNAの合成RNA変
形のデオキシリボヌクレアーゼ活性に関する。この合成変形はりボザイムである
。図1において、L−21ScaIリポザイム(ゾイグら、27巻、バイオケミ
ストリー、8924頁、1988年)とDNA基質18(デオキシ−〇CCL’
CUλ5)とのデオキシリボヌクレアーゼ反応が示されている。全段階は入れ替
え可能である。オリゴヌクレオチド基質18の前のグアノシン(G)の結合が簡
単に示されている。2つの結合部位(基質およびG結合部位)は、どの添加の順
序も起こり得るように全く独立している。リボザイム(斜線部、GGGAGG−
5゛)の配列5′は、5′工クソン結合部位12と呼ばれるが、塩基の対合によ
る基質の認識に関与している。
図1に関してさらに、リボザイム10は基質結合部位12およびグアノシン結合
部位14をもつことが提案されている。グアノシン残基(G)は部位14と結合
している。つぎにリボザイムの活性部位12は基質と相互作用して20に示され
ているような構造を形成する。構造20におけるリボザイム10は基質18の切
断を起こして、付着したグアノシン残基(G d As)をもつデオキシA5鎖
および、リボザイム10を再生するための残部の基質(dCCCUCU、、)を
遊離する。このように、リポザイム10は、各基質の切断とそれに続く切断の結
果起るフラグメントの遊離を起こすどの番号の基質にも作用することができるの
で触媒として作用する。
T、サーモフィラのL−215caI
図2では、リボザイムL−21ScaIによって触媒されたDNAオリゴヌクレ
オチド基質のデオキシヌクレオチド切断反応の結果が示されている。リボザイム
は標準的方法(ゾイグら、27巻、バイオケミストリー、8924頁、1988
年)によって形成された。基質、デオキシCCCU CU A sは約2ナノモ
ルの濃度であり、5゛末端で32Pを標識した。これはアプライド・バイオサイ
エンシズ・DNA合成器で合成した。この基質に2ナノモルの濃度で1ミクロモ
ルのし一218calリボザイム(前掲)を800ミクロモルのG、50ミリモ
ルのMES(緩衝液)、pH7,0、および10ミリモルのMgC1、の存在下
で、50℃で15時間、インキュベートした(レーン4)。同じ反応をGなしで
(レーン5)、Gの代わりに800ミクロモルのATP (レーン5)、MgC
l2なしで(レーン7)、およびリボザイムなしで(レーン8)行なった。レー
ン2(ま基質のみを示し、レーン3は推定生成物、デオキシ”P−CCCUCU
を示す。レーン1は、1ミリモルのトリス、pH7,5,2ミリモルの塩化亜鉛
、0.1ミリモルのEDTA、および1ミクロリツトルにつき0. 1ミクログ
ラムのtRNA中の1ミクロリツトルにつき0.2単位のPIヌクレアーゼによ
る、37℃で60分間の基質の消化による生成物を示す。
リポザイム反応を、50℃で10分間のりポザイム、緩衝液、およびMgCl2
のブレインキュベーションの後、DNA基質の添加により始めた。反応を0℃で
EDTAおよび尿素で終了させ、ゾイグら(前掲)により記載された、20%の
変性ポリアクリルアミドゲル上の電気泳動にかけた。
DNA基質をこのリポザイムと類似のRNA基質と同じ位置で特異的に切断した
。単一標識生成物をこのDNA基質から作る。この生成物はデオキシ52p−C
CCUCU (レーン3)およびDNA基質のPIヌクレアーゼ消化からの適当
な生成物(レーン1)と共に移動する。Mg”;i必要である。ATP (アデ
ノシントリホスファート)はGと置換できず(レーン6)、GTP(グアノシン
トリホスファート)はGと置換できず(図示なし)、それの各々もまた、RNA
基質との反応の性質である。少量の生成物がGの添加なしに形成される(レーン
5および6、より長い照射線量で見られる)。これはGなしにおこるRNA基質
の遅(1加水分解と類似している。デオキシ−”P−CCCUCUAと同様の実
験もまた、リポザイムの存在によるUとAの間の特異的な切断を生む。
図3では、3゛末端で標識されたDNA基質を使って、グアノシン・コファクタ
ーが3゛−生成物フラグメントに共有的に添加されたことを示した。デオキシ−
CCCUCUA、s!P−3’ dA C2f−)モル、末端転移酵素ノ存在下
テテオキシーCCCU CU A sと[α−” P〕3’ dATPとの反応
によって作られた)に4時間、4uM L−21Scalリボザイム、50mM
のMES、pH7.0、および10または100mMのM g C12をインキ
ュベートした。1アリコートをEDTAおよび尿素で終了させ(図3で“−”と
示されている)、他を37℃で1時間0.05U/μmのリボヌクレアーゼTI
で処理した(図3で“+“と示されている)。レーン3および4は1mMのGお
よび10mMのMgC+、の反応を示す。レーン5および6は1μMのGおよび
100mMのMgC1,の反応を示す。レーン11および12は1m、MのGT
Pおよび100mMのMgC1,の反応を示す(反応は、MgCl2の濃度が高
いほど速い)。レーン7および8はリボザイムなしで1mMのGTPおよび10
0mMCQMgC1□をインキュベージコンしたものである。レーン1およびレ
ーン10は基質のみを示し、レーン2および9はデオキシ−As”P3° dA
(M)を示す。デオキシ−CCCUCUAsp”P−3’ dAとGTPの反応
からの生成物(レーン11)は、Gとの反応からの生成物(レーン3および5、
条件は前記と同様、グアノシンコファクターなし、MgC1,なし、またはりポ
ザイムなしにはいかなる生成物も見られない)よりもポリアクリルアミドゲル中
で速く移動した。GTPおよびGとのりポザイムの反応(レーン4.6および1
2)からの生成物は、リボヌクレアーゼT1による処理の後共に移動したが、こ
れは3′−ホスホリル基をもつ(リポ)−グアノシン残基にならって切断する。
TI処理により形成された新規生成物は、図1で概要を述べた機構から予測され
るように、□。dA5” P3’ dA、□(レーン2および9)と共に移動し
た。
DNAエンドヌクレアーゼ反応は触媒作用的である。例えば、25μMのDNA
基賀(デオキシCCCU CU A s )と微量(約1nM)の5°末端標識
基質の反応混合物を0.55μMのりポザイムおよび800μMのGに20時間
インキュベートした。欅!!DNAの5%を生成物に転換したが、これは2回以
上の繰返しに相当する。
図4には、デオキシ”P CCCUCUAs (2nM)と1.1マイクロモル
のりボザイム、800マイクロモルの0150ミリモルのMES、pH7、およ
び10ミリモルのMgC1,,50℃からの生成物の形成の時間経過が示されて
いる。反応を終了させ、生成物を変性ゲル電気泳動によって分離し、AMB I
S放射分析スキャナーで定量した。グラフかられかるように、これらの条件下
で、はぼ1%の生成物を30−50分毎に放出する。
DNA基質は、対応するRNA基質よりもリボザイムとの低い親和力およびより
緩慢な反応度合をもつ。内部誘導配列の延長は、結合を促進し、DNAエンドヌ
クレアーゼ反応の割合を増すことができる。
使用
前記で論じたように、この発明の方法は、−重鎖DNA分子中の特異的DNA配
列の位置を決定するのに有用である。この分析は、制限エンドヌクレアーゼタン
パク質および2本鎖DNAを使用する制限エンドヌクレアーゼマツピングと類似
している。一般に、2本鎖DNA分子は変性され、変性から生まれる一本鎖DN
A分子は、適当な条件下(例えば前記のような)でリポザイムと接触させて、ゲ
ルマトリックス中で分離され得る1、2個またはそれ以上の一末鎖DNAフラグ
メントを生成する。生成したフラグメントの大きさは、一本MDNA分子中の特
異的DNA部位の位置を反映する。
DNAのそれぞれのアリコートを、様々な切断部位の位置が決定できるように様
々なりポザイムで処理し得る。いくつかの実験においては、DNAを2またはそ
れ以上のりポザイムと接触させることが有用であり得る。またはDNAを1つの
りボザイムと接触させ得、第一のりボザイムを除去した後に第二のりポザイムと
接触させ得る。
この発明の方法は、細胞内または細胞の周囲の培地で、−重鎖DNAをインビボ
条件下で活性なりボザイムと接触させることによって、インビボで使用し得る。
別法として、インビボで目的のりボザイムを生成するためにDNA分子の発現を
起こす方法でのDNA分子の細胞への形質転換により、リボザイムをインビボで
合成し得る。次にそのリポザイムは細胞内の一本鎖DNAを切断するために活性
であり得る。
他の具体例は下記の請求項中にある。
日G、2
FIG、3
生成物5−
要約書
一本鎖DNA分子を特異的に切断する方法。この方法はタンパク質から独立した
デオキシリボヌクレアーゼ活性を有するRNA分子を提供し、このRNA分子を
一本鎖DNA分子と接触させ、一本DNA分子に切断を生じさせることを含む国
際調査報告
Claims (14)
- 1.(a)タンパク質から独立したデオキシリボヌクレアーゼ活性をもつRNA 分子を提供すること、および (b)前記RNA分子を前記一本鎖DNA分子に接触させてこの一本鎖DNA分 子が切断されるようにする段階を含む、一本鎖DNA分子を特異的に切断する方 法。
- 2.さらに、1時間にDNA分子数の少なくとも1%の切断を引き起こすのに十 分な濃度の反応培地中の前記RNA分子を提供することを含む、請求項1記載の 方法。
- 3.さらに、1時間にDNA分子数の少なくとも10%の切断を引き起こすのに 十分な濃度の反応培地中の前記RNA分子を提供することを含む、請求項1記載 の方法。
- 4.さらに、3′−ヒドロキシル基を残すようにRNA分子を切断するものから 前記RNA分子を選択することを含む請求項1記載の方法。
- 5.前記DNA分子が、グループIまたはグループIIイントロン、リボヌクレ アーゼP、またはその誘導体から選ばれる、RNA分子の活性部位を切断するデ オキシリボヌクレアーゼを含むものである、請求項4記載の方法。
- 6.前記RNA分子がテトラヒメナの介在配列の誘導体である、請求項4記載の 方法。
- 7.RNA分子がL−19、L−21、またはその誘導体である、請求項5記載 の方法。
- 8.前記の接触段階がさらにMg2+イオンを含む、請求項1記載の方法。
- 9.前記の接触段階がさらにグアノシンまたはグアノシントリホスファートをを 含む請求項1記載の方法。
- 10.さらに、前記のRNA分子の前記のDNA分子との反応を止めるために前 記Mg2+イオンのキレート剤を有する段階を含む請求項8記載の方法。
- 11.前記のキレート剤がエチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)である、請 求項10記載の方法。
- 12.前記のRNA分子が一本鎖DNAの結合部位を含み、その結合部位が、前 記の一本鎖DNA分子上の切断部位に近接したヌクレオチドに相補的である、請 求項1記載の方法。
- 13.さらに、一本鎖DNAの様々な結合部位をもつ多数のRNA分子を提供す ることを含む請求項12記載の方法。
- 14.さらに、2つ以上のDNAフラグメントをゲル内の電気泳動により分離す ることを含む請求項12記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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