JPH08505778A - フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチド - Google Patents

フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチド

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JPH08505778A JP6517202A JP51720294A JPH08505778A JP H08505778 A JPH08505778 A JP H08505778A JP 6517202 A JP6517202 A JP 6517202A JP 51720294 A JP51720294 A JP 51720294A JP H08505778 A JPH08505778 A JP H08505778A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、標的核酸とのデュープレックスを形成し、次いでオリゴヌクレオチドと標的核酸との間で形成されたデュープレックスとトリプレックスを形成する新規なオリゴヌクレオチドを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 フォールドバック・トリプレックス 形成性オリゴヌクレオチド 発明の背景 発明の技術分野 本発明は合成オリゴヌクレオチドに関する。より詳細には本発明は、遺伝子発 現調整に有用である合成オリゴヌクレオチドに関するものである。関連技術の要約 ザメクニクおよびステフェンソン、プロシーディング・ナショナル・アカデミ ー・サイエンス、USA第75巻、第280〜284頁(1978)が最初に合 成オリゴヌクレオチドによるウィルス複製阻止を示して以来、治療剤としてのオ リゴヌクレオチドに大きい関心が寄せられている。近年、治療剤として並びに遺 伝子発現調整の作用剤としてオリゴヌクレオチドの開発が大きい進歩を遂げてい る。最大の開発はいわゆるアンチセンス オリゴヌクレオチドの使用であって、 標的 mRNAに対しワトソン・クリック デュープレックスを形成する。アグ ローワル、トレンズ・イン・バイオテクノロジー、第10巻、第152〜158 頁(1992)は、抗ウィルス剤としてのアンチセンス オリゴヌクレオチドの 開発につき鋭意検討している。 同様に重要であるが若干開発程度の低いものはいわゆるアンチジーン(antige ne)オリゴヌクレオチド手法であって、オリゴヌクレオチドがフーグスティーン 塩基対形成を介し標的DNAデュープレックスとのトリプレックスを形成する。 チャングおよびペチット、プログレス・バイオフィジカル・モレキュラ・バイオ ロジー、第58巻、第225〜257頁(1992)は、最近この手法における 開発につき検討している。トリプレックス形成がDNAと各種のオリゴヌクレオ チドとの間で観察されている。クーニー等、サイエンス、第241巻、第456 〜459頁(1988)は、DNAとオリゴデオキシヌクレオチド ホスホジエ ステルとの間のトリプレックス形成を教示している。ラチマー等、ヌクレイック ・アシッズ・リサーチ、第22巻、第1549〜1561頁(1989)は、オ リゴデオキシヌクレオチド ホスホロチオエートを含むトリプレックス形成を開 示している。キブラー・ヘルツォグ等、ヌクレイック・アシッズ・リサーチ、第 18巻、第3545〜3555頁(1990)は、短いオリゴデオキシヌクレオ チド メチルホスホネートを含むトリプレックス形成を開示している。トリプレ ックス形成を増進する各種の塩基改変も知られており、シトシンのC5−メチル 化[キソド等、ジャーナル・モレキュラ・バイオロジー、第19巻、第5625 〜5631頁(1991)]、二環式シトシン類似体MODAの使用[ヤング等 、プロシーディング・ナショ ナル・アカデミー・サイエンス、USA、第88巻、第10023〜10100 頁(1991)]、並びに合成α−アノマー ヌクレオチドの使用[プラセウス 等、プロシーディング・ナショナル・アカデミー・サイエンス、USA第85巻 、第1349〜1353頁(1988)]を含む。ギオバナンゲリ等、ジャーナ ル・アメリカン・ケミカル・ソサエティ、第113巻、第7775〜7777頁 (1991)は、キャップされたオリゴヌクレオチドの5′末端に対するアクリ ジン挿入体の結合もトリプレックス安定性を向上させることを教示している。オ リゴヌクレオチド媒介のトリプレックス形成は、少なくともインビトロにて転写 の抑制をもたらしうる[クーニー等およびヤング等、上記参照]。 アンチセンスおよびアンチジーン(antigene)オリゴヌクレオチドの両手法は 、遺伝子発現の理解および遺伝子発現を含む病気もしくは症状の治療処置に有利 である遺伝子発現調整をその目標とする。これら目標を満たすのに充分適したオ リゴヌクレオチド化合物の2つの主たる特性は、高い特異性と結合時の遺伝子発 現を阻止する能力である。これら特性の向上が常に望ましい。したがって、ずっ と高い特異性およびより安定な複合体形成を示して現存する化合物よりも向上し た遺伝子発現の阻止能力をもたらす新規なオリゴヌクレオチド化合物につきニー ズが存在する。 発明の要点 本発明は、現存するオリゴヌクレオチドよりも高い特異性と一層安定な標的核 酸との複合体形成とを示す新規なオリゴヌクレオチドを提供する。本発明による オリゴヌクレオチドはワトソン・クリック塩基対形成を介し一本鎖標的核酸にハ イブリダイズするデュープレックス形成性領域、およびデュープレックス形成性 領域と標的核酸との間で形成されたデュープレックスによりできる主たる溝(gr oove)、ここで標的核酸とフーグスティーン塩基対形成を介しトリプレックスを 形成するが、この主たる溝に適合するトリプレックス形成性領域とを有する。デ ュープレックス形成性領域とトリプレックス形成性領域とはリンカー領域により 結合され、このリンカー領域はデュープレックス形成性領域とトリプレックス形 成性領域との両者を標的核酸に結合させうるオリゴヌクレオチドループもしくは 任意の柔軟化学構造とすることができる。標的核酸と本発明によるオリゴヌクレ オチドとの間で形成される複合体はしたがって、アンチセンス手法のデュープレ ックス構造および遺伝子発現調整に対するアンチジーン手法のトリプレックス構 造との両者に類似する特性を有する。同じオリゴヌクレオチドがデュープレック ス形成機能とトリプレックス形成機能との両者を果たすので、この構造はフォー ルドバック・トリプレックスと呼ばれ、フォールドバック・トリプレックスを形 成すべく標的核酸に対し複合化する本発明によるオリゴヌクレオチドはフォール ドバック・トリプレックス形成 性オリゴヌクレオチドと呼ばれる。 フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドの特異性増大は 、標的核酸を2回読み取らねばならず、すなわち1回は最初にデュープレックス を形成すべくワトソン・クリック塩基対形成を介して読取り、さらにもう1回は トリプレックスを形成すべくフーグスティーン塩基対形成を介して読み取らねば ならないという事実から生ずる。フォールドバック複合体の安定性向上は、オリ ゴヌクレオチドと標的核酸との間で形成される水素結合の個数増加から生ずる。 本発明によるフォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドは、 種々異なるパラメータの下でデュープレックスおよびトリプレックス形成をイン ビトロで速度論的に研究するのに有用である。さらに、これらは組織培養もしく は動物モデルにおける遺伝子発現調整の研究にも有用である。最後に、本発明に よるフォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドは、アンチセ ンスおよびアンチジーン治療手法の両者の特性を有する新規な手法における治療 剤として有用である。 図面の簡単な説明 第1図は遺伝子発現調整に対するアンチセンスおよびアンチジーン手法を示し 、 第2図はトリプレックス形成に関与するワトソン・クリックおよびフーグステ ィーン水素結合パターンを有するC−G・C+およびT−A・T塩基トリプレッ トを示 し、 第3図はワトソン・クリック(=)およびフーグスティーン(:)塩基対形成 の両者により標的核酸に結合する本発明によるフォールドバック・トリプレック ス形成性オリゴヌクレオチドを示し(太線はトリプレックス形成性領域を示す) 、 第4図は4種の異なるフォールドバック・トリプレックスを示し、 第5図はGテトラッドおよびAテトラッドに関する水素結合パターンを示し、 第6図はフォールドバック・テトラプレックス形成から生ずる分子ノット(kn ot)を示し、 第7図は標的RNAもしくはDNAと本発明によるフォールドバック・トリプ レックス形成性オリゴヌクレオチドとの間のフォールドバック・トリプレックス 形成を示す分光光度測定結果を示し、 第8図は標的DNAと本発明によるフォールドバック・トリプレックス形成性 オリゴヌクレオチドとの間のpH5.0であるがpH7.4でなくポリアミン( スペルミン)の存在下におけるフォールドバック・トリプレックス形成を示す分 光光度測定結果を示し、 第9図は本発明によるフォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレ オチドまたは対照デュープレックス形成性オリゴヌクレオチドに結合したRNA 標的分子に関するRNアーゼH加水分解パターンを示し、 第10図は第9図に示したRNアーゼH加水分解パターンの略図であって、細 矢印はRNアーゼHエンドヌクレアーゼ活性を示すのに対し太矢印はRNアーゼ Hエキソヌクレアーゼ活性の抑制部位を示し、 第11図はフォールドバック・トリプレックス複合体の安定性向上および互い にハイブリダイズする様子を示すべく用いたオリゴヌクレオチドを示し、 第12A図はアンチセンス オリゴヌクレオチドと標的配列23との種々異な る複合体の融解曲線を示し、 第12B図は第12A図に示した曲線の第1具体例のプロットであり、 第13図は標的配列23の種々異なる複合体のDNアーゼI切断プロフイルを 示し、 第14図は標的配列23との複合体のDNアーゼI感受性および保護を示すオ ートラジオグラムであり、 第15図は標的配列23との複合体の移動性におけるシフトを示すオートラジ オグラムである。 好適実施態様の詳細な説明 本発明は、遺伝子発現調整に有用である合成オリゴヌクレオチドに関するもの である。本発明は、現存するオリゴヌクレオチドよりも高い特異性と一層安定な 標的核酸との複合体形成を示す合成オリゴヌクレオチドを提供する。 遺伝子発現調整に対する現存のオリゴヌクレオチド媒介手法はアンチセンス手 法およびアンチジーン手法であ って、これらを第1図に示す。アンチセンス手法においては、標的核酸が一本鎖 核酸であると共に遺伝子発現調整剤が相補的オリゴヌクレオチドである。相補的 オリゴヌクレオチドと標的核酸とは相補的塩基の間でワトソンークリック塩基対 形成によりデュープレックスを形成する。遺伝子発現の調整は恐らくRNAのR NアーゼH分解、RNAに対するリボソーム作用の阻止またはRNAもしくはD NAに対する酵素作用の阻止を含む各種のメカニズムによって生ずる。これに対 しアンチジーン手法においては、標的核酸が二本鎖核酸であると共に遺伝子発現 調整剤は標的デュープレックスの主たる溝に入ってたとえば第2図に示すように 標的デュープレックスの一方の鎖とフーグスティーン塩基対を形成しうるオリゴ ヌクレオチドである。この相互作用がトリプレックス形成をもたらす。遺伝子発 現調整は恐らく転写の阻止によって生ずる。 本発明によるオリゴヌクレオチドはアンチセンス手法とアンチジーン手法との 両者の特徴を有する。本発明によるオリゴヌクレオチドのための標的核酸は、ア ンチセンス手法におけると同様に一本鎖核酸である。本発明によるオリゴヌクレ オチドはデュープレックス形成性領域を有し、この領域は標的核酸に対し相補的 であってアンチセンス手法におけると全く同様に相補的塩基対の間のワトソンー クリック塩基対形成を介し標的核酸とのデュープレックスを形成する。しかしな がら、本発明による オリゴヌクレオチドはトリプレックス形成性領域をも有し、この領域はオリゴヌ クレオチドのデュープレックス形成性領域のヌクレオチド配列と同一の配列であ るが反対の極性を有するヌクレオチド配列を有し、すなわち逆反復または半パリ ンドロームである。このトリプレックス形成性領域は、フーグスティーン塩基対 形成を介し標的核酸とオリゴヌクレオチドのデュープレックス形成性領域との間 で形成されたデュープレックスの主たる溝にて標的核酸と相互作用する。この相 互作用の結果がトリプレックスの形成である。本発明による2種のオリゴヌクレ オチドとその標的とにつき第3図に示したような複合体をフォールドバック・ト リプレックスと称する。要するに、フォールドバック・トリプレックスはオリゴ ヌクレオチドと標的核酸との間で形成された複合体であって、オリゴヌクレオチ ドが先ず最初に標的核酸とのデュープレックスを形成し、次いで同じオリゴヌク レオチド分子により、標的核酸とオリゴヌクレオチドとの間に形成されたデュー プレックスとトリプレックスを形成する。 本発明によるオリゴヌクレオチドは標的核酸とのフォールドバック・トリプレッ クスを形成しうるので、この種のオリゴヌクレオチドをここではフォールドバッ ク・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドとして分類する。 フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドがデュープレッ クスおよびトリプレックスの両者を形成するという事実はそれぞれ独立した証明 によっ て示される。先ず最初にシトシン含有のトリプレット形成性ストランドを含むフ ーグスティーン塩基対形成を可能にする条件下(pH5.0、ここではシトシン がプロトン化される)にて、フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌ クレオチドが標的核酸との複合体を形成し、これは熱変性に際しA260の2つの 明瞭な増加を示す(各増加は変性現象を示す)。2つのA260の増加は、トリプ レックスおよびデュープレックスの熱変性につき予想される温度近くで生ずる。 高い温度(第2)でのA260の増加は、G+C含有量を考慮してワトソン−クリ ック塩基対形成により形成された複合体の破壊につき予想される温度で生ずる。 低い温度(第1)でのA260の増加は、熱力学的に安定性の低いフーグスティー ン塩基対形成により形成された複合体の破壊につき予想される。これに対しシト シン含有のトリプレックス形成性ストランドを含むフーグスティーン塩基対形成 を防止するように条件を変化させれば(pH7.4、ここではシトシンがプロト ン化されない)、高い温度でのA260の増加のみが観察される。さらに、生理学 的濃度のポリアミン(3.0mMのスペルミン、これはトリプレックス形成を安 定化させる)にて、2種のA260の増加パターンが回復する。 フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドによるフォール ドバック・トリプレックス形成に関する独立した証明はRNアーゼH加水分解分 析から 得られる。デュープレックスがアンチセンス オリゴヌクレオチド ホスホジエ ステルと標的RNAとの間で形成されると(後記実施例2)、RNAは先ず最初 にRNアーゼHエンドヌクレアーゼ活性により、次いでRNアーゼHエキソヌク レアーゼ活性によりRNアーゼH切断に対し感受性となる。しかしながら、フォ ールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチド ホスホジエステルを 使用すれば、トリプレックス形成に関与する領域はRNアーゼHエンドヌクレア ーゼ活性を抑制もしくは減少させず、RNアーゼHエキソヌクレアーゼ活性を抑 制する。かくしてデュープレックスがアンチセンスオリゴヌクレオチドまたはフ ォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドの専らデュープレッ クス形成性領域とその標的核酸との間で形成されてもRNアーゼHエキソヌクレ アーゼ活性は阻止されないのに対し、トリプレックスが形成される全領域にてこ の活性が阻止される。このことは、RNアーゼHを活性化するフォールドバック ・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドが望ましければ、専らデュープレッ クス形成性であってRNアーゼHを活性化するヌクレオチド(たとえばヌクレオ チド ホスホジエステルもしくはホスホロチオエート)を含有するオリゴヌクレ オチドの部分を残すことのみが必要となる。観察されるRNアーゼH加水分解の 結果は、トリプレックス形成はデュープレックスの主たる溝がRNアーゼHエキ ソヌクレアーゼ活性に局部的 にアクセスできないようにするという知見と一致する。何故なら、トリプレック ス形成は主たる溝を占めるオリゴヌクレオチドストランドを含むフーグスティー ン塩基対形成から生ずるからである。同一の結果がフォールドバック・トリプレ ックス形成性オリゴヌクレオチド ホスホロチオエートもしくはキメラにつき得 られる筈である。何故なら、キメラ オリゴヌクレオチドにおけるオリゴヌクレ オチドホスホロチオエートは単独でもRNアーゼH活性をRNAとのデュープレ ックスにおいて活性化することが知られているからである[米国特許第5,14 9,797号参照、その教示を参考のためここに引用する]。総合して、二相変 性およびトリプレックス形成性領域特異性のRNアーゼHエキソヌクレアーゼ抑 制の観察は、フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドとそ の標的核酸との間のフォールドバック・トリプレックス形成を強力に裏付ける。 これら知見は総合して次のことを示唆する。これらは、フォールドバック・トリ プレックス形成性オリゴヌクレオチドが核酸デュープレックスの主たる溝と相互 作用する酵素活性(これはたとえばポリメラーゼ活性のような全ゆる処理酵素活 性を含むと思われる)を阻害しうることを示唆する。さらに、フォールドバック ・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドとその標的との間で形成されたジッ パーもしくはクランプ−状の複合体は通常のアンチセンス オリゴヌクレオチド とは異なりリボソームによっ て破壊することができない。 フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドは一般に少なく とも3つの構造的特徴を有し、すなわちデュープレックス形成性領域とトリプレ ックス形成性領域とリンカー領域とを有する。完全なフォールドバック・トリプ レックス形成性オリゴヌクレオチドおよび特記しない限りここで説明する各種の 構造領域につき、構造上の特徴は限定はしないが5′対3′結合リボヌクレオシ ド、2′−置換リボヌクレオシドおよび/またはデオキシリボヌクレオチドのポ リマーを有し、ヌクレオチド間結合は天然ホスホジエステル結合もしくは人工結 合、たとえばホスホロチオエート、ホスホロジチオエート、ホスホルアミデート 、アルキルホスホネート、アルキルホスホノチオエート、スルホネート、カルバ メートおよび/またはホスホトリエステル結合とすることができる。さらに、こ の種のオリゴヌクレオチドは塩基および/または糖残基に改変を有するオリゴヌ クレオチド、並びにヌクレアーゼ耐性付与置換基もしくは嵩高置換基を3′およ び/または5′末端に有するものを包含する。フォールドバック・トリプレック ス形成性オリゴヌクレオチドの例を第1表に示す。 フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドのデュープレッ クス形成性領域は、標的核酸配列に対し充分な相補性を有して実験的もしくは生 理学的条件下で標的核酸配列にハイブリダイズするヌクレオチ ド配列を有することを特徴とする。好ましくは、デュープレックス形成性領域は 約8〜50個のヌクレオチドを有し、特に好ましくは約12〜約35個のヌクレ オチドを有する。標的核酸は実験目的には実質的に任意のヌクレオチド配列を有 することができる。しかしながらフォールドバック・トリプレックス形成性オリ ゴヌクレオチドの治療用途もしくは医療用途については、デュープレックス形成 性領域は好ましくは特定の病気状態もしくは生理学的条件で関与する核酸のヌク レオチド配列に対し生理学的条件下でハイブリダイズするのに充分な相補性を示 すヌクレオチド配列を有する。HIV gag−相補性配列をデュープレックス 形成性領域に有するフォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチ ドの例を第1表に示す。 フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドのトリプレック ス形成性領域は、デュープレックス形成性領域の鏡像であるヌクレオチド配列を 有し、したがってデュープレックス形成性領域の全部もしくは1部を有するパリ ンドームを形成することを特徴とする。換言すれば、トリプレックス形成性領域 の塩基配列は同じフォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチド におけるデュープレックス形成性領域の全部もしくは1部の逆反復(すなわち、 標的配列の逆補体)であり、これには如何なる塩基改変をも考慮しない。トリプ レックス形成性領域は好ましくは少なくとも約8個の ヌクレオチドを有し、デュープレックス形成性領域の全長までの任意の長さとす ることができる。好適具体例において、トリプレックス形成性領域の塩基は5− ブロモデオキシウリジンおよび/または5−メチルーシトシンを包含し、そのそ れぞれは生理学的pHにて或いはその近くでフーグスティーン塩基対形成を促進 する。二環式シトシン類似体MODA、α−アノマーヌクレオチドおよび/また は末端アクリジン、他の末端挿入体、またはDNA切断もしくは改変剤、たとえ ばEDTA−FeIIおよびcc−1065、或いは疎水性もしくは両親媒性基 、たとえばコレステロール、シクロデキストリンもしくはトリアミンをもトリプ レックス(もしくはデュープレックス)形成性領域に存在させて、トリプレック ス安定性もしくは標的核酸破壊を促進することができる。 フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドのリンカー領域 は、デュープレックス形成性領域とトリプレックス形成性領域とを接続する柔軟 領域である。リンカー領域は約3〜約10個のヌクレオチドを有するオリゴヌク レオチドとすることができる。好適具体例において、リンカー領域は約5個のヌ クレオチドを有するオリゴヌクレオチドである。或いはリンカー領域は或る種の 他の柔軟化学構造、たとえば約4〜20個の炭素原子を有する置換もしくは非置 換のアルキルもしくはアリール基(たとえばイソプロピル、o−キシリル)また はリボースもしくは1′,2′−ジデオキシリボー ス鎖とすることができる。好適具体例において、リンカー領域はヘキサエチレン グリコールである。少なくとも、リンカー領域は単一の共有結合である。フォー ルドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドの或る種の好適具体例を 下表1に示す。 フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドが標的一本鎖核 酸とのフォールドバック・トリ プレックスを形成しうる4種の異なる方法が存在し、これらはデュープレックス 形成性領域がループもしくはリンカー領域の5′対3′側に存在するかどうかに 依存し、さらにトリプレックス形成性領域の長さに依存する。これら4種の構成 を第4図に示す。第1表に示したオリゴヌクレオチドのうち、No.4およびN o.17はA型フォールドバック・トリプレックスを形成する(第4図に示す) のに対し、No.1〜3、5〜16、18および19はC型フォールドバック・ トリプレックスを形成すると共にNo.20および21はD型フォールドバック ・トリプレックスを形成する(両者を第4図に示す)。 DNAにはゆらぎがあるので[たとえばウセリーおよびシンデム、バイオケミ ストリー、第32巻、第6206頁(1993)参照]、フォールドバック・ト リプレックス形成性オリゴヌクレオチドはDNAとのトリプレックス形成するこ とができる[たとえばヘレンおよびツールメ、バイオヒミカ・エ・バイオフィジ カ・アクタ、第99巻、第100頁(1990)参照]。 癌細胞は正常細胞よりもずっと低いpHを有する。たとえばルッツ F.ティ ーツェ、モレキュラ・アスペクツ・オブ・ケモテラピー:プロシーディングス・ オブザ・セカンド・インターナショナル・シンポジウム・オン・モレキュラ・ア スペクツ・オブ・ケモテラピー、第5章[E.ボロウスキーおよびD.シュガー 編、ペルガモンプレス社(1990)]参照。したがって、癌細胞に おいてのみフォールドバック・トリプレックスを形成しうるフォールドバック・ トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドを設計することができる。癌細胞にお けるオリゴヌクレオチド活性は、より短いトリプレックス形成性領域を有すると 共に好ましくは低pHでプロトン化してフーグスティーン結合を形成せねばなら ない多数のシトシンを含有するフォールドバック・トリプレックス形成性オリゴ ヌクレオチドを設計することにより得ることができる。 標的配列、したがってフォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレ オチドのデュープレックスおよびトリプレックス形成性領域の配列を慎重に選択 することにより、テトラプレックス(a/k/a クワドラプレックス)構造に 関与するオリゴヌクレオチドを形成させることも可能である。この種のオリゴヌ クレオチドは、同じヌクレオチドがテトラプレックスを形成する異なる種類のフ ーグスティーン塩基対形成に標的核酸と共に関与するのでフォールドバック・テ トラプレックス形成性オリゴヌクレオチドとして知られる。より高次元のテトラ プレックス構造が4種の順次の異なるストランドおよび専ら分子間形成につき記 載されている[たとえばチンメルマン等、ジャーナル・モレキュラ・バイオロジ ー、第92巻、第181〜192頁(1975);リー等、ヌクレイック・アシ ッズ・リサーチ、第8巻、第4305〜4320頁(1980);センおよびギ ルバート、 ネイチャー、第334巻、第364〜366頁(1988)および第344巻、 第410〜414頁(1990)参照]。しかしながら、これらにより一本鎖標 的核酸と共にテトラプレックス構造を形成しうる構造を持ったオリゴヌクレオチ ドについては記載されていない。この種のオリゴヌクレオチドにおいて、標的核 酸とオリゴヌクレオチドとは4つの連続したG塩基もしくはA塩基を隣接するG 塩基と共に有して、テトラプレックス形成に必要なテトラッドの形成を可能にす る。Gテトラツドは、第5図に示すように中心軸の周囲に対称配置されたフーグ スティーン方式で結合した4つのG塩基の水素で構成される。分子モデルにより 予測されるように、Aテトラッドは同様に第5図に示したようにフーグスティー ン方式で結合した4つのA塩基の水素で構成される。A4テトラッドの中心にお ける6−NH2基の配置は構造を不安定化させると共に、テトラプレックスDN Aにおける連続するA4テトラッドを阻害する。しかしながら、A4テトラッド 形成は、G4テトラッドの06カルボニル酸素とA4テトラッドのN6アミノプ ロトンとの間の好適な静電荷相互作用による安定化を介し隣接するG4テトラッ ドにより促進することができる。同様に、C+4およびU4テトラッドも存在す ることが知られている。 フォールドバック・テトラプレックスを形成しうる本発明によるフォールドバ ック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドは、テトラプレックス構造(そ の生物 学的意義については最近或る種の関心を集めているものであるが)[たとえばブ ラックバーン、ネイチャー、第350巻、第569〜573頁(1991)参照 ]を研究するのに有用である。さらに、この種のオリゴヌクレオチドは一本鎖m RNAまたはデュープレックスRNAもしくはDNAと相互作用して、第6図に mRNAにつき示したように複合分子ノットを形成することができる。これら構 造はmRNAから蛋白質への翻訳、またはRNAもしくはDNA複製もしくは転 写を強力に抑制すると共に、細胞培養遺伝子発現調整の研究および治療剤の両用 途に有用である。 本発明によるフォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドは 、オリゴヌクレオチド合成につき当業界で知られた任意の方法により合成するこ とができる。たとえば米国特許第5,047,524号(その教示を参考のため ここに引用する)はオリゴヌクレオチドのホスホルアミダイト合成を教示してい る。或いは米国特許第5,491,748号(その教示を参考のためここに引用 する)はオリゴヌクレオチド合成につき最適化したH−ホスホネート手法を教示 している。オリゴヌクレオチドでないリンカー領域を有するフォールドバック・ トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドにつき、これら手法により合成を行う こともできるが、ただし全てのヒドロキシル基を先ず最初にたとえばジメトキシ トリチル基のような適する保護基により保護し、存在する 全アミノ基をたとえばトリフルオロアセチル基のような適する保護基により保護 し、さらに1端部にたとえばβ−シアノエチル−ホスホルアミダイトまたはH− ホスホネート基のような適するカップリング基を結合させなければならない。 本発明によるフォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドは 種々の目的に有用である。第1に、これらは核酸トリプレックス形成のインビト ロ研究に有用である。フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオ チドにおいて、たとえばヌクレオチド間結合型、塩基改変、リンカー長さ、およ び柔軟性などの多くのパラメータを変化させて生物学上重要な過程となりうるト リプレックス形成および破壊の速度論的研究を行うことができる。さらに、フォ ールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドを慣用のアンチセンス オリゴヌクレオチドの代りに組織培養および動物モデルを用いて遺伝子発現を 研究することもできる。これらシステムにおいて、フォールドバック・トリプレ ックス形成性オリゴヌクレオチドの特異性および複合体安定性の増大が有利とな る。 最後に、フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドは、特 定遺伝子の発現を含む病気もしくは生理学的症状の治療剤として有用である。特 定のフォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドが処置に有用 である病気もしくは症状は、デュープ レックス形成性領域が生理学的条件下でハイブリダイズするのに充分な相補性を 有するヌクレオチド配列に依存する。多くの場合、核酸配列はウィルス核酸配列 である。各種のウィルスを抑制するアンチセンス オリゴヌクレオチドの使用は 周知されており、アグローワル、チブテク、第10巻、第152〜158頁(1 992)で最近検討されている。アンチセンス抗ウィルスから知られた知見をデ ュープレックス形成性領域に適用することができる。有効なアンチセンス オリ ゴヌクレオチドにハイブリダイズするウィルス核酸配列が、ヒト免疫不全症ウィ ルス1型(米国特許第4,806,463号、その教示を参考のためここに引用 する)、単純疱疹ウィルス(米国特許第4,689,320号、その教示を参考 のためここに引用する)、インフルエンザウィルス(米国特許第5,194,4 28号、その教示を参考のためここに引用する)およびヒト乳頭腫ウィルス[ス トレー等、ヌクレイック・アシッズ・リサーチ、第19巻、第4109〜411 4頁(1991)]を含め多くのウィルスにつき記載されている。これら核酸配 列にハイブリダイズする配列をフォールドバック・トリプレックス形成性オリゴ ヌクレオチドのデュープレックス形成性領域につき使用することができ、他の任 意のウィルスからの核酸配列に対し相補的なヌクレオチド配列も同様に使用でき る。フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドを作製しうる 公知の核酸配列を持った他のウ ィルスは限定はしないが口蹄疫ウィルス[ロバートソン等、ジャーナル・バイロ ロジー、第54巻、第651頁(1985);ハリス等、ジャーナル・バイロロ ジー、第36巻、第659頁(1980)参照]、黄熱病ウィルス[ライス等、 サイエンス、第229巻、第726頁(1985)参照]、水痘−帯状疱疹ウィ ルス[ダビソンおよびスコット、ジャーナル・ゼネラル・バイロロジー、第67 巻、第2279頁(1986)参照]、キュウリモザイクウィルス[リチャード 等、バイロロジー、第89巻、第395頁(1978)参照]、B型肝炎ウィル ス[ラネーおよびマックラクレン、モレキュラ・バイロロジー・オブ・ヘパチチ スBウィルス(CRCプレス社、1991)参照]、C型肝炎ウィルス[ミラー およびプルセル、プロシーディング・ナショナル・アカデミー・サイエンス、U SA、第87巻、第2057〜2061頁(1990);プロシーディング・ナ ショナル・アカデミー・サイエンス、USA、第89巻、第4942〜4946 頁(1992);ジャーナル・ゼネラル・バイロロジー、第74巻、第661〜 668頁(1993)参照]、並びにRSウィルス(respitory Syncitiol viru s)[コリンス、ザ・パラミクソ・ウィルス、第4章、第103〜162頁(ダ ビットW.キングスベリー編(1991)参照]を包含する。或いは、デュープ レックス形成性領域は病原生物の核酸配列に対し相補的なヌクレオチド配列を有 することもできる。多くの病 原生物の核酸配列についてはマラリア生物、熱帯熱マラリア原虫(プラスモディ ウム・ファルシパルム、Plasmodium falciparum)、および多くの病原性細菌を 含め記載されている。この種の病原生物からの核酸配列にハイブリダイズするヌ クレオチド配列はフォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチド のデュープレックス形成性領域を形成することができる。フォールドバック・ト リプレックス形成性オリゴヌクレオチドを作製しうる公知の核酸配列を持った病 原真核性生物の例は限定はしないがトリパノソーマ・ブルセイ・ガンビエンス( Trypanosoma brucei gambiense)およびリーシュマニア(Leishmania)[キャン プベル等、メイチャー、第311巻、第350頁(1984)参照]、肝蛭(フ ァスキオラ・ヘパチカ、Fasciola hepatica)[ズリタ等、プロシーディング・ ナショナル・アカデミー・サイエンス、USA、第84巻、第2340頁(19 87)参照]を包含する。抗真菌性のフォールドバック・トリプレックス形成性 オリゴヌクレオチドはたとえばキチン・シンセターゼ遺伝子からの核酸配列に対 し相補的であるヌクレオチド配列を持ったデュープレックス形成性領域を用いて 作製することができ、さらに抗細菌性のフォールドバック・トリプレックス形成 性オリゴヌクレオチドはたとえばアラニン・ラセマーゼ遺伝子を用いて作製する ことができる。さらに他の具体例において、フォールドバック・トリプレックス 形成性オリゴヌクレオチドのデュ ープレックス形成性領域は細胞遺伝子もしくは遺伝子転写物(その異常な発現も しくは生成物は病気状態をもたらす)に対し相補的なヌクレオチド配列を有する ことができる。これら数種の細胞遺伝子の核酸配列についてはプリオン蛋白質[ スタールおよびプルシナー、FASEBジャーナル、第5巻、第2799〜28 07頁(1991)]、アルツハイマー氏病に関連するアミロイド様蛋白質[米 国特許第5,015,570号、その教示を参考のためここに引用する]、並び に各種の周知のオンコジーンおよびプロトーオンコジーン、たとえばc−myb 、c−myc、c−ablおよびn−rasを含め記載されている。さらに、主 として或いは専ら精子形成、精子移動性、卵子への精子の結合または精子生存性 に影響を及ぼす他の過程に関与する構造蛋白質もしくは酵素の合成を抑制するオ リゴヌクレオチドは男性の避妊薬として使用することができる。同様に、女性用 の避妊薬は排卵、受精、着床に関与する或いはこれら過程に関するホルモン生合 成に関与する蛋白質もしくは酵素を抑制するオリゴヌクレオチドとすることがで きる。高血圧はレニン/アンギオテンシン系におけるアンギオテンシン変換酵素 もしくは関連酵素の合成を抑制するオリゴヌクレオチドにより抑制することがで き、血小板凝集は心筋および脳循環障害、梗塞、アテローム性動脈硬化症、塞栓 および血栓で使用するトロンボキサンA2の合成に必要な酵素の合成を抑制して 調節することができ、動脈壁に おけるコレステロールの沈着は脂肪アシル補酵素A、すなわちアテローム性動脈 硬化症におけるコレステロール アシル トランスフェラーゼの合成を抑制して 阻止することができ、コリンホスホトランスフェラーゼの合成阻止は低脂血症に おいて有用である。フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチ ドを用いて障害の悪作用を減少もしくは除去しうる多くの神経障害が存在する。 たとえばモノアミンオキシダーゼ合成の抑制をパーキンソン氏病に用いることが でき、カテコールO−メチルトランスフェラーゼの抑制を用いて抑欝症を処置す ることができ、さらにインドールN−メチルトランスフェラーゼの抑制を分裂症 の処置に用いることができる。プロスタグランジンおよびロイコトリエンをもた らすアラキドン酸カスケードにおける選択酵素の抑制は血小板凝集、アレルギー 、炎症、疼痛および喘息の抑制に有用である。各種の抗癌剤に対する耐性の発現 をもたらすと共に化学療法に主として関与する多剤薬剤耐性(mdr)遺伝子に より発現される蛋白の抑制は癌の処置に有利であることが判明した。これら遺伝 子からの核酸配列に対し相補的なヌクレオチド配列を本発明によるフォールドバ ック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドのデュープレックス形成性領域 につき使用することができ、同様に他の任意の細胞遺伝子もしくは遺伝子転写物 (その異常な発現もしくは生成物は病気状態をもたらす)に対し相補的なオリゴ ヌクレオチド配列とすること もできる。植物細胞における遺伝子発現のアンチセンス調整については米国特許 第5,107,065号(その教示を参考のためここに引用する)に記載されて いる。デュープレックス形成性領域のヌクレオチド配列は実質的に任意の遺伝子 に対しワトソンークリック塩基対を形成すべく適合させうるので、フォールドバ ック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドの治療範囲は極めて広範囲であ る。さらに或る種の病気につき特に興味がある。たとえばAIDS、ARC、口 腔内もしくは陰部疱疹、乳頭腫イボ、インフルエンザ、口蹄疫、黄熱病、水痘、 帯状ヘルペス、HTLV−白血病および肝炎を含め各種のウィルス病をフォール ドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドにより処置することができ る。真菌病のうち、フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチ ドにより処置しうるものはカンジダ症、ヒストプラスマ症、クリプトコックス症 、ブラストミセス症、アスペルギルス症、スポロトリクス症、クロモマイコーシ ス、デマトフィトーシス(dematophytosis)およびコクシジオイデス症がある。 さらに、この方法を用いてリケッチャ病(たとえばチフス、ロッキー山紅斑熱) 、並びにトラコーマクラミジア(Chlamydia trachomatis)もしくは性病性リン パ肉芽腫(Lymphogranulomavenereum)によって生ずる性的感染病を処置するこ ともできる。アメーバ症、シャーガス病、トキソプラスマ症、肺炎、ジアルジア 鞭毛虫症、クリプトスポリジオシ ス(cryptosporidiosis)、トリコモナス症およびニューモシスチ・カリニ(Pne umocystis carini)肺炎を含む各種の寄生虫症もフォールドバック・トリプレッ クス形成性オリゴヌクレオチドにより処置することができる。さらに、たとえば 回虫症、フィラリヤ症、旋毛虫症、住血吸虫症および線虫もしくは条虫感染のよ うな寄生虫(蠕虫病)も処置することができる。マラリアは熱帯熱マラリア原虫 (P.falciparum)、三日熱マラリア原虫(P.vivax)、卵形マラリア原虫(P. orale)もしくは四日熱マラリア原虫(P.malariae)のいずれによって生じたか に拘らずフォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドにより処 置することができる。上記感染症は全てこれら病気の感染作用物質が既知である ためフォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドにより処置す ることができ、たとえば必須遺伝子のような感染作用物質の伝梁につき必須の核 酸配列である核酸配列に対しハイブリダイズするヌクレオチド配列を持った標的 形成性領域を有する本発明によるフォールドバック・トリプレックス形成性オリ ゴヌクレオチドを作製することができる。 以下、限定はしないが実施例により本発明の或る種の好適具体例につきさらに 説明する。 実施例1 フォールドバック・トリプレックス形成の分光光度測定 標的RNAもしくはDNAとフォールドバック・トリプレックス形成性オリゴ ヌクレオチド(それぞれ0.2A260単位)とを乾燥させ、次いで一緒に500 μLの100mM酢酸ナトリウム/1mM EDTAに溶解させた。この溶液を 80℃で30分間加熱し、ゆっくり室温まで冷却し、次いで4℃にて約12時間 インキュベートした。次いで溶液を80〜90℃まで0.5℃/分の速度で加熱 し、その間にA260の測定を行った。A260の増加はヘリックスの破壊を示す。こ れら試験の結果を下表2に要約する。 pH5.0の酢酸ナトリウム緩衝液にて初期の試験を行い、ここではシトシン がプロトン化されてグアニンに対しフーグスティーン塩基対を形成することがで きる。これら試験において、オリゴヌクレオチド1および2(第1表参照)は2 つの明瞭なA260の遷移を示して相補的RNAもしくはDNAに結合した(第7 図参照)。相補的DNAを有するオリゴヌクレオチド1は59.5℃および65 .8℃にてA260の遷移を示した。ヘキサエチレングリコールリンカーを有する オリゴヌクレオチド2は58.8℃および65.6℃にて相補的DNAに対し、 また55.3℃および64.3℃にて相補的RNAに対しA260の遷移を示した 。これらの結果は、オリゴヌクレオチド1および2がフォールドバック・トリプ レックスを形成し、すなわちRNAおよびDNAとのデュープレックスおよびト リプレックスの両者を形成する ことを示し、デュープレックスはほぼ予想の温度にて破壊されると共にトリプレ ックスはより低温度にて早期に破壊される。 これら結果の解釈をさらに試験するため初期の試験と同一の条件下で他の実験 を行ったが、ただし酢酸ナトリウム緩衝液のpHを7.4とした。これら条件下 で、高い温度のA、260の遷移が観察されたが、低い温度のA260の遷移は消失し た。このことは、pH5.0で観察された2種の遷移に関する説明としてデュー プレックスおよびトリプレックスの形成および破壊をさらに裏付ける。何故なら 、pH7.4にてシトシンはプロトン化させず、したがってトリプレックス形成 に必要なフーグスティーン水素結合を形成しえないからである(第2図参照)。 最後に、これらオリゴヌクレオチドが生理学的条件下で相補的RNAもしくは DNAとのフォールドバック・トリプレックスを形成しうるかどうかを試験する ため、初期試験と同一の条件下でオリゴヌクレオチド4(第1表参照)を用いて 実験を行ったが、ただし酢酸ナトリウム緩衝液のpHを7.4にすると共に3. 0mMのスペルミンを含有させた。これら条件下で、2つの明瞭なA260の遷移 が回復した(第8図参照)。これらの結果は、これらオリゴヌクレオチドが実際 にミリモル量のポリアミンを含む生理学的条件下でフォールドバック・トリプレ ックスが形成されうることを示す。 実施例2 デュープレックスおよびフォールドバック・ トリプレックスのRNアーゼH加水分解分析 基質としてRNAを用い酵素活性に対するフォールドバック・トリプレックス 形成の作用を検査するため、RNアーゼH加水分解分析を行った。これら試験に つき、HIV−1 gag RNA配列を有する39リボヌクレオチド(RNA )を用いた。39量体、すなわち 32Pで5′末端標識し、次いで異なる濃度の専らデュープレックス形成性領域 (アンチセンス)またはフォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレ オチド(DNA)と共に30μLの20mMトリス・HCl(pH7.5)/1 0mM MgCl2/100mMKCl、0.1mM DTT、3mMスペルミ ン、5%ショ糖(w/v)および40単位のRNアシン(プロメガ社)にて4℃ で12時間インキュベートした。次いで7μLのアリコートを対照として取出し 、10μL(0.8単位)のイー・コリ(E.coli)RNアーゼH(プロメガ社 )を残りに添加し、ついでこれを室温でインキュベートした。所定量をRNアー ゼH処理の開始の1分間後、10分間後および20分間後に抜取った。対照およ び実験用アリコートを次いで20%の変性PAGEにより分析した。 第9図は、これら実験から得られたオートラジオグラムを示す。これらの結果 は、フォールドバック・トリプレックス形成がRNアーゼHエンドヌクレアーゼ 活性を抑制しなかったがRNアーゼHのエキソヌクレアーゼ活性を抑制したこと を示す。これらの結果を第10図に示し、ここで太矢印は観察されたRNアーゼ Hエキソヌクレアーゼ抑制部位を示し、細矢印はRNアーゼHエンドヌクレアー ゼ活性の部位を示す。RNアーゼHがその基質に対し作用する場合、これは最初 にRNAにおけるエンドヌクレオ分解切断をオリゴヌクレオチドの5′末端 近くにてデュープレックスおよび一本鎖接合部で行い、次いでエキソヌクレオ分 解活性によりエンドヌクレオ分解切断部位からRNAを分解する。専らデュープ レックス形成性の対照(オリゴ22)において2個のみのバンドが第9図に見ら れ、一方はRNアーゼHエンドヌクレオ分解活性(遅い移動バンド)からのもの であり、他方はRNアーゼHエキソヌクレアーゼ活性(速く移動するバンド)か らのものである。中間移動するバンドは、抑制がない状態でのエキソヌクレアー ゼ活性に基づき観察されない。これに対し、フォールドバック・トリプレックス 形成性オリゴヌクレオチドを用いる場合は常に数個の中間バンドが存在する。こ れらバンドは、トリプレックス形成による主たる溝の阻止に基づき数箇所でのR NアーゼHエキソヌクレアーゼ活性の抑制を示す。 実施例3 原理的にフォールドバック・トリプレックス形成はアンチセンス オリゴヌク レオチドに対し2つの重要な性質を付与する。(1)フォールドバック・トリプ レックス複合体はデュープレックスおよび慣用のトリプレックスよりも高い安定 性を有し、(2)フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチド は慣用のアンチセンスおよびアンチジーン(トリプレックス)オリゴヌクレオチ ドよりも高い特異性を示す。 フォールドバック・トリプレックスを形成しうる数種 のオリゴヌクレオチドを設計して上記2つの特性をさらに検査した(第11図参 照)。標的としてはHIV−Iのgag mRNA領域からの16塩基長ホモプ リントラックを選択し、これを30塩基長の配列に含ませた(配列No.23、 第11図)。オリゴヌクレオチド配列No.24および25は、第11図に示し たようにフォールドバック・トリプレックス形成により標的に結合すると思われ る。オリゴヌクレオチド26は、デュープレックス形成によってのみ標的に結合 する。延長領域は、ミスマッチ配列であるためトリプレックスを形成しない。こ のオリゴヌクレオチドは、オリゴヌクレオチド24および25が予想通り、フォ ールドバック・トリプレックスを形成するかどうかを証明するための対照として 役立つ。オリゴヌクレオチド27はデュープレックス形成により標的に結合する 。オリゴヌクレオチド28は慣用のトリプレックス形成性配列である。 熱変性試験 熱融解試験を100mM酢酸ナトリウム(pH5.0および7.4);98m M酢酸ナトリウムおよび10mM塩化マグネシウム(pH5.0および6.5) の各緩衝液で行った。各アンチセンス オリゴヌクレオチド(配列No.24〜 28)の0.2A260単位を等量の標的配列No.23と混合し、高速減圧で乾 燥させた。乾燥したオリゴヌクレオチドを適する緩衝液に溶解させ、 95℃で10分間加熱し、ゆっくり室温まで冷却し、次いで4℃に1晩放置した 。各試料の融解温度を、パーキン・エルマー・ラムダ2型分光光度計を熱制御器 に取付けて測定した。加熱速度は0.5℃/分とした。第1の誘導曲線から計算 されたTm値を第3表に示す。98mMの酢酸ナトリウムおよび10mMの塩化 マグネシウム(pH5.0の緩衝液)における典型的な融解曲線およびその最初 の誘導プロットを第12図に示す。 No.23と二本鎖構造のみを形成するオリゴヌクレオチド27は酢酸ナトリ ウムおよび塩化マグネシウム (pH5.0の緩衝液)にて51.3℃のTmを示した。同じ条件下でオリゴヌ クレオチドNo.23、27および28により形成された慣用のトリプレックス は2つの明瞭な融解遷移を示し、一方は20.5℃であり、他方は52.1℃で ある。低温度の遷移は第3ストランドのオリゴヌクレオチド28の解離に起因し 、また高温度遷移はオリゴヌクレオチド23および24のデュープレックスの変 性を示す。オリゴヌクレオチド24および25は独立してNo.23と共に同一 条件下でそれぞれ58.8℃および59.4℃のTmを示した。他の明瞭な遷移 は慣用のトリプレックスの場合と同様に観察されなかった(第12図参照)。ト リプレックス形成性領域におけるミスマッチのためデュープレックスのみを形成 する対照オリゴヌクレオチドNo.26は48.2℃のTmを有する。これは、 オーバーハング配列がデュープレックス構造の末端の剥離に寄与し、したがって 低いTmをもたらすことを示唆する。同様に、オリゴヌクレオチド24および2 5の場合は、このオリゴヌクレオチドのトリプレックス形成性領域が結合しなけ れば、オリゴヌクレオチド26の場合と同様に低いTmが予想される。これは、 シトシンがプロトン化されずかつ完全なトリプレックス形成が可能でない条件で あるpH7.4の緩衝液にて明瞭に観察できる(第3表)。これら条件下で、オ リゴヌクレオチド23とオリゴヌクレオチド24、25および26とにより形成 された複合体は独立して同様なTm を有し、これらはオリゴヌクレオチド27で得られるTmよりも低い。これらの 結果は、全てを総合してフォールドバック・トリプレックスが適する条件下で形 成されると共に慣用のアンチセンス デュープレックスおよびアンチジーントリ プレックス構造よりも安定であることを明かに示す。フォールドバック・トリプ レックス形成は、形成される全ての複合体の安定性に寄与する。 実施例4 DNアーゼI加水分解分析 実施例3で検討したと同じオリゴヌクレオチドを用い、2種の方法によりDN アーゼI加水分解分析を行った。分光光度法: DNアーゼIは、マグネシウムイオンの存在下にデオキシリボ核酸を、たいし た配列選択性なしにモノヌクレオチドレベルまで加水分解するエンドヌクレアー ゼである。二本鎖DNAは完全な基質であり、一本鎖DNAも或る程度まで加水 分解される。DNAが短片およびモノマーまで加水分解されると、260nmに おけるDNAの吸光度が増大する。この実験において、DNアーゼIによる二本 鎖および一本鎖オリゴヌクレオチドの加水分解に基づく経時的な吸光度増加の程 度を測定した。DNアーゼIは三本鎖DNA構造を加水分解しない。 上記したように試料を作製した。各試料を20℃にて10分間にわたり平衡化 させ、4単位のDNアーゼIを 添加すると共に混合し、次いで260nmにおける吸光度を時間の関数としてパ ーキン・エルマー・ラムダ2型分光光度計で記録した。 第13図は一本鎖、二本鎖および三本鎖構造の経時的な加水分解パターンを示 す。No.24および25とNo.23との複合体はDNアーゼIの作用に対し 極めて耐性であり、一本鎖および二本鎖とは異なる構造を示す。しかしながら、 オリゴヌクレオチド26(これはトリプレックスを形成しない)および27(こ れはデュープレックスのみを形成する)は急速に加水分解される。一本鎖である 標的オリゴヌクレオチド23も切断されるが、二本鎖よりも遅い速度である。オ リゴヌクレオチド23、27および28で形成される慣用のトリプレックスはD NアーゼIに対し耐性である。しかしながら、慣用のトリプレックスの低安定性 に基づき経時的な遅い切断が見られる。ゲル電気泳動法: 32Pで5′末端標識されたオリゴヌクレオチド23をこの目的に使用する。標 的配列23を、T4ポリヌクレオチドキナーゼにより32Pで5′末端標識した。 3000〜5000cpmに相当する末端標識のオリゴヌクレオチドを適当な量 の同じ冷オリゴヌクレオチドに0.2A260単位の濃度まで添加し、等量のアン チセンス オリゴヌクレオチド(配列No.24〜28)を100mMの酢酸ナ トリウム(pH5.0)、10mMの塩化マ グネシウム緩衝液中で混合し、95℃まで加熱し、冷却し、次いで熱変性試験の 項目に記載したように4℃で1晩放置した。次いで各試料を2単位のDNアーゼ Iにより20℃にて10分間処理し、加水分解生成物を7Mの尿素を含有する2 0%変性ポリアクリルアミドゲルにて分析した。 DNアーゼIの存在下における異なる複合体の加水分解パターンを示すオート ラジオグラムを第14図に示す。これから明かに見られるように、一本鎖構造の オリゴヌクレオチド23と、No.23によって形成されたオリゴヌクレオチド 26とオリゴヌクレオチド27の二本鎖構造のものは完全に切断される(それぞ れレーン6、2および1)。これに対し、オリゴヌクレオチド24および25で 形成されたフォールドバック・トリプレックス構造は極めて耐性であり(それぞ れレーン4および5)、慣用のトリプレックスは或る程度まで加水分解される( レーン3)。これはフォールドバック・トリプレックスの形成および慣用のトリ プレックス構造よりも高い安定性をさらに示している。 実施例5 ゲル移動性シフト分析 実施例3で検討したと同じオリゴヌクレオチドを用い、ゲル移動性シフト分析 によりフォールドバック・トリプレックス形成をさらに検査した。原理的に、未 変性ゲル にてトリプレックス構造はその分子量に基づきデュープレックス構造よりも遅く 移動する。実施例4のゲル電気泳動の項目に記載したと同じ方法を用いたが、た だし緩衝液は塩化マグネシウムを含有せず、さらに試料をDNアーゼIで処理し なかった。試料を、尿素を含有しない20%未変性ポリアクリルアミドゲルで分 析した。典型的なオートラジオグラムを第15図に示す。このオートラジオグラ ムはオリゴヌクレオチド23単独(レーン1)およびオリゴヌクレオチド27の 存在(レーン2)、オリゴヌクレオチド27および28の存在(レーン3)、オ リゴヌクレオチド24の存在(レーン4)、オリゴヌクレオチド25の存在(レ ーン5)およびオリゴヌクレオチド26の存在(レーン6)を示す。オリゴヌク レオチド24および25の複合体は、実際に一本鎖、二本鎖および慣用のトリプ レックス構造よりも遅くゲル上で移動するフォールドバック・トリプレックスを 形成する。オリゴヌクレオチド24および25の複合体はオリゴヌクレオチド2 6の複合体よりも若干速く移動したが、全複合体の分子量および電荷は同じであ る。これは、オリゴヌクレオチド24および25で形成された複合体の高次元か つ緻密な構造に起因する。これはフォールドバック・トリプレックスの形成をさ らに裏付ける。同様な結果がRNA標的でも得られる。 実施例6 フォールドバック・トリプレックス形成性 オリゴヌクレオチドの配列特異性 フォールドバック・トリプレックス オリゴヌクレオチドは標的配列を2回読 取り、すなわち最初に標的とのデュープレックスを形成する際および2回目は既 に形成されたデュープレックスにフォールドバックしてトリプレックスを形成す る際に読み取る。このため、これらオリゴヌクレオチドは慣用のアンチセンス( 一本鎖標的とのデュープレックスのみを形成する)およびアンチジーン(これは 二本鎖標的とのトリプレックスを形成する)オリゴヌクレオチドよりも高い特異 性を示すと予想された。 フォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチドの配列特異性を 検査するため、この配列を同様に標的とするが数箇所にてミスマッチを有する数 種のオリゴヌクレオチドを合成し、これらをオリゴヌクレオチド25および27 での熱融解実験により試験した。その結果を、オリゴヌクレオチド23、すなわ ち完全マッチした標的と比較して、標的におけるミスマッチに基づくTmの変化 (ΔTm)として第4表に示す。全ての場合、ΔTmはデュープレックス形成性オ リゴヌクレオチド27の場合よりもフォールドバック・トリプレックス形成性オ リゴヌクレオチド25の場合に大であり、これはオリゴヌクレオチド25が慣用 のアンチセンス オリゴヌクレオチド27よりも高い特異性を標的に対し有する こ とを示す。 配列の説明 (1)一般的情報: (i)出願人:カンジマラ、エカンバー R.、 アグローワル、スジア (ii)発明の名称:フォールドバック・トリプレッ クス形成性オリゴヌクレオチド (iii)配列の数:22 (iv)通信: (A)宛先:アレグレッティ&ウィトコフ・リミテ ッド社 (B)町名:10サウス・ワッカー・ドライブ (C)都市名:ボストン (D)州名:マサチューセッツ (E)国名:U.S.A. (F)ZIP:02109 (v)コンピュータ解読フォーム: (A)メジア種類:フロッピーディスク (B)コンピュータ:IBM PSコンパティブル (C)操作システム:PC−D0S/MS−DOS (D)ソフトウエアー:パテント・イン・リリース No.1.0、バーションNo.1.25 (vi)出願データ: (A)出願番号: (B)出願日: (C)分類: (viii)代理人の情報: (A)氏名:グリーンフィールド、S.ミカエル (B)登録番号:37,142 (C)参照番号:93,000−A (ix)電信情報: (A)電話:671/345−9100 (B)テレファックス: 617/345−9111 (C)テレックス:なし (2)SEQ ID NO:1の情報: (i)配列特性: (A)長さ:45塩基対 (B)種類:核酸 (C)鎖型:一本鎖 (D)トポロジー:線状 (ii)分子型:DNA(ゲノム) (iii)仮定(Hypothetical) :なし (iv)アンチセンス:あり (xi)配列説明:SEQ ID NO:1: (2)SEQ ID NO:2の情報: (i)配列特性: (A)長さ:40塩基対 (B)種類:核酸 (C)鎖型:一本鎖 (D)トポロジー:線状 (ii)分子型:DNA(ゲノム) (iii)仮定:なし (iv)アンチセンス:あり (xi)配列説明:SEQ ID NO:2: (2)SEQ ID NO:3の情報: (i)配列特性: (A)長さ:30塩基対 (B)種類:核酸 (C)鎖型:一本鎖 (D)トポロジー:線状 (ii)分子型:DNA(ゲノム) (iii)仮定:なし (iv)アンチセンス:あり (xi)配列説明:SEQ ID NO:3: (2)SEQ ID NO:4の情報: (i)配列特性: (A)長さ:45塩基対 (B)種類:核酸 (C)鎖型:一本鎖 (D)トポロジー:線状 (ii)分子型:DNA(ゲノム) (iii)仮定:なし (iv)アンチセンス:あり (xi)配列説明:SEQ ID NO:4: (2)SEQ ID NO:5の情報: (i)配列特性: (A)長さ:43塩基対 (B)種類:核酸 (C)鎖型:一本鎖 (D)トポロジー:線状 (ii)分子型:DNA(ゲノム) (iii)仮定:なし (iv)アンチセンス:あり (xi)配列説明:SEQ ID NO:5: 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【手続補正書】特許法第184条の8 【提出日】1995年3月9日 【補正内容】 請求の範囲 1. 以下に示す配列から選択されるいずれかの配列を有するフォールドバック ・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチド: ただし、L*はヘキサエチレングリコールである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI A61K 31/70 ADY 9454−4C AED C07H 21/04 Z 8615−4C (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AT,AU,BB,BG,BR,BY, CA,CH,CN,CZ,DE,DK,ES,FI,G B,HU,JP,KP,KR,KZ,LK,LU,MG ,MN,MW,NL,NO,NZ,PL,PT,RO, RU,SD,SE,SK,UA,US,VN

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 標的核酸とのデュープレックスを形成するデュープレックス形成性領域と 、デュープレックス形成性領域と標的核酸との間で形成されたデュープレックス とトリプレックスを形成するトリプレックス形成性領域と、およびデュープレッ クス形成性領域とトリプレックス形成性領域とを接続するリンカー領域とを備え るフォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチド。 2. デュープレックス形成性領域が約8〜約50個のヌクレオチドを有する請 求項1に記載のフォールドバック・トリプレックス形成性オリゴヌクレオチド。 3. トリプレックス形成性領域がデュープレックス形成性領域の約8〜約50 個のヌクレオチドの逆反復である請求項2に記載のフォールドバック・トリプレ ックス形成性オリゴヌクレオチド。 4. リンカー領域がオリゴヌクレオチド、約4〜約20個の炭素原子を有する 置換もしくは未置換のアルキルもしくはアリール基および化学結合よりなる群か ら選択される化学置換基である請求項3に記載のフォールドバック・トリプレッ クス形成性オリゴヌクレオチド。 5. オリゴヌクレオチドと標的核酸との間のデュープレックスおよびデュープ レックスとオリゴヌクレオチドとの間で形成されたトリプレックスとを備えるフ ォールドバック・トリプレックス。 6. 標的核酸が一本鎖RNAである請求項5に記載のフォールドバック・トリ プレックス。
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