JPS6250479B2 - - Google Patents
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- JPS6250479B2 JPS6250479B2 JP59503282A JP50328284A JPS6250479B2 JP S6250479 B2 JPS6250479 B2 JP S6250479B2 JP 59503282 A JP59503282 A JP 59503282A JP 50328284 A JP50328284 A JP 50328284A JP S6250479 B2 JPS6250479 B2 JP S6250479B2
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Description
請求の範囲
1 a 一般式():
〔式中、
R1は後記定義のとおり、
R2はヌクレオチド化学において通常の保護
基、およびB′は必要に応じてヌクレオチド化学
において通常の保護基で保護した塩基Bを意味
する〕 で示されるヌクレオシドを、一般式(): 〔式中、R3は除去可能な保護基、ならびに
XおよびLはヌクレオチドまたはヌクレオシド
の糖部分のヒドロキシル基と反応する基であ
る〕 で示されるホスフイン誘導体と塩基の存在下で
反応させ、 b 工程aで得られた式(): 〔式中、B′,R1,R2,R3およびLは前記定
義のとおりである〕 で示されるヌクレオチド誘導体を、一般式
(): 〔式中、B′およびR1は前記定義のとおり、
およびTは高分子キヤリヤーを意味する〕 で示される高分子キヤリヤーと結合したヌクレ
オシドと反応させ、 c 工程bで得られた一般式(): 〔式中、B′,R1,R2,R3およびTは前記定
義のとおり〕で示されるキヤリヤーと結合した
ヌクレオシド―ヌクレオチドを酸化して、ホス
ホトリエステル基を形成し、 d 工程bの反応で反応しなかつた遊離第一級
5′―OH基を、ヌクレオチド化学において通常
の安定な保護基で保護し、 e 保護基R2を脱離させ、 f 必要に応じて工程aからeまでを1回または
それ以上繰り返して、さらにヌクレオシドリン
酸エステルまたはヌクレオチドリン酸エステル
単位を導入し、 g ヌクレオシド―キヤリヤー結合を開裂させ、
必要に応じてリン酸オリゴヌクレオシド中に存
在する全ての保護基を開裂する 工程からなり、 該工程が、工程aにおいて一般式()で示さ
れるホスフイン誘導体として、R3が式(): 〔式中、 Y基は同一または異なつて、水素、メチルおよ
び/またはエチルであつてよく、 Zは電子吸引性基を意味し、 式()のホスフイン誘導体において、 Xは塩素、臭素、CNまたはSCN、および LはCNまたはSCN、式(): −NR4 2 () (式中、R4基は炭素原子数1〜10の第一級、
第二級または第三級アルキル基、または一体とな
つて、ヘテロ原子として1または2個の窒素原
子、酸素原子またはイオウ原子を含有してもよい
炭素原子数5〜7のシクロアルキル基を形成する
かあるいはイミダゾール、トリアゾール、テトラ
ゾール、3―ニトロ―1,2,4―トリアゾー
ル、チアゾール、ピロール、所望によりフエニル
基が置換されたベンゾトリアゾール、または所望
によりフエニル基が置換されたベンゾヒドロキシ
トリアゾールを意味する)〕 であるホスフイン誘導体を使用することを特徴と
する一般式(): 〔式中、 Bは核酸塩基、 R1は水素、ヒドロキシルまたはヌクレオチド化
学において通常の保護基で保護したヒドロキシル
基およびnは1〜200の整数を意味する〕 で示されるオリゴヌクレオチドの製造法。 2 式()〔式中、Xは塩素または臭素、およ
びLは式(): −NR〓 () (式中、R4基は炭素原子数1〜10の第一級、
第二級または第三級アルキル基であるかまたは一
体となつて、ヘテロ原子として1または2個の窒
素原子、酸素原子またはイオウ原子を含有しても
よい炭素原子数5〜7のシクロアルキル基を形成
するかあるいはイミダゾール、トリアゾール、テ
トラゾール、3―ニトロ―1,2,4―トリアゾ
ール、チアゾール、ピロール、所望によりフエニ
ル基が置換されたベンゾトリアゾール、または所
望によりフエニル基が置換されたベンゾヒドロキ
シトリアゾールである)〕 で示されるホスフイン誘導体を使用する前記第1
項の方法。 3 式()〔式中、Xは塩素、LはN,N―ジ
メチル、―ジエチル―または―ジイソプロピルア
ミノ基、あるいはN―モルホリノ基、およびR3
はβ―シアノエチル基である〕で示されるホスフ
イン誘導体を使用する前記第1項または第2項の
方法。 明細書 本発明は、請求の範囲第1項に記載の一般式
()で示されるオリゴヌクレオチドの製造法に
関する。本発明に従つて製造されたオリゴヌクレ
オチドは明確な配列を有し、特定のプライマーお
よびプローブとして用いることができ、また完全
な遺伝子合成に関し、非常に重要である〔アルツ
ナイミツテルフオアシユング
(Arzneimittelforschung)30、3a、548(1980
年)参照〕。 オリゴヌクレオチドは、最新技術に従つて、高
分子キヤリヤーを用いたリン酸あるいは亜リン酸
トリエステル法に従つて製造される〔ナーハリヒ
テン・アウス・ヒエミー・テヒニーク・ウント・
ラボラトリーウム(Nachr.Chem.Tech.Lab.)
29、230(1981)参照〕。明確な配列の構築を可能
にするためには、供すべき個々の構成要素(ヌク
レオシドまたはヌクレオチド)を適当な保護基で
保護しなければならない。本明細書においては、
ヘテロ環式核酸塩基の環外アミノ基の保護には、
一般に塩基に対して不安定なアシル基を用い、常
法で高分子キヤリヤーにオリゴヌクレオチド鎖を
結合させるのには塩基に対して不安定なエステル
結合を用い、第一級5′―OH基の保護には酸に対
して不安定なトリチルエーテル基を用いる。リン
酸トリエステル法で用いるリン酸エステル保護基
は、通常、塩基または求核試薬のリン原子攻撃に
よつてのみ除去することができる、エステル型結
合による2―クロロフエニル―または4―クロロ
フエニル基のいずれかである。ヌクレオチド間の
リン酸エステル結合が開裂する恐れがあるので、
かかる方法は望ましくない。オキシマート・アニ
オン〔テトラヘドロン・レターズ(Tetra―
hedron Lett.)19、2727(1978)参照〕を使用す
ることにより、これらの危険性は著しく減少する
が、これも決定的な段階において望ましくない方
法でリン原子を攻撃し、そのうえ、比較的少量の
所望のオリゴヌクレオチドが、抽出し難い非常に
大量の不揮発性塩で汚染されるという欠点を有す
る。これは、仕上処理およびそれに続く合成され
たオリゴヌクレオチドの精製を妨げるだけでな
く、相当量の物質損失につながる。 亜リン酸トリエステル法において、通常、エス
テル型結合によるメチル基がリン酸エステルの保
護基として用いられ、該保護基は求核試薬により
メチル基の炭素原子を攻撃することにより除去さ
れる〔ジヤーナル・オブ・アメリカン・ケミカ
ル・ソサイエテイ―(J.Amer.Chem.Soc.)99、
3526(1977)参照〕。P原子の攻撃が避けられる
ので、ヌクレオチド間の結合の開裂も同様に避け
られる。通常用いられる求核試薬はチオフエノー
ル/トリエチルアミンであるが、これは扱いが煩
わしく、その上抽出しにくい、また、前記の如
く、仕上処理を困難とし、かつ相当の物質損失に
つながる不揮発性化合物をもたらす。 固相/亜リン酸またはリン酸トリエステル法に
よる実際のオリゴヌクレオチドの製造法は、非常
に有効に、かつ速かに行なわれるが、明確な配列
の製造は、非常に時間がかかる。これは、主とし
て、実際の合成の数倍もの時間を必要とする、後
に続く仕上処理および精製の問題による。本発明
の製法はこの点を顧慮し、この点において、決定
的な技術的改良を提供するものである。 請求の範囲第1項に記載の式()〔式中、B
は、例えば、アデニン(A)、グアニン(G)、シトシン
(C)、チミン(T)またはウラシル(U)等の核酸
塩基あるいはその類似体、R1は水素、ヒドロキ
シル基またはヌクレオチド化学の分野において通
常の保護基で保護されたヒドロキシル基、nは1
〜200の整数を意味する〕で示される化合物を得
るために、本発明に従い、種々の反応工程をつぎ
のとおり実施する。 (a) 一般式()のヌクレオチドの反応 一般式()のR1は水素であり得るが、その
場合、式()の化合物はオリゴデオキシヌクレ
オチドである。R1基はヒドロキシル基または要
すればヌクレオチド化学において通常の保護基で
保護されたヒドロキシル基であつてもよい。かか
る保護基の例はトリチル、モノメトキシトリチル
およびジメトキシトリチル、アセチル、ベンゾイ
ル等のアシル;テトラヒドロピラニル、メトキシ
テトラヒドロピラニル、O―ニトロベンジル、な
らびに、例えば、t―ブチルジフエニルシリルエ
ーテルのようなシリルエーテルである。ヌクレオ
チド化学において通常の保護基に関する総説は、
例えば、テトラヘドロン(Tetrahedron)363〜
369頁(1981)、リービツグズ・アナーレン・デ
ア・ヒエミー(Liebigs Ann.Chem.)839〜850
(1978)、およびヌクレイツク・アシツド・リサー
チ(Nucleic Acid Research)シンポジウム第7
号、39〜59(1980)がある。 R2も同様に前記文献に従つてヌクレオチド化
学において通常の保護基、好ましくは、酸に対し
て不安定な4,4―ジムトキシ―または4,4,
4―トリメトキシトリチル基である。B′は同様に
前記文献に従つてヌクレオチド化学において通常
の保護基を有し得る。 式()のヌクレオシドを、本発明に従つて、
請求の範囲第1項の一般式()のホスフイン誘
導体と反応させる。 該一般式において、Xは、塩素、臭素、CNま
たはSCN;Lは塩素、臭素、CN,SCNまたは式
−NR2 4(式)〔式中、R4基は炭素原子数1〜10
の第1級、第2級または第3級アルキル基、また
は一緒になつて、所望によりアルキル側鎖を有す
るおよび/または1または2個の窒素、酸素およ
び/またはイオウ原子をヘテロ原子として含有し
得る炭素原子数5〜7のシクロアルキル基を意味
する〕で示されるアミノ基を意味する。また、L
基は、イミダゾリル、トリアゾリル、テトラゾリ
ル、3―ニトロ―1,2,4―トリアゾリル、チ
アゾリル、ピロリル、ベンゾトリアゾリル(所望
によりフエニル基に置換基を有する)またはベン
ゾヒドロキシトリアゾリル(所望によりフエニル
環に置換基を有する)等の反応性ヘテロ環基を形
成することもできる。 一般式()のホスフイン誘導体のR3は、本
発明に従つて、塩基を用いてβ―脱離により除去
される一般式()〔式中、Yは水素、メチルま
たはエチルを意味する〕の基である。Zは、電子
吸引性基、例えば、フツ素、塩素または臭素等の
ハロゲン、CN,NO2を意味する。Zはまた、フ
エニル、フエニルチオ、フエニルスルホキシまた
はフエニルスルホニルであつてもよく、該フエニ
ル基は、o,o′―位および/またはp―位がハロ
ゲン、CNまたはNO2で置換され得る。また、 で示される基のかわりに、CF3,CCl3または
CBr3のうちの1つの基であつてもよい。 工程(a)に従つた反応は、有機塩基の存在下で起
こる。 (b) 工程(a)で得られる式()のヌクレオシドリ
ン酸誘導体の反応 式()の化合物の反応は、高分子キヤリヤー
と結合した請求の範囲第1項の一般式()のヌ
クレオシドを用いて行なう。可溶性または不溶性
の、即ち、例えば、修飾シリカゲル、ガラス、特
に「コントロールド・ポア・グラス」、ポリエス
テル、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリ
シロキサン、ポリステロール等の架橋高分子キヤ
リヤーを用い得る。キヤリヤーおよびヌクレオシ
ド間の結合としては、エステル結合が適当で、好
ましく、レブリニル―またはβ―ベンゾイルプロ
ピオニル基由来のものを含有し、後者のエステル
結合は、中性条件下にてヒドラジンを用いて開裂
し得る。また、所望によりフエニル環に置換基を
有する酸に対して不安定なトリチルエーテル結合
も結合方法として適している〔リービツグズ・ア
ナーレン・デア・ヒエミー(Liebigs Ann.Chem.
)959(1974)参照〕。 (c) 工程(b)において得られる一般式()のキヤ
リヤーに結合したヌクレオチド―ヌクレオシド
の酸化 酸化によりリン酸エステル基が得られる。これ
は、例えば、ヨウ素/H2O、H2O2または有機過
酸を用いて、あるいは一般的にはO,Sまたは
Seを導入することによる酸化により行ない得
る。 (d) 工程(b)に従つた反応により反応していない遊
離第一級5′―OH基の保護法(式()の生成
物における) これらの遊離ヒドロキシル基は、例えば、無水
酢酸を用いた反応により、永久的保護基で保護さ
れる。 (e) 保護基R2の除去 R2がトリチル基またはそのメトキシ誘導体を
意味する場合、除去は、例えば、プロトン酸、あ
るいはZnBr2またはジアルキル塩化アルミニウム
等のルイス酸を用いて行なう。 (f) さらにヌクレオシドリン酸エステル―または
オリゴヌクレオシドリン酸エステル単位の導入 工程(a)〜(e)を繰り返して少なくとも1つのヌク
レオシドリン酸エステル基を導入することができ
る。もちろん、オリゴヌクレオシドリン酸エステ
ル単位を用いると、1以上のヌクレオシドリン酸
エステル単位により鎖が延長される。 (g) 全保護基の除去 この除去は、水性アンモニアを用いて行ない、
一工程で複素環式塩基のN―アシル基、オリゴヌ
クレオチドおよびキヤリヤー間のエステル結合
(所望により後者は中性条件下にてヒドラジンに
よつても除去し得る)、およびリン酸エステル保
護基が、本明細書の最後の一般反応式1に従つ
て、β―脱離により除去される。ついで、5′―末
端トリチル保護基のみを有するオリゴヌクレオチ
ドが得られ、これは、自体公知の方法で揮発性塩
基(アンモニア)の除去後、逆相高圧液体クロマ
トグラフイー(HPLC)により直接精製すること
ができる。 請求の範囲第1項の一般式()の中間体は、
新規化合物である。該化合物は、非常に安定で純
粋な形態の化合物であり、扱いやすく、かつヌク
レオチド間の結合の形成において反応性が高い。
塩基を用いてβ―脱離で除去される保護基として
R3を用いることにより、はじめて、5′―トリチル
基を除く全ての保護基を一工程で除去することが
でき、揮発性塩基を用いると都合良いことに所望
のオリゴヌクレオチドはごく少量しか異物により
汚染されず、従つて、その後、直接、残存する疎
水性5′―トリチル基に基く逆相HPLCにより精製
することができる。 本発明の方法の他の利点は、β―脱離による保
護基の除去によりP原子の攻撃が起こらないの
で、脱保護の間に、新たに形成されたヌクレオチ
ド間の結合は開裂し得ないという事実に基く。従
つて、本発明の方法では時間のロスが非常に低減
され、従来の実施可能な方法よりも全体的な純粋
な生成物が得られる。 本発明を以下に述べる実施例で更に詳しく説明
する。 実施例においては、R3がβ―シアノエチル基
であるホスフイン誘導体を用いる。反応の詳細お
よび製造した化合物の物理的性質を本明細書末尾
の反応式2および3、第1表、ならびに第1図〜
第7図に示す。 実施例 1 一般式()のホスフイン誘導体の製造: モノクロル―β―シアノエチルホスホルアミ
ド: 反応の一般的な概要は、反応式1より明らかで
ある。 いくつかの改善は別として、カナデイアン・ジ
ヤーナル・オブ・ケミストリー(Can.J.Chem.)
58、2686(1980)に従つてジクロロ―β―シアノ
エトキシホスフイン(1)が製造される: 三つ口フラスコ中PCl3 137.5g(1.0モル)に
滴下ロートでエーテル300mlおよびピリジン79.0
g(1モル)を添加し、混合物をアルゴン雰囲気
下で−78℃に冷却する。次いで、乾燥エーテル
150ml中β―シアノエタノール71.0(1モル)溶
液を1〜1.5時間かけて滴下する。冷却浴をはず
し、さらに3時間室温にて撹拌する(要すれば、
より良い攪拌性を保証するために、さらにエーテ
ル300mlを加える)。アルゴン雰囲気下でスターラ
ーおよび滴下ロートをはずし、混合物を一夜0℃
に維持する。アルゴン雰囲気下で固体塩を除去
し、沈殿を75mlのエーテルで2回洗浄する。合し
た有機層を真空下で濃縮し、残渣を最終的に真空
下で蒸留する。 沸点70〜75℃/0.4mmHg。 モノクロル―β―シアノエチルホスホルアミド
(3): エーテル30ml中N―トリメチルシリル化第二級
アミン(0.1モル)または第二級アミン(0.2モ
ル)溶液に、アルゴン雰囲気下で、−20℃にてエ
ーテル60ml中β―シアノエチルホスホジクロリド
(1)17.2(0.1モル)溶液を1〜1.5時間かけて滴下
する。室温にて20時間攪拌した後、アミン塩酸塩
を除去し、残存する溶液を濃縮する。残渣を最終
的にシヨート・パス蒸留装置で蒸留する。 このようにして得られた化合物の物理的性質を
第1表に要約する。 第1a図、第1b図および第1c図は、3種類
のモノクロル―β―シアノエチルホスホルアミド
の31P―NMRスペクトルを示す。 N―モルホリン誘導体は熱に対して非常に不安
定なので蒸留できない。それでも、調製物は非常
に純粋なので、残渣は直接活性化ヌクレオシド誘
導体の調製に使用し得る。31P―NMRスペクトル
による純度は、通常95%以上である。 ヌクレオシド―β―シアノエチルホスホルアミ
ド: 適当に保護したヌクレオシド―β―シアノエチ
ルホスホルアミドの製法は、反応式3より明らか
である。 テトラヘドロン・レターズ(Tetrahedron
Lett.)22、1859(1981)と同様の、いくらか改
良した合成法で、良い収率が得られる。 N―保護5′―ジメトキシトリチル化デオキシヌ
クレオシド3.0ミリモルをTHF/トルエンを用い
て共沸的に乾燥し、乾燥THF15mlにとかし、
N,N,N―ジイソプロピルエチルアミン12.0ミ
リモルを添加する。この溶液に、激しく攪拌しな
がら2分かけて、アルゴン雰囲気下でモノクロル
―β―シアノエチルホスホルアミド6.0ミリモル
を滴下する。短時間(2〜5分)後、アミン塩酸
塩が析出する。この懸濁液をさらに30〜40分間攪
拌する。アミン塩酸塩をアルゴン雰囲気下で別
し、乾燥THF(10〜15ml)でよく洗浄する。合
した有機層を濃縮し、アルゴンで飽和した酢酸エ
チル(100ml)に溶かす。アルゴンで飽和した10
%水性炭酸ナトリウム溶液50mlで、有機層を2回
抽出する。この有機層を硫酸ナトリウムで乾燥
し、減圧下で蒸発乾固させて泡沫を得る。この泡
沫を少量の酢酸エチルまたはトルエンに溶かし、
n―ヘキサン中で−78℃にて沈殿させる。活性化
ヌクレオシドは、アルゴン雰囲気下で−20℃にて
保存すれば、より数ケ月間安定である。 第2図に活性化デオキシヌクレオシドの31P―
NMRスペクトルを示す。 d(CGGTACCG)の合成 合計8マイクロモルのN―イソブチリルデオキ
シグアニンを担持させた「コントロールド・ポ
ア・グラス」(CPG)100mg〔テトラヘドロン・
レターズ(Tetrahedron Lett.)24、747(1983)
参照〕を、デオキシヌクレオシドC、C、A、
T、G、GおよびCの5′―ジメトキシトリチル化
N―アシル化β―シアノエチル―N,N―ジイソ
プロピルホスホルアミドと順次縮合させる。その
際、各々20〜25当量のホスホルアミドのアセトニ
トリル中溶液が、各75〜80当量の昇華テトラゾー
ルで活性化される。縮合は、長くても30分間で完
了し、カツプリング収率は94%以上である。縮合
後、毎回I2/H2O2を用いた酸化および無水酢酸
を用いた未反応の5′―OH基の保護を行なう。そ
の後、3%ニトロメタン中トリクロロ酢酸/1%
メタノール、またはZnBr2/ニトロメタン/1%
H2Oのいずれかを用いて、ジメトキシトリチル基
の除去を行なう。 全縮合工程の終りにおける保護オクタヌクレオ
チドの全収率は、キヤリヤーと結合したデオキシ
グアノシンに基いて55%である。 完全な脱保護およびキヤリヤーからの開裂は、
該ガラスビーズを濃水性アンモニア溶液(3ml)
と、50℃にて16時間反応させることにより一工程
で行なわれる。次いでガラスビーズを50%水性メ
タノールで十分に洗浄する(3回、各3ml)。液
相を蒸発(メタノールの除去)および凍結乾燥に
より除去する。次いで、一部をミリポア・フイル
ターで過し、第3図に示すようにRP18上
HPLCで精製する。 5′―ジメトキシトリチル化オリゴヌクレオチド
を含有するフラクシヨンを集め、揮発性緩衝液を
真空下、ロータリーエバポレーターで除去する。
残渣に80%酢酸1mlを添加する。室温にて45分
後、酢酸を凍結乾燥により除去する。 このようにして得られた物質を常法〔リービツ
グズ・アナーレン・デア・ヒエミー(Liebigs
Ann.Chem.)982(1978)〕により、T4―ポリヌ
クレオチドキナーゼおよびγ―32P―ATPにより
ホスホリル化する。得られた生成物を、ホモ・オ
リゴdT鎖長標準と比較してポリアクリルアミド
ゲル電気泳動〔ヌクレイツク・アシツド・リサー
チ(Nucleic Acids Res.)6、2096(1979)、第
4図参照〕および第5図による配列決定〔リービ
ツグズ・アナーレン・デア・ヒエミー(Liebigs
Ann.Chem.)982(1978)参照〕により確認す
る。 第6a図〜第6c図は、ヌクレオシドーβ―シ
アノエチル―N,N―ジメチルホスホルアミドを
用いたd(GGGATCCC)の合成結果を示す
(HPLC、ゲル電気泳動、配列決定)。第7a図〜
第7c図は、ヌクレオシド―β―シアノエチル―
N―モルホリノホスホアミドを使用したd
(GGGATATCCC)の合成結果を示す。 第3図、第6a図および第7a図に示した結果
は、PH7.0の0.1M酢酸トリエチルアンモニウム中
10〜25vol%CH3CN、5分間および25〜29vol%
CH3CN30分間のグラジエントを用いて得られ
た。
基、およびB′は必要に応じてヌクレオチド化学
において通常の保護基で保護した塩基Bを意味
する〕 で示されるヌクレオシドを、一般式(): 〔式中、R3は除去可能な保護基、ならびに
XおよびLはヌクレオチドまたはヌクレオシド
の糖部分のヒドロキシル基と反応する基であ
る〕 で示されるホスフイン誘導体と塩基の存在下で
反応させ、 b 工程aで得られた式(): 〔式中、B′,R1,R2,R3およびLは前記定
義のとおりである〕 で示されるヌクレオチド誘導体を、一般式
(): 〔式中、B′およびR1は前記定義のとおり、
およびTは高分子キヤリヤーを意味する〕 で示される高分子キヤリヤーと結合したヌクレ
オシドと反応させ、 c 工程bで得られた一般式(): 〔式中、B′,R1,R2,R3およびTは前記定
義のとおり〕で示されるキヤリヤーと結合した
ヌクレオシド―ヌクレオチドを酸化して、ホス
ホトリエステル基を形成し、 d 工程bの反応で反応しなかつた遊離第一級
5′―OH基を、ヌクレオチド化学において通常
の安定な保護基で保護し、 e 保護基R2を脱離させ、 f 必要に応じて工程aからeまでを1回または
それ以上繰り返して、さらにヌクレオシドリン
酸エステルまたはヌクレオチドリン酸エステル
単位を導入し、 g ヌクレオシド―キヤリヤー結合を開裂させ、
必要に応じてリン酸オリゴヌクレオシド中に存
在する全ての保護基を開裂する 工程からなり、 該工程が、工程aにおいて一般式()で示さ
れるホスフイン誘導体として、R3が式(): 〔式中、 Y基は同一または異なつて、水素、メチルおよ
び/またはエチルであつてよく、 Zは電子吸引性基を意味し、 式()のホスフイン誘導体において、 Xは塩素、臭素、CNまたはSCN、および LはCNまたはSCN、式(): −NR4 2 () (式中、R4基は炭素原子数1〜10の第一級、
第二級または第三級アルキル基、または一体とな
つて、ヘテロ原子として1または2個の窒素原
子、酸素原子またはイオウ原子を含有してもよい
炭素原子数5〜7のシクロアルキル基を形成する
かあるいはイミダゾール、トリアゾール、テトラ
ゾール、3―ニトロ―1,2,4―トリアゾー
ル、チアゾール、ピロール、所望によりフエニル
基が置換されたベンゾトリアゾール、または所望
によりフエニル基が置換されたベンゾヒドロキシ
トリアゾールを意味する)〕 であるホスフイン誘導体を使用することを特徴と
する一般式(): 〔式中、 Bは核酸塩基、 R1は水素、ヒドロキシルまたはヌクレオチド化
学において通常の保護基で保護したヒドロキシル
基およびnは1〜200の整数を意味する〕 で示されるオリゴヌクレオチドの製造法。 2 式()〔式中、Xは塩素または臭素、およ
びLは式(): −NR〓 () (式中、R4基は炭素原子数1〜10の第一級、
第二級または第三級アルキル基であるかまたは一
体となつて、ヘテロ原子として1または2個の窒
素原子、酸素原子またはイオウ原子を含有しても
よい炭素原子数5〜7のシクロアルキル基を形成
するかあるいはイミダゾール、トリアゾール、テ
トラゾール、3―ニトロ―1,2,4―トリアゾ
ール、チアゾール、ピロール、所望によりフエニ
ル基が置換されたベンゾトリアゾール、または所
望によりフエニル基が置換されたベンゾヒドロキ
シトリアゾールである)〕 で示されるホスフイン誘導体を使用する前記第1
項の方法。 3 式()〔式中、Xは塩素、LはN,N―ジ
メチル、―ジエチル―または―ジイソプロピルア
ミノ基、あるいはN―モルホリノ基、およびR3
はβ―シアノエチル基である〕で示されるホスフ
イン誘導体を使用する前記第1項または第2項の
方法。 明細書 本発明は、請求の範囲第1項に記載の一般式
()で示されるオリゴヌクレオチドの製造法に
関する。本発明に従つて製造されたオリゴヌクレ
オチドは明確な配列を有し、特定のプライマーお
よびプローブとして用いることができ、また完全
な遺伝子合成に関し、非常に重要である〔アルツ
ナイミツテルフオアシユング
(Arzneimittelforschung)30、3a、548(1980
年)参照〕。 オリゴヌクレオチドは、最新技術に従つて、高
分子キヤリヤーを用いたリン酸あるいは亜リン酸
トリエステル法に従つて製造される〔ナーハリヒ
テン・アウス・ヒエミー・テヒニーク・ウント・
ラボラトリーウム(Nachr.Chem.Tech.Lab.)
29、230(1981)参照〕。明確な配列の構築を可能
にするためには、供すべき個々の構成要素(ヌク
レオシドまたはヌクレオチド)を適当な保護基で
保護しなければならない。本明細書においては、
ヘテロ環式核酸塩基の環外アミノ基の保護には、
一般に塩基に対して不安定なアシル基を用い、常
法で高分子キヤリヤーにオリゴヌクレオチド鎖を
結合させるのには塩基に対して不安定なエステル
結合を用い、第一級5′―OH基の保護には酸に対
して不安定なトリチルエーテル基を用いる。リン
酸トリエステル法で用いるリン酸エステル保護基
は、通常、塩基または求核試薬のリン原子攻撃に
よつてのみ除去することができる、エステル型結
合による2―クロロフエニル―または4―クロロ
フエニル基のいずれかである。ヌクレオチド間の
リン酸エステル結合が開裂する恐れがあるので、
かかる方法は望ましくない。オキシマート・アニ
オン〔テトラヘドロン・レターズ(Tetra―
hedron Lett.)19、2727(1978)参照〕を使用す
ることにより、これらの危険性は著しく減少する
が、これも決定的な段階において望ましくない方
法でリン原子を攻撃し、そのうえ、比較的少量の
所望のオリゴヌクレオチドが、抽出し難い非常に
大量の不揮発性塩で汚染されるという欠点を有す
る。これは、仕上処理およびそれに続く合成され
たオリゴヌクレオチドの精製を妨げるだけでな
く、相当量の物質損失につながる。 亜リン酸トリエステル法において、通常、エス
テル型結合によるメチル基がリン酸エステルの保
護基として用いられ、該保護基は求核試薬により
メチル基の炭素原子を攻撃することにより除去さ
れる〔ジヤーナル・オブ・アメリカン・ケミカ
ル・ソサイエテイ―(J.Amer.Chem.Soc.)99、
3526(1977)参照〕。P原子の攻撃が避けられる
ので、ヌクレオチド間の結合の開裂も同様に避け
られる。通常用いられる求核試薬はチオフエノー
ル/トリエチルアミンであるが、これは扱いが煩
わしく、その上抽出しにくい、また、前記の如
く、仕上処理を困難とし、かつ相当の物質損失に
つながる不揮発性化合物をもたらす。 固相/亜リン酸またはリン酸トリエステル法に
よる実際のオリゴヌクレオチドの製造法は、非常
に有効に、かつ速かに行なわれるが、明確な配列
の製造は、非常に時間がかかる。これは、主とし
て、実際の合成の数倍もの時間を必要とする、後
に続く仕上処理および精製の問題による。本発明
の製法はこの点を顧慮し、この点において、決定
的な技術的改良を提供するものである。 請求の範囲第1項に記載の式()〔式中、B
は、例えば、アデニン(A)、グアニン(G)、シトシン
(C)、チミン(T)またはウラシル(U)等の核酸
塩基あるいはその類似体、R1は水素、ヒドロキ
シル基またはヌクレオチド化学の分野において通
常の保護基で保護されたヒドロキシル基、nは1
〜200の整数を意味する〕で示される化合物を得
るために、本発明に従い、種々の反応工程をつぎ
のとおり実施する。 (a) 一般式()のヌクレオチドの反応 一般式()のR1は水素であり得るが、その
場合、式()の化合物はオリゴデオキシヌクレ
オチドである。R1基はヒドロキシル基または要
すればヌクレオチド化学において通常の保護基で
保護されたヒドロキシル基であつてもよい。かか
る保護基の例はトリチル、モノメトキシトリチル
およびジメトキシトリチル、アセチル、ベンゾイ
ル等のアシル;テトラヒドロピラニル、メトキシ
テトラヒドロピラニル、O―ニトロベンジル、な
らびに、例えば、t―ブチルジフエニルシリルエ
ーテルのようなシリルエーテルである。ヌクレオ
チド化学において通常の保護基に関する総説は、
例えば、テトラヘドロン(Tetrahedron)363〜
369頁(1981)、リービツグズ・アナーレン・デ
ア・ヒエミー(Liebigs Ann.Chem.)839〜850
(1978)、およびヌクレイツク・アシツド・リサー
チ(Nucleic Acid Research)シンポジウム第7
号、39〜59(1980)がある。 R2も同様に前記文献に従つてヌクレオチド化
学において通常の保護基、好ましくは、酸に対し
て不安定な4,4―ジムトキシ―または4,4,
4―トリメトキシトリチル基である。B′は同様に
前記文献に従つてヌクレオチド化学において通常
の保護基を有し得る。 式()のヌクレオシドを、本発明に従つて、
請求の範囲第1項の一般式()のホスフイン誘
導体と反応させる。 該一般式において、Xは、塩素、臭素、CNま
たはSCN;Lは塩素、臭素、CN,SCNまたは式
−NR2 4(式)〔式中、R4基は炭素原子数1〜10
の第1級、第2級または第3級アルキル基、また
は一緒になつて、所望によりアルキル側鎖を有す
るおよび/または1または2個の窒素、酸素およ
び/またはイオウ原子をヘテロ原子として含有し
得る炭素原子数5〜7のシクロアルキル基を意味
する〕で示されるアミノ基を意味する。また、L
基は、イミダゾリル、トリアゾリル、テトラゾリ
ル、3―ニトロ―1,2,4―トリアゾリル、チ
アゾリル、ピロリル、ベンゾトリアゾリル(所望
によりフエニル基に置換基を有する)またはベン
ゾヒドロキシトリアゾリル(所望によりフエニル
環に置換基を有する)等の反応性ヘテロ環基を形
成することもできる。 一般式()のホスフイン誘導体のR3は、本
発明に従つて、塩基を用いてβ―脱離により除去
される一般式()〔式中、Yは水素、メチルま
たはエチルを意味する〕の基である。Zは、電子
吸引性基、例えば、フツ素、塩素または臭素等の
ハロゲン、CN,NO2を意味する。Zはまた、フ
エニル、フエニルチオ、フエニルスルホキシまた
はフエニルスルホニルであつてもよく、該フエニ
ル基は、o,o′―位および/またはp―位がハロ
ゲン、CNまたはNO2で置換され得る。また、 で示される基のかわりに、CF3,CCl3または
CBr3のうちの1つの基であつてもよい。 工程(a)に従つた反応は、有機塩基の存在下で起
こる。 (b) 工程(a)で得られる式()のヌクレオシドリ
ン酸誘導体の反応 式()の化合物の反応は、高分子キヤリヤー
と結合した請求の範囲第1項の一般式()のヌ
クレオシドを用いて行なう。可溶性または不溶性
の、即ち、例えば、修飾シリカゲル、ガラス、特
に「コントロールド・ポア・グラス」、ポリエス
テル、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリ
シロキサン、ポリステロール等の架橋高分子キヤ
リヤーを用い得る。キヤリヤーおよびヌクレオシ
ド間の結合としては、エステル結合が適当で、好
ましく、レブリニル―またはβ―ベンゾイルプロ
ピオニル基由来のものを含有し、後者のエステル
結合は、中性条件下にてヒドラジンを用いて開裂
し得る。また、所望によりフエニル環に置換基を
有する酸に対して不安定なトリチルエーテル結合
も結合方法として適している〔リービツグズ・ア
ナーレン・デア・ヒエミー(Liebigs Ann.Chem.
)959(1974)参照〕。 (c) 工程(b)において得られる一般式()のキヤ
リヤーに結合したヌクレオチド―ヌクレオシド
の酸化 酸化によりリン酸エステル基が得られる。これ
は、例えば、ヨウ素/H2O、H2O2または有機過
酸を用いて、あるいは一般的にはO,Sまたは
Seを導入することによる酸化により行ない得
る。 (d) 工程(b)に従つた反応により反応していない遊
離第一級5′―OH基の保護法(式()の生成
物における) これらの遊離ヒドロキシル基は、例えば、無水
酢酸を用いた反応により、永久的保護基で保護さ
れる。 (e) 保護基R2の除去 R2がトリチル基またはそのメトキシ誘導体を
意味する場合、除去は、例えば、プロトン酸、あ
るいはZnBr2またはジアルキル塩化アルミニウム
等のルイス酸を用いて行なう。 (f) さらにヌクレオシドリン酸エステル―または
オリゴヌクレオシドリン酸エステル単位の導入 工程(a)〜(e)を繰り返して少なくとも1つのヌク
レオシドリン酸エステル基を導入することができ
る。もちろん、オリゴヌクレオシドリン酸エステ
ル単位を用いると、1以上のヌクレオシドリン酸
エステル単位により鎖が延長される。 (g) 全保護基の除去 この除去は、水性アンモニアを用いて行ない、
一工程で複素環式塩基のN―アシル基、オリゴヌ
クレオチドおよびキヤリヤー間のエステル結合
(所望により後者は中性条件下にてヒドラジンに
よつても除去し得る)、およびリン酸エステル保
護基が、本明細書の最後の一般反応式1に従つ
て、β―脱離により除去される。ついで、5′―末
端トリチル保護基のみを有するオリゴヌクレオチ
ドが得られ、これは、自体公知の方法で揮発性塩
基(アンモニア)の除去後、逆相高圧液体クロマ
トグラフイー(HPLC)により直接精製すること
ができる。 請求の範囲第1項の一般式()の中間体は、
新規化合物である。該化合物は、非常に安定で純
粋な形態の化合物であり、扱いやすく、かつヌク
レオチド間の結合の形成において反応性が高い。
塩基を用いてβ―脱離で除去される保護基として
R3を用いることにより、はじめて、5′―トリチル
基を除く全ての保護基を一工程で除去することが
でき、揮発性塩基を用いると都合良いことに所望
のオリゴヌクレオチドはごく少量しか異物により
汚染されず、従つて、その後、直接、残存する疎
水性5′―トリチル基に基く逆相HPLCにより精製
することができる。 本発明の方法の他の利点は、β―脱離による保
護基の除去によりP原子の攻撃が起こらないの
で、脱保護の間に、新たに形成されたヌクレオチ
ド間の結合は開裂し得ないという事実に基く。従
つて、本発明の方法では時間のロスが非常に低減
され、従来の実施可能な方法よりも全体的な純粋
な生成物が得られる。 本発明を以下に述べる実施例で更に詳しく説明
する。 実施例においては、R3がβ―シアノエチル基
であるホスフイン誘導体を用いる。反応の詳細お
よび製造した化合物の物理的性質を本明細書末尾
の反応式2および3、第1表、ならびに第1図〜
第7図に示す。 実施例 1 一般式()のホスフイン誘導体の製造: モノクロル―β―シアノエチルホスホルアミ
ド: 反応の一般的な概要は、反応式1より明らかで
ある。 いくつかの改善は別として、カナデイアン・ジ
ヤーナル・オブ・ケミストリー(Can.J.Chem.)
58、2686(1980)に従つてジクロロ―β―シアノ
エトキシホスフイン(1)が製造される: 三つ口フラスコ中PCl3 137.5g(1.0モル)に
滴下ロートでエーテル300mlおよびピリジン79.0
g(1モル)を添加し、混合物をアルゴン雰囲気
下で−78℃に冷却する。次いで、乾燥エーテル
150ml中β―シアノエタノール71.0(1モル)溶
液を1〜1.5時間かけて滴下する。冷却浴をはず
し、さらに3時間室温にて撹拌する(要すれば、
より良い攪拌性を保証するために、さらにエーテ
ル300mlを加える)。アルゴン雰囲気下でスターラ
ーおよび滴下ロートをはずし、混合物を一夜0℃
に維持する。アルゴン雰囲気下で固体塩を除去
し、沈殿を75mlのエーテルで2回洗浄する。合し
た有機層を真空下で濃縮し、残渣を最終的に真空
下で蒸留する。 沸点70〜75℃/0.4mmHg。 モノクロル―β―シアノエチルホスホルアミド
(3): エーテル30ml中N―トリメチルシリル化第二級
アミン(0.1モル)または第二級アミン(0.2モ
ル)溶液に、アルゴン雰囲気下で、−20℃にてエ
ーテル60ml中β―シアノエチルホスホジクロリド
(1)17.2(0.1モル)溶液を1〜1.5時間かけて滴下
する。室温にて20時間攪拌した後、アミン塩酸塩
を除去し、残存する溶液を濃縮する。残渣を最終
的にシヨート・パス蒸留装置で蒸留する。 このようにして得られた化合物の物理的性質を
第1表に要約する。 第1a図、第1b図および第1c図は、3種類
のモノクロル―β―シアノエチルホスホルアミド
の31P―NMRスペクトルを示す。 N―モルホリン誘導体は熱に対して非常に不安
定なので蒸留できない。それでも、調製物は非常
に純粋なので、残渣は直接活性化ヌクレオシド誘
導体の調製に使用し得る。31P―NMRスペクトル
による純度は、通常95%以上である。 ヌクレオシド―β―シアノエチルホスホルアミ
ド: 適当に保護したヌクレオシド―β―シアノエチ
ルホスホルアミドの製法は、反応式3より明らか
である。 テトラヘドロン・レターズ(Tetrahedron
Lett.)22、1859(1981)と同様の、いくらか改
良した合成法で、良い収率が得られる。 N―保護5′―ジメトキシトリチル化デオキシヌ
クレオシド3.0ミリモルをTHF/トルエンを用い
て共沸的に乾燥し、乾燥THF15mlにとかし、
N,N,N―ジイソプロピルエチルアミン12.0ミ
リモルを添加する。この溶液に、激しく攪拌しな
がら2分かけて、アルゴン雰囲気下でモノクロル
―β―シアノエチルホスホルアミド6.0ミリモル
を滴下する。短時間(2〜5分)後、アミン塩酸
塩が析出する。この懸濁液をさらに30〜40分間攪
拌する。アミン塩酸塩をアルゴン雰囲気下で別
し、乾燥THF(10〜15ml)でよく洗浄する。合
した有機層を濃縮し、アルゴンで飽和した酢酸エ
チル(100ml)に溶かす。アルゴンで飽和した10
%水性炭酸ナトリウム溶液50mlで、有機層を2回
抽出する。この有機層を硫酸ナトリウムで乾燥
し、減圧下で蒸発乾固させて泡沫を得る。この泡
沫を少量の酢酸エチルまたはトルエンに溶かし、
n―ヘキサン中で−78℃にて沈殿させる。活性化
ヌクレオシドは、アルゴン雰囲気下で−20℃にて
保存すれば、より数ケ月間安定である。 第2図に活性化デオキシヌクレオシドの31P―
NMRスペクトルを示す。 d(CGGTACCG)の合成 合計8マイクロモルのN―イソブチリルデオキ
シグアニンを担持させた「コントロールド・ポ
ア・グラス」(CPG)100mg〔テトラヘドロン・
レターズ(Tetrahedron Lett.)24、747(1983)
参照〕を、デオキシヌクレオシドC、C、A、
T、G、GおよびCの5′―ジメトキシトリチル化
N―アシル化β―シアノエチル―N,N―ジイソ
プロピルホスホルアミドと順次縮合させる。その
際、各々20〜25当量のホスホルアミドのアセトニ
トリル中溶液が、各75〜80当量の昇華テトラゾー
ルで活性化される。縮合は、長くても30分間で完
了し、カツプリング収率は94%以上である。縮合
後、毎回I2/H2O2を用いた酸化および無水酢酸
を用いた未反応の5′―OH基の保護を行なう。そ
の後、3%ニトロメタン中トリクロロ酢酸/1%
メタノール、またはZnBr2/ニトロメタン/1%
H2Oのいずれかを用いて、ジメトキシトリチル基
の除去を行なう。 全縮合工程の終りにおける保護オクタヌクレオ
チドの全収率は、キヤリヤーと結合したデオキシ
グアノシンに基いて55%である。 完全な脱保護およびキヤリヤーからの開裂は、
該ガラスビーズを濃水性アンモニア溶液(3ml)
と、50℃にて16時間反応させることにより一工程
で行なわれる。次いでガラスビーズを50%水性メ
タノールで十分に洗浄する(3回、各3ml)。液
相を蒸発(メタノールの除去)および凍結乾燥に
より除去する。次いで、一部をミリポア・フイル
ターで過し、第3図に示すようにRP18上
HPLCで精製する。 5′―ジメトキシトリチル化オリゴヌクレオチド
を含有するフラクシヨンを集め、揮発性緩衝液を
真空下、ロータリーエバポレーターで除去する。
残渣に80%酢酸1mlを添加する。室温にて45分
後、酢酸を凍結乾燥により除去する。 このようにして得られた物質を常法〔リービツ
グズ・アナーレン・デア・ヒエミー(Liebigs
Ann.Chem.)982(1978)〕により、T4―ポリヌ
クレオチドキナーゼおよびγ―32P―ATPにより
ホスホリル化する。得られた生成物を、ホモ・オ
リゴdT鎖長標準と比較してポリアクリルアミド
ゲル電気泳動〔ヌクレイツク・アシツド・リサー
チ(Nucleic Acids Res.)6、2096(1979)、第
4図参照〕および第5図による配列決定〔リービ
ツグズ・アナーレン・デア・ヒエミー(Liebigs
Ann.Chem.)982(1978)参照〕により確認す
る。 第6a図〜第6c図は、ヌクレオシドーβ―シ
アノエチル―N,N―ジメチルホスホルアミドを
用いたd(GGGATCCC)の合成結果を示す
(HPLC、ゲル電気泳動、配列決定)。第7a図〜
第7c図は、ヌクレオシド―β―シアノエチル―
N―モルホリノホスホアミドを使用したd
(GGGATATCCC)の合成結果を示す。 第3図、第6a図および第7a図に示した結果
は、PH7.0の0.1M酢酸トリエチルアンモニウム中
10〜25vol%CH3CN、5分間および25〜29vol%
CH3CN30分間のグラジエントを用いて得られ
た。
【表】
反応式 1
β―脱離によるR3基の除去
反応式 2
【表】
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