JPS6157596A - Method of labeling polydeoxyribonucleotide or polyribonucleotide with an enzyme - Google Patents

Method of labeling polydeoxyribonucleotide or polyribonucleotide with an enzyme

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JPS6157596A
JPS6157596A JP17891784A JP17891784A JPS6157596A JP S6157596 A JPS6157596 A JP S6157596A JP 17891784 A JP17891784 A JP 17891784A JP 17891784 A JP17891784 A JP 17891784A JP S6157596 A JPS6157596 A JP S6157596A
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Abstract

PURPOSE:DNA or RNA which has phosphonic acid bondage bearing a functional group as a part of phosphate bonds is allowed to react with a covalently bondable enzyme for labelling at the functional group whereby the titled compound labelled with an enzyme which is used for clinically diagnostic purposes with high detection sensitivity is obtained. CONSTITUTION:The objective compound labelled with an enzyme is obtained by reaction of a polydeoxyribonucleotide or polyribonucleotide which has at least one of phosphoric bond bearing a functional group of the formula (R is 1-20C aliphatic hydrocarbon, aromatic hydrocarbon; X is a functional group which may be protected) among its phosphate bonds with a covalently bondable enzyme for labelling. The functional group linking to the phosphonic bond is, e.g., thiol or amino.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はリン酸結合の少なくとも1個以上が式CI) o−p−0−CI) −X (式中、Bは炭素数1ないし200分枝鎖を有すること
もある脂肪族炭化水素または芳香族炭化水素を、Xは保
護基を有するとともある官能基を示す。) で表わされる官能基を有するホスホン酸結合であるポリ
デオキシリぜヌクレオチドまたはポリリゼヌクレオチド
(以下、ポリヌクレオチドと総称する)のホスホン酸結
合の官能基に共有結合性酵素標識化合物を反応させるこ
とからなるポリヌクレオチドの酵素標識化方法に関する
ものであり、本発明により得られる酵素標識化された特
定の塩基配列を有するポリヌクレオチドは標的遺伝子の
同定および抽出に使用され、遺伝子工学、臨床診断およ
び食品等の分野で幅広く利用され得るものである。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention provides that at least one phosphoric acid bond has the formula CI) op-0-CI) -X (wherein B has 1 to 200 carbon atoms) aliphatic hydrocarbons or aromatic hydrocarbons, which may have branched chains; The present invention relates to a method for enzymatically labeling a polynucleotide (hereinafter collectively referred to as a polynucleotide), which comprises reacting a covalent enzyme labeling compound with a phosphonic acid-bonded functional group of a polylysed nucleotide (hereinafter collectively referred to as a polynucleotide), and which uses the enzyme obtained by the present invention. A labeled polynucleotide having a specific base sequence is used to identify and extract a target gene, and can be widely used in fields such as genetic engineering, clinical diagnosis, and food.

(発明の背景) 近年遺伝子工学の研究が盛んになるに伴い、有用物質の
生産に必要な遺伝子の検出に、特定の塩基配列を有する
ポリヌクレオチドが用いられるようになってきている。
(Background of the Invention) As genetic engineering research has become more active in recent years, polynucleotides having specific base sequences have come to be used to detect genes necessary for producing useful substances.

例えば臨床診断の分野においては現在免疫学的方法およ
び生物学的方法が用いられているが、前者は検査時間が
一般に数分と短いものの交差反応や干渉作用のためにし
ばしば不明瞭な結果を与え、また後者は培養に長時間t
−要するなどの欠点を有する。
For example, in the field of clinical diagnosis, immunological and biological methods are currently used; however, although the test times for the former are generally short (a few minutes), they often give ambiguous results due to cross-reactivity and interference effects. , and the latter requires a long time for culture.
- It has disadvantages such as:

これに対して、遺伝子を検出することで疾患の診断を行
なうポリヌクレオチド法は、検査時間は一般に数時間を
要するが、検出感度ばかりでなく特異性も非常に高く、
また誤差がきわめて小さいといり利点を有し、感染症の
みならず免疫学的方法では検出できない潜在性ウィルス
も検出可能であるため、これに適したポリヌクレオチド
の開発が要望されている。
On the other hand, the polynucleotide method, which diagnoses diseases by detecting genes, generally takes several hours, but it has very high detection sensitivity and specificity.
It also has the advantage of having extremely small errors and can detect not only infectious diseases but also latent viruses that cannot be detected by immunological methods, so there is a demand for the development of polynucleotides suitable for this purpose.

(従来の技術) ポリヌクレオチドを用い、交雑法によって標的遺伝子を
検出さる際は、ポリヌクレオチドを標識化する必要が心
る。漂識化は放射性同位元素を用いる方法と光標識法ζ
こ大別される。現在放射性同位元素sipを用いる方法
が最も利用てれており、特開昭58−170496号公
報にはATP(γ−5tp )とキナーゼでポリヌクレ
オチドの5′−末端基にsxpで標識したリン酸基を導
入し、lapから放射されるβ線でフィルムを感光させ
、その黒斑点によって標的遺伝子の存在を検出する方法
が開示されている。放射性同位元素による標識化は感度
の点で優れている反面、使用に際して(1)取り扱い上
熟練が必要である、01)法規上の規制が厳しく、特別
の施設および測定機器が必要であす、またその限定逼れ
た場所でしか取り扱えない、(fil)健康上の問題が
ある、(iv)使用後の廃棄に問題がある、(V)半減
期に合わせて予約購入するので実験の期日がそれにより
制約される、などの難点がある。これに対して放射性同
位元素を用いないg識化法として光標識化法が提案され
、特開昭58−23795号公報および特開昭58−4
0099号公報には化学発光、生体発光、螢光を利用す
る方法が開示されている。しかし光標識法としては、チ
ミジンるるいはウリジンアナローブとしてそのC−5位
にアミド結合を介してビオチ/を付したダー0−トリホ
スフェートを酵素的ニックトランスレーションの手法で
ポリヌクレオチドに組み込んで標識化し、標的遺伝子を
検出する方法〔Proceedings o(Nati
onal Academy of8clenceof 
the Unlted 8tate of Amerl
ca 、第80巻。
(Prior Art) When detecting a target gene by a hybridization method using a polynucleotide, it is necessary to label the polynucleotide. Drifting can be done using methods using radioactive isotopes and optical labeling methods ζ
This is broadly classified. Currently, the method using the radioactive isotope sip is the most used, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 170496/1983 describes the use of ATP (γ-5tp) and a kinase to attach a phosphate labeled with sxp to the 5'-terminal group of a polynucleotide. A method is disclosed in which a group is introduced, the film is exposed to β-rays emitted from the lap, and the presence of the target gene is detected by the black spots. Although labeling with radioisotopes is superior in terms of sensitivity, its use requires (1) skill in handling; 01) strict legal regulations and requires special facilities and measuring equipment; (fil) There is a health problem; (iv) There is a problem with disposal after use; (V) Pre-purchase is made according to the half-life, so the experiment date is around that time. There are some drawbacks, such as being restricted by In response to this, an optical labeling method was proposed as a g recognition method that does not use radioactive isotopes, and was published in JP-A-58-23795 and JP-A-58-4.
Publication No. 0099 discloses a method using chemiluminescence, bioluminescence, and fluorescence. However, as a photolabeling method, d-O-triphosphate, which has biotinylated at the C-5 position as a thymidine or uridine analogue, is incorporated into polynucleotides by enzymatic nick translation. Method for labeling and detecting target genes [Proceedings o (Nati
onal Academy of8clenceof
the Unlted 8tate of Amerl
ca, Volume 80.

第4045頁(1983年)〕が実用化されているのみ
である。
No. 4045 (1983)] has been put into practical use.

(発明が解決しようとする問題点) 核酸は核酸塩基、糖、リン酸の3つの構成要素から構成
され、それぞれの構成要素を光標識化することが可能で
あるが、その際ポリヌクレオチドが標的遺伝子とハイブ
リットする性質を損うことのよいよう標識化合物を導入
する必要かめる。しかし、核酸塩基部を光標識化する場
合、ぜリミジン系塩基ではC−5位に標識化合物を導入
することが可能であるが、プリン系塩基については立体
化学的に標識化合物を導入可能なのはC−a位とN−7
位のみであり、C−8位に導入すると塩基と糖が8yn
型配座をとるために一般的には二重ら線が右巻きである
場合はハイツリフト能を失い、またN−7位に導入する
場合は窒素が四級となり糖と塩基部のグリコシド結合が
切れる、いわゆる脱プリン反応が生起しやすくなるため
プリン系塩基全党標識化することはきわめて困難である
。従って核酸塩基部の光標識化はぎリミジン系塩基の場
合のみ有効であり、−リヌクレオチドの塩基配列がプリ
ン系塩基のみの場合は光標識化ができ難いという不都合
を生じる。次に、糖部を光標識化する場合、ポリデオキ
シリ−ヌクレオチドでは両末端の水酸基しか利用できず
、ポリリゼヌクレオチドでは理論的には2′−位水酸基
も利用可能であるが、この位置に光標識化合物の如き大
きさの分子を導入するとハイブリット形成に影響を及ば
ずため、4リデオキシリゼヌクレオチドと同様に両末端
の水酸基しか利用できず検出感度が低下する。
(Problems to be Solved by the Invention) Nucleic acids are composed of three components: nucleobases, sugars, and phosphoric acids, and each component can be photolabeled, but in this case, it is possible to label the polynucleotide as a target. It is necessary to introduce a labeling compound so as not to impair the ability to hybridize with the gene. However, when photolabeling a nucleobase moiety, it is possible to introduce a labeling compound into the C-5 position for zerimidine bases, but for purine bases, it is stereochemically possible to introduce a labeling compound at the C-5 position. -a position and N-7
position only, and when introduced at the C-8 position, the base and sugar are 8yn
In general, if the double parallel is right-handed to adopt a right-handed doublet conformation, the height-lifting ability is lost, and when introduced at the N-7 position, the nitrogen becomes quaternary and forms a glycosidic bond between the sugar and the base. It is extremely difficult to label all purine bases because the so-called depurination reaction, in which the purine bases are cut off, is likely to occur. Therefore, photolabeling of the nucleic acid base portion is effective only in the case of rimidine bases, and when the base sequence of the -rinucleotide consists of only purine bases, it is difficult to photolabel. Next, when photolabeling sugar moieties, only the hydroxyl groups at both ends can be used with polydeoxynucleotides, and although theoretically the 2'-position hydroxyl group can also be used with polylysate nucleotides, it is necessary to photolabel them at this position. When a molecule as large as a compound is introduced, it does not affect hybrid formation, and as with 4-lideoxylyse nucleotides, only the hydroxyl groups at both ends can be used, resulting in a decrease in detection sensitivity.

(問題点を解決するための手段) 本発明者らは光標識法により標識化したポリヌクレオチ
ドの検出感度を向上させるため種々検討を加えた結果、
核酸構成要素のリン酸部に光標識化合物を導入すること
により、ポリヌクレオチドの任意の位置に任意の数の光
標識化合物の導入が可能になることを見い出すと共に、
リン酸結合の代わりに官能基を有するホスホン酸結合を
選択し、このホスホン酸結合の官能基と光標識化合物を
反応させてホスホン酸結合を光標識化することにより、
リン酸結合を光標識化するときに生ずる(イ)合成法に
よるポリヌクレオチド合成後の脱保護工程での標識化合
物の脱離あるいはインターヌクレオチド結合の切断、(
ロ)リン原子がキラリティーを有することによる得られ
た光標識ポリヌクレオチドのリン原子の立体化学の不統
一、という問題も解決し、また光標識化合物として官能
基と特異的に反応する共有結合性酵素標識化合物を用い
ること番こより所期の目的を達成することを見い出し本
発明を完成したものである。
(Means for Solving the Problems) The present inventors conducted various studies to improve the detection sensitivity of polynucleotides labeled by optical labeling, and as a result,
We have discovered that by introducing a photolabel compound into the phosphate moiety of a nucleic acid component, it is possible to introduce any number of photolabel compounds into any position of a polynucleotide;
By selecting a phosphonic acid bond having a functional group instead of a phosphoric acid bond and reacting the functional group of this phosphonic acid bond with a photolabeling compound to photolabel the phosphonic acid bond,
(a) The removal of the labeled compound or the cleavage of the internucleotide bond in the deprotection step after polynucleotide synthesis by the synthetic method, which occurs when photolabeling the phosphate bond, (
b) It also solves the problem of stereochemical inconsistency of the phosphorus atoms in the obtained photolabeled polynucleotide due to the chirality of the phosphorus atoms, and also has a covalent bond that specifically reacts with functional groups as a photolabeled compound. The present invention was completed by discovering that the intended purpose could be achieved by using an enzyme-labeled compound.

(ポリヌクレオチドの酵素標識化) 本発明のポリヌクレオチドの酵素標識化は、ポリヌクレ
オチドのリン酸結合に代えて官能基を有するホスホ/酸
結合とし、この官能基と共有結合性酵素標識化合物を反
応嘔せることにより酵素標識化するものである。
(Enzyme labeling of polynucleotides) Enzyme labeling of polynucleotides of the present invention involves replacing the phosphate bonds of polynucleotides with phospho/acid bonds having a functional group, and reacting this functional group with a covalent enzyme labeling compound. Enzyme labeling is achieved by vomiting.

ホスホン酸と酵素標識化合物との反応は、酵素標識化合
物と特異的に反応する官能基を、分枝鎖を有することも
ある脂肪族炭化水素または芳香族炭化水素を間に挾んで
リン原子と結合させたのち、この官能基に酵素標識化合
物を反応させる。この除用いる官能基としてはチオール
基やアミノ基が通常は用いられるが、酵素標識化合物と
特異的に反応する官能基であればこれに限定されるもの
ではない。これらの官能基はタリヌクレオチド合成の際
副反応をおこすことが考えられるので、保護基により保
護することが望ましく、保護基としては最終脱保護工程
でヌクレオチドの塩基部や水酸基の保護基と同時に除去
式れるものであればよい。
In the reaction between phosphonic acid and an enzyme-labeled compound, a functional group that specifically reacts with the enzyme-labeled compound is bonded to a phosphorus atom by sandwiching an aliphatic hydrocarbon or an aromatic hydrocarbon, which may have a branched chain. After that, this functional group is reacted with an enzyme labeling compound. The functional group to be removed is usually a thiol group or an amino group, but is not limited to these as long as it is a functional group that specifically reacts with the enzyme labeling compound. Since these functional groups may cause side reactions during the synthesis of nucleotides, it is desirable to protect them with a protecting group, and the protecting groups are removed at the same time as the protecting groups for the base and hydroxyl groups of the nucleotide in the final deprotection step. It is fine as long as it can be done.

本発明で用いられる酵素標識化合物とは、一端がホスホ
ン酸結合の官能基と特異的な共有結合性をもつ官能基、
すなわちマレイミド基やジチオ基であり、もう一端が酵
素中のアミノ基、メルカプト基と反応する官能基をもつ
架橋剤と、アミン基、メルカプト基を有する酵素、例え
ばガラクトシダーゼ、アルカリホスファターゼ、グルコ
ースオキシダーゼ、ペルオキシダーゼ、ルシフエラーゼ
、カタラーゼなどよりなるものなどが例示されるが、酵
素と架橋剤の組み合せはこれらに限定されるものではな
い。
The enzyme labeling compound used in the present invention is a functional group having a specific covalent bond with a functional group having a phosphonic acid bond at one end;
That is, a crosslinking agent that has a maleimide group or a dithio group and a functional group that reacts with the amino group or mercapto group in the enzyme at the other end, and an enzyme that has an amine group or mercapto group, such as galactosidase, alkaline phosphatase, glucose oxidase, and peroxidase. , luciferase, catalase, etc., but the combination of enzyme and crosslinking agent is not limited to these.

ポリヌクレオチドの酵素標識化は、ポリヌクレオチドの
両末端を酵素標識化するだけでなく、インターヌクレオ
チド結合部を酵素標識化することにより一層の検出感度
の向上を達成できる。
Enzymatic labeling of polynucleotides can further improve detection sensitivity by not only enzymatically labeling both ends of the polynucleotide but also enzymatically labeling the internucleotide bonding region.

酵素標識化の方法としては、任意の位置にホスホン酸結
合を有するポリヌクレオチドを合成し、これに酵素標識
化合物を反応嘔せて酵素標識化する方法、およびホスホ
ン酸と酵素標識化合物を反応させて得られる酵素標識化
されたホスホン酸基を、通常のリン酸基を用いるポリヌ
クレオチドの合成手段と同様の方法で導入し酵素標識化
する方法、のいずれを用いてもよいが、得られる酵素標
識化てれたポリヌクレオチドが、立体化学的に標的遺伝
子とハイブリット可能であることが必要である。
Enzyme labeling methods include synthesizing a polynucleotide having a phosphonic acid bond at any position and reacting it with an enzyme labeling compound to label it with an enzyme, and reacting a phosphonic acid with an enzyme labeling compound. The resulting enzyme-labeled phosphonic acid group may be introduced and enzyme-labeled using a method similar to that used for synthesizing polynucleotides using ordinary phosphate groups. It is necessary that the transformed polynucleotide is stereochemically hybridizable with the target gene.

本発明において用いられるホスホン酸の合成はHoub
en Wegls Methoden der Org
anischenChemie 、  E、Mulle
r 、 Editor 、 Mol、 XL/ 1 。
The synthesis of the phosphonic acid used in the present invention was carried out by Houb
en Wegls Methoden der Org
anischenChemie, E, Mulle
r, Editor, Mol, XL/1.

2 、 Georg Thieme Verlog 、
 8tuttgart 。
2, Georg Thieme Verlog,
8tuttgart.

(1963〜64年)に記載されているが、亜リン酸シ
リルエステルと臭化アルキルのアープシフ(Arbuz
ov )反応を利用する合成法〔有機合成化学部会誌、
第39巻、第918頁(1981年)〕は副反応も少な
く収率も良好である。
(1963-64), Arbuz
ov) Synthetic methods using reactions [Journal of the Society of Synthetic Organic Chemistry,
Vol. 39, p. 918 (1981)] has few side reactions and a good yield.

本発明におけるポリヌクレオチドは、ヌクレオシド(反
応式〔l〕の化合物■)と官能基を有するホスホン酸(
反応式〔I〕の化合物■)を、縮合剤例えばジシクロへ
キシルカルゼジイミト、アルキルベンゼンスルホニルク
ロリド、アルキルベンゼンスルホニルアゾール、アルキ
ルベンゼンスルホニルニトロアゾールナトの存在下に反
応させることによりホスホン酸化された単量体(反応式
〔I〕の化合物■)が得られる。化合物■で示される単
量体は5′−水酸基が保護されていないヌクレオシド(
反応式CI)の化合物■)と縮合剤の存在下モこ縮合嘔
せて二量体(反応式〔I〕の化合物■)とする。化合物
■において几3はX、R1,R”の保護基とは別異であ
り選択的に除去できる保護基であることが望ましいが、
部の保護基と同一の条件で除去できる保護基でもよく、
また場合によっては保護基を有するリン酸基でもよい。
The polynucleotide in the present invention consists of a nucleoside (compound ■ of reaction formula [l]) and a phosphonic acid having a functional group (
A phosphonated monomer ( Compound (1) of reaction formula [I] is obtained. The monomer represented by compound ■ is a nucleoside with an unprotected 5'-hydroxyl group (
Compound (2) of reaction formula CI) is condensed in the presence of a condensing agent to form a dimer (compound (2) of reaction formula [I]). In compound ①, 几3 is different from the protecting groups of X, R1, R'' and is preferably a protecting group that can be selectively removed.
It may be a protecting group that can be removed under the same conditions as the protecting group of
Further, depending on the case, a phosphoric acid group having a protective group may be used.

化合物■で示される二量体のホスホン酸リン原子は結合
している基が全て異なるためキラリティーを有するよう
になり、絶対表示法でR体と8体の2個のジアステレオ
マーの混合物となるが、この2個のジアステレオマーは
シリカゲルクロマトグラフィーで分離し、立体化学的に
単一の二量体とすることができる。化合物■で示される
二量体のR1が保護基を有するリン酸基である場合は、
キラリティーを有するリン原子が2個となり、4個のジ
アステレオマーが生成して立体異性体の分離が困難とな
るので、几3は3′−末端水酸基が遊離の二量体(反応
式〔I〕の化合物■)に誘導できる保護基、すなわちX
、R1,R+”の保護基とは別異であり選択的に除去が
可能であるか、またはR1の保護基と同一の条件で除去
できる保護基であることが望ましい。後者の場合は3′
、ダー両末端水酸基を遊離の形にしたのち、ダー末端水
酸基のみを再保護することにより化合物■で示される二
量体とする。化合物■は3′−末端水酸基をリン酸化す
ることにより二量体(反応式(I)の化合物■)とする
。化合物■はR8が保護基を有するリン酸基である化合
物■からも誘導でき、この際化合物■の3′−末端リン
酸基のキラリティーが消失してジアステレオマーが2個
となるので、シリカゲルあるいは逆相シリカゲルクロマ
トグラフィーにより8体と8体に分離できる。
The dimeric phosphonic acid phosphorus atom shown in compound (■) has chirality because all the groups bonded to it are different, and it can be expressed as a mixture of two diastereomers, the R-form and the 8-form, using the absolute representation method. However, these two diastereomers can be separated by silica gel chromatography to form a stereochemically single dimer. When R1 of the dimer represented by compound ■ is a phosphoric acid group having a protecting group,
Since there are two phosphorus atoms with chirality and four diastereomers are generated, making it difficult to separate stereoisomers, 几3 is a dimer with a free 3'-terminal hydroxyl group (reaction formula [ A protecting group that can be induced in compound (I)), i.e., X
, R1, R+'' and can be selectively removed, or a protecting group that can be removed under the same conditions as the protecting group for R1. In the latter case, 3'
After making the hydroxyl groups at both terminals of dar into a free form, only the terminal hydroxyl groups of dar are reprotected to form a dimer represented by compound (2). Compound (1) is converted into a dimer (compound (2) of reaction formula (I)) by phosphorylating the 3'-terminal hydroxyl group. Compound (2) can also be derived from compound (2) in which R8 is a phosphoric acid group with a protecting group, and in this case, the chirality of the 3'-terminal phosphoric acid group of compound (2) disappears, resulting in two diastereomers. It can be separated into 8-form and 8-form by silica gel or reverse phase silica gel chromatography.

反応式CI) ■      ■        ■ ■         ■ (反応式CIIにおいて、Bは保護基を有することもめ
る塩基残基を、部は水素原子またはトリチル基、モノメ
トキシトリチル基、ジメトキシトリチル基などの保護基
を、凡2は水素原子または保護基を有することもある水
酸基を、RjはX%R1およびR2の保護基とは別異で
あり選択的に除去できる保護基、または部の保護基と同
じ条件で除去できる保護基、または保護基を有するリン
、  酸基を、几4はリン酸保護基を示し、几およびX
は前記と同一である。) 次に、化合物■で示される単量体のホスホン酸をリン酸
保護基Bsで保護した単量体(反応式〔■〕の化合物■
)としたのち、酸性条件下で化合物■の部の保護基を除
去し、5′−水酸基が遊離である単量体(反応式〔■〕
の化合物■)こ誘導し、次いで化合物■で示てれる単量
体と化合物■で示される単量体を縮合剤の存在下に反応
させて二量体(反応式[■〕の化合物[相])とする。
Reaction formula CI) ■ ■ ■ ■ ■ (In reaction formula CII, B is a base residue that may have a protecting group, and moiety is a hydrogen atom or a protecting group such as a trityl group, a monomethoxytrityl group, a dimethoxytrityl group, 2 is a hydrogen atom or a hydroxyl group that may have a protecting group, Rj is a protecting group that is different from the protecting groups of X%R1 and R2 and can be selectively removed, or is removed under the same conditions as the protecting group of phosphorus with a protecting group or a protecting group, 几4 indicates a phosphoric acid protecting group,
is the same as above. ) Next, a monomer in which the phosphonic acid of the monomer represented by compound ■ is protected with a phosphoric acid protecting group Bs (compound ■ of the reaction formula [■]
), then remove the protective group in compound (■) under acidic conditions to obtain a monomer with a free 5'-hydroxyl group (reaction formula [■]
Then, the monomer represented by the compound ■ and the monomer represented by the compound ■ are reacted in the presence of a condensing agent to form a dimer (the compound [phase ]).

なお、この化合物[相]は化合物■で足場れる二量体の
ホスホン酸化によっても得られる。
Note that this compound [phase] can also be obtained by phosphonication of a dimer scaffolded by compound (1).

反応式CI[) ■              ■ O■ (反応式〔■〕において、几SはR4、!: M −ま
たは異なるリン酸保護基を示し、B、X。
Reaction formula CI [) ■ ■ O■ (In reaction formula [■], 几S represents R4,!: M - or a different phosphoric acid protecting group, B, X.

RlWおよびR2は前記と同一である。)DNAおよび
RNAはそれぞれ4種類のヌクレオシドからなり、化合
物■、化合物■または化合物Oで示される16種類の二
量体を予め調製しておくことにより、いかなる塩基配列
の4リヌクレオチドの合成も可能である。これらの二量
体は固相あるいは液相法(Nucleic AcIds
Research 、第11巻、第5189頁および第
6225頁(1983年)、Biochemistry
 、第20巻、第1874頁(1981年)〕で希望す
る塩基配列のポリ4クレオチドの合成に用いられ、また
化合物■は変型ホスファイト法〔Tetrahedro
n Letters 、第24巻、第1019頁(19
83年〕〕ヲ利用することによって3′−末端水酸基が
遊離のままで4リヌクレオチドの合成に用いることがで
きる。ポリヌクレオチド中に含まれるホスホン酸結合の
個数は、ポリヌクレオチドの鎖長、検出感度、ハイブリ
ッド栄件等に合わせて自由に選択することができる。化
合物■で示される単量体または化合物[相]で示される
二量体を原料として用いた場合は、立体化学の統一をは
かることは困難であるが、全てのリン酸結合をホスホン
酸結合に代えたポリヌクレオチドを得ることができる。
RlW and R2 are the same as above. ) DNA and RNA each consist of four types of nucleosides, and by preparing in advance 16 types of dimers represented by Compound ■, Compound ■, or Compound O, it is possible to synthesize 4-nucleotides of any base sequence. It is. These dimers can be produced using solid phase or liquid phase methods (Nucleic AcIDs).
Research, Vol. 11, pp. 5189 and 6225 (1983), Biochemistry
, Vol. 20, p. 1874 (1981)] for the synthesis of poly-4 nucleotides with desired base sequences, and compound
n Letters, Volume 24, Page 1019 (19
[1983]], the 3'-terminal hydroxyl group can be used in the synthesis of 4-nucleotides while remaining free. The number of phosphonic acid bonds contained in a polynucleotide can be freely selected depending on the polynucleotide chain length, detection sensitivity, hybrid performance, etc. When the monomer represented by compound ■ or the dimer represented by compound [phase] is used as a raw material, it is difficult to unify the stereochemistry, but it is difficult to unify the stereochemistry, but it is possible to convert all phosphate bonds into phosphonate bonds. Alternative polynucleotides can be obtained.

しかし精製の容易さを考慮すると化合物[相]を使うほ
うが好ましい。標的遺伝子とのハイブリッド形成に影響
を及ぼさない限91ツノ原子のキラリティーは統一され
なくともよいが、立体化学的に統−嘔れた 。
However, considering the ease of purification, it is preferable to use a compound [phase]. The chirality of the 91-horn atoms does not have to be unified as long as it does not affect hybridization with the target gene, but it is stereochemically consistent.

ポリヌクレオチドの合成は8体と8体に分離した化合物
■あるいは化合物■で示される二量体のいずれか一方の
ジアステレオマーを原料として用いることにより達成で
きる。二量体−二量体間のリン酸結合は完全脱保護後ジ
エステルとなり、そのキラリティーが消失するのでこの
問題は解消される。この場合ホスホン酸結合は最大限1
個置きに導入されることになる( Journalof
 Blological Chemistry 、 !
255巻、第9659頁(1980年)、Bioche
mistry 、 第21巻、第2507頁(1982
年)〕。
Synthesis of a polynucleotide can be achieved by using as a raw material either the diastereomer of the 8-unit compound (1) or the dimer shown by the compound (2) separated into 8-units. This problem is solved because the phosphoric acid bond between dimers becomes a diester after complete deprotection and its chirality disappears. In this case, the phosphonic acid bond is at most 1
It will be introduced separately (Journalof
Blogical Chemistry,!
Volume 255, page 9659 (1980), Bioche
mistry, vol. 21, p. 2507 (1982
Year)〕.

また、反応式CI)および反応式CI[]で示された二
社体あるいはポリヌクレオチドは、反応式Cl ) −
(1)の如きホスファイト中間体からのアープシフ反応
を経る方法、あるいは反応式CI ) −(2)の如き
アルキルジクロロホスホンをホスホン酸化剤としてホス
ファイト法の手法を利用する方法でも合成可能であるが
、前者はアープシフ反応の際分解する可能性があるので
、後者の方が望ましい。
In addition, the binary entities or polynucleotides represented by the reaction formula CI) and the reaction formula CI[] are represented by the reaction formula Cl) -
It can also be synthesized by the Arpschiff reaction from a phosphite intermediate as shown in (1), or by using the phosphite method using an alkyl dichlorophosphone as a phosphonic oxidizing agent as shown in reaction formula CI)-(2). However, since the former may decompose during the Arpschiff reaction, the latter is preferable.

反応式(ff[) ルーX                     ル
ーX(反応式CI)において、Lは脱離基を、Yはハロ
ゲン原子を、zはハロゲン原子、二級アミンまたはアゾ
ール類を示し%BIX、R,R1および几2は前記と同
一でろる。) 上記の方法により得られたホスホン酸結合を含有し特定
の塩基配列を有するポリヌクレオチドの全ての保護基を
通常の脱保護操作により除去し精製したのち、標的遺伝
子とのハイブリッド形成の前あるいは後に、ポリヌクレ
オチド中のホスホン酸結合の官能基と特異的に反応する
共有結合性酵素標識化合物を反応式せて酵素標識化する
。この反応はきわめて容易に進行し、ポリヌクレオチド
と酵素標識化合物を室温または室温以下において温合、
攪拌することにより    ′酵素標識化は容易に完了
する。
Reaction formula (ff[) Roux几2 is the same as above. ) The polynucleotide containing a phosphonic acid bond obtained by the above method and having a specific base sequence is purified by removing all protecting groups by a normal deprotection operation, and then the polynucleotide is purified before or after hybridization with the target gene. The polynucleotide is labeled with an enzyme by a reaction with a covalent enzyme labeling compound that specifically reacts with the phosphonic acid bonding functional group in the polynucleotide. This reaction progresses extremely easily, by heating the polynucleotide and enzyme-labeled compound at or below room temperature.
Enzyme labeling can be easily completed by stirring.

なお、本発明におけるポリヌクレオチドとは、少なくと
も1個のホスホン酸結合を有する2個以上の単量体より
なり、ぼりヌクレオチドの鎖長やその塩基配列は限定さ
れることなく、目的に応じて自由に選択できる。
In addition, the polynucleotide in the present invention is composed of two or more monomers having at least one phosphonic acid bond, and the chain length and base sequence of the nucleotides are not limited and can be freely changed according to the purpose. can be selected.

実施例1 〔アルカリホスファターゼ標識化合物の調製〕アルカリ
ホスファターゼ10mgt−0,1molリン酸ナトジ
ナトリウム緩衝液7.o)1mに溶解し、これにジオキ
サン0.1 mに溶解したN−(4−カルゼキシシクロ
ヘキシルメチル)マレイミドのN−ヒドロキシサクシン
イミドエステル1.5mgを、5分間隔で5回に分けて
加え、30℃で反応させる。反応液をセファデックスG
−25カラムを用い、Immolエチレンジアミン四酢
酸を含むQ、l molリン酸ナトナトリウム緩衝液p
H7,0)で溶出したアルカリホスファターゼ活性部分
上冷時濃縮して、アルカリホスファターゼ標識化合物を
得る。
Example 1 [Preparation of alkaline phosphatase labeled compound] Alkaline phosphatase 10 mgt-0.1 mol sodium disodium phosphate buffer 7. o) Add 1.5 mg of N-hydroxysuccinimide ester of N-(4-calzoxycyclohexylmethyl)maleimide dissolved in 0.1 m of dioxane in 5 portions at 5 minute intervals. , react at 30°C. Sephadex G
-25 column with Q, l mol sodium phosphate buffer p containing Immol ethylenediaminetetraacetic acid.
The alkaline phosphatase-active portion eluted with H7,0) is concentrated in cold to obtain an alkaline phosphatase-labeled compound.

〔10量体の合成〕 臭化2−N−ベンゾイルエチルとトリス(トリメチルシ
リル)ホスファイトのアープシフ反応により得られる2
−N−ベンゾイルエチルホスホン酸2リジン塩40 m
 mofおよびダー〇−ジメトキシトリチルチミジン2
0mmolを、ダウエックスピリジニウムレジ70.5
 gとジシクロへキシルカルゼジイミド200mmol
の存在下に、100dのピリジン中で37℃、3日間反
応させたのち、シアンエタノール100mlを加え、さ
らに2日間反応する。反応終了後、含水ぜリジン200
Mを加え、ジシクロへキシルウレアを濾別し、濾液を濃
縮する。残渣t−2504のクロロホルムに溶解し、シ
リカゲルクロマト(溶出液:メタノール−クロロホルム
)で精製したのち、ベヤサン中に滴下して粉末化する。
[Synthesis of decamer] 2 obtained by Arpschiff reaction of 2-N-benzoylethyl bromide and tris(trimethylsilyl)phosphite
-N-benzoylethylphosphonic acid dilysine salt 40 m
mof and dar〇-dimethoxytritylthymidine 2
0 mmol, DOWEX pyridinium resin 70.5
g and dicyclohexylcalzediimide 200 mmol
After reacting in 100 d of pyridine at 37°C for 3 days, 100 ml of cyanethanol was added and the reaction was continued for another 2 days. After the reaction is complete, add 200 ml of hydrated Zerysine.
M is added, dicyclohexylurea is filtered off, and the filtrate is concentrated. The residue t-2504 was dissolved in chloroform, purified by silica gel chromatography (eluent: methanol-chloroform), and then dropped into Beyasan to powder.

次いでアセトニトリル中でトリエチルアミンで処理して
シアノエチル基を除去し、グー0−ジメトキシトリチル
チミジル−3’ −0−(2−N−ベンゾイルエチル)
ホスホネートトリエチルアンモニウム塩を得る。
The cyanoethyl group was then removed by treatment with triethylamine in acetonitrile, yielding 0-dimethoxytritylthymidyl-3'-0-(2-N-benzoylethyl).
The phosphonate triethylammonium salt is obtained.

次に、コハク酸を介してチミジ/を担持(100Amo
1以下/g・樹脂)したポリスチレン樹脂(1チクロス
リンクド)toomgt−用い、5’−0−ジメトキシ
トリチルチミジル−3′−0−(2−N−ベンゾイルエ
チル)ホスホネートトリエチルアンモニウム塩を、Nu
clelcAcids Re5aarch 、第11巻
、第6225頁(1983年)に記載された方法に従い
順次に9回縮合させて101L一体を合成した。ポリス
チレンm脂t1ortttのエチレンジアミン−エタノ
ール(1:1)と10時間振とり段、濾別し、濾液t−
a縮して逆相(Cta )シリカゲルクロマト(水−ア
セトニトリル直線濃度勾配)で精製し、80%酢酸で処
理して5′−末端の保護基を除去したのち、一部を再び
逆相(Csa)シリカゲルクロマトで精製し、アミノエ
チルホスホン酸結合をもつ10量体100D (260
nm )を得た。
Next, timidium was supported via succinic acid (100 Amo
5'-0-dimethoxytritylthymidyl-3'-0-(2-N-benzoylethyl)phosphonate triethylammonium salt was added to Nu
According to the method described in clelcAcids Re5aarch, Vol. 11, p. 6225 (1983), 101L was synthesized by sequential condensation nine times. Polystyrene m fat t1orttt was shaken with ethylenediamine-ethanol (1:1) for 10 hours, filtered, and the filtrate t-
After condensing and purifying with reverse phase (Cta) silica gel chromatography (water-acetonitrile linear concentration gradient), treating with 80% acetic acid to remove the 5'-terminal protecting group, a portion was purified using reverse phase (Cta) silica gel chromatography (water-acetonitrile linear gradient). ) Purified with silica gel chromatography to obtain a decamer 100D (260
nm) was obtained.

〔10を体のアルカリホスファターゼ標識化〕この10
量体50D t−0,5molホウ酸ナトナトリウム緩
衝液pHs、 s ) 3. e−およびアセトニトリ
/l/ 1. OWLtに溶解し、これに前記のアルカ
リホスファターゼ標識化合物を混合して、4℃で5時間
反応させる。反応液をセファローズ6Bカ2ムを用い、
Q、1 m mo+塩o≠Q、l mo!塩化ナトジナ
トリウム1molリン酸緩衝液(pH7,O)で溶出し
て、核酸部分の紫外吸収とアルカリホスファターゼ活性
を有するフラクションを得た。
[Labeling 10 with alkaline phosphatase in the body] This 10
50D t-0.5 mol sodium borate buffer pHs, s) 3. e- and acetonitrile/l/1. It is dissolved in OWLt, mixed with the alkaline phosphatase labeled compound, and reacted at 4° C. for 5 hours. The reaction solution was purified using a Sepharose 6B column.
Q, 1 m mo + salt o≠Q, l mo! Elution was performed with 1 mol sodium chloride phosphate buffer (pH 7, O) to obtain a fraction having ultraviolet absorption of the nucleic acid portion and alkaline phosphatase activity.

特許出願人 有機合成薬品工業株式会社手続補正書 昭和59年10月31日 昭和59年特許願第178917号 ゛20発明の名称 ポリデオキシリボヌクレオチドまたは ポリリボヌクレオチドの酵素標識化方法3、補正をする
者 事件との関係 特許出願人 東京都中央区京橋二丁目17番4号 有機合成薬品工業株式会社 代表者 玉 重 雅 雄 4、代理人 5、補正の対象 6、補正の内容 (1)明細書第11頁第8行のr Vegls Jを1
i’weylsJlに訂正する。
Patent Applicant Organic Synthetic Pharmaceutical Industry Co., Ltd. Procedural Amendment October 31, 1980 Patent Application No. 178917 of 1982 20 Title of Invention Method for Enzyme Labeling of Polydeoxyribonucleotides or Polyribonucleotides 3 Person Making Amendment Relationship to the case Patent applicant 2-17-4 Kyobashi, Chuo-ku, Tokyo Representative: Masao Tamashige 4, agent 5, subject of amendment 6, contents of amendment (1) Specification No. 1 page 11 line 8 r Vegls J
Corrected to i'weylsJl.

(2)同書同頁第10行のrVerlogJをWVer
lagJlに訂正する。
(2) rVerlogJ on the 10th line of the same page in the same book as WVer
Correct to lagJl.

(3)同書第23頁第13行のrlo  ODJを「1
0  立且」に訂正する。
(3) Set rlo ODJ on page 23, line 13 of the same book to “1
Corrected to 0.

(4)同書、同頁第16行の「5 oD」をr5 立旦
」に訂正する。
(4) "5 oD" in line 16 of the same page of the same book is corrected to "r5 tatedan."

以上that's all

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、リン酸結合の少なくとも1個以上が式〔 I 〕▲数
式、化学式、表等があります▼〔 I 〕 (式中、Rは炭素数1ないし20の分枝 鎖を有することもある脂肪族炭化水素ま たは芳香族炭化水素を、Xは保護基を有 することもある官能基を示す。) で表わされる官能基を有するホスホン酸結合であるポリ
デオキシリボヌクレオチドまたはポリリボヌクレオチド
のホスホン酸結合の官能基に共有結合性酵素標識化合物
を反応させることを特徴とするポリデオキシリボヌクレ
オチドまたはポリリボヌクレオチドの酵素標識化方法。 2、保護基を有することもある官能基Xが、チオール基
またはアミノ基である特許請求の範囲第1項記載の酵素
標識化方法。
[Claims] 1. At least one phosphate bond has the formula [I]▲A mathematical formula, a chemical formula, a table, etc.▼[I] (In the formula, R represents a branched chain having 1 to 20 carbon atoms. of polydeoxyribonucleotides or polyribonucleotides which are phosphonic acid bonds having a functional group represented by 1. A method for enzymatically labeling polydeoxyribonucleotides or polyribonucleotides, which comprises reacting a covalent enzyme labeling compound with a phosphonic acid bonding functional group. 2. The enzyme labeling method according to claim 1, wherein the functional group X, which may have a protecting group, is a thiol group or an amino group.
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