JPH0694721A - ジゴキシゲニン試薬を用いた核酸の光化学的標識 - Google Patents

ジゴキシゲニン試薬を用いた核酸の光化学的標識

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JPH0694721A
JPH0694721A JP5182204A JP18220493A JPH0694721A JP H0694721 A JPH0694721 A JP H0694721A JP 5182204 A JP5182204 A JP 5182204A JP 18220493 A JP18220493 A JP 18220493A JP H0694721 A JPH0694721 A JP H0694721A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 ジゴキシゲニン誘導体及びスペーサーを介し
て結合したフロクマリン誘導体を含む光化学的標識試
薬。 【効果】 標識試薬は遺伝子診断学において有用であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】遺伝子プローブ診断法は、DNA/RNA
配列の配列特異的検出方法である。これは、検出するべ
きDNA/RNAの相補的配列領域を有する遺伝子プロ
ーブ配列のハイブリッド形成に基づいている(J.A.
Matthews,L.J.Kricka,Analy
tical Biochemistry 169,1−
25(1988);U.Landegren,R.Kai
ser,C.T.Caskey,L.Hood,Sci
ence 242,229(1988))。
【0002】遺伝子プローブ診断学により、感染症及び
遺伝的欠陥の検出が可能になる。遺伝子プローブ診断学
を広く適用するための前提条件は、検出の適した感度、
実行の単純さ及び放射性の回避である。
【0003】遺伝子プローブ診断法の1つの変法は、検
出するべきDNA/RNAの直接光化学的標識を用いて
行われ、その後相補的核酸配列を有する遺伝子プローブ
へのハイブリッド形成が起こる(N.Dattagup
ta,P.M.M.Rae,E.D.Huguene
l,E.Carlson,A.Lyga,J.S.Sh
apiro,J.P.Albarella,Analy
tical Biochemistry 177,85
(1989);J.P.Albarella,R.L.
Minegar,W.L.Patterson,M.D
attagpta,E.Carlson,Nuclei
c Acids Research 17,4293
(1989))。
【0004】適したスペーサー分子を用いてビオチンに
結合するフロクマリンは、核酸の光化学的ビオチニル化
に非常に適していることが示された。相補的核酸配列を
有する遺伝子プローブへのハイブリッド形成及び分離段
階の後、例えば抗ビオチン抗体又はアビジンあるいはス
トレプタビジンとアルカリホスファターゼの複合体の添
加により検出を行う。検出のために、追加の段階でアル
カリホスファターゼにより誘導される発色反応を行う
(J.J.Leary,D.J.Brigati,D.
C.Ward,Proc.Natl.Acad.Sc
i.USA 80,4045−4049(198
3))。
【0005】ビオチンを用いた検出系の1つの欠点は、
生物系にビオチンが広く分布していることである。この
欠点は、例えばビオチンの代わりにジゴキシゲニンを用
いることにより避けられる。この場合検出反応はジゴキ
シゲニン抗体を用いて行う。
【0006】ジゴキシゲニンを用いた核酸の標識のため
の現在の方法は酵素的又は光化学的に行われる(G.
G.Schmitz,T.Walter,R.Seib
l,C.Kessler,Analytical Bi
ochemistry 192,222−231(19
91);C.Kessler,H.−J.Hoeltk
e,R.Seibl,J.Burg,K.Muehle
gger,Biol.Chem.Hoppe−Seyl
er 371,917−927(1990))。Boe
hringer(EP−324 474−A)による光
化学的ジゴキシゲニン試薬を用いた光化学的標識の場
合、検出するべき核酸の不可逆的変性が観察された。
【0007】驚くべきことに、適したスペーサーを用い
てフロクマリンに結合したジゴキシゲニン試薬を用いた
光化学的反応では、核酸の変性が観察されなかった。
【0008】本発明において、適当なスペーサーを用い
てフロクマリンに結合したジゴキシゲニン誘導体の合成
を開示し、核酸の標識のためのその利用を研究する。
【0009】本発明に従い、一般式:
【0010】
【化2】Dig−S−Fu 式中、Digはハプテンとしてのジゴキシゲニン誘導体
であり、Sはスペーサー分子であり、Fuは光化学的結
合可能な構造としてのフロクマリン誘導体である、の標
識試薬を合成する。
【0011】ジゴキシゲニン誘導体(Dig)は化学的
に修飾されたステロイドの誘導体であり、C−3ヒドロ
キシル基が化学的結合可能置換基により修飾されてい
る。これはカルボキシル、チオ、アミノ又はヒドロキシ
ル基、あるいはそれらの活性化形態であることができ
る。
【0012】適したフロクマリン及びスペーサーはEP
187 332に記載されている。
【0013】スペーサーはポリアルキルアミン、ポリエ
チレングリコール又はそれらの組み合わせである。
【0014】ポリアルキルアミンは下記一般式:
【0015】
【化3】
【0016】を有する。上記式中、RはH、C1−C7
アルキル、アリール(例えばフェニル、ナフチル又はア
ントラニル)、ヒドロキシル又はC1−C7−アルコキシ
であり、xは2−7の数であり、yは3−10の数であ
り、Rは上記で可能な変数において異なっていることが
でき、すなわちRはスペーサー中の−(CH2x−N−
R単位の各繰り返しに関して同一である必要はない。x
の場合も同様であり、すなわちxはスペーサー中の−
(CH2x−単位の各繰り返しに関して同一である必要
はない。
【0017】Rは互いに独立してH、C1−C4−アルキ
ル(例えばメチル、エチル、n−プロピル、i−プロピ
ル、n−ブチル、i−ブチル、tert−ブチル)であ
り、xは2、3、4又は5であり、yは3、4、5又は
6であることが好ましい。
【0018】特に好ましいのは、式
【0019】
【化4】 のN4,N9−ジメチルスペルミン誘導体である。
【0020】ポリエチレングリコールは下記一般式、
【0021】
【化5】
【0022】を有する。上記式中xは2−7の数であ
り、yは3−10の数である。
【0023】好ましいのはxが2、3、4又は5であ
り、yが3、4、5又は6のポリエチレングリコールで
ある。特に好ましいのはxが2であり、yが4、5又は
6のポリエチレングリコールである。
【0024】アミン/グリコール構造が組み合わされた
スペーサー分子下記一般式
【0025】
【化6】
【0026】を有する。上記式中Z1、Z2及びZ3は互
いに独立してO又はNRであり、RはH、C1−C7−ア
ルキル、アリール(例えばフェニル、ナフチル又はアン
トラニル)、ヒドロキシル又はC1−C7−アルコキシで
あり、xは2−7の数であり、yは3−10の数であ
る。
【0027】好ましいのはZ2がOであり、Z1及びZ3
がNRであり、RがH、C1−C4−アルキル(例えばメ
チル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチ
ル、i−ブチル、tert−ブチル)であり、xが2、
3、4又は5であり、yが3、4、5又は6であるスペ
ーサー構造である。
【0028】特に好ましいのは、Z2がOであり、Z1
びZ3がNRであり、RがH、メチル、エチルであり、
xが2であり、yが4の構造である。
【0029】光化学的結合可能な適した構造は特にフロ
クマリン、例えばアンゲリシン(イソプソラレン)又は
プソラレン及びそれらの誘導体であり、これらは核酸と
光化学的に反応する。
【0030】アンゲリシン誘導体は下記一般式
【0031】
【化7】
【0032】を有する。上記式中R1、R2及びR3は互
いに独立してH又はC1−C7−アルキルであり、R4
H、C1−C7−アルキル又はヒドロキシルを有する低級
アルキル、C1−C7−アルコキシ、アミノ、ハロあるい
はN−フタルイミド置換基である。
【0033】特に好ましいのは以下のR1−R4の群を含
むアンゲリシン誘導体である。
【0034】
【表1】
【0035】異なるRを有する他の化合物も文献から既
知の方法により合成することができる。
【0036】適したプソラレンは下記一般式:
【0037】
【化8】
【0038】を有する。上記式中R1、R3及びR6は互
いに独立してH又はC1−C7−アルキルであり、R4
H、C1−C7−アルキル又はヒドロキシルを有するC1
−C7−アルキル、C1−C7−アルコキシ、アミノ、ハ
ロあるいはN−フタルイミド置換基であり、R2及びR5
は互いに独立してH、ヒドロキシル、カルボキシル、カ
ルボ−C1−C7−アルコキシ又はC1−C7−アルコキシ
である。
【0039】アンゲリシン誘導体の方がプソラレンと比
較して一付加生成の故に有利である。
【0040】ジゴキシゲニン、スペーサー及びフロクマ
リンの結合の順序は任意である。従って中でも最初にジ
ゴキシゲニンDigをスペーサーSと結合し、続いて生
成物をフロクマリンFuと反応させることができる。逆
にFu−Sを最初に構築し、その後Digと反応させる
ことができる。
【0041】部分の結合はそれ自体既知の方法で行う。
【0042】
【実施例】実施例1 アミノ(ヘキサエチレングリコール)アンゲリシン(ア
ミノ−PEG−アンゲリシン 3)の製造
【0043】
【化9】
【0044】4.87g(20ミリモル)の4−アミノ
メチル−4,5’−ジメチルアンゲリシンを25mlの
DMFに溶解し、室温で3.24g(20ミリモル)の
カルボニルジイミダゾールと反応させる。窒素下で6時
間撹拌した後、完全な反応(TLCにより)が観察され
た。溶液を、40mlのDMF中の16.85g(60
ミリモル)の1,17−ジアミノ−3,6,9,12,
15−ペンタオキサヘプタデカンの溶液に80℃にてゆ
っくり滴下し、混合物を70℃でさらに12時間撹拌す
る。冷却後、溶液を真空中で濃縮し、シリカゲル上のク
ロマトグラフィーにかける(溶離剤:クロロホルム/メ
タノール/アンモニア 90:10:1、Rf=0.2
8)。7.1g(理論値の65%)の微黄色油が得られ
る。
【0045】実施例21−(アンゲリシンアミノ)−N4,N9−ジメチルス
ペルミン(2)の製造
【0046】
【化10】
【0047】4.87g(20ミリモル)の4−アミノ
メチル−4,5’−ジメチルアンゲリシンを実施例1と
類似の方法でカルボニルジイミダゾールを用いて活性化
する。得られた溶液を、実施例1と同様にして40ml
のDMF中の13.8g(60ミリモル)のN4,N9
ジメチルスペルミンの溶液に滴下する。冷却後、溶液を
真空中で濃縮し、残留物をシリカゲル上のクロマトグラ
フィーにかける(溶離剤:クロロホルム/メタノール/
アンモニア 30:5:11、Rf=0.11)。7.
1g(理論値の71%)の黄色油が得られる。
【0048】実施例3 ジゴキシゲニン−PEG−アンゲリシン(Dig−P
A、3)の製造
【0049】
【化11】
【0050】13.7mg(0.03ミリモル)のアミ
ノ−PEG−アンゲリシン 1 を2mlのクロロホル
ムに溶解する(分光分析のため)。
【0051】2mlのクロロホルム中の18.9mg
(0.03ミリモル)のN−ヒドロキシコハク酸イミド
ジゴキシゲニン−3−O−メチルカルボニル−ε−ア
ミノカプロエート(Dig−NHS)の溶液を滴下す
る。室温で24時間撹拌した後、反応が完了する(TL
Cにより)。溶液を真空中で濃縮し、残留物をシリカゲ
ル上のクロマトグラフィーにかける(溶離剤:クロロホ
ルム/メタノール/アンモニア 90:10:1、Rf
=0.45)。21mg(理論値の77%)の、融点が
63−65℃の微黄色固体が得られる。
【0052】実施例4 ジゴキシゲニン−スペルミン−アンゲリシン(Dig−
SpA、4)の製造
【0053】
【化12】
【0054】15mg(0.03ミリモル)の実施例2
に記載の化合物2を、実施例3と同様にして19.8m
g(0.03ミリモル)のN−ヒドロキシ−コハク酸イ
ミドジゴキシゲニン−3−O−メチルカルボニル−ε−
アミノカプロエート(Dig−NHS)と反応させる。
【0055】仕上げ、シリカゲル上のクロマトグラフィ
ー(溶離剤:クロロホルム/メタノール/アンモニア
30:5:11、Rf=0.25)にかけた後、24m
g(理論値の77%)の、融点が106−109℃の弱
黄色の固体が得られる。
【0056】実施例5 DigPAを用いたヘアピンオリゴヌクレオチドの光反
応 50μgのヘアピンオリゴヌクレオチドを100μlの
トリス−HCl緩衝液に取り上げる。溶液を50℃の水
浴中に15分間放置する。ゆっくり室温に冷却するため
に試料を水浴から取り出す。続いてさらに400μlの
水を加える。
【0057】光反応のために、15μgのハイブリッド
形成したヘアピンオリゴヌクレオチドに20倍モル過剰
のDigPAを加える。続いて氷浴中のEppendo
rf管にて366nm−312nmのUVランプ下で溶
液を照明する。光反応の後にHPLCを行う。15分以
内に反応が完了した。
【0058】実施例6 DigPAを用いた光化学的標識 DigPAを用いた光化学的標識のために、50μlの
1Mナトリウムテトラボレート緩衝液pH8.3及び5
0μlのDigPA(2μg/μl)を、20μlのT
E緩衝液中の2−5μgのDNAに加え、2回蒸留H2
Oで500μlとした。その後混合物を312nmにて
UVトランスイルミネーター(trans−illum
inator)で10分間照射し、この過程の間試料を
氷上に保った。
【0059】続いて光化学的標識DNAを、1/10体
積の3M酢酸ナトリウムpH5.8及び1体積のイソプ
ロパノールを用いて室温にて沈澱させ、5分間放置し
た。その後DNAをEppendorf遠心機中で1
0,000rpmにて遠心し、上澄み液をデカンテーシ
ョンし、DNA沈澱を70%のエタノールで洗浄した。
試料が乾燥した後、光化学的標識DNAをTE中に取り
上げた。その後ジゴキシゲニンを用いたDNAの光化学
的標識を、アガロースゲル電気泳動及びジゴキシゲニン
抗体複合体を用いた点染検定により調べた。
【0060】ゲル電気泳動では、光化学的標識DNAは
非標識DNAよりゆっくり泳動し、それは光化学的標識
DNAバンドの場合に原点に向かって少しシフトするこ
とにより明らかである。この方法では、ゲルのウェル中
で変性DNAは観察されない。
【0061】ジゴキシゲニンを用いた標識を、Boeh
ringer,Mannheimからのキットを用いて
免疫学的にも調べた。この目的の場合、光化学的標識D
NAを種々の濃度でニトロセルロース膜に適用し、真空
中80℃にて固定した。続いて膜を緩衝液1(100m
Mのトリス/HCl、150mMのNaCl pH7.
5)中で1分間洗浄した。その後フィルターを100m
lの緩衝液2(緩衝液1中0.5%の阻害剤)と共に3
0分間培養した。次にそれを緩衝液1で再度洗浄した。
抗体複合体(アルカリホスファターゼにカップリングし
た抗−ジゴキシゲニン抗体)を緩衝液1中で1:5,0
00に希釈して150mU/mlとし、フィルターを2
0mlの希釈抗体溶液と共に30分間培養した。その後
100mlの緩衝液1で2x15分間洗浄することによ
り非−結合抗体を除去した。続いて20mlの緩衝液3
(100mMのトリス/HCl、100mMのNaC
l、50mMのMgCl2 pH9.5)を用いて室温
で2分間膜を平衡化した。フィルターを10mlの染料
溶液(10mlの緩衝液3中の45μlのニトロブルー
テトラゾリウム溶液及び35μlのブロモクロロインド
イルホスフェート)と共にブラスチックの袋中で暗所に
て培養した。色点が発色した後、緩衝液4(10mMの
トリス/HCl、1mMのEDTA pH8)を用いて
膜を5分間洗浄し、発色反応を止めた。
【0062】実施例7 光化学的ジゴキシゲニンを用いた光化学的標識 光化学的ジゴキシゲニンの場合、親水性スペーサーを用
いてジコキシゲニンにカップリングしたアジドフェニル
基が、水銀蒸気照明(350−700nm)を与えると例え
ばタンパク質及び核酸などの多くの化合物と非特異的に
反応する。
【0063】Boehringerの方法に従って核酸
を光化学的ジゴキシゲニンで標識した。10μgの光化
学的ジゴキシゲニン溶液(ジメチルホルムアミド中10
mg/ml)を10μgのDNAに加え、溶液を2回蒸
留H2Oを用いて40μlとした。開けた管を氷−水中
でPhilips HPLR 400Wランプの下に1
0cm離して置き、15分間照射した。60μlのトリ
ス/HCl、100ミリモル/l、pH9、EDTA、
1ミリモル/lを加え、その後15μlのNaCl、5
モル/lを加えた。その後溶液を100μlの2−ブタ
ノールで2回抽出し、10μlのLiCl、4モル/
l、及び100μlの予備冷却エタノールを用いてDN
Aを沈澱させた。−70℃にて40分後、混合物を1
2,000gで遠心し、70%の冷エタノールでペレッ
トを洗浄し、真空中で乾燥し、40μlのトリス/HC
l、10ミリモル/l、EDTA、1ミリモル/l p
H8中に溶解した。
【0064】光化学的標識を、ゲル電気泳動及びシゴキ
シゲニン抗体複合体を用いた免疫学的方法の両方により
調べた。
【0065】アガロースゲル電気泳動の場合、光化学的
ジゴキシゲニン化DNAの大部分がゲルウェル中で変性
した形態で存在することが観察された。対照的に実施例
6に記載のDigPA法では、光化学的標識DNAのバ
ンドが1つだけ見られ、ゲルウェル中に変性DNAは観
察されなかった。
【0066】光化学的ジゴキシゲニン化の免疫学的実験
を実施例6と同様にして行った。
【0067】固定された光化学的ジゴキシゲニン化DN
Aを用いた点染検定では、標識効率が実施例6に記載の
非常に穏やかなDigPA法の場合より明らかに低いこ
とがさらに観察された。
【0068】本発明の主たる特徴及び態様は以下の通り
である。
【0069】1.一般式
【0070】
【化13】Dig−S−Fu [式中、Digはジゴキシゲニン誘導体であり、Sはス
ペーサー分子であり、Fuはフロクマリン誘導体であ
る]の標識試薬。
【0071】2.ジゴキシゲニン誘導体(Dig)が、
C−3ヒドロキシル基が化学的結合可能置換基を用いて
修飾されたステロイドの化学的修飾誘導体である上記1
項記載の標識試薬。
【0072】3.スペーサーがポリアルキルアミン、ポ
リエチレングリコール又はそれらの組み合わせである上
記1項記載の標識試薬。
【0073】4.Fuが下記一般式
【0074】
【化14】
【0075】[式中R1、R2及びR3は互いに独立して
H又はC1−C7−アルキルであり、R4はH、C1−C7
−アルキル又はヒドロキシルを有する低級アルキル、C
1−C7−アルコキシ、アミノ、ハロ又はN−フタルイミ
ド置換基である]のアンゲリシン誘導体である上記1項
記載の標識試薬。
【0076】5.Fuが下記一般式
【0077】
【化15】
【0078】[式中R1、R3及びR5は互いに独立して
H又はC1−C7−アルキルであり、R4はH、C1−C7
−アルキル又はヒドロキシルを有するC1−C7−アルキ
ル、C1−C7−アルコキシ、アミノ、ハロ又はN−フタ
ルイミド置換基であり、R2及びR5は互いに独立して
H、ヒドロキシル、カルボニル、カルボ−C1−C7−ア
ルコキシ又はC1−C7−アルコキシである]のスポラレ
ンである上記1項記載の標識試薬。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ボルフガング・シユプリンガー ドイツ連邦共和国デー5600ブツペルタール 1・カテルンベルガーシユルベーク31

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式 【化1】Dig−S−Fu [式中、Digはジゴキシゲニン誘導体であり、Sはス
    ペーサー分子であり、Fuはフロクマリン誘導体であ
    る]の標識試薬。
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