【発明の詳細な説明】
5’(OH)および/または3’(OH)部位に1以上の放射活性のない標識
要素を導入するために5’(OH)および/または3’(OH)が化学的に修飾された核酸プローブ、およびそれらの製造方法
本発明は、放射活性のない核酸プローブ、および上記プローブの合成に有用な
化合物に関する。先天性の遺伝子疾患、癌遺伝子、ウイルス、細菌あるいは寄生
虫に起因する疾患の検出および診断のために核酸プローブを用いることは、きわ
めて一般的になってきており、そしてそれらはヒトの臨床および獣医学の分野と
育種産業(food-growing industry)の分野において用いられている。考慮され
たプローブは、一般的に、ある実験条件下で、一本鎖DNAまたはRNA配列で
あり、それらの相補的な配列を回復することができ、ハイブリッドを形成して安
定な二本鎖を作り出す。
従来、放射活性のある標識の使用を必要とするDNA-DNAまたはDNA-R
NAハイブリッドの検出に用いられていた:プローブは、放射性同位体、通常、32
P放射性同位体で標識され、そしてハイブリダイゼーションの後の検出は、放
射能のカウントまたはオートラジオグラフィーを必要とする。
放射性同位体の使用に伴う不利益(崩壊の期間、コストおよび安全性)の点か
ら、(放射性同位体を含まない)”コールド”プローブを使用する傾向にある。
コールドプローブは、原理的に基質の存在下に発色する酵素系で、そして最も最
近の系では、発光(蛍光、化学発光あるいは生物発光)を利用する検出技術が採
用されている。
こうしたプローブの標識を考慮する場合、現在までのところ発表された技術は
、2つの主なカテゴリーに分けられる:
1.第一は、上記プローブを直接検出可能な要素に結合すること、例えば上記プ
ローブに酵素(アルカリフォスファターゼまたはパーオキシダーゼ))を共有結
合することからなる。
2.第二のカテゴリーは、ハイブリッドの間接的な検出からなる。これは、上記
プローブに接着している単位(des motifs)を認識する中間体物質の使用を含む
。これらは、主として、ビオチンとアビジンまたはストレプトアビジンとの間の
非常に激しい相互反応に基づき、ここでアビジンまたはストレプトアビジンは、
ある酵素と対をなす。このアプローチは、核酸プローブに取り込まれる1以上の
ビオチンを必要とする。
コールドプローブの使用に基づく技術は、直接的または間接的な検出を含むが
、それゆえ、プローブを標識できるようにするために、上記のプローブでオリゴ
ヌクレオチド鎖を化学的に修飾することが必要である。
1級アミンまたはチオールなど種々の試薬で結合できる置換基を有するオリゴ
デオキシヌクレオチドは、文献に記載されている。これら置換基は、1以上の塩
基、またはオリゴデオキシヌクレオチドの5’または3’端のいずれか一方に導
入されてもよい。上記鎖の塩基の化学的修飾は、オリゴヌクレオチドが相同的な
配列とハイブリッドを形成する際に、塩基対の形成を妨害するという不利益を招
く。このために、5’または3’端へ置換基を導入するよりよい方法は、上記プ
ローブのオリゴヌクレオチド部分から検出可能部分を十分離してこうしたプロー
ブを製造する技術を提供することである。
それゆえ、本発明は、下記のような核酸プローブを得ることを目的とする:
i)相補的な標的とする配列とよくハイブリダイゼーションすること;
ii)直接的または間接的な検出が、放射性同位体を用いない方法により可能であ
り、検出限界値が可能な限り低いこと;および
iii)合成が容易、言い換えれば、特に固相上での核酸の自動合成またはマニュ
アル合成に適していること。
したがって、本発明は、
a)S:検出される分子の型によってDNAまたはRNAの核酸配列となる
で構成されるオリゴヌクレオチドまたはオリゴデオキシヌクレオチド部分;およ
び
b)発色または発光により放射性同位体を用いないで検出できる標識要素Mまた
は検出単位の直接的または間接的接触を可能にする化学的性質を有する非ヌクレ
オチド部分を有する非核酸部分であって、b)部分は、アルキル単位が散在され
たリン酸基の単位の鎖からなることを特徴とし、言い換えれば:
b1)種々のリン酸基群が結合し、特別の置換性(fonctionalite)を示さない
あるアルキル単位;
b2)直接的または間接的な検出を行うために、種々の試薬で結合できる1級ア
ミン基を有するアルキル単位;b2)単位は、a)部分またはb1)単位を介し
て配列Sにつながれている。
本発明によれば、配列Sはその5’および/または3’端で1以上の標識要素
Mにつながれている。
1以上の検出単位の直接的または間接的な検出を可能にするX置換基を有する
分子構造には、とりわけ、2つの型がある:
i)X置換基が直線状に配列された”くし”型構造。
ii)X置換基が枝別れ状に配列されている”燭台”型構造。
本発明は、いずれの型の構造も含む。I.”くし”型分子構造によって5’(OH)および(または)3’(OH)で 化学的に修飾された核酸プローブ
この型のプローブは、ヌクレオチド部分が標的の相補的な断片と相同性のある
定義された核酸配列を含み、その配列は安定化エネルギーを供給し、検出される
DNAまたはRNA分子とのハイブリダイゼーションを強固にする。それは、リ
ボースがちりばめられたリン酸基の単位の鎖から構成される。
非ヌクレオチド部分は、上述の核酸配列の5’(OH)および/または3’(
OH)端に導入可能なハイブリッドの直接的または間接的な検出を可能にする反
応性を提供し、アルキル単位がちりばめられた直線状のリン酸基の単位の鎖から
構成されており、言い換えれば:
L:特殊な化学的置換性を示さないあるアルキル単位;”化学的アーム”として
も知られているが、このような単位の出現順序は、検出単位の間に導入されてい
る間隔(des espacements)による。
M:種々の試薬と結合して直接的または間接的な検出単位の形成に導く1級アミ
ン基群を有するアルキル単位を示す。M単位は、可変数の化学的アームLによっ
て互いに離されており、そしてMは放射性同位体を用いない様式で直接的または
間接的に検出できる、人工または天然の分子を含む。かくして構成されたプロー
ブは、一般式
[(M)y'-(L)x']z'-S-[(L)x-(M)y]z (I)
で表わされ、
ここで、S、LおよびMは上記の意味であり、
x、x’、z、z’は、0以上の整数であり、かつzおよびz’が同時に0で
なく、yおよびy’は0を超える整数である。
化学的修飾は、それゆえ、核酸配列の5’および/または3’端で行われ下記
式Iで特定される:
単位S、LおよびMは以下のように記載される:
S:核酸配列
J=HまたはOH
mは、1〜1000の数を表わす
Bは、核酸、ヌクレオチドによって異なるプリン塩基またはピリミジン塩基で
ある。
核酸は、ヌクレオチドのポリマー、RNAの場合リボヌクレオチド、DNAの
場合デオキシリボヌクレオチドのいずれかであることが想起されるだろう。RN
Aのモノマーの場合、すなわち、ヌクレオチドは、リン酸、5つの炭素原子を含
むリボース(J=OH)と4つの基本的塩基:アデニン、グアニン、シトシン、
およびウリジンから構成される。まれには、ジヒドロウラシルおよびシュードウ
リジンなどのメチル化あるいはヒドロキシル化された、いわゆる副塩基またはヌ
クレオシドが含まれる。DNAの場合、デオキシリボヌクレオチドの単糖類がD
-2-デオキシリボース(J=H)であり、4つの基本的塩基はアデニン、グアニ
ン、シトシンおよびチミンである;まれには、シトシンがメチルシトシンまたは
ヒドロキシメチルシトシンに置換されている。上記ポリヌクレオチドの本質的特
徴の1つは、3’-5’リン酸ジエステル結合がヌクレオチド間にあることであ
る。
L:化学的アーム
x、x’=0〜100
n’=0〜20
化学的アームは、ヌクレオチドでないポリマーである。このポリマーの本質的
特徴の1つは、DNAの場合もRNAの場合も、上記モノマーを結合するリン酸
ジエステル結合である。
モノマーは、リン酸、1のジオール:1位の炭素上でアルキル側鎖に置換され
た1,3-プロパンジオールからなる。
M:標識要素
y、y’=1〜100
n =0 〜20
X:標識、直接:アルカリフォスファターゼ、パーオキシダーゼ、フルオレセイ
ン、基質の存在下に酵素が発色または発光を生じ得るいずれかの酵素;
または間接:ビオチン、ジゴキシゲニン、放射性同位体を用いない
方法で標識された抗体によって認識され得るいずれかのハプテン
である。
標識要素は、ヌクレオチドでないポリマーである。このポリマーの本質的特徴
の一つは、DNAの場合でもRNAの場合でも、モノマーの間にリン酸ジエステ
ル結合があることである。
上記モノマーは、リン酸、1のジオール:メチレンアセタミド-アルカンで1
位の炭素上で置換された1,3−プロパンジオールからなり、上記アルキル鎖は
標識のアミンにより末端が置換されている。
最終的に、上記プローブの検出に応答する上記要素LMは、z’≠0;z=0
のとき5’(OH)に、またはz’=0;z≠0のとき3’(OH)に、または
z≠0;z’≠0のとき5’(OH)および3’(OH)に同時に導入されてい
てもよく、一般的に言えば、zおよびz’=0〜100である。
化合物Iaは、かくして、Iの種々の要素、すなわち、S、LおよびMという
、上記モノマー同士が互いにリン酸ジエステル結合でつながっているポリマーで
あるため、古典的なヌクレオチド間結合により合成されてもよい。
それゆえ、本発明は、
A1)好ましくは固相上における従来のマニュアルまたは自動ヌクレオチド結合
を含むいずれかの合成方法による核酸配列Sの合成
および
A2)上記配列を、好ましくは、合成と同じ方法、言い換えれば、固相支持体上
で、
一連のMおよびL単位によるその5’(OH)端での伸長
または一連のMおよびL単位によるその3’(OH)端での伸長
または二連のMおよびL単位によるその5’(OH)端および3’(OH)端
での伸長のいずれかに供することを特徴とする標識(marquer)の接着
B)上記L単位は、ヌクレオチドでないポリマーLの合成によって得られ
ここで、n’およびxは上述の意味であり、
そして
C)上記M単位は、ヌクレオチドでないポリマーMの合成により得られ
ここで、nおよびyは上述の意味であり、Xは、
アルカリホスファターゼ、パーオキシダーゼ、フルオレセイン、ビオチン
、ジゴキシゲニン、放射性同位体を用いない方法で標識された抗体によって認識
され得るいずれかのハプテン、
または、上記核酸プローブIの全合成の後に除去できる1級アミン基とい
う一時的な保護基のいずれかを表わす
を含む式Iaのプローブを製造する方法を提供することにある。実施例のために
のみ、この合成方法では、xは、アセチルIV、トリフロロアセチルVII、ベ
ンゾイルVIIIを示し、
そして、上記BおよびCの合成もまた、好ましくは、従来のマニュアルまたは自
動ヌクレオチド間結合合成方法を用いて、特に好ましくは、固相支持体上で行う
。
より好ましくは、化学的アームの各要素は、式
を有する1,3-アルカンジオールから出発して、以下の
a)保護基R1で1級アルコール基を保護し、式
の化合物を得、
b)2級アルコールをOR2基に変換し、式
の化合物を得、
ここで、R2は化合物II(シントン、synthon)をヌクレオチド末端または他
の存在しているシントンの末端に導入するために適した基を表わす、
という工程で得られる。
本発明の他の特徴によれば、各要素または検出単位Mは、式
HO-CH2-CH2-CH=CH2 (XXX)
を有するブテン-3オール-1から出発して、
a)保護基R1によって1級アルコールを保護し、式
R1-O-CH2-CH2-CH=CH2 (XXXI)
を有する化合物を得、
b)化合物(XXXI)の二重結合をエポキシ化し、式
の化合物を得、
c)上記エポキシドをアンモニアで開環し、式
の化合物とし、
d)式
の化合物の1級アミノ基を保護して、式
の化合物を得、
ここで、Xは上記の意味であり、
e)化合物(XXXIII)を活性化し、
f)化合物(XIIIa)および(XXXIII)をそれら自身の間で縮重合さ
せて、式
の化合物とし、
g)化合物(XVa)をリン酸化し、式
を得、
ここで、R2は化合物(IIIa)(シントン)をヌクレオチドの末端または
すでに存在するシントンの末端に選択的に導入するに適したリン酸化された基を
表わす。
上述の式中、R1は、1級アルコール基の保護基である;実施例の方法によっ
てのみ、固相支持体上でホスホロアミデート(phoshporoamidites)を合成する
場合、R1は、酸性溶媒中で不安定な式IV
の4,4’−ジメトキシトリチル(4,4’-dimethoxytrityl,DMT)を表わし
、そして、
R2は、Hまたは与えられた型のヌクレオチド間結合の合成について固相支持体
上ですでに縮合されたあるシントンまたはヌクレオチドの5’端にシントンII
あるいはIIIを導入するのに適した、可能な限り保護されたいずれかのリン酸
基である。
R2は、実施例のために、固相支持体上でホスホロアミデートを合成する場合
、式V
のシアノエトキシジイソプロピルアミノホスホロアミデート(cyanoethoxydiiso
propylaminophosphoroamidite)を表わす。本発明の目的は、2つのヌクレオチ
ドでない合成化合物を提供することにもあり、これらの化合物は、固相支持体上
で既知のマニュアルまたは自動的なヌクレオチド間結合の合成方法によって、化
合物IaのMおよびL断片それぞれの中間体として有用である。クレームされた
2つの合成化合物は、式IIおよび式III
で表わされ、
ここで、R1、R2、n、n’およびXは、すでに述べた意味である。
本発明はまた、上記で概説した方法により中間体化合物IIおよびIIIを製
造することに関する。
ホスホロアミデートを合成する場合、化合物IIの合成は、以下の模式図で示
される:
ホスホロアミデートの合成の場合と同様に、式IIIの化合物の製造手順は、
下記の模式図で表わされる:
工程A)4,4’−ジメトキシトリチルクロライド(4,4'-dimethoxytrityl chl
oride)を用いたブテン3-オールの1級アルコールの保護
工程B)メタ-クロロ過安息香酸(meta-chloroperbenzoic acid)を用いた二重
結合のエポキシ化
工程C)アンモニアを用いたエポキシドの開環、化合物XIIIの生成
工程D)6-アミノカプロン酸(6-aminocaproic acid)の1級アミンのトリフロ
ロアセチル基による保護
工程E)N−ヒドロキシスクシンイミドを用いた6−トリフロロアセチルアミド
カプロン酸(6-trifluoroacetylamidocaproic acid)の活性化、化合物XIVの
生成
工程F)XIIIおよびXIVの縮合による化合物XVの合成
工程G)誘導体IIIの固相支持体上での連続的結合を可能にする試薬により2
級アルコールXVをリン酸化し、それによってある型のヌクレオチド間結合を得
る。ホスホロアミデートを合成する場合、リン酸化は、ジイソプロピルアミノシ
アノエトキシクロロホスフィン(diisopropylaminocyanoethoxychloro-phosphin
e)XIを用いて行われる。
本発明のさらに別の目的は、CPG(均質ポーラスガラス、controlled porou
s glass)固相支持体を化合物Xにより置換(fonctionnalisation)するための
方法である。それによって置換された上記固相支持体は、zが0でない、言い換
えれば、その中でマーカーがプローブの3’部位に導入されるI型核酸プローブ
の製造を可能にする。実際、好ましくは固相支持体上で、いかなるマニュアルま
たは自動ヌクレオチド間結合の既知合成方法も、3’端から5’端へ鎖を伸長さ
せることによって機能する。
zが0でないI型の核酸プローブでは、それゆえ、式XまたはXVの化合物で
置換された固相支持体上で合成を開始することが必要である。しかしながら、得
られる誘導体Xで与えら得る容易さを化合物XVと比較すると、Xで上記支持体
を置換することを選ぶ。
上記固相支持体を置換するためのクレームされた方法−支持体は、最初に1級
アミン基で被覆される−は、下記の工程を含む:
−無水スクシン酸(succinique anhydride)によりXの2級アルコールをアシル
化し、式XVIIの化合物を製造。
−化合物XVIIのカルボキシル基を、カルボジイミドの存在下で、ペンタクロ
ロフェノールにより活性化し、エステルXVIIIを製造。
−誘導体XVIIIを接着し、固相支持体をアミノ化。置換された固相支持体X
IXがこのようにして得られる。
11.”燭台”型分子構造によって5’(OH)が化学的に修飾された核酸プロ ーブ
この型のプローブでは、核酸部分が標的の相補的な断片と相同である定義され
た核酸配列から構成され、それは安定化エネルギーを提供し、検出されるDNA
またはRNA分子とのハイブリダイゼーションを強固にする。それは、リボース
単位がちりばめられたリン酸基の単位の鎖から構成される。
直接的にまたは間接的にハイブリッドを検出し得る反応性を提供する部分は、
上記の核酸配列の5’(OH)端に導入される。それは、アルキル基がちりばめ
られた枝別れしたリン酸基の単位の鎖から構成される。
− 枝の内側にあるアルキル基、すなわち、様々なリン酸基を結び付けている
アルキル基は、特別の化学的置換性を示さず、
− 枝の外側にあるアルキル基、すなわち、上記枝の様々なアームの終端にあ
るアルキル基は、上記鎖の末端に1級アミン基を有する。
それゆえ、本発明の目的は、上記配列Sが標識要素Mにその5’端で結合され
ることを特徴とするDNAまたはRNAの核酸配列Sを含む核酸プローブXXで
ある。
それゆえ、上記化学的修飾は、上記核酸の5’(OH)で行われ、その結果、
例えば、式XXは下記式で特定される:
単位SおよびMは以下のように記載される:
S:核酸配列
J−HまたはOH
xは1〜1000のヌクレオチド数を示す
Bは、ヌクレオチドによって異なる、核酸塩基、プリン塩基、ピリミジ
ン塩基である。
核酸は、ヌクレオチド、RNAの場合はリボヌクレオチド、DNAの場合はデ
オキシリボヌクレオチドのポリマーであることが想起される。
RNAの場合、モノマー、すなわち、ヌクレオチドは、リン酸、五炭糖、リボ
ース(J=OH)および4つの基本塩基:アデニン、グアニン、シトシンおよび
ウリジンの1つから構成される。DNAの場合、デオキシリボヌクレオチド オ
ースは、D−2−デオキシリボース(J=H)であり、4つの基本塩基は:アデ
ニン、グアニン、シトシンおよびチミンである。上記ポリヌクレオチドの本質的
特徴の1つは、3’−5’ホスホジエステルヌクレオチド間結合である。
M:標識要素、上記の例中、8つのアミノ化されたアームで終わっている。こ
の点から、8順(d'ordre huit)と呼ばれる。枝別れの順は、やはり2〜128
の値を推定してもよい(高順は、常に先行する順の2倍である)。
n、n’およびn”=0〜20
X:標識、直接:アルカリホスファターゼ、パーオキシダーゼ、フルオレセイ
ン、基質の存在下に発色または発光し得るいずれかの酵素
または間接:ビオチン、ジゴキシゲニン、放射性同位体で標識され
ていない抗体によって認識され得るいずれかのハプテン。
上記標識要素は、ヌクレオチドでない、枝別れしているポリマーである。この
ポリマーの本質的特徴は、DNAの場合もRNAの場合も、モノマー間にホスホ
ジエステル結合があることである。
枝別れしたポリマーMは、別々の2つの型のモノマーから構成される:
−枝別れ構造をとるために応答できる上記モノマー。これは、リン酸とトリオー
ル:UN1、n、ωアルカントリオールから構成される。
−1級アミン基を枝端に導入するために応答できるモノマー。これは、リン酸、
およびアミノアルコール、1−アミノヘキサン6−オールから構成される。
化合物XXの異なる要素はポリマーであり、これらのモノマーはホスホジエス
テル結合で互いに結合されているため、化合物XXの合成は、それゆえ、従来の
ヌクレオチド間合成を用いて行われる。
本発明の他の目的は、それゆえ、核酸配列S:
の合成を含む式XXのプローブを製造する方法である:
ここで、BおよびJは上記の意味であり、
いかなる既知のマニュアルまたは自動のヌクレオチド間結合の合成法によって
もよいが、好ましくは固相支持体上での合成であり、上記配列は、好ましくは合
成と同じ方法、すなわち、固相支持体上で、アーム終点に1級アミン基を有する
枝別れ分子構造Mによってその5’(OH)端の伸長に供される。
枝別れ分子構造は、下記の式を満たす:
そして、より詳細には、いかなる既知のマニュアルまたは自動ヌクレオチド間
結合の合成法によって合成してもよいが、好ましくは、固相支持体上で合成され
る。
さらに、リン酸基および塩基が保護されているオリゴヌクレオチド鎖Sの合成
は、上記鎖の5’(OH)端で縮合によって、下記式の一連の化合物
を与える。ここで、R1およびR2は上述の意味である。
化合物XXIとは別に、Mの合成は、枝端にアミノ化されたアームを導入する
ために、化合物XXIIを用いることが必要である。
XHN-(CH2)n"-OR2 XXII
この化合物は、文献的に知られている。
式XXII中、Xは: −標識:アルカリホスファターゼ、パーオキシダーゼ
、フルオレセイン、ビオチン、ジゴキシゲニン、放射性同位体で標識されていな
い抗体で認識され得るいずれかのハプテン、
−または、核酸プローブXXの全合成に続いて除去さ
れ得る1級アミン基の一時的な保護基。実施例のために、この合成法では、Xは
トリフロロアセチルVII、フロレニルメトキシカルボニル(fluorenylmethoxy
carbonyl)XXIIIを表わしてもよい
R2は、上述の意味である。
本発明によれば、式XXIの化合物は、式
を有するアルカントリオールから、以下の工程により得られる。
a)1級アルコール基をR1保護基を用いて保護し、式
の化合物を得る工程
b)2級アルコール基をOR2基に変換し、式
の化合物を侍る。
ここで、R2は上記の意味である。
より詳細には、工程a)においては、4,4’−ジメトキシトリチルクロライ
ドにより保護が行われ、工程b)においては、2級アルコール基のリン酸化はジ
イソプロピルアミノシアノエトキシクロロホスフィン(diisopropylaminoethoxy
chlorophosphine(XI)を用いて行う。
本発明はまた、式XXのプローブ合成における中間体としての式XXIの化合
物ならびに、上記したような、式XXIの中間体化合物の製造方法に関する。
本発明の他の特徴および利点は、以下の実施例により明らかにする。
実施例I: 1-O-(4,4’-ジメトキシトリチル)3-O-[N,N’ジ イソプロピルアミノ-2シアノエトキシホスフィノ]1,3−ブタンジオール(1 -o-(4,4'-dimethoxytritvl) 3-o-[N,N'diisopropylamino-2cyanoethoxyphosphin o]1,3-butanediol)の製造方法
1-O-(4,4’−ジメトキシトリチル)3−O−[N,N’ジイソプロピル
アミノ−2シアノエトキシホスフィノ]1,3−ブタンジオール1は下記式:
で示される。
採用された方法の目的は、ヌクレオチドでないシントンを製造することにあり
、しかしながら、このシントンは、標準的な自動RNAまたはDNA合成条件で
モノマーがホスホジエステル結合でつながれているオリゴヌクレオチド鎖または
ヌクレオチドでないポリマー中に導入可能な置換基を有する。このシントンは、
自
動合成またはマニュアル合成のルーチンから離れることなく、核酸配列の3’(
OH)および(または)5’(OH)部位に、”化学的アーム”の導入を可能に
する道具をユーザーに提供するという利点を有する。この結合中化学的アームに
よって担われる役割は、異なる標識要素の間に、他方、標識要素と核酸配列との
間に、それらの各々のハイブリダイゼーションおよび検出において2つの部分の
より高い効率を達成するために、間隔を導入することである。
4,4’−ジメトキシトリチル基および2-シアノエトキシジイソプロピルア
ミノホスホロアミデート(2-cyanoethoxydiisopropylamino phosphoramidite)
基は、ホスホロアミデート(phosphoramidites)の合成に適し、特に固相支持体
上での合成に適する。
下記のスキーム1に示された化合物1を得るための反応式は、以下のステージ
を含む:
1.1,3−ブタンジオール2の1級アルコールの、酸性のpHで不安定な4,
4’−ジメトキシトリチル(DMT)基による選択的保護
2.2級アルコール3のリン酸化。上記図中に示されたホスホロアミデートの例
に限定されない;リン酸トリエステルもしくはジエステル、またはホスホネート
を同様に合成できるものであればよい。
1−O−(4,4’−ジメトキシトリチル)1,3−ブタンジオール 3の製造 方法
2.25g(25ミリモル)の1,3−ブタンジオール 2をアルゴンガス雰
囲気の100ccの2口フラスコに入れた。40ccの無水ピリジンを加え、11g
(32.5ミリモル)の4,4’−ジメトキシトリチルクロライドを少量ずつ溶
液に加える。この後、90分間アルゴン雰囲気下でマグネチックスターラーで室
温にて攪拌した。次に、10ccのメタノールを反応溶液に加えた。この操作の目
的は、過剰の4,4’−ジメトキシトリチルクロライドを中和することにある。
反応混合物を加水分解(100ccの5% NaHCO3)し、ジクロロメタンで
2回抽出した(CH2Cl2 2回、75cc)。得られた有機相を5%炭酸水素ナ
トリウム(5% NaHCO3)で3回洗浄した。硫酸マグネシウム(MgSO4
)上で乾燥し、ろ過し、エバポレートした(ロータリーエバポレータ、p=20
mmHg)。
残さを、メルク(Merk)9385シリカカラム上で、CH2Cl2を溶離液とし
て用いて精製した。上記シリカは、あらかじめ1% ジイソプロピルエチルアミ
ン(DIEA)を含むCH2Cl2溶液中に懸濁して中和してある。精製後、6.
79gの化合物3(17.32ミリモル)を回収した−収率69%。
メルク5735薄層クロマトグラフィー板(シリカゲル60F254)上、展開
溶媒CH2Cl2;Rf=0.3。1-O-(4,4’-ジメトキシトリチル)3-O-[N,N’ジイソプロピルアミ ノ−2シアノエトキシホスフィノ]1,3−ブタンジオール 1 の製造方法
6.7gの化合物3(17.3ミリモル)を100ccの2口フラスコに入れた
。アルゴン雰囲気とし、その後52ccの無水テトラヒドロフランと9cc(51.
9ミリモル)のジイソプロピルエチルアミンを添加した。この反応混合物に、5
.52g(23.35ミリモル、5cc)の2-シアノエトキシジイソプロピルア
ミノクロロホスフィンをシリンジで滴下した。
10分間反応させた後、大量の沈殿が反応混合物中に生じた(ジイソプロピル
エチルアミン クロロハイドレート(diisopropylethylamine chlorohydrate)
)。
この沈殿をろ過し、100ccの酢酸エチルをろ液に加えて、有機相を得、5%N
aHCO3溶液で3回洗浄した。有機相をMgSO4上で乾燥し、ろ過して、エバ
ポレートした(ロータリーエバポレータ、p=20mmHg)。残さをメルク938
5シリカカラム上で、ヘキサン6−酢酸エチル4を溶離液として使用して精製し
た。シリカは、あらかじめ1%DIEAを含む溶離液に懸濁し中和した。続く精
製により、9.24gの化合物1が回収された。収率90%。
メルク5735薄層クロマトグラフィー板(シリカゲル60F254)上で、展
開溶媒がヘキサン5−酢酸エチル5のとき、Rf=0.8(この反応の出発物質
である化合物3は、この条件の下で、Rf=0.5であった)。
実施例11: 1−O−(4,4’−ジメトキシトリチル)3−O−(N,N ’−ジイソプロピルアミノ 2−シアノエトキシホスフィノ)4−アミド−(6 −トリフロロアセチルアミド)カプロエート 4−アミノ 1,3−ブタンジオ ール(1-O-(4,4'-dimethoxytrityl)3-O-(N,N'diisopropylamino 2-cyanoethoxyp hosphino)4-amido-(6-trifluoroacetylamido)caproate 4-amino 1,3-butanediol ) 4の製造法
誘導体1−O−(4,4’−ジメトキシトリチル)3−O−(N,N’−ジイ
ソプロピルアミノ 2−シアノエトキシホスフィノ)4−アミド−(6−トリフ
ロロアセチルアミド)カプロエート 4−アミノ 1,3−ブタンジオール 4
は、下記の式を満たす:
採用された方法の目的は、ヌクレオチドでないシントンを製造することにあり
、しかしながら、このシントンは、標準的な自動またはマニュアルRNAまたは
DNA合成条件下で、モノマー同士がホスホジエステル結合でつながれたオリゴ
ヌ
クレオチド鎖またはヌクレオチドでないポリマー中に導入できる置換基を有する
。
この系は、1以上の同位体でない標識要素を核酸配列の3’(OH)および(
または)5’(OH)端に、自動またはマニュアル合成のルーチンを離れること
なく、導入することを可能にする道具をユーザーに提供するという利点がある。
上記標識要素は、一方で”化学的アーム”によってオリゴヌクレオチド鎖から分
離され、他方、互いに分離された。この実施例で記載したような標識要素の直接
的役割は、オリゴヌクレオチド鎖の5’(OH)および(または)3’(OH)
位に、”化学的アーム”によって他方から分離された”1級アミン”アームを導
入することにある。それらの求核的性質は、これらのアミノ化されたアームが、
直接的または間接的に検出要素(酵素、フルオレセイン、ビオチン、ジゴキシゲ
ニンなど)に接着することを可能にした。
4,4’−ジメトキシトリチル基およびN,N’ジイソプロピルアミノ 2−
シアノエトキシホスホロアミデート基は、ホスホロアミデートの合成に好適であ
る。
以下のスキームIIで表わされる化合物4を得るための反応経路は、下記のス
テージを含む:
1.3−ブテン1−オール 5 のアルコールの、酸性pHで不安定な4,4’
−ジメトキシトリチル(DMT)による保護。
2.オレフィン 6 の末端のメタクロロ過安息香酸によるエポキシ化。
3.エポキシド 7 のアンモニアを用いた開環。
4.6−アミノカプロン酸の1級アミンのトリフロロアセチル基を用いた保護。
5.誘導体 9のカルボキシル基のN−ヒドロキシスクシンイミノエステル(hy
droxysuccinimic ester)による活性化。
6.化合物8と化合物10の縮合。
7.2級アルコール11のリン酸化。模式図に示されたホスホロアミデートの実
施例に限定されるものではない。リン酸トリエステルもしくはジエステル、また
はホスホネート(phoephonate)の合成に適したものであればよい。
1−O−(4,4’−ジメトキシトリチル)3−ブテン 1−オール(1-O-(4 ,4'-dimethoxytrityl)3-butene 1-ol) 6の製造方法
250mlの2口フラスコ中に、3.6g(50ミリモル)の3−ブテン1−オ
ールを、アルゴンガス下に、80ccの無水ピリジン中に加えた。22g(65ミ
リモル)の4,4’−ジメトキシトリチルクロライドを少量ずつ加えた(反応は
、わずかに発熱性である)。
室温で4時間保持し、マグネチックスターラーで完全に攪拌した。その後、1
0ccのメタノールを過剰の4,4’−ジメトキシトリチルクロライドを中和する
ために上記反応混合物に添加した。この反応混合物を、100ccの5%NaHC
O3で加水分解した。この混合物を、150ccのジクロロメタンで2回抽出した
。得られた有機相を、5%NaHCO3で3回、水で3回、さらに飽和NaCl
水溶液で1回洗浄した。得られた有機相をMgSO4上で乾燥し、ろ過して、エ
バポレートした(ロータリーエバポレーター、p=20mmHg)。
その後、得られた残さを、残ったピリジンを除去するためにトルエンと共沸さ
せて留去し、その後残ったトルエンを除くためにジクロロメタンと共沸させて留
去した。その後、残さを、メルク9385シリカカラムで、溶離液:ヘキサン1
−ジクロロメタン9で精製した。上記シリカは、あらかじめ、1%DIEAを含
む溶離液中に懸濁させて中和した。化合物6は90%の収率で得られた。メルク
5735プレート(シリカゲル 60F254)上の薄層クロマトグラフィー、展
開溶媒ジクロロメタン、Rf=0.85。1−O−(4,4’−ジメトキシトリチル)3,4−ブテン オキサイド(1-O-( 4,4'-dimethoxytrityl)3,4-butene oxide) 7の製造方法
市販の50%の水を含むm-クロロ過安息香酸を、水を除去するためにジクロロ
メタン中に入れ、水をデカンテ□ングで除いた。100ccの三角フラスコ中に、
8.5gの50%m−クロロ過安息香酸(24.6ミリモル)を入れ、64ccの
ジクロロメタンを加えた。上層の水相をデカントした。250ccのフラスコ中に
、6.35gの化合物6(17ミリモル)をアルゴン雰囲気の下に入れた。これ
に40ccのジクロロメタンを加えた。次に、上述のように製造された過酸溶液を
ゆ
っくり加えた。この反応混合物を8時間、マグネチックスターラーで攪拌した。
生成された沈殿をろ過した(m−クロロ安息香酸)。150ccのジクロロメタン
をろ液に加え、75ccの5%NaHCO3で加水分解した。有機相を75ccの5
%NaHCO3で4回洗浄し、MgSO4上で乾燥し、ろ過しエバポレートした(
ロータリーエバポレーター、p=20mmHg)。その後、残さを、メルク9385
シリカカラムで、溶離液ヘキサン2−ジクロロメタン8で精製した。シリカは、
あらかじめ、1%DIEAを含む溶離液中に懸濁させて中和した。精製後、5.
32gのエポキシド7が得られた、収率80%。1−O−(4,4’−ジメトキシトリチル)4−アミノ1,3−ブタンジオール (1-O-(4,4'-dimethoxytrityl)4-amino1,3-butanediol) 8の製造方法
ねじぶたを取り付け高圧に耐えられるようにした25ccのパイレックスフラス
コ中に、3g(7.6ミリモル)のエポキシド 7、10ccのアセトニトリルお
よび25ccの32%アンモニアを加えた。この混合物を60℃で8時間加熱し、
その後、水およびアセトニトリルを留去した。得られた残さを、メルク9385
シリカカラムで、CH2Cl2−CH3OH、2−10%メタノールグラジエント
を溶離液として用いて精製した。上記シリカは、あらかじめ、1%DIEAを含
む最初の溶離液中に懸濁し中和した。精製後、誘導体8は、75%の収率で得ら
れた。メルク5735プレート、シリカゲル 60F254上での薄層クロマトグ
ラフィー、展開溶媒20%CH3OH−80%CH2Cl2、Rf=0.2。6−トリフロロアセトアミドカプロン酸(6-trifluoroacetamidocaproic acid) 9 の製造方法
50ccのロタベーパーフラスコ(Rotavapor flask)に2.62g(2×10-2
モル)の6-アミノカプロン酸を入れた。これを4ccの無水ジメチルホルムアミ
ドに懸濁し、その後3cc(2.35×10-2モル)のS−エチル トリフロロ
チオアセテート(S-ethyl trifluoro thioacetate)をこの懸濁液に加えた。アル
ゴン雰囲気とし、この混合物を4時間攪拌し、その後この溶液は透明であった。
ジメチルホルムアミドを減圧下(P=20mmHg)に留去した。残さをジクロメタ
ン中
で結晶化した。化合物9は、84%の収率で得られた。メルク5735プレート
、シリカゲル 60F254上での薄層クロマトグラフィー(TLC)、展開溶媒
20% CH3OH-80% CH2Cl2。Rf:0.5。6-トリフロロアセトアミド カプロエート N−ヒドロキシスクシンイミド(6 -trifluoroacetamido caproate of N-hydroxysuccinimide) 10の製造方法
100mlのフラスコ中に、2.27g(10-2モル)の化合物9、2.04g
(10-2モル)のジシクロヘキシルカルボジイミド(dicyclohexylcarbodiimide)
および1.15g(10-2モル)のN−ヒドロキシスクシンイミドを入れた。4
0ccのCH2Cl2を添加し、この混合物を5時間アルゴン雰囲気中で攪拌した。
白色の沈殿が生成され、これをろ別した。ろ液をエバポレートした。得られた残
さは、未精製であったが、薄層クロマトグラフィー上で単一のスポットを示し、
収率は定量的であった。薄層クロマトグラフィー−メルク5735プレート、シ
リカゲル60F254−展開溶媒5%CH3OH−95%CH2Cl2。Rf:0.7
。1−O−(4,4’−ジメトキシトリチル)4−アミド(6−トリフロロアセチ ルアミド)カプロエート4−アミノ1,3−ブタンジオール(1-O-(4,4'-dimeth oxytrityl)4-amido(6-trifluoroacetylamido)caproate 4-amino1,3-butanediol ) 11の製造方法
アルゴン雰囲気中、2.44g(6ミリモル)の化合物8および3.44gの
化合物10(9.45ミリモル)を50ccの2口フラスコに入れた。25ccの無
水ジメチルホルムアミドを加えて溶液とし、16時間攪拌した。その後、ジメチ
ルホルムアミドを減圧下(P=20mmHg)にロタベーパー中にて留去した。この
残さを、メルク9385シリカカラム上、溶離液ヘキサン5−CH2Cl295、
後にメタノール 2⇒10−CH2Cl298⇒90で精製した。上記シリカは、
あらかじめ、1%DIEAを含む最初の溶離液に懸濁して中和した。精製後、化
合物11は84%の収率で得られた。薄層クロマトグラフィー(TLC)-メル
ク5735プレート、シリカゲル 60F254−展開溶媒10% CH3OH-9
0% CH2Cl2。Rf:0.8。1−O−(4,4’−ジメトキシトリチル)3−O−(N,N’ジイソプロピル アミノ2-シアノエトキシホスフィノ)4−アミド−(6−トリフロロアセチル アミド)カプロエート4−アミノ1,3−ブタンジオール(1-O-(4,4'-dimethox ytrityl)3-O-(N,N'diisopropylamino 2-cyanoethoxyphosphino)4-amido-(6-trif luoroacetylamido)caproate4-amino 1,3-butanediol)) 4の製造方法
アルゴン雰囲気中、2g(3ミリモル)の誘導体11を50ccの2口フラスコ
に入れた。これに、17mlの無水テトラヒドロフラン、1.6ccのジイソプロピ
ルエチルアミン(diisopropylethylamine)および0.88cc(4.1ミリモル
)のN,N’ジイソプロピルアミノ2-シアノエトキシクロロホスフィンを加え
た。この溶液を、1時間室温で攪拌し、その後25ccの酢酸エチルおよび20cc
の5%NaHCO3を加えた。得られた有機相を5%NaHCO3で3回洗浄し、
MgSO4上で乾燥し、ろ過して減圧下(P=20mmHg)に留去した。この残さ
を、メルク9385シリカカラム上;溶離液ヘキサン15−酢酸エチル85で精
製した。上記シリカは、あらかじめ、1%DIEAを含む上記溶離液に懸濁して
中和した。精製後、誘導体4は62%の収率で得られた。薄層クロマトグラフィ
ー(TLC)−展開溶媒ヘキサン10−酢酸エチル90。Rf:0.75。実施例III 誘導体1および4の反応性の調査
ヌクレオチドでないホスホロアミデート1および4は、各々オリゴヌクレオチ
ドの5’(OH)および(または)3’(OH)に導入するために使用すること
ができる:
-化学的アーム(誘導体1)
-”1級アミン”アーム(誘導体4)
上記”1級アミン”アームはたがいに隔てられており、化学的アームによって
オリゴヌクレオチドから隔てられている。
このような生体高分子的な構造を実現するために、化合物1および4の反応性
を、標準的なDNAまたはRNA合成条件下で試験した。
このために、誘導体1および4をオリゴヌクレオチドの自動合成装置で縮合さ
せた;それらは、縮合されて、5’(OH)端でチミジン-チミジン(T−T)
二
量体を形成し、固相支持体(CPG支持体−制御された多孔質ガラス、従来の自
動合成における支持体)に接着した。
単位4の縮合から生じたアミノ化されたアームがNを示し、そして単位1の縮
合から生じた化学的アームがSを示すとすると、合成された5’(OH)にある
修飾されたT−T二量体は以下の通りである:
NTT 12
STT 13
NSTT 14
SNSTT 15
誘導体1および4は、伸長されたオリゴヌクレオチド(NTT、STT参照)
の5’(OH)にうまく接着する。化合物4は化学的アーム(NSTT参照)の
後ろにうまく接着し、化合物1はアミノ化されたアーム(SNSTT参照)の後
ろにうまく接着した。
1の縮合に関する限り適切に供給されたオリゴヌクレオチドの伸長サイクルの
流れにおいてルーチンに用いられるすべての条件(結合時間、試薬および溶媒の
濃度)を考慮した。
それにもかかわらず、4の縮合にとって、ルーチンに用いられる条件(ホスホ
ロアミデート濃度0.1M、縮合時間25秒)を最適化することが必要であるこ
とが示された。これは、ホスホロアミデート0.1M、縮合時間10分で反応さ
せたとき、誘導体4がほぼ定量的な収率で縮合することによる。
4つの縮合の試みが各々行われた場合、得られた生産物は、キャピラリー電気
泳動分析の結果から明らかなように、どの点から見ても、純品であった(図1)
。これらの結果は、縮合、酸化、キャッピングおよび合成後の固相支持体からの
切り離しといった反応が効率的で、三量体(NTT、STT)、四量体(NST
T)、五量体(SNSTT)が形成されるように分解していないことを示した。
さらに、オリゴヌクレオチド合成で、ジメトキシトリチル基を脱保護する溶液を
回収することが可能であり、また各縮合の収量を評価し得るために、カチオンの
オレンジ色の発色を測定することができる。これらの測定は、SとNの縮合で生
じ、それらはほぼ定量的な収量を示した。
アミン保護基(トリフロロアセチル基)の不安定性も、同様に調査した。実際
、固相支持体からオリゴヌクレオチド鎖を切り離す従来の条件(32% NH4
OH、1時間、室温)、およびオリゴヌクレオチド鎖のホスフェートおよびアミ
ン塩基を脱保護する従来の条件(32% NH4OH、8時間、55℃)は、モ
ノマー4の縮合によってポリマー12、14および15中に導入された1級アミ
ンを脱保護するために十分であることが証明された。誘導体1または誘導体4の固相結合、チミジン−チミジン二量体の不溶化固相支 持体への接着
無水アセトニトリル中で0.1Mの濃度で可溶化した誘導体1、または誘導体4
を、同じ溶媒中で0.5Mのテトラゾールで活性化し、チミジン−チミジン二
量体の5’側でヒドロキシル基と縮合し、ABI 394合成機におけるオリゴ
ヌクレオチド合成でルーチンに用いられる不溶化固相支持体に接着した。化合物1
の縮合に関する限り、すべての条件はオリゴヌクレオチド伸長サイクルで使用
されたもの(N.D.シンハ(N.D.Shinha)、J.ビエーナ(J.Biernat)、J
.マクマナス(J.McManus)、およびH.コースター(H.Koester)、Nucleic Ac
ids Research(1984年)、12巻(11号)、4539頁)と同様であった
。
化合物4の縮合については、結合時間を従来の結合条件における25秒から1
0分に延長する他は、オリゴヌクレオチド伸長サイクルで採用された条件と同一
であった。
固相支持体からの切り離しは、標準的条件(32% NH4OH)下で行い、
最終産物はオリゴヌクレオチド合成で現在達成されている収量に匹敵する量で得
られた。
合成された三量体、四量体および五量体12、13、14および15はキャピ
ラリー電気泳動ABI 270A、マイクローゲル 100(MICRO-GEL 100)
キャピラリーカラム、内径50μm、長さ50cm、電圧15kV、75mMトリ
ス−ホスフェート 10%メタノール緩衝液、pH7.6で分析した(図1参照
)。
実施例IV: 放射性同位体を用いない方法によるDNA配列の検出において有 用なアミノ化されたアームがちりばめられた化学的アームの直線的なもつれを5 ’(OH)に有するオリゴデオキシリボヌクレオチド混合分子の製造方法
オリゴデオキシヌクレオチド部分と化学的特性を有する他の部分とから構成さ
れる混合分子の合成および有用性は、放射性同位体を用いない方法により標的と
するデオキシリボ核酸の簡便かつ迅速な検出を可能にした。標的のDNA断片と
相同な配列で定義されるオリゴデオキシリボヌクレオチド部分は、安定化エネル
ギーを提供し、検出されるDNA分子とのハイブリダイゼーションを強固にした
。ハイブリッドの直接的または間接的な検出を可能にする反応性を提供する部分
は、核酸配列の5’(OH)および(または)3’(OH)端に導入され得る。
この特別な実施例において、検出に応答する部分は、本質的に上記核酸配列の5
’(OH)に導入された。検出に応答する部分は、固相支持体に接着しているオ
リゴヌクレオチドの5’(OH)に導入され、核酸配列の合成で採用されたと同
様、DNA自動合成機中で同じ反応サイクルを用いて誘導体1および4の一連の
縮合を進めることによって、その塩基およびホスフェートを保護した。しかしな
がら、誘導体4の縮合時間については、従来のサイクルで用いられた25秒のか
わりに10分に延長した。
その固相支持体から5’が修飾されたオリゴヌクレオチド鎖を切り離し、塩基
およびホスフェートの脱保護を行ったのち、検出に応答する反応性を与える部分
を共有結合を介して導入した。検出に必須の特性を有する様々な分子のうち好ま
しいものは、ビオチン、ジゴキシゲニン、フルオレセイン、パーオキシダーゼお
よびアルカリホスファターゼである。これらの分子は、適切に活性化され、求核
的性質のため、接着目的でに導入された1級アミンでオリゴヌクレオチド鎖に接
着する。
単位4の縮合から生じたアミノ化されたアームがNを示し、単位1の縮合から
生じた化学的アームがSを示す場合、合成された5’(OH)が修飾されたオリ
ゴマーは、下記の通りである:
以上のように修飾されたオリゴヌクレオチド鎖を固相支持体から切り離し、塩
基およびホスフェートを脱保護した後、プローブ16、17、18および19を
ビオチニル化してビオチニル化プローブ20、21、22および23を製造し、
キャピラリー電気泳動で分析した(図2aおよび2b参照)。
単位4の縮合から生じたアミノ化されたアームがその後ビオチニル化されたも
のがBを示し、単位1の縮合から生じた化学的アームがSを示す場合、得られた
5’(OH)がモノビオチニル化またはポリビオチニル化されたプローブは、下
記の通りである:
図2aおよび2b参照。アミノ化されたアーム16、17、18および19がちりばめられた化学的アー ムの直線的もつれを5’(OH)に有するオリゴデオキシリボヌクレオチド混合 分子の製造方法
DNAプローブは、標的配列と相補的なオリゴデオキシヌクレオチド配列で合
成した。ABI 394DNA自動合成機における固相では、5’TTTTCA
AAGAAGATGGCAAAACA3’という配列を有する4つの同一のプロ
ーブが、同時に製造された(4つの反応槽中)。
この合成機では、単位1および単位4の5’で接着した連続サイクルがプログ
ラムされており、バイオポリマー16、17、18、および19が各々得られた
。これは、ジメトキシトリチル イソブチルグアノシン(dimethoxytrityl isob
utyl guanosine)34μモル/g、これは0.2μモルに相当、で置換された6
m
gのCPG支持体の使用を含む。誘導体1および誘導体4を、無水アセトニトリ
ル中で0.1Mで可溶化し、従来ない(non classiques)ホスホロアミデートを
提供する場所で合成機内に導入した。
バイオポリマー16、17、18および19を自動合成した後、以上のように
修飾したオリゴヌクレオチド鎖を、CPG支持体から、500μlの32%NH4
OHで15分間4回連続的に処理して切り離した。得られたアンモニア溶液を
55℃で5時間保持した。この第二の処理は、オリゴヌクレオチド鎖の塩基およ
びホスフェートの脱保護のために行った。アンモニア溶液を凍結乾燥し、4つの
残さを分子ろ過クロマトグラフィー(G50 セファデックスゲル)に供し、つ
いで20%ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行った。アミノ化されたアームがちりばめられた化学的アームの直線のもつれを5’(O H)に有するオリゴデオキシリボヌクレオチド混合分子のビオチニル化方法。 ビオチニル化プローブ20、21、22および23の製造
アミノ化プローブ16、17、18または19の20DOを、エッペンドルフ
チューブに入れた120μlの0.01Mのリン酸緩衝液pH7.5中で溶解し
た。240μlのジメチルホルムアミド中に20mgのスルホスクシニミジル6−
ビオチンアミドカプロエート(sulfosuccinimidyl 6-biotinamidocaproate)を
含む溶液を加えた。室温で16時間インキュベートした。各溶液を分子ろ過クロ
マトグラフィー(G50 セファデックスゲル)に供し、その後20%ポリアク
リルアミドゲル電気泳動に供した。ビオチニル化プローブ20、21、22およ
び23.をマイクロ−ゲル100(MICRO-GEL100)、内径50μm、長さ50cm
、電圧15kV、75mMトリス−ホスフェート−10%メタノール緩衝液pH
7.6を用いて、キャピラリー電気泳動で分析した。
実施例V:1−O−(4,4’−ジメトキシトリチル)1,3−ブタンジオール で置換されたCPG固相支持体の製造方法
1−O−(4,4’ジメトキシトリチル)1,3−ブタンジオールで置換され
たCPG支持体は、式24で表わされる
以下のアプローチは、核酸プローブを製造するために、適切に置換された固相
支持体を製造することを目的とし、この核酸プローブでは、化学的アームにちり
ばめられた1以上の標識要素が、固相支持体上でマニュアルまたは自動のヌクレ
オチド間結合を合成するいずれかの方法を用いてプローブの3’(OH)に導入
された。
上記CPG支持体を置換するために採用された方法は、以下の工程を含む(ス
キームIII)。
1−O−(4,4’ジメトキシトリチル)1,3−ブタンジオール 3を無水
スクシン酸を用いて遊離の2級アルコールでアシル化し、その後産生された酸2 5を
、ペンタクロロフェノールエステル26の形に活性化した。上記CPG支持
体は、その表面に”1級アミン”を有し、活性化されたエステルからのアミド結
合を形成することによって、誘導体26に接着した。 1−O−(4,4’ジメトキシトリチル)3−スクシネート1,3−ブタンジ オール(1-O-(4,4' dimethoxytrityl)3-succinate 1,3-butanediol) 25の製 造方法
2.35g(6ミリモル)の化合物3を、アルゴン雰囲気の50ccの2口フラ
スコに入れた。ここへ、22ccの無水ピリジン、0.74g(6.1ミリモル)
の4−ジメチルアミノピリジンおよび0.64g(6.4ミリモル)の無水スク
シン酸を加えた。反応混合物をマグネチックスターラーを用いて、3時間室温に
て攪拌した。その後、トルエンをこの反応混合物に加え、トルエンを用いてピリ
ジンを共沸させて留去した(ロータリーエバポレーター、p=20mmHg)。得ら
れた残さを75ccのジクロロメタンに溶解した。得られた有機相を4×10-2M
のクエン酸溶液で2回洗浄した。その後有機相をMgSO4上で乾燥し、ろ過し
てエバポレートした(ロータリーエバポレーター p=20mmHg)。残さをメル
ク9385シリカカラム−溶離液:グラジエント ヘキサン 15−CH2Cl2
85⇒CH2Cl2100⇒MeOH 3−CH2Cl297で精製した。上記シリ
カは、あらあじめ、1%DIEAを含む初めの溶離液に懸濁して中和した。精製
後、1gの化合物25が得られた。収率:34%。 1−O−(4,4’ジメトキシトリチル)3−(ペンタクロロフェノキシスク シネート)1,3−ブタンジオール(1-O-(4,4'dimethoxytrityl)3-(pentachlor ophenoxy succinate)1,3-butanediol) 26の製造方法
1gの化合物25(2ミリモル)を25ccの2口フラスコに入れ、アルゴン雰
囲気とし、0.58gのペンタクロロフェノール(2.2ミリモル)と0.62
gのジクロロヘキシルカルボジイミド(3ミリモル)を含む14ccの無水ジメチ
ルホルムアミドを加えた。この反応混合物を室温で24時間マグネチックスター
ラーで攪拌した。ジシクロヘキシルウレア(dicyclohexylurea)の沈殿をろ別し
、この沈殿を50ccのベンゼンで洗浄した。ベンゼンを留去した。
残さをメルク9385シリカカラム−溶離液:ヘキサン 15−ジクロロメタ
ン 85で精製した。上記シリカは、あらあじめ、1%DIEAを含む溶離液に
懸濁して中和した。精製後、1.7gの化合物26が得られた。収率:±100
%。 1−O−(4,4’ジメトキシトリチル)1,3−ブタンジオール置換基群2 4で置換されたCPG(制御された多孔質ガラス)固相支持体の製造方法
使用した固相支持体(ピアース社、カタログ番号24875)は500Åの孔
を有し、その表面が”1級アミン”基で置換されている。10ccのフラスコ中に
、0.5gのアミノ化CPG支持体、0.2ccの使用直前に蒸留したトリエチル
アミン、0.385gのペンタクロロフェノールエステル26(0.26ミリモ
ル)および1.3ccの無水ジメチルホルムアミドを入れた。フラスコを密封し、
37℃で24時間攪拌した。この時点で26により上記固相支持体が確かに置換
されているかどうか、少量をとってチェックした。この少量(alriquot)エタノ
ールで数回洗浄した後エーテルで数回洗浄し、無水アセトニトリル中にp−トル
エンスルホン酸の0.1M溶液で処理した。この操作の目的は、1級アルコール
を脱保護し、この無水溶媒中で形成されるジメトキシトリチルカチオンをオレン
ジ色に発色させることにある。それゆえ、オレンジ色の発色があった場合、置換
された上記支持体の処理をさらに進めた。
次のステージは、反応しなかった上記支持体上の1級アミン基を中和すること
にある。上記反応混合物に70μlの無水酢酸を添加し、10分間37℃で作用
させた。上記固相支持体をろ別した。次いで、上記支持体を20ccのジメチルホ
ルムアミド、20ccのエチルアルコール、20ccのジオキサン、および20ccの
エチルエーテルで連続して洗浄した。五酸化リンの存在下、デシケーター中で真
空(p=20mmHg)で乾燥した。続いて、固相支持体に接着している分子26の
数を支持体1gあたりの酸性溶媒中に遊離した4,4’−ジメトキシトリチル基
の数を分光(可視)定量分析することによって定量した。10ccの目盛付フラス
コに、8.1gの置換されたCPG支持体を入れ、ここに10mlの無水アセトニ
トリル中に0.1Mのp−トルエンスルホン酸を含む溶液を加えた。溶液がオレ
ンジ色になり、497nmで測定した。ε=7.104。吸光度は、1.72であ
った。
上記支持体の置換は、以上から30.3μモル/gであった。
実施例VI:1−O−(4,4’ジメトキシトリチル)1,3−ブタンジオール 単位で置換されたCPG支持体の反応性の調査
1−O−(4,4’ジメトキシトリチル)1,3−ブタンジオール単位で置換
されたCPG支持体24は、オリゴヌクレオチドの3’(OH)に
−化学的アーム(誘導体1の縮合)
−”1級アミン”アーム(誘導体4の縮合)
を導入するために使用することができる。
上記”1級アミン”アームは、互いに分離されており、化学的アームによって
オリゴヌクレオチド鎖から分離されている。
この種のバイオポリマー構造を実現するために、上記CPG支持体24の反応
性をオリゴヌクレオチドの自動合成条件下で試験した。このために、上記CPG
支持体24をオリゴヌクレオチド自動合成装置の反応槽に入れ、ホスホロアミデ
ート1および4の各々の一連の縮合およびチミジン(T)の縮合に供した。
単位4の縮合から生じたアミノ化されたアームがNを示し、単位1の縮合から
生じた化学的アームがSを示すとすると、合成されたポリマーは下記の通りであ
る:
四量体SSTTは、キャピラリー電気泳動でTTSSと比較するためにのみ合
成された。上記ホスホロアミデート1および4は、その後連続的にオリゴヌクレ
オチド自動合成装置において従来の縮合条件(結合時間、溶媒、試薬)で、上記
CPG支持体24上に接着した。しかしながら、化合物4の縮合については、結
合時間を従来のサイクルで採用されている25秒から10分に延長しなければな
らなかった。さらに、これらの固相支持体からオリゴヌクレオチドを切り離すた
めに採用されている従来の条件(32% NH4OH−4×(500μl−15
分))は、化合物27、28および30が良い収率で得られたので、適当である
ことが明らかになった。
行われたこれらの各縮合試験において、キャピラリー電気泳動分析(図3)の
結果に示されるように、比較的純粋な産物が得られた。さらに、オリゴヌクレオ
チド合成においては、ジメトキシトリチル基を脱保護する溶液を回収し、各縮合
の収量を評価するためにカチオンのオレンジ色の発色の強度を測定することが可
能であった。これらの測定は、各縮合に関しては上記支持体24上で行われ、ほ
ぼ定量的な収量が示された。CPG支持体24上におけるホスホロアミデート1および4の縮合。ポリマー2 7、28および30の合成。
上記3つのポリマー27、28および30を同時に、ABI 394オリゴヌ
クレオチド自動合成機で合成した。このために、6.6mg(0.2μモル)の
30.3μモル/gで置換されたCPG支持体24を3つの反応槽に入れた。誘
導体1および誘導体4を無水アセトニトリル中で0.1M濃度で可溶化し、従来
ないホスホロアミデートを提供する場所に入れた。上記合成機は、27、28お
よび30の配列に従って1、4およびTの縮合サイクルを実行するようにプログ
ラムされた。27、28および30の自動的合成後、上記ポリマーを、上記CP
G支持体から連続した4回の500μlの32% NH4OHによる15分の処
理で切り離した。アンモニア溶液を凍結乾燥し、残さをキャピラリー電気泳動、
内径50μm、長さ50cmのマイクロ−ゲル100カラム、電圧15kV、75m
Mトリス−ホスフェート−10% メタノール緩衝液 pH7.6で分析した。実施例VII:放射性同位体を用いない方法によるDNA配列の検出に有用なア ミノ化されたアームがちりばめられた化学的アームの直線のもつれを3’(OH )に有するオリゴデオキシリボヌクレオチド混合分子の製造
オリゴデオキシリボヌクレオチド部分と化学的特性を有する他の部分とを含む
混合された分子は、放射性同位体を用いない方法で標的のオリゴデオキシリボ核
酸の簡便かつ迅速な検出を可能にする。標的のDNA断片と相同である定義され
た配列のオリゴデオキシリボヌクレオチド部分は、安定化エネルギーを提供し、
検出されるDNA分子とのハイブリッドを強固にした。上記ハイブリッドの直接
的または間接的な検出を可能にする反応性を提供する部分を、核酸配列の5’(
OH)および(または)3’(OH)端に導入した。この特別の実施例で、検出
に応答する部分を、本質的に上記核酸配列の3’(OH)に導入することができ
る。検出に応答する部分は、オリゴヌクレオチド自動合成機において固相CPG
支持体24上で誘導体1および4の一連の縮合を最初に進めることによって、オ
リゴヌクレオチド鎖の3’(OH)に導入される。化学的アームと1級アミンの
所望の配列が一度自動合成機で作られると、オリゴヌクレオチド鎖の構造は、そ
の後上記構造に基づいて作られる。オリゴヌクレオチド自動合成機中のホスホロ
アミデート1および4の縮合は核酸配列の合成で採用されたと同じ反応サイクル
を用いて行われた。しかしながら、誘導体4の縮合時間については、従来のサイ
クルで用いられた25秒にかえて10分に延長した。上記固相支持体から3’が
修飾されたオリゴヌクレオチド鎖を切り離した後、またオリゴヌクレオチド鎖の
ホスフェートおよび塩基を脱保護した後、検出に応答する反応性を提供する部分
を、共有結合で導入した。検出に必要とされる特性を有する様々な分子のうち、
ビオチン、ジゴキシゲニン、フルオレセイン、パーオキシダーゼ、アルカリホス
ファターゼが好適に使用される。これらの分子は、適切に活性化され、それらの
求核的な性質によって目的達成のために導入された1級アミンでオリゴヌクレオ
チド鎖に接着した。
単位4の縮合によって生じたアミノ化されたアームがNを示し、そして単位1
の縮合によって生じた化学的アームがSを示す場合、合成された3’(OH)が
修飾されたオリゴマーは下記の通りである:
上記固相支持体から修飾されたオリゴヌクレオチド鎖を切り離し、そして塩基
およびホスフェートの脱保護を行った後、4つのオリゴヌクレオチドをキャピラ
リー電気泳動で分析した(図4)。
1級アミンの脱保護の後、プローブ31、32、33および34をビオチニル
化した。生じたビオチニル化プローブ35、36、37および38をキャピラリ
ー電気泳動で分析した(図4)。
単位4の縮合によって生じた、アミノ化され続いてビオチニル化されたアーム
がBを示し、そして単位1の縮合によって生じた化学的アームがSを示す場合、
得られた3’(OH)がモノビオチニル化またはポリビオチニル化されたプロー
ブは、下記の通りである:
アミノ化されたアームがちりばめられた化学的アームの直線のもつれを3’( OH)に有するオリゴデオキシリボヌクレオチド混合分子の製造方法。プローブ 31、32、33および34の合成。
4つのプローブ31、32、33および34を、ABI 394自動合成機で
、同時に合成した。このために、6.6mg(0.2μモル)の30.3μモル
/gで置換されたCPG支持体24を4つの反応槽に入れた。誘導体1および誘
導体4を無水アセトニトリル中で0.1M濃度で可溶化し、従来ないホスホロア
ミデートを提供する場所に入れた。上記合成機を、31、32、33および34
の配列にしたがって、ホスホロアミデート1および4を接着するサイクルを開始
するようにプログラムし、その後ヌクレオチドホスホロアミデートを用いて標的
配
列に相補的な核酸配列を合成した:
バイオポリマー31、32、33および34の自動合成に続いて、上記のよう
に修飾されたオリゴヌクレオチド鎖を、連続的な15分間の500μlの32%
NH4OH処理で上記CPG支持体から切り離した。得られたアンモニア溶液
を、55℃で5時間保持した。この第二の処理の目的は、上記オリゴヌクレオチ
ド鎖の塩基およびホスフェートの脱保護である。上記アンモニア溶液を凍結乾燥
し、4つの残さを分子ろ過クロマトグラフィー(G50 セファデックスゲル)
に供し、その後20%ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行った。 アミノ化されたアームがちりばめられた化学的アームの直線のもつれを3’( OH)に有するオリゴデオキシリボヌクレオチド混合分子のビオチニル化方法。 ビオチニル化されたプローブ35、36、37および38の合成。
20DOのアミノ化されたプローブ31、32、33および34を、エッペン
ドルフチューブに入れた120μlの0.01Mのリン酸緩衝液pH7.5中で
溶解した。240μlのジメチルホルムアミド中に20mgのスルホスクシニミ
ジル 6−ビオチンアミドカプロエート(6-biotinamidocaproate)を含む溶液
を加えた。これを室温で16時間インキュベートした。次いで、各溶液を分子ろ
過クロマトグラフィー(G50 セファデックスゲル)に供し、その後20%ポ
リアクリルアミドゲル電気泳動に供した。対応するアミノ化されたプローブ31
、32、33および34と同様、ビオチニル化プローブ35、36、37および38
をマイクローゲル100(MICRO-GEL100)、内径50μm、長さ50cm、電圧
15kV、75mMトリス−ホスフェート−10%メタノール緩衝液 pH7.
6を用いて、キャピラリー電気泳動で分析した。
実施例VIII:放射性同位体を用いない方法によるDNA配列の検出に有用な アミノ化されたアームがちりばめられた化学的アームの直線のもつれを3’(O H)および(または)5’(OH)に有するオリゴデオキシリボヌクレオチド混 合分子の製造方法
オリゴデオキシリボヌクレオチド部分と化学的特性を有する他の部分とを含む
混合された分子は、放射性同位体を用いない方法で標的のオリゴデオキシリボ核
酸の簡便かつ迅速な検出を可能にする。標的のDNA断片と相同である定義され
た配列のオリゴデオキシリボヌクレオチド部分は、安定化エネルギーを提供し、
検出されるDNA分子とのハイブリダイゼーションを強固にした。上記ハイブリ
ッドの直接的または間接的な検出を可能にする反応性を提供する部分を、核酸配
列の5’(OH)および(または)3’(OH)端に導入した。この特別の実施
例で、検出に応答する部分を、オリゴヌクレオチド配列の5’(OH)および3
’(OH)端に同時に導入することができた。
検出に応答する部分を、オリゴヌクレオチド自動合成機において固相CPG支
持体24の上で誘導体1または4の一連の縮合を最初に進めることによって、オ
リゴヌクレオチド鎖の3’(OH)に導入した。化学的アームと1級アミンの所
望の配列が一度自動合成機で作られると、その後のオリゴヌクレオチド鎖の構造
は、すでに存在する上記構造に基づいて作られる。ついでオリゴヌクレオチド鎖
が単位1および4の5’に接着するサイクルを繰り返すように上記合成機をプロ
グラムした。上記自動合成機中のホスホロアミデート1および4の縮合は、核酸
配列の合成で採用されたと同じ反応サイクルを用いて行った。しかしながら、化
合物4の縮合時間については、従来のサイクルで用いられた25秒にかえて10
分に延長した。
上記固相支持体から3’(OH)および5’(OH)が修飾されたオリゴヌク
レオチド鎖を切り離し、オリゴヌクレオチド鎖のホスフェートおよび塩基を脱保
護した後、検出に応答する反応性を提供する部分を、共有結合を介して導入した
。検出に必要とされる特性を有する様々な分子のうち、ビオチン、ジゴキシゲニ
ン、フルオレセイン、パーオキシダーゼ、およびアルカリホスファターゼが好適
に使用できた。これらの分子は、適切に活性化され、それらの求核的な性質によ
って目的達成のために導入された1級アミンでオリゴヌクレオチド鎖に接着した
。
単位4の縮合によって生じたアミノ化されたアームがNを示し、そして単位1
の縮合によって生じた化学的アームがSを示す場合、合成された3’(OH)お
よび5’(OH)が修飾されたオリゴマーは下記の通りである:
上記固相支持体から修飾されたオリゴヌクレオチド鎖を切り離し、そして塩基
およびホスフェートの脱保護を行った後、4つのオリゴヌクレオチドをキャピラ
リー電気泳動で分析した(図5)。
プローブ39、40、41および42をビオチニル化した;生じたビオチニル
化プローブ43、44、45および46をキャピラリー電気泳動で分析した(図
5)。
単位4の縮合によって生じたアミノ化されつづいてビオチニル化されたアーム
がBを示し、そして単位1の縮合によって生じた化学的アームがSを示す場合、
得られた3’(OH)および5’(OH)がビオチニル化されたプローブは、下
記の通りである:
アミノ化されたアームがちりばめられた化学的アームの直線のもつれを3’( OH)および5’(OH)に有するオリゴデオキシリボヌクレオチド混合分子の 製造方法。プローブ39、40、41および42の合成。
4つのプローブ39、40、41および42を、ABI394自動DNA合成
機で、同時に合成した。このために、6.6mg(0.2μモル)の30.3μ
モル/gで置換されたCPG支持体24を4つの反応槽に入れた。誘導体1およ
び誘導体4を無水アセトニトリル中で0.1M濃度で可溶化し、従来ないホスホ
ロアミデートを提供する場所に入れた。
上記合成機は、39、40、41および42の各配列にしたがって、ホスホロ
アミデート1および4を接着するサイクルを開始するようにプログラムされ、そ
の後ヌクレオチドホスホロアミデートを用いて標的配列に相補的な核酸配列を合
成する:
そして、最終的に単位1および4について、上記核酸鎖の5’で縮合サイクルを
続けた。
バイオポリマー39、40、41および42の自動合成に続いて、上記のよう
に修飾されたオリゴヌクレオチド鎖を連続的な15分間の500μlの32%N
H4OH処理で上記CPG支持体から切り離した。得られたアンモニア溶液を、
55℃で5時間保持した。この第二の処理の目的は、上記オリゴヌクレオチド鎖
の塩基およびホスフェートの脱保護である。上記アンモニア溶液を凍結乾燥し、
4つの残さを分子ろ過クロマトグラフィー(G50 セファデックスゲル)に供
し、その後20%ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行った。 アミノ化されたアームがちりばめられた化学的アームの直線のもつれを3’( OH)および5’(OH)に有するオリゴデオキシリボヌクレオチド混合分子の ビオチニル化方法。ビオチニル化プローブ43、44、45および46の合成。
20DOのプローブ39、40、41および42を、エッペンドルフチューブ
に入れた120μlの0.01Mのリン酸緩衝液pH7.5中で溶解した。360μ
lのジメチルホルムアミド中に30mgのスルホスクシニミジル 6−ビオチンア
ミドカプロエートを含む溶液を加えた。これを室温で16時間インキュベートし
た。次いで、各溶液を分子ろ過クロマトグラフィー(G50 セファデックス)
に供し、その後20%ポリアクリルアミドゲル電気泳動に供した。アミノ化され
たプローブ39、40、41および42に対応して、同様に、ビオチニル化プロ
ーブ43、44、45および46をマイクロ−ゲル100(MICRO-GEL100)、内径
50μm、長さ50cm、電圧15kV、75mMトリス−ホスフェート−10%
メタノール緩衝液 pH7.6を用いて、キャピラリー電気泳動で分析した。
実施例IX:固相支持体上でのハイブリダイゼーションにおける実施例IV,V IIおよびVIIIに記載のビオチニル化プローブの使用−検出限界
本発明の利点を示すために、5’(OH)がポリビオチニル化されたプローブ20
、21、22および23、3’(OH)がポリビオチニル化されたプローブ35
、36、37および38を、ならびに3’(OH)および5’(OH)がポ
リビオチニル化されたプローブ43、44、45および46を、診断用にどの程
度使用できるかという可能性を調べるために、ハイブリダイゼーションで試験し
た。
一般的に言えば、ハイブリダイゼーションは5’(OH)端でプラスチックの
固相支持体に接着するオリゴヌクレオチド(30マー)と3’(OH)端で試験
されるプローブ(23マー)に相補的なオリゴヌクレオチドとの間で生じる。各
固相支持体(チューブ)を、試験されるプローブに相補的な10ng、約101
2コピーを示すオーダーのオリゴヌクレオチド(30マー)で被覆した。上述し
た各ビオチニル化オリゴヌクレオチドを、1pgの標識されたオリゴヌクレオチ
ド(〜108コピー)で始まり、300atg(3×104コピー)まで次々に3
倍希釈された8つの異なるハイブリダイゼーションに供した。ハイブリダイゼー
ションの後、化学発光(CSPD−トロピックス(Tropix))を見るために使用
し、蛍光計で測定した。
スキームIVにまとめた結果は、5’(OH)でポリビオチニル化されたプロ
ーブ20、21、22および23にプラスチックチューブに接着している相補的
な30マーとのハイブリダイゼーションに関するものである。
3’(OH)がポリビオチニル化されたプローブ35、36、37および38
についてのハイブリダイゼーションの結果をスキームVにまとめた。
5’(OH)および3’(OH)がポリビオチニル化されたプローブ43、4 4
、45および46についてのハイブリダイゼーションの結果を図VIにまとめ
た。
モノビオチニル化されたまたはポリビオチニル化されたプローブ(23マー)と プラスチックチューブに接着している相補的なオリゴマー(30マー)とのハイ ブリダイゼーション方法
相補的なオリゴヌクレオチド(30マー)で被覆したチューブを、最初に痕跡
程度のアジドを含む1×TBS中に凍結乾燥スキムミルク5%を含む溶液200
μlで、37℃にて1時間飽和させた。その後チューブを、ハイブリダイゼーシ
ョン緩衝液(100μl):5×デンハルト溶液、6×SSC、0.1%SDS
、100μg/mlのサケ精子DNAとともに、50℃で2時間プレハイブリダイ
ズした。
試験される各オリゴヌクレオチドのために、下記の量で8つの試みが行われた
(100μlのハイブリダイゼーション緩衝液中):1pg(108コピー)、
300fg、100fg(107コピー)、30fg、10fg(106コピー)
、3fg、1fg(105コピー)、0.3fg。ビオチニル化されていない、
相補的でないオリゴマーで被覆した一連の8つのチューブ、およびオリゴヌクレ
オチドなしの8つのチューブもまた作成した。
すべてのチューブを2時間50℃でハイブリダイズし、その後、6×SSC溶
液で10分間、50℃で3回洗浄した。これらのチューブは、緩衝液1で5分間
1回洗浄した。
緩衝液I:0.1M トリス、2mM MgCl2、0.05%トライトン、
1M NaCl。
アルカリ性のストレプトアビジン−ホスファターゼ溶液をここで製造した(ト
ロピックスキットにより提供された):5,500μlの緩衝液Iにキット付属
の溶液1μlを入れた。100μlのこの溶液を各チューブに入れ、室温で30
分間インキュベートし、その後各チューブを緩衝液Iで6回洗浄した。化学発光
試薬CSPDの溶液を製造した:(3−(4−メトキシスピロ[1,2−ジオキ
セタン−3,2’トリシクロ[3.3.1.1.]クロロデカン−4−イル)フ
ェニルホスフェート((3−(4-methoxyspiro[1,2-dioxetane-3,2'-tricyclo[3.3.
1.1.]chlorodecane]-4-yl)phenylphosphate)。
この溶液を以下のようにして製造した:80μlのCSPD(トロピックス)
、500μlの”エメラルド”(トロピックス)および4,420μlの発光用
緩衝液。
発光用緩衝液:0.1M ジエタノールアミン、1mM MgCl2、0.02
%アジ化ナトリウム。100μlのこの溶液を各チューブに入れ、45分間イン
キュベートし、蛍光計で測定した。
実施例X:1,6−O−(4,4’ジメトキシトリチル)2−O−(N,N’ジ イソプロピルアミノ2−シアノエトキシホスフィノ)1,2,6−ヘキサントリ オール(1,6-O-(4,4'dimethoxytrityl)2-O-(N,N'diisopropylamino 2-canoethox yphosphino)1,2,6-hexane triol)の製造
誘導体1,6−O−(4,4’ジメトキシトリチル)2−O−(N,N’ジイ
ソプロピルアミノ2−シアノエトキシ−ホスフィノ)1,2,6−ヘキサントリ
オール47は、以下の式で表わされる:
適用された方法は、標準的なRNAまたはDNA自動合成条件の下で、モノマ
ーがホスホジエステル結合でつながれているヌクレオチドでないポリマーまたは
オリゴヌクレオチド鎖の5’(OH)に置換基の導入を可能にするヌクレオチド
でないシントンを製造することを目的とする。
このシントンは、ルーチンの自動またはマニュアル合成から離れることなく、
核酸配列の5’(OH)位に枝別れ鎖の導入を可能にする道具をユーザーに提供
するという利点がある。
これは、ジメトキシトリチル基で保護された2つの1級アルコール置換基(fo
nctions)を有するためであり、それゆえ、各縮合サイクルとともに、下記の縮
合にとっての部位の数が2倍になる。
縮合部位を増加させる利点は、合成の最後に、上記部位に1級アミンを有する
アルキル鎖を導入できることにある。この導入は、合成の最後に、作られたn個
の1級アルコール部位で、誘導体48を縮合することにより可能である。
誘導体48は、文献的に知られており、それゆえ、請求の範囲に記載しておら
ず、明細書にも記載していない。
化合物47に関しては、4,4’ジメトキシトリチル基および2−シアノエト
キシジイソプロピルアミノホスホロアミデート(2-cyanoethoxydiisopropylamin
ophosphoramidite)基が、特に固相支持体上で、ホスホロアミデートを用いて合
成するのに適している。
化合物47を得るためのスキームVIIに示された反応経路は、下記の工程を
含む:
1) 酸性pHに不安定なジメトキシトリチルクロライド(DMT)を使用す
る、1,2,6−ヘキサン トリオール49の2つの1級アルコールの選択的保
護。
2) 2級アルコール50のリン酸化。スキームVIIに示すホスホロアミデ
ートの例に制限されるものではなく;リン酸トリエステルもしくはジエステルま
たはホスホナートの合成も同様に可能である。
1,6−O−(4,4’ジメトキシトリチル)1,2,6−ヘキサントリオール (1,6-0-(4,4'dimethoxytrityl)1,2,6-hexane triol)50の製造方法
1.34gの1,2,6−ヘキサントリオール49(10-2モル)を50ccの
2口フラスコに入れた。これをアルゴン雰囲気中におき、その後20ccの無水ピ
リジンを加えた。次いで、8.45g(2.5×10-2モル)のジメトキシトリ
チルクロライドをこの溶液に加え、2時間室温で攪拌した。反応混合物を加水分
解し(25ccの5%NaHCO3)、ジクロロメタン(2×50cc)で抽出した
。得られた有機相を水で3回、飽和食塩水で1回洗浄し、MgSO4上で乾燥し
、その後ろ過して、減圧下にエバポレートした(ロータリーエバポレーター p
=20mmHg)。次に、残ったピリジンを減圧下にトルエンと共沸させて留去した
。その後、残ったトルエンを減圧下にジクロロメタンと共沸させて留去した。得
られた残さをメルク9385シリカカラム−溶離液エーテル0⇒40−ヘキサン
100⇒60で精製した。シリカは、あらかじめ、1%DIEAを含む開始溶離
液に懸濁し中和した。精製後、4.5g(6.1×10-3モル)が回収された;
収率61%。薄層クロマトグラフィー−メルク5735プレート(60F254シリ
カゲル)、展開溶媒エーテル4−ヘキサン6;Rf:0.3。1,6−O−(4,4’ジメトキシトリチル 2−O−(N,N’−ジイソプロ ピルアミノ−2−シアノエトキシホスフィノ)1,2,6−ヘキサントリオール (1,6-O-(4,4'dimethoxytrityl 2-O-(N,N'-diisopropylamino-2-cyanoethoxyp hosphino)1,2,6-hexanetriol)47の製造方法
1.1gの化合物50(1.5×10-3モル)を25ccの2口フラスコに入れ
た。アルゴン雰囲気とし、6ccの無水テトラヒドロフランおよび0.84ccのジ
イソプロピルエチルアミンを加えた。次に、0.45cc(2×10-3モル)の2
−シアノエトキシジイソプロピルアミノクロロホスフィンを、シリンジを用いて
一度に1滴ずつ反応混合物に加えた。10分間反応させた後、大量の沈殿が反応
混合物中に生じた(ジイソプロピルエチルアミンクロロハイドレート(diisoprop
ylethylamine chlorohydrate))。反応混合物を加水分解し(15cc 5% N
aHCO3)、ジクロロメタン(2×30cc)で抽出した。生じた有機相を水(
3
×20cc)で、その後飽和食塩水(1×20cc)で洗浄し、MgSO4上で乾燥
し、ろ過して減圧下にエバポレートした(ロータリーエバポレーター p=20
mmHg)。残さをメルク9385シリカカラム−溶離液酢酸エチル3−ヘキサン7
で精製した。上記シリカは、あらかじめ、1%DIEAを含む開始溶離液に懸濁
し中和した。精製後、1.2gの化合物47が得られた。収率84%。メルク5
735プレート(60F254シリカゲル)を用いた薄層クロマトグラフィー−展開
溶媒酢酸エチル3−ヘキサン7。Rf:0.6。実施例XI: 化合物47の反応性の調査
ヌクレオチドでないホスホロアミデート47を核酸配列の5’(OH)部位に
枝別れ鎖を導入するために使用した:47の利点は、各縮合とともに、縮合部位
の数が2倍になるという点にある。それゆえ、合成の終了までに、このようにし
てつくられた縮合部位に1級アミンを有するアルキル鎖を導入することができる
。1級アミンの導入は、n個の1級アルコール部位がつくられた誘導体48の最
後の縮合によって行われる。
初期の段階では、誘導体47は、オリゴヌクレオチド自動合成装置中で、従来
自動合成で使用された固相支持体(CPG支持体 均質多孔質ガラス)に固定さ
れたチミジン−チミジンT−T二量体の5’(OH)に縮合した。
ートを表わす場合、合成された5’(OH)が修飾された上記TT二量体は、以
下の様式で表わされる:
キャピラリー電気泳動分析で示されたように(図6)、誘導体47は伸長され
たオリゴヌクレオチド(51参照)の5’(OH)位に連続的に接着し、それが
TT上の47の最初の縮合の後に作られた2つの縮合部位に連続的に接着し(5 2
参照)、TT上の47の2つの連続的縮合の後に作られた4つの縮合部位に連
続的に接着した(53参照)。
与えられた縮合部位の数は、各サイクルごとに2倍になり、オリゴヌクレオチ
ド自動合成機中で同時に誘導体51、52および53を製造するために用いられ
た47の溶液は0.4M(従来の条件では0.1M)である;さらに、結合時間
を10分に延長した(従来の条件では25秒)。
これらの結果もまた、縮合、酸化、キャッピング反応および合成に続く固相支
持体からの切り離しが効率的であり、ポリマー51、52および53が分解して
いないことを示した。
さらに、オリゴヌクレオチド合成において、ジメトキシトリチル基を脱保護す
る溶液を回収することができ、各縮合の収率を評価するためにカチオンのオレン
ジ色の強度を測定することができた。これらの測定は、各サイクルで53を合成
するために行った;それらは、下記に示すように良い収率を示した(スキームV
III)。
第2の場合、従来の自動合成の固相支持体(CPG支持体)に接着しているT
Tチミジン−チミジン二量体上でx回の47の縮合を行い(x=1⇒3)、その
後、引き続いてn個の標識要素に接着するためにn個の1級アミン部位に導入す
ることを目的として作られたn個の縮合部位上に48を縮合させることによって
終了した。
・がホスフェートを表わし、
・がホスフェートを表わす場合、
合成された修飾されたTT二量体は、以下の通りである:
実施例のために、化合物55についてのキャピラリー電気泳動分析で示したよ
うに(図7)、誘導体48は痕跡の52が55の電気泳動結果に認められるため
、ポリマー52中につくられた4つの縮合部位に効果的に接着した。
与えられた縮合部位の数は、各サイクルごとに2倍になり、オリゴヌクレオチ
ド自動合成機中で同時に化合物54、55および56を製造するために用いられ
た47の溶液は0.4Mであり、48の溶液は0.8Mであった(従来の条件では0.
1M)。さらに、47と48を縮合するための結合時間を10分に延長した(従
来の条件では25秒)。固相CPG支持体に接着しているチミジン−チミジン二量体と誘導体47および 48の固相結合
ホスホロアミデート47を0.4Mの濃度で無水アセトニトリルに溶解し、ホ
スホロアミデート48を0.8M濃度で同じ溶媒に溶解した。これらを、オリゴ
ヌクレオチド自動合成機中の従来ないホスホロアミデートを提供する場所に入れ
た。
47および48を縮合するために、ホスホロアミデート濃度および結合時間を
除いて、オリゴヌクレオチド伸長サイクルに適用された縮合条件をすべて用いた
。固相支持体からの切り離しは、標準的条件(32% NH4OH)で行い、最
終生成物は現在オリゴヌクレオチド合成で得られている収率に匹敵する収率で得
られた。
ポリマー51、52、53、54、55および56を、ABI270A、マイ
クローゲル100キャピラリーカラム、内径50μm、長さ50cm、電圧15kV
、75mM トリス−ホスフェート 10%メタノール緩衝液 pH7.6を用
いてキャピラリー電気泳動により分析した。
実施例XII: 放射性同位体を用いない方法でDNA配列の検出に有用なアミ ノ化された鎖で終了するアルキル鎖の枝別れのもつれを5’(OH)に有すオリ ゴデオキシリボヌクレオチド混合分子の製造方法
混合された分子の合成および使用は、オリゴデオキシリボヌクレオチド部分と
放射性同位体を用いない方法によって標的のデオキシリボ核酸の簡便かつ迅速な
検出を可能にする化学的特性を有する部分を含む。標的のDNA断片と相同な配
列で定義されるオリゴデオキシリボヌクレオチド部分は、安定化エネルギーを供
給し、検出されるDNA分子とのハイブリダイゼーションを強固にした。ハイブ
リッドの直接的または間接的な検出を可能にする反応性を提供する上記部分は、
上記核酸配列の5’(OH)および(または)3’(OH)端に導入できた。こ
の特別の実施例において、検出に応答する部分は、本質的に上記核酸配列の5’
(OH)位に導入される。
採用された戦術は、検出に応答する部分が、5’(OH)位のみに導入される
ということを意味する。これは、いまた固相支持体に接着しており、その塩基お
よびホスフェートが保護されているオリゴヌクレオチド鎖上でのホスホロアミデ
ート47の一連の縮合を進めることによって行われる。47の一連の縮合後、ホ
スホロアミデート48の最後の縮合が連続的な47の縮合によってつくられたn
個の縮合部位(1級アルコール部位)に、n個の1級アミン基を48の縮合によ
って導入することを可能にする。
47および48の縮合は、核酸配列の合成に採用された自動オリゴヌクレオチ
ド合成機において同じ反応サイクルを用いて行われた。しかしながら、連続的な47
の縮合が、各サイクルごとに縮合部位の数を2倍にする効果を有することに
留意しつつ、用いた47の縮合は0.4M、48のそれは0.8Mであった(従
来の濃度は0.1M)。2つのホスホロアミデート47および48について、結
合時間を従来のサイクルで使用されていた25秒から10分に延長した。固相支
持体から5’が修飾されたオリゴヌクレオチド鎖を切り離し、塩基およびホスフ
ェートの脱保護を行った後、検出に応答する反応性を提供する部分を共有結合に
よって導入した。検出に要求される様々な特性を有する分子のうち、ビオチン、
ジゴキシゲニン、フルオレセイン、パーオキシダーゼ、およびアルカリホスファ
ターゼが好ましい。これらの分子は、適当に活性化され、求核的な性質のために
導入された1級アミンでオリゴヌクレオチド鎖に接着した。
ここで:
・がホスフェートを表わし、
ここで:
・がホスフェートを表わす場合、合成された5’(OH)が修飾されたオリ
ゴマーは、以下の通りである:
上記のようにして修飾されたオリゴヌクレオチド鎖を固相支持体から切り離し
、塩基およびホスフェートの脱保護を行った後、プローブ57、58および59
をビオチニル化して、対応するビオチニル化プローブ60、61および62を得
た(図8)。
1級アミン基でのビオチンNヒドロキシスクシンイミドの縮合から生じたビオ
チン単位がBで表わされる場合、次のポリビオチニル化されたプローブが5’(
OH)位に得られた。
アミノ化された鎖で終わるアルキル鎖の枝別れしたもつれを5’(OH)に有す るオリゴデオキシリボヌクレオチド混合分子の製造方法
標的配列に相補的なオリゴデオキシヌクレオチド配列でDNAプローブを合成
した。ABI 394DNA自動合成機中で固相において、配列:
を有する3つの同じプローブを同時に合成した(3つの反応槽中)。
この合成機は、単位47の5’に接着するサイクルを繰り返し、その後、単位48
の合成の終わりにプローブ57、58および59が得られるようにプログラ
ムした。
これは、0.2μモルに相当する、34μモル/gのジメトキシトリチルベン
ゾイルアデノシン(dimethoxytrityl benzoyl adenosine)で置換された6mg
のCPG支持体を使用することを含む。誘導体47および48を無水アセトニト
リル中で、47は0.4M、48は0.8Mの濃度で溶解した。これらを、合成
機中の従来ないホスホロアミデートのために提供された場所に入れた。
バイオポリマー57、58および59を自動合成した後、上記のように修飾さ
れたオリゴヌクレオチド鎖を、500μlの32% NH4OHを用いて連続的
に15分間4回処理し、上記CPG支持体から切り離した。得られたアンモニア
溶液を、55℃で5時間保持した。この第二の処理の目的は、上記オリゴヌクレ
オチド鎖の塩基およびホスフェートの脱保護にある。上記アンモニア溶液を凍結
乾燥し、4つの残さを分子ろ過クロマトグラフィー(G50 セファデックスゲ
ル)に供し、そしてその後20%ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行った。 アミノ化された鎖で終わるアルキル鎖の枝別れしたもつれを5’(OH)に有 するオリゴデオキシリボヌクレオチド混合分子のビオチニル化方法
20DOのアミノ化されたプローブ57、58または59を、エッペンドルフ
チューブに入れた120μlの0.01Mのリン酸緩衝液pH7.5中で溶解した。
240μlのジメチルホルムアミド中に20mgのスルホスクシニミジル 6−ビ
オチンアミドカプロエートを含む溶液を加えた。これを室温で16時間インキュ
ベートした。次いで、各溶液を分子ろ過クロマトグラフイー(G50 セファデ
ッ
クスゲル)に供し、その後20%ポリアクリルアミドゲル電気泳動に供した。
プローブ57、58、59、60、61および62を、ABI270A、マイ
クローゲル100カラム、内径50μm、長さ50cm、電圧15kV、75mMト
リス−ホスフェート−10%メタノール緩衝液pH7.6を用いて、キャピラリ
ー電気泳動で分析した。
実施例XIII: 固相支持体上のハイブリダイゼーションにおける実施例XI Iに記載されたビオチニル化プローブの使用−検出限界
本発明の利点を示すために、5’(OH)がポリビオチニル化されたプローブ60
、61および62を、診断用にどの程度使用できるかという可能性を調べる
ために、ハイブリダイゼーションで試験した。
一般的に言えば、ハイブリダイゼーションは5’(OH)端でプラスチックの
固相支持体に接着するオリゴヌクレオチド(30マー)と3’(OH)端で試験
されるプローブ(23マー)に相補的なオリゴヌクレオチドとの間で生じる。各
固相支持体(チューブ)は、試験されるプローブに相補的な10ng、約1012
コピーを示すオーダーのオリゴヌクレオチド(30マー)で被覆されている。
上述した各ビオチニル化オリゴヌクレオチドを、1pgの標識されたオリゴヌ
クレオチド(〜108コピー)で始まり、300atg(3×104コピー)まで
次々に3倍希釈された8つの異なるハイブリダイゼーションに供した。ハイブリ
ダイゼーションの後、化学発光(CSPD−トロピックス(Tropix))を見るた
めに使用し、蛍光計で測定した。
スキームIXにまとめた結果は、プローブ60、61および62のハイブリダ
イゼーションに関するものである。
モノビオチニル化またはポリビオチニル化されたプローブ(23マー)とプラス チックチューブに接着している相補的なオリゴマー(30マー)とのハイブリダ イゼーション方法
相補的なオリゴヌクレオチド(30マー)で被覆したチューブを、最初に、痕
跡程度のアジドを含む1×TBS中に凍結乾燥スキムミルク5%を含む溶液20
0μlで、37℃にて1時間飽和させた。その後チューブを、ハイブリダイゼー
ション緩衝液(100μl):5×デンハルト溶液、6×SSC、0.1%SD
S、100μg/mlのサケ精子DNAとともに、50℃で2時間プレハイブリダ
イズした。
試験される各オリゴヌクレオチドのために、下記の量で8つの試みが行われた
(100μlのハイブリダイゼーション緩衝液中):1pg(108コピー)、
300fg、100fg(107コピー)、30fg、10fg(106コピー)
、3fg、1fg(105コピー)、0.3fg。ビオチニル化されていない、相補
的でないオリゴマーで被覆した一連の8つのチューブ、およびオリゴヌクレオチ
ドなしの8つのチューブもまた作成した。すべてのチューブを2時間50℃でハ
イブリダイズし、その後、各チューブを6×SSC溶液で10分間、50℃で3
回洗浄した。これらのチューブを、緩衝液Iで5分間1回洗浄した。
緩衝液I:0.1M トリス、2mM MgCl2、0.05%トライトン、
1M NaCl。
アルカリ性のストレプトアビジン−ホスファターゼ溶液をここで製造した(ト
ロピックスキットにより提供された):5,500μlの緩衝液Iにキット付属
の溶液1μlを入れた。100μlのこの溶液を各チューブに入れ、室温で30
分間インキュベートし、その後各チューブを緩衝液Iで6回洗浄した。化学発光
試薬CSPDの溶液を製造した:(3−(4−メトキシスピロ[1,2−ジオキ
セタン−3,2’−トリシクロ[3.3.1.1.]クロロデカン−4−イル)
フェニルホスフェート((3−(4-methoxyspiro[1,2-dioxetane-3,2'-tricyclo[3.
3.1.1.]chlorodecane]-4-yl)phenyl phohosphate)。この溶液を以下のようにし
て製造した:80μlのCSPD(トロピックス)、500μlの”エメラルド
”(トロピックス)および4,420μlの発光用緩衝液。
発光用緩衝液:0.1M ジエタノールアミン、1mM MgCl2、0.0
2%アジ化ナトリウム。100μlのこの溶液を各チューブに入れ、45分間イ
ンキュベートし、蛍光計で測定した。
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フロントページの続き
(54)【発明の名称】 5’(OH)および/または3’(OH)部位に1以上の放射活性のない標識要素を導入するた
めに5’(OH)および/または3’(OH)が化学的に修飾された核酸プローブ、およびそれ
らの製造方法