KR101866968B1 - Method for mass production of nucleic acid nanostructure and use thereof in drug delivery systems - Google Patents

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Abstract

본 발명은 DNA 또는 RNA 핵산 나노구조체의 대량생산방법 및 이와 같은 방법으로 제조된 핵산 나노구조체의 활성제 전달용도에 관한 것이다. 본 발명의 DNA 나노구조체 또는 RNA 나노구조체의 대량 생산법에 따르면, 증폭 주형 내에 절단 위치가 존재함으로써 위치특이적 절단을 통해 원하는 핵산을 높은 효율로 대량생산할 수 있고, 이를 이용하여 목적하는 활성제를 세포 내로 용이하게 전달할 수 있거나, 주형 내에 목적하는 siRNA 서열을 직접 포함하여 siRNA 전달을 할 수 있는 나노구조체를 직접 생산할 수 있으므로, 효율적인 핵산 증폭을 달성하여 핵산 나노구조체를 대량 생산하고, 활성제를 세포 내로 전달하는데 유용하게 사용될 수 있다. The present invention relates to a method for mass production of DNA or RNA nucleic acid nanostructures and to the use of nucleic acid nanostructures prepared by such a method for activating nucleic acid nanostructures. According to the mass production method of the DNA nanostructure or RNA nanostructure of the present invention, since the cleavage site exists in the amplification template, the desired nucleic acid can be mass-produced at a high efficiency through the site-specific cleavage, Or it is possible to directly produce a nanostructure capable of delivering siRNA by directly including the desired siRNA sequence in the template. Therefore, efficient nucleic acid amplification can be achieved, mass production of nucleic acid nanostructures, and delivery of the active agent into cells Can be used effectively.

Description

핵산 나노구조체의 대량생산방법 및 이의 약물전달체로서의 활용 {Method for mass production of nucleic acid nanostructure and use thereof in drug delivery systems} [Method for mass production of nucleic acid nanostructure and use thereof in drug delivery systems]

본 발명은 DNA 또는 RNA 핵산 나노구조체의 대량생산방법 및 이와 같은 방법으로 제조된 핵산 나노구조체의 약물전달체로서의 활용에 관한 것이다. The present invention relates to a method for mass-producing DNA or RNA nucleic acid nanostructures, and to utilization of the nucleic acid nanostructures produced by such a method as a drug delivery system.

생물학적 유전정보를 저장하고 전달하는 유전체로 인식되어 오던 핵산은 최근 핵산의 상보적 서열에 의한 자가조립(self assembly) 성질을 바탕으로 한 기능성 생체고분자로서의 가능성을 인정 받고 있으며, 이를 이용하여 나노크기의 정교한 구조체를 만드는 등 다양한 기술분야에서 연구가 이루어지고 있다. 이와 같이 제조되는 핵산 나노구조물은 단순히 나노구조체 자체를 제조하는데서 그치는 것이 아니라 치료분야, 의료진단, 범죄의학분야, 환경 분야 등 다양한 분야에 대한 적용가능성을 가지고 있어 그 잠재력이 매우 큰 연구 분야이다. Nucleic acid, which has been recognized as a genome that stores and transmits biological genetic information, has recently been recognized for its potential as a functional biopolymer based on the self-assembly property by the complementary sequence of nucleic acids. Research is being conducted in various technical fields, such as making sophisticated structures. Nucleic acid nanostructures produced in this way are not only prepared in the manufacture of nanostructures themselves, but are also a research field with great potential because they have the potential to be applied to various fields such as treatment, medical diagnosis, criminal medicine, and environmental fields.

게놈을 복제하기 위해 박테리오파지 파이 29에서 요구되는 단 하나의 효소는 그의 DNA 폴리머라아제로, 이는 합성된 가닥의 복제 개시 및 신장(elongation)을 모두 촉매할 수 있는 66KDa 모노머성 단백질이다. 개시를 위하여, 이 폴리머라아제는 "말단"(TP)으로서 알려진 단백질에 결합되어, 파이 29 DNA의 말단을 인식하고 TP-dAMP 공유결합 복합체의 형성을 촉매한다. 10개의 뉴클레오티드들의 중합 후, 상기 DNA 폴라머라아제/TP 이종이합체(heterodimer)는 해리되고, DNA로부터의 가닥의 신장이 실시된다. 복제성 DNA 폴리머라아제들은 효소 및 DNA간의 결합을 안정화시키는 보조(accessory) 단백질들과의 상호작용을 필요로 한다(Kuriyan and O'Donnell. J Mol Biol. 1993; 234: 915~925). 한편, 상기 DNA 폴리머라아제들은, 헬리카제(helicase) 유형 단백질들에 기능적 연합을 요구하기 때문에 복제되지 않는 DNA 가닥의 분리시 상기 중합에 연결될 필요가 있다. 이러한 의미에서, 상기 박테리오파지 파이 29의 DNA 폴리머라아제는 그를 독특하게 만드는 다양한 고유한 기능적 특징, 즉 높은 가공성, 높은 가닥 분리능 및 높은 정확성 등을 갖는다. The only enzyme required in bacteriophage pi 29 to replicate the genome is its DNA polymerase, a 66KDa monomeric protein that can catalyze both the replication initiation and elongation of the synthesized strand. For initiation, this polymerase binds to a protein known as the "terminal" (TP), recognizes the end of the Pi 29 DNA and catalyzes the formation of the TP-dAMP covalent complex. After polymerization of 10 nucleotides, the DNA polymerase/TP heterodimer is dissociated, and the strand from the DNA is stretched. Replicative DNA polymerases require interaction with enzymes and accessory proteins that stabilize the binding between DNA (Kuriyan and O'Donnell. J Mol Biol. 1993; 234: 915-925). Meanwhile, since the DNA polymerases require functional association with helicase-type proteins, they need to be linked to the polymerization when separating non-replicating DNA strands. In this sense, the DNA polymerase of the bacteriophage PI 29 has various unique functional characteristics that make it unique, that is, high processability, high strand resolution, and high accuracy.

이러한 모든 특징들은, 이 폴리머라아제의 이용에 근거하여 이중가닥 DNA(dsDNA)를 증폭하는 매우 다양한 등온과정(즉, 항온)의 프로토콜들의 개발을 이끌어왔다. 간단한 구조에서, 상기 파이 29 DNA 폴리머라아제의 원형의 단일가닥 DNA(ssDNA)를 이용하는 능력은 롤링 서클법(rolling circle method)(또는 RCA-롤링 서클 증폭)에 의한 DNA의 증폭을 가능하게 하여, 긴 길이의 단일가닥 DNA 분자들을 생산할 수 있게 한다. 그러나 이와 같은 DNA 증폭 방법에 관한 보고에도 불구하고 보다 적은 양의 핵산으로부터 출발하여 핵산을 효과적으로 증폭하고, 특히 특정한 기능성을 가지고 있는 핵산을 빠르고 정확하게 증폭하여 활용할 수 있도록 하는 기술의 개발에 대한 요구가 지속적으로 있다. All of these features have led to the development of a wide variety of isothermal (ie, constant temperature) protocols for amplifying double-stranded DNA (dsDNA) based on the use of this polymerase. In a simple structure, the ability of the PI 29 DNA polymerase to use circular single-stranded DNA (ssDNA) enables amplification of DNA by a rolling circle method (or RCA-rolling circle amplification), It allows the production of long single-stranded DNA molecules. However, in spite of such reports on DNA amplification methods, there is a continuing demand for the development of technologies that enable effective amplification of nucleic acids starting from a smaller amount of nucleic acids, and in particular, amplifying and utilizing nucleic acids with specific functionality quickly and accurately. There is.

특히 특정 질병의 경우 RNA 간섭에 의해 효과적으로 질병이 치료될 수 있다는 것이 알려지면서 암 및 다양한 유전자 질병에 대하여 siRNA를 활용하여 치료하고자 하는 시도가 있으며, 이를 효과적으로 전달하기 위한 기능을 가진 전달용도의 핵산 구조체에 대한 시도가 있다. RNA 간섭(RNAi)의 발견은 생물학과 약학의 완전히 새로운 분야의 길을 열어놓았다. 표적 유전자를 특이적으로 침묵시키는 RNAi의 능력은 기초적인 연구를 위한 새로운 도구일 뿐만 아니라 RNAi에 기반한 약들의 개발을 위한 구상을 불러일으키는 결과를 낳았다. RNAi는 서열 특이적 결합을 통해 mRNA를 표적화하여 표적 mRNA의 저하를 가져오거나 그의 번역을 억제하여서, 단백질 발현의 상실로 이어진다. 이는 소간섭 RNA(small interfering RNA)(siRNA)로 불리는 작은 19-21 bp dsRNA 분자의 도입을 통해 약학적으로 달성된다. 10년 전 이런 발견으로부터, siRNA는 암, 신경변성(neurodegenerative) 및 전염성 질병과 같은 다양한 질병의 치료에 대한 활용도에 대하여 시험관 내에서 광범위하게 연구되어왔다.In particular, in the case of certain diseases, as it is known that the disease can be effectively treated by RNA interference, there are attempts to treat cancer and various genetic diseases using siRNA, and a nucleic acid construct for delivery that has a function to effectively deliver it. There is an attempt to The discovery of RNA interference (RNAi) has opened the way to completely new fields in biology and pharmaceuticals. RNAi's ability to specifically silence target genes is not only a new tool for basic research, but has resulted in initiatives for the development of RNAi-based drugs. RNAi targets the mRNA through sequence-specific binding, resulting in the degradation of the target mRNA or inhibiting its translation, leading to loss of protein expression. This is achieved pharmaceutically through the introduction of small 19-21 bp dsRNA molecules called small interfering RNA (siRNA). From this discovery ten years ago, siRNA has been extensively studied in vitro for its use in the treatment of a variety of diseases such as cancer, neurodegenerative and infectious diseases.

그러나 이와 같이 siRNA를 이용하는 질병 치료방법에 있어서, siRNA의 비교적 큰 분자량(예, 13 kDa) 및 폴리음이온성 특징(예, 40 음전하의 포스페이트)에 의해 생체내에서 siRNA를 효과적으로 전달할 수 없다는 한계점이 지속적으로 문제되어 왔다. 나출(naked) siRNA는 세포막을 자유로이 통과할 수 없을 뿐만 아니라 변형되지 않은 나출 siRNA들은, 엔도뉴클레아제 또는 엑소뉴클레아제에 의해 신속히 분해되기 때문에 혈액 및 혈청에서 상대적으로 불안정하며, 즉 짧은 생체 내 반감기를 가진다는 문제점 또한 보고되었으며 이를 해결하기 위하여 유전자-침묵 활성에 부정적 영향을 미치지 않고 생물학적 안정도를 향상시키기 위한 화학적 변형을 RNA 이중 구조에 행하는 방법이 보고되었다. 또는 대안적으로, 세포 섭취율을 향상시킬 뿐만 아니라 생물학적 안정도를 제공하는 전달 시스템으로 제형화될 수 있다. RNA의 백본(backbone), 염기 또는 당(sugar)에 대한 몇몇 화학적 변형은 siRNA 안정도 및 활성을 향상시키도록 이용되어왔다. 그러나 이와 같은 전달 시스템에 있어서 세포 내 작용부위에 siRNA의 접근을 촉진시키는 것에 대한 필요성이 지속적으로 문제되고 있다. However, in the disease treatment method using siRNA, the limitation of being able to effectively deliver siRNA in vivo due to its relatively large molecular weight (eg, 13 kDa) and polyanionic characteristics (eg, 40 negatively charged phosphate) continues. Has been a problem. Naked siRNAs cannot freely pass through cell membranes, and unmodified naked siRNAs are relatively unstable in blood and serum because they are rapidly degraded by endonucleases or exonucleases. The problem of having a half-life has also been reported, and in order to solve this problem, a method of performing a chemical modification to improve biological stability without negatively affecting the gene-silent activity has been reported. Or, alternatively, it can be formulated as a delivery system that not only improves cell uptake, but also provides biological stability. Several chemical modifications to the backbone, base or sugar of RNA have been used to improve siRNA stability and activity. However, in such a delivery system, the need for facilitating the access of siRNA to the site of action in the cell continues to be a problem.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 음으로 하전된 siRNA 뉴클레오티드와 입자들 간의 효과적인 상호작용을 보장하고 그들의 세포 내로의 진입을 촉진하기 위한 양이온성 입자를 사용하는 방법이 연구되었다. 그러나 이러한 양이온성 입자들의 전신성으로 siRNA를 전달될 경우, 세망내피계의(RES) 기관(reticuloendothelial organ)에 의한 신속한 섭취에 의해 관심 부위로 이러한 입자들의 전달이 효과적으로 일어날 수 없다는 문제점이 있는 것으로 보고되었다. In order to solve this problem, a method of using cationic particles to ensure effective interaction between negatively charged siRNA nucleotides and particles and to promote their entry into cells has been studied. However, when siRNA is delivered systemically of these cationic particles, it has been reported that there is a problem that the delivery of these particles to the site of interest cannot be effectively performed due to rapid ingestion by the reticuloendothelial organ. .

이에 따라 siRNA를 로딩하여 전달하기 위한 나노전달체에 대한 연구가 시도되었다. 그러나 이러한 목적으로 사용된 임상적으로 관련 있는 나노캐리어의 수는 부족하고, 주된 장애들이 여전히 해결되지 못한 채 남아있으며, 특히 비경구적 경로의 투여를 통한 그들의 효과적인 전달에 대한 문제가 여전히 남아있다. siRNA는, 완전한 치료학적 잠재성을 이용하기 위해 적절한 나노캐리어의 응용이 가장 필요한 친수성 생-고분자 부류를 대표한다.Accordingly, studies on nanocarriers for loading and delivery of siRNA were attempted. However, the number of clinically relevant nanocarriers used for this purpose is scarce, the main obstacles still remain unresolved, and the problem of their effective delivery, especially via parenteral route administration, still remains. siRNA represents a class of hydrophilic bio-polymers that most require the application of suitable nanocarriers to exploit their full therapeutic potential.

따라서 세포 내로 소분자, 즉 약물 또는 siRNA를 효과적으로 전달하여 유전적 질병, 예컨대 암을 치료할 수 있는 방법에 대한 연구의 필요성이 여전히 있으며, 이를 효과적으로 전달하기 위한 가장 효율적인 약물 전달용 구조체에 대한 연구가 절실히 요구되고 있다. Therefore, there is still a need for research on a method that can effectively deliver small molecules, that is, drugs or siRNA, into cells to treat genetic diseases such as cancer, and research on the most efficient drug delivery constructs to effectively deliver them is urgently required. Has become.

본 발명자들은 활성제를 세포내로 효과적으로 전달하기 위한 핵산 나노구조체에 대하여 연구하던 중, 특정 서열을 가진 DNA를 주형으로 하여 DNA 또는 RNA를 증폭시키는 경우 핵산의 자가조립성질에 의하여 DNA 또는 RNA 나노구조체를 매우 높은 효율로 증폭시켜 얻을 수 있으며 이것이 활성제 전달을 위해 사용할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다. The inventors of the present invention are studying nucleic acid nanostructures for effective delivery of active agents into cells, and in the case of amplifying DNA or RNA using DNA having a specific sequence as a template, DNA or RNA nanostructures are highly modified by the self-assembly properties of nucleic acids. It can be obtained by amplification with high efficiency, and it has been found that it can be used for delivery of active agents, and the present invention is completed.

따라서 본 발명의 목적은 특정 단위 서열을 원형 주형으로 제조하여 단위 서열에 상보적인 서열이 반복되는 주형 DNA 증폭산물을 얻고 이의 절단 및 자가조립 과정을 통해 복제된 DNA 나노구조체를 대량으로 생산하기 위한 DNA 나노구조체의 대량 생산 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to obtain a template DNA amplification product in which a sequence complementary to the unit sequence is repeated by preparing a specific unit sequence as a circular template, and to produce a large amount of cloned DNA nanostructures through its cleavage and self-assembly process. It is to provide a method for mass production of nanostructures.

또한 본 발명의 목적은 상기와 같은 방법에 의하여 만들어지는 접착성 말단을 갖는 활성제 전달용 DNA 나노구조체를 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide a DNA nanostructure for delivery of an active agent having an adhesive end made by the above method.

또한 본 발명의 목적은 복수개의 특정 단위 서열을 각각 원형 주형으로 제조하고 이를 증폭함으로써 단위 서열에 상보적인 서열이 반복되는 주형 DNA 증폭 산물을 얻고 이를 절단하고 혼합하여 자가조립시킴으로써 DNA 나노구조체를 대량 생산하는 방법을 제공하는 것이다. In addition, an object of the present invention is to obtain a template DNA amplification product in which a sequence complementary to the unit sequence is repeated by preparing a plurality of specific unit sequences into a circular template, and amplifying them, and cutting and mixing them to self-assemble to mass-produce DNA nanostructures. Is to provide a way to do it.

또한 본 발명의 목적은 상기 방법에 의하여 만들어지는 활성제 전달용 DNA 나노구조체를 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide a DNA nanostructure for delivery of an active agent made by the above method.

또한 본 발명의 목적은 복수개의 특정 단위 서열을 하나의 원형 DNA 주형으로 제조하고 이를 RNA 폴리머라아제로 전사시켜 주형 DNA 단위서열과 상보적인 서열이 반복되는 증폭 RNA 산물을 얻고, 이를 절단하고 자가조립시켜 RNA 나노구조체를 대량 생산하는 방법을 제공하는 것이다. In addition, it is an object of the present invention to prepare a plurality of specific unit sequences as a single circular DNA template and transcribe them with RNA polymerase to obtain an amplified RNA product in which a sequence complementary to the template DNA unit sequence is repeated, and cut and self-assemble it. It is to provide a method for mass-producing RNA nanostructures.

또한 본 발명의 목적은 상기 방법에 의하여 만들어지는 활성제 전달용 RNA 나노구조체를 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide an RNA nanostructure for delivery of an active agent made by the above method.

또한 본 발명의 목적은 특정 단위 서열을 갖는 복수개의 단위 서열을 각각 복수개의 원형 DNA 주형으로 제조하고 이를 RNA 폴리머라아제로 전사시켜 주형 DNA 단위서열과 상보적인 서열이 반복되는 개별적인 증폭 RNA 산물을 얻고, 이를 절단하고 혼합시켜 자가조립시킴으로써 RNA 나노구조체를 대량 생산하는 방법을 제공하는 것이다. In addition, an object of the present invention is to prepare a plurality of unit sequences having a specific unit sequence into a plurality of circular DNA templates, respectively, and transcribed them with RNA polymerase to obtain an individual amplified RNA product in which the template DNA unit sequence and the complementary sequence are repeated. It is to provide a method for mass-producing RNA nanostructures by cutting them and mixing them to self-assemble.

또한 본 발명의 목적은 상기 방법에 의하여 만들어지는 활성제 전달용 RNA 나노구조체를 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide an RNA nanostructure for delivery of an active agent made by the above method.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 1) (P-Mk-Nk) 내지 (P-M(K-n)-N(K-n))로 표시되는 K개의 단위 서열이 연결된 하나의 폴리뉴클레오티드를 DNA 리가아제로 처리하여 서열의 말단부가 연결된 원형 DNA 주형을 제조하는 단계; 2) 원형 DNA 주형에 DNA 폴리머라아제를 처리하여 단위 서열에 상보적인 서열이 반복되는 증폭 산물을 얻는 단계; 3) 증폭산물에 형성된 제한효소 인식부위를 제한효소로 절단하여 증폭된 서열 집단을 얻는 단계; 및 4) 증폭된 서열집단의 자가조립(self assembly)을 통해 DNA 나노 구조체를 얻는 단계;를 포함하는 DNA 나노구조체의 대량 생산 방법을 제공한다 (여기에서 P는 제한효소 인식 부위를 포함하는 프라이머 결합 서열이고, M 및 N은 3 내지 300nt 길이의 단일가닥 DNA 서열이고, Nk는 M(K-1)과 상보적인 서열이며, N1은 Mk와 상보적인 서열이며, K는 3≤K≤90 이하의 정수, n={n| 1≤n≤k-1}인 정수} 이다). In order to achieve the above object, the present invention 1) (PM k -N k ) to (PM (Kn) -N (Kn) ) one polynucleotide to which the K unit sequences are linked is treated with DNA ligase Thereby preparing a circular DNA template to which the ends of the sequence are linked; 2) treating a circular DNA template with a DNA polymerase to obtain an amplification product in which a sequence complementary to a unit sequence is repeated; 3) cutting the restriction enzyme recognition site formed in the amplification product with a restriction enzyme to obtain an amplified sequence group; And 4) obtaining a DNA nanostructure through self-assembly of the amplified sequence group; provides a method for mass-producing a DNA nanostructure comprising (wherein P is a primer binding including a restriction enzyme recognition site) Sequence, M and N is a single-stranded DNA sequence of 3 to 300 nt in length, N k is a sequence that is complementary to M (K-1) , N 1 is a sequence that is complementary to M k, and K is 3 ≤ K ≤ It is an integer of 90 or less, n={n| 1≤n≤k-1}}).

상기 방법의 폴리뉴클레오티드에 대해 보다 구체적으로 설명하면, ‘(P-Mk-Nk) 내지 (P-M(K-n)-N(K-n))로 표시되는 K개의 단위 서열이 연결된 하나의 폴리뉴클레오티드’에서 (P-Mk-Nk), (P-M(K-n)-N(K-n))는 각각의 단위 서열을 지칭하는 것인데, 각 단위 서열은 ‘P(프라이머 결합 서열로서, 내부에 제한효소 인식 부위를 포함함)-제1부분-제2부분’으로 나타낼 수 있다. 상기 폴리뉴클레오티드에서 3’ 말단에서 첫 번째에 위치하는 단위 서열을 제외한 어느 하나의 단위 서열의 제2부분은 그 단위 서열의 3’ 말단에 연결된 다른 하나의 단위 서열의 제1부분과 서로 상보적이며, 상기 폴리 뉴클레오티드에서 3’ 말단에서 첫 번째에 위치하는 단위 서열의 제2부분은 상기 폴리뉴클레오티드에서 5’ 말단에서 첫 번째에 위치하는 단위 서열의 제1부분과 서로 상보적이다. 상기 폴리뉴클레오티드는 K개의 단위 서열이 연결된 것이므로 ‘P-제1부분-제2부분’의 구성을 갖는 단위 서열이 K개(K는 3≤K≤90 이하의 정수)가 연결된 구조를 갖는 단일가닥 폴리뉴클레오티드가 될 수 있다. More specifically, for the polynucleotide of the method, in'(PM k -N k ) to (PM (Kn) -N (Kn) ) one polynucleotide to which K unit sequences are linked' k -N k ), (PM (Kn) -N (Kn) ) refer to each unit sequence, and each unit sequence is'P (primer binding sequence, including a restriction enzyme recognition site inside)- It can be expressed as a first part-a second part. In the polynucleotide, the second part of any one unit sequence excluding the unit sequence located first from the 3'end is complementary to the first part of the other unit sequence linked to the 3'end of the unit sequence, and In the polynucleotide, the second portion of the unit sequence positioned first from the 3'end is complementary to the first portion of the unit sequence positioned first from the 5'end of the polynucleotide. The polynucleotide is a single-stranded structure in which K unit sequences having the configuration of'P-first part-second part' are linked (K is an integer of 3≦K≦90). It can be a polynucleotide.

또한 상기 방법에서 ‘원형 DNA 주형’에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 상기 방법의 폴리뉴클레오티드를 DNA 리가아제로 처리하여 5’ 말단과 3’ 말단이 서로 연결된 것을 의미한다. 그런데 상기 폴리뉴클레오티드 내부에 서로 상보적인 서열부분들이 존재하기 때문에 도 2의 좌측 상단에 기재된 바와 같이 원형 내부에서 서로 상보적인 서열 부분들끼리 결합한 형태가 된다. In addition, in the above method, when the'circular DNA template' is described in more detail, it means that the 5'end and the 3'end are connected to each other by treating the polynucleotide of the method with DNA ligase. However, since there are sequence portions that are complementary to each other in the polynucleotide, the sequence portions that are complementary to each other are combined in a circle as described in the upper left of FIG. 2.

또한 본 발명은 상기 DNA 폴리머라아제가 Bst DNA 폴리머라아제, 엑소뉴클레아제 마이너스, Tth DNA 폴리머라아제, 피로파지 (PyroPhage TM) 3173 DNA 폴리머라아제, BcaBEST DNA 폴리머라아제 및 파이(Phi) 29 DNA 폴리머라아제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, DNA 나노구조체의 대량 생산 방법을 제공한다. In addition, in the present invention, the DNA polymerase is Bst DNA polymerase, exonuclease minus, Tth DNA polymerase, fatigue phage (PyroPhage TM) 3173 DNA polymerase, BcaBEST DNA polymerase and Pi (Phi) 29 Provides a method for mass-producing DNA nanostructures, which is one or more selected from the group consisting of DNA polymerases.

또한 본 발명은 제한효소 인식부위가 회문구조 (palindromic)인, DNA 나노구조체의 대량 생산 방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for mass-producing DNA nanostructures in which the restriction enzyme recognition site is palindromic.

또한 본 발명은 상기 제한효소가 BamHI, HindIII, EcoRI, EcoRII, TaqI, NotI, Sau3AI, PvuII, SmaI, HaeIII, HgaI, EcoRV, KpnI, EcoP15I, AluI, XbaI, StuI, SphI, SpeI, ScaI, SalI, SacI, KpnI, EcoP15I 및 PstI로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, DNA 나노구조체의 대량 생산 방법을 제공한다. In addition, in the present invention, the restriction enzymes are BamHI, HindIII, EcoRI, EcoRII, TaqI, NotI, Sau3AI, PvuII, SmaI, HaeIII, HgaI, EcoRV, KpnI, EcoP15I, AluI, XbaI, StuI, SphI, SpeI, ScaI, SalI, It provides a method for mass-producing DNA nanostructures, one or more selected from the group consisting of SacI, KpnI, EcoP15I and PstI.

또한 본 발명은 상기 대량 생산 방법에 있어서 5) DNA 나노구조체에 활성제를 결합시키는 단계;를 추가적으로 포함하는 DNA 나노구조체의 대량생산방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for mass production of a DNA nanostructure further comprising: 5) binding an active agent to the DNA nanostructure in the mass production method.

또한 본 발명은 DNA 나노구조체의 대량생산방법에 의하여 만들어지는 접착성 말단을 갖는 DNA 나노구조체를 제공한다. In addition, the present invention provides a DNA nanostructure having an adhesive end made by the mass production method of the DNA nanostructure.

상기 DNA 나노구조체의 구조를 보다 자세히 설명하면 하기와 같다. 상기 DNA 나노구조체에서 어느 한 단위 서열의 제2부분은 다른 한 단위 서열의 제1부분과 서로 상보적이므로, 생성되는 핵산은 단위 서열의 개수와 동일한 수의 이중가닥(double-stranded) 핵산 가지가 방사형으로 뻗어 나간 형태(즉, 중앙의 한 점에서 2차원 또는 3차원상에서 사방으로 거미줄이나 바퀴살처럼 뻗어 나간 형태)를 갖게 된다. 또한 각각의 단위 서열에 존재하는 P 부분은 제조된 핵산 나노구조체의 각 가지 말단에 단일가닥 핵산으로 존재하게 되는데, 이 부분은 다른 활성제가 부착될 수 있는 점착성 말단(sticky end)으로 작용하게 된다. 이하에서 설명하는 K 개의 단위 서열 각각을 주형으로 하여 DNA 나노구조체를 제조하는 방법이나, 하나의 폴리뉴클레오티드 또는 K 개의 단위 서열 각각을 주형으로 하여 RNA 나노구조체를 제조하는 방법에 의해 제조되는 RNA 나노구조체 역시 마찬가지로 단위 서열의 개수와 동일한 수의 이중가닥 핵산 가지가 방사형으로 뻗어 나간 형태를 갖게 되고, 각각의 가지 끝에 점착성 말단으로 작용할 수 있는 단일가닥 핵산이 존재하는 구조를 갖는다.The structure of the DNA nanostructure will be described in more detail as follows. Since the second part of one unit sequence in the DNA nanostructure is complementary to the first part of the other unit sequence, the resulting nucleic acid has the same number of double-stranded nucleic acid branches as the number of unit sequences. It has a shape that extends from one point in the center (that is, a shape that extends outwardly like a spider web or spokes in two or three dimensions at a point in the center). In addition, the P portion present in each unit sequence exists as a single-stranded nucleic acid at each branch end of the prepared nucleic acid nanostructure, and this portion acts as a sticky end to which other active agents can be attached. RNA nanostructures prepared by a method of preparing a DNA nanostructure using each of the K unit sequences described below as a template, or a method of preparing an RNA nanostructure using each of a polynucleotide or each of the K unit sequences as a template. Likewise, double-stranded nucleic acid branches of the same number as the number of unit sequences have a shape that extends radially, and a single-stranded nucleic acid that can act as an adhesive end at the end of each branch exists.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 K가 3인 경우, 즉 3개의 단위 서열이 연결된 하나의 폴리뉴클레오티드를 이용하여 핵산 나노구조체를 생산하였을 경우, 생산된 핵산 나노구조체는 Y 형태를 이루게 된다. 상기 핵산은 DNA 또는 RNA가 될 수 있다. As an embodiment of the present invention, when K is 3, that is, when a nucleic acid nanostructure is produced using one polynucleotide to which three unit sequences are linked, the produced nucleic acid nanostructure forms a Y shape. The nucleic acid can be DNA or RNA.

또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 만들어지는 활성제 전달용 DNA 나노구조체를 제공한다. In addition, the present invention provides a DNA nanostructure for delivery of an active agent made by the above method.

또한 본 발명은 상기 활성제가 siRNA 및 이의 화학적 유도체, 올리고뉴클레오티드, 폴리뉴클레오티드, 소분자 및 약물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, 활성제가 결합된 DNA 나노구조체를 제공한다. In addition, the present invention provides a DNA nanostructure to which the active agent is bound, wherein the active agent is at least one selected from the group consisting of siRNA and chemical derivatives thereof, oligonucleotides, polynucleotides, small molecules, and drugs.

또한 본 발명은 상기 약물은 mitonafide, amonafide, 비스나프탈이미드(bisnaphthalimide), 엘립티신(Ellipticine), 9-methoxyellipticine, Ditercalinium, 다우노마이신(daunomycin), ametantrone, 미톡산트론(mitoxantrone), 독소루비신(doxorubicin), 아드리아마이신(adriamycin), 에키노마이신(echinomycin), Benzimidazo[1,2-c]quinazoline 및 imidazodiquinolinium cation naphthalimides 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 항암제인, 활성제가 결합된 DNA 나노구조체를 제공한다. 또한 특히 가장 바람직한 예는 독소루비신과 아드리아마이신일 수 있다. In addition, in the present invention, the drugs are mitonafide, amonafide, bisnaphthalimide, ellipticine, 9-methoxyellipticine, Ditercalinium, daunomycin, ametantrone, mitoxantrone, doxorubicin ( Doxorubicin), adriamycin, echinomycin, Benzimidazo[1,2-c]quinazoline and imidazodiquinolinium cation naphthalimides. . In addition, particularly most preferred examples may be doxorubicin and adriamycin.

또한 본 발명은 1) (P-Mk-Nk) 내지 (P-M(K-n)-N(K-n))로 표시되는 K개의 단위 서열 각각에 DNA 리가아제를 처리하여 서열의 말단부가 연결된 K개의 원형 DNA 주형을 제조하는 단계; 2) 원형 DNA 주형에 DNA 폴리머라아제를 처리하여 단위 서열에 상보적인 서열이 반복되는 증폭 산물을 얻는 단계; 3) 증폭 산물에 형성된 제한효소 인식부위를 제한효소로 절단하여 증폭된 K개의 서열 집단을 얻는 단계; 및 4) K개의 집단을 혼합하고, 서열 간 자가조립(self assembly)을 통해 DNA 나노 구조체를 얻는 단계;를 포함하는 DNA 나노구조체의 대량 생산 방법을 제공한다 (여기에서 P는 제한효소 인식 부위를 포함하는 프라이머 결합 서열이고, M 및 N은 3 내지 300nt 길이의 단일가닥 DNA 서열이고, Nk는 M(K-1)과 상보적인 서열이며, N1은 Mk와 상보적인 서열이며, K는 3≤K≤90 이하의 정수, n={n| 1≤n≤k-1}인 정수} 이다).In addition, the present invention is 1) (PM k -N k ) to (PM (Kn) -N (Kn) ) by treating each of the K unit sequences represented by DNA ligase to connect the end of the sequence K circular DNA template Manufacturing a; 2) treating a circular DNA template with a DNA polymerase to obtain an amplification product in which a sequence complementary to a unit sequence is repeated; 3) cutting the restriction enzyme recognition site formed in the amplification product with a restriction enzyme to obtain a group of amplified K sequences; And 4) mixing K populations and obtaining a DNA nanostructure through self-assembly between sequences; providing a method for mass production of a DNA nanostructure comprising (wherein P is a restriction enzyme recognition site Is a primer binding sequence including, M and N is a single-stranded DNA sequence of 3 to 300 nt in length, N k is a sequence complementary to M (K-1) , N 1 is a sequence complementary to M k, and K is It is an integer of 3≤K≤90, n={n| 1≤n≤k-1}}).

상기 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 상기 방법은 K 개의 단위 서열이 연결된 하나의 폴리뉴클레오티드를 사용하는 것이 아니라, K 개의 단위 서열 각각을 사용하여 원형 주형을 제조한다. (P-Mk-Nk), (P-M(K-n)-N(K-n))과 같은 각각의 단위 서열은 ‘P(프라이머 결합 서열로서, 내부에 제한효소 인식 부위를 포함함)-제1부분-제2부분’으로 표시할 수 있으며, 어느 하나의 단위 서열의 제2부분은 다른 하나의 단위 서열의 제1부분과 서로 상보적이다. 이와 같이 단위 서열 각각이 원형 주형이 되는 경우에는 주형 단계에서 내부에 상보적인 결합을 형성하지 않기 때문에 DNA 폴리머라아제가 결합을 푸는데 소비되는 에너지가 상대적으로 감소하여 DNA 나노구조체가 더 높은 효율로 생성될 수 있다는 장점이 있다. 또한 경우에 따라 하나의 긴 폴리뉴클레오티드를 합성하는 것보다 짧은 단위 서열을 각각 합성하여 사용하는 것이 더욱 경제적일 수 있다는 장점도 있다.More specifically, the method is not using one polynucleotide to which K unit sequences are linked, but to prepare a circular template using each of the K unit sequences. Each unit sequence such as (PM k -N k ), (PM (Kn) -N (Kn) ) is'P (primer binding sequence, including a restriction enzyme recognition site inside)-first part-agent 2 parts', and the second part of one unit sequence is complementary to the first part of the other unit sequence. In this way, when each unit sequence becomes a circular template, the energy consumed to release the bond by the DNA polymerase is relatively reduced because it does not form a complementary bond inside at the template stage, and the DNA nanostructure is produced with higher efficiency. There is an advantage that it can be. In addition, in some cases, there is an advantage that it may be more economical to synthesize and use each short unit sequence than to synthesize one long polynucleotide.

또한 본 발명은 (P-제1부분-제2부분)으로 표시되는 K개의 단위 서열을 혼합하여 서로 상보적인 부분끼리 결합하도록 하여 K개의 닉(nick)을 가지는 DNA 주형을 제조하는 단계;In addition, the present invention comprises the steps of preparing a DNA template having K nicks by mixing K unit sequences represented by (P-first part-second part) to bind complementary parts to each other;

2) 상기 DNA 주형을 DNA 리가아제로 처리하여 각각의 닉이 연결된 원형 DNA 주형을 제조하는 단계로 원형 DNA 주형을 제조할 수도 있다. 이하의 단계는 상기에서 서술한 것과 마찬가지로 RCA를 통해 증폭하고 제한효소로 절단함으로써 수행될 수 있다. 2) A circular DNA template may be prepared by treating the DNA template with DNA ligase to prepare a circular DNA template to which each nick is linked. The following steps can be performed by amplifying through RCA and digesting with restriction enzymes, as described above.

또한 본 발명은 5) 단계의 DNA 나노구조체에 활성제를 결합시키는 단계;를 추가적으로 포함하는 DNA 나노구조체의 대량생산방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for mass-producing a DNA nanostructure further comprising: binding an active agent to the DNA nanostructure of step 5).

또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 만들어지는 활성제 전달용 DNA 나노구조체를 제공한다. In addition, the present invention provides a DNA nanostructure for delivery of an active agent made by the above method.

또한 본 발명은 상기 활성제가 siRNA 및 이의 화학적 유도체, 올리고뉴클레오티드, 폴리뉴클레오티드, 소분자 및 약물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, 활성제가 결합된 DNA 나노구조체를 제공한다. In addition, the present invention provides a DNA nanostructure to which the active agent is bound, wherein the active agent is at least one selected from the group consisting of siRNA and chemical derivatives thereof, oligonucleotides, polynucleotides, small molecules, and drugs.

또한 본 발명은 1) (Pr-Mk-Nk) 내지 (Pr-M(K-n)-N(K-n))로 표시되는 K개의 단위 서열에 DNA 리가아제를 처리하여 서열의 말단부가 연결된 하나의 원형 DNA 주형을 제조하는 단계; 2) 원형 DNA 주형에 RNA 폴리머라아제를 처리하여 주형 DNA의 단위서열과 상보적인 서열이 반복되는 증폭 RNA 산물을 얻는 단계; 3) 증폭 RNA 산물에 DNA 헬퍼(helper) 서열을 첨가하여 DNA/RNA 이중 가닥을 형성시키는 단계; 4) DNA/RNA 이중가닥을 RNase H로 절단하여, 단위서열에 상보적인 서열 혼합물을 얻는 단계; 및 5) 증폭된 단위서열 상보적인 서열 혼합물 내에서 단위서열 간 자가조립(self assembly)을 통해 RNA 나노 구조체를 얻는 단계;를 포함하는 RNA 나노구조체의 대량 생산 방법을 제공한다 (여기에서 Pr은 RNA 폴리머라아제가 인식하는 RNA 폴리머라아제의 프로모터 서열이며, M 및 N은 15 내지 25nt 길이의 siRNA 서열이고, Nk는 M(K-1)과 상보적인 서열이며, N1은 Mk와 상보적인 서열이며, K는 3≤K≤90 이하의 정수, n={n| 1≤n≤k-1}인 정수} 이다). In addition, the present invention is 1) (Pr-M k -N k ) to (Pr-M (Kn) -N (Kn) ) by treating the DNA ligase to the K unit sequences represented by one end of the sequence is linked Preparing a circular DNA template; 2) treating a circular DNA template with an RNA polymerase to obtain an amplified RNA product in which a sequence complementary to a unit sequence of the template DNA is repeated; 3) forming a DNA/RNA double strand by adding a DNA helper sequence to the amplified RNA product; 4) cutting the DNA/RNA double strand with RNase H to obtain a sequence mixture complementary to the unit sequence; And 5) obtaining an RNA nanostructure through self-assembly between unit sequences in a sequence mixture that is complementary to the amplified unit sequence; The promoter sequence of RNA polymerase recognized by polymerase, M and N are siRNA sequences of 15 to 25 nt in length, N k is a sequence complementary to M (K-1), and N 1 is complementary to M k Is a typical sequence, and K is an integer of 3≦K≦90 or less, n={n| 1≦n≦k-1}}).

본 발명의 일 구현예로서, 상기 DNA 헬퍼는 3’ 말단 및 5’ 말단으로부터 각각 1개 내지 6개의 뉴클레오티드가 2’-O-메틸화된 것일 수 있다. As an embodiment of the present invention, the DNA helper may be a 2'-O-methylated 1 to 6 nucleotides from the 3'end and the 5'end.

각각의 단위 서열을 의미하는 (Pr-Mk-Nk), (Pr-M(K-n)-N(K-n))는 앞서 설명한 바와 같이 ‘Pr(RNA 폴리머라아제가 인식하는 RNA 폴리머라아제의 프로모터 서열)-제1부분-제2부분’으로도 표현할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 어느 한 단위 서열의 제2부분은 다른 단위서열의 제1부분과 상보적이다. As described above , (Pr-M k -N k ) and (Pr-M (Kn) -N (Kn) ) refer to the respective unit sequences. It can also be expressed as a promoter sequence)-first part-second part'. As described above, the second part of one unit sequence is complementary to the first part of the other unit sequence.

상기에서 '(Pr-Mk-Nk) 내지 (Pr-M(K-n)-N(K-n))로 표시되는 K개의 단위 서열에 DNA 리가아제를 처리하여 서열의 말단부가 연결된 하나의 원형 DNA 주형'에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 단위 서열 간 상보적인 부분들끼리 서로 결합하여 K 개의 닉(nick)을 갖는 주형이 되고, 여기에 DNA 리가아제를 처리하여 닉이 서로 연결되어 하나의 원형 DNA 주형을 이룬 것을 의미한다. One circular DNA template in which the end of the sequence is linked by treating DNA ligase to the K unit sequences represented by'(Pr-M k -N k ) to (Pr-M (Kn) -N (Kn)) in the above. In more detail, the complementary parts between unit sequences bind to each other to form a template with K nicks, and the nicks are linked to each other by DNA ligase treatment to form a single circular DNA template. It means achieving.

본 발명은 또한 K개의 단위 서열 각각에 DNA 리가아제를 처리하여 K 개의 원형 DNA 주형을 제조하고, 각각의 원형 DNA 주형에 대해 RCA로 증폭한 후 증폭된 서열 집단을 혼합하여 자가 조립을 통해 RNA 나노구조체를 생산하는 방법을 제공한다. K 개의 원형 DNA 주형을 제조하고 각각에 대해 RCA로 증폭하고 서열집단을 제조한다는 것 외에 구체적인 방법은 앞서 서술한 바와 같이 수행될 수 있다. In the present invention, each of the K unit sequences is treated with DNA ligase to prepare K circular DNA templates, amplified with RCA for each circular DNA template, and then mixed with the amplified sequence population to self-assemble RNA nanoparticles. Provides a way to produce structures. In addition to preparing K circular DNA templates, amplifying each with RCA, and preparing a sequence population, a specific method can be carried out as described above.

또한 본 발명은 상기 RNA 폴리머라아제가 T7-RNA 폴리머라아제인, RNA 나노구조체의 대량생산방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for mass-producing RNA nanostructures, wherein the RNA polymerase is a T7-RNA polymerase.

또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 만들어지는 활성제 전달용 RNA 나노구조체를 제공한다. In addition, the present invention provides an RNA nanostructure for delivery of an active agent made by the above method.

또한 본 발명은 siRNA 서열이 포함된 것을 특징으로 하는, RNA 나노구조체를 제공한다. In addition, the present invention provides an RNA nanostructure, characterized in that the siRNA sequence is included.

또한 본 발명은 상기 RNA 나노구조체에 활성제가 추가로 결합된 RNA 나노구조체를 제공한다. In addition, the present invention provides an RNA nanostructure in which an active agent is further bound to the RNA nanostructure.

또한 본 발명은 상기 활성제는 mitonafide, amonafide, 비스나프탈이미드(bisnaphthalimide), 엘립티신(Ellipticine), 9-methoxyellipticine, Ditercalinium, 다우노마이신(daunomycin), ametantrone, 미톡산트론(mitoxantrone), 독소루비신(doxorubicin), 아드리아마이신(adriamycin), 에키노마이신(echinomycin), Benzimidazo[1,2-c]quinazoline 및 imidazodiquinolinium cation naphthalimides 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 항암제인, RNA 나노구조체를 제공한다. In the present invention, the active agents are mitonafide, amonafide, bisnaphthalimide, ellipticine, 9-methoxyellipticine, Ditercalinium, daunomycin, ametantrone, mitoxantrone, doxorubicin ( doxorubicin), adriamycin, echinomycin, Benzimidazo[1,2-c]quinazoline, and at least one anticancer agent selected from the group consisting of imidazodiquinolinium cation naphthalimides, RNA nanostructures.

또한 본 발명은 1) (Pr-Mk-Nk) 내지 (Pr-M(K-n)-N(K-n))로 표시되는 K개의 단위 서열 각각에 DNA 리가아제 또는 circligase 를 처리하여 K개의 원형 DNA 주형을 제조하는 단계; 2) 각각의 원형 DNA 주형에 RNA 폴리머라아제를 처리하여 주형 DNA의 단위서열과 상보적인 서열이 반복되는 개별적인 증폭 RNA 산물을 얻는 단계; 3) 증폭 RNA 산물에 각각 DNA 헬퍼(helper) 서열을 첨가하여 DNA/RNA 이중 가닥을 형성시키는 단계; 및 4) DNA/RNA 이중가닥을 RNase H로 절단하여, 단위서열에 상보적인 서열 집단을 얻는 단계; 및 5) 증폭된 단일 서열 집단을 혼합시켜 서열 간 자가조립(self assembly)을 통해 RNA 나노 구조체를 얻는 단계;를 포함하는 RNA 나노구조체의 대량 생산 방법을 제공한다 (여기에서 Pr은 RNA 폴리머라아제가 인식하는 RNA 폴리머라아제의 프로모터 서열이며, M 및 N은 15 내지 25nt 길이의 siRNA 서열이고, Nk는 M(K-1)과 상보적인 서열이며, N1은 Mk와 상보적인 서열이며, K는 3≤K≤90 이하의 정수, n={n| 1≤n≤k-1}인 정수} 이다). In addition, the present invention is 1) (Pr-M k -N k ) to (Pr-M (Kn) -N (Kn) ) by treating each of the K unit sequences represented by DNA ligase or circligase to K circular DNA Preparing a mold; 2) treating each circular DNA template with an RNA polymerase to obtain an individual amplified RNA product in which the unit sequence and the complementary sequence of the template DNA are repeated; 3) forming a DNA/RNA double strand by adding a DNA helper sequence to each of the amplified RNA products; And 4) cutting the DNA/RNA double strand with RNase H to obtain a sequence group complementary to the unit sequence; And 5) mixing the amplified single sequence population to obtain an RNA nanostructure through self-assembly between sequences; (wherein Pr is an RNA polymerase Is the promoter sequence of the RNA polymerase recognized by M and N is a 15 to 25 nt long siRNA sequence, N k is a sequence complementary to M (K-1), and N 1 is a sequence complementary to M k , K is an integer of 3≤K≤90 or less, n={n| 1≤n≤k-1}}).

각각의 단위 서열을 의미하는 (Pr-Mk-Nk), (Pr-M(K-n)-N(K-n))는 앞서 설명한 바와 같이 ‘Pr-제1부분-제2부분’으로도 표현할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 어느 한 단위 서열의 제2부분은 다른 단위서열의 제1부분과 상보적이다. (Pr-M k -N k ), (Pr-M (Kn) -N (Kn) ), meaning each unit sequence, can also be expressed as'Pr-first part-second part' as described above. have. As described above, the second part of one unit sequence is complementary to the first part of the other unit sequence.

또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 만들어지는 활성제 전달용 RNA 나노구조체를 제공한다. In addition, the present invention provides an RNA nanostructure for delivery of an active agent made by the above method.

또한 본 발명은 상기 RNA 나노구조체에 활성제가 추가로 결합된 RNA 나노구조체를 제공한다. In addition, the present invention provides an RNA nanostructure in which an active agent is further bound to the RNA nanostructure.

본 발명의 DNA 나노구조체 또는 RNA 나노구조체의 대량 생산법에 따르면, 증폭 주형 내에 절단 위치가 존재함으로써 위치특이적 절단을 통해 원하는 핵산을 기반으로 하는 나노구조체를 높은 효율로 대량생산할 수 있고, 이를 이용하여 목적하는 활성제를 세포 내로 용이하게 전달할 수 있거나, 주형 내에 목적하는 siRNA 서열을 직접 포함하여 siRNA 전달을 할 수 있는 나노구조체를 직접 생산할 수 있으므로, 효율적인 핵산 증폭을 달성하여 핵산 나노구조체를 대량 생산하고, 활성제를 세포 내로 전달하는데 유용하게 사용될 수 있다. According to the mass production method of DNA nanostructures or RNA nanostructures of the present invention, the presence of a cleavage site in the amplification template enables mass production of nanostructures based on desired nucleic acids with high efficiency through site-specific cleavage, and uses this Thus, the desired activator can be easily delivered into cells, or a nanostructure capable of siRNA delivery can be directly produced by including the desired siRNA sequence in a template, thus achieving efficient nucleic acid amplification to mass-produce nucleic acid nanostructures. , It can be usefully used to deliver the active agent into the cell.

도 1은 돌출 점착말단에 siRNA를 로딩하여 약물 전달체로 활용하는 예시를 나타낸 도이다.
도 2는 단일가닥 DNA 주형을 통해 Y-형태 DNA 나노구조체를 증폭하는 방법을 간략하게 나타낸 도이다.
도 3은 10% PAGE를 통해 대량생산방법 각 단계에서 생성되는 산물들을 확인한 결과를 나타낸 도이다 (L: DNA ladder, 1: 프라이머, 2: Y-DNA 주형, 3: 혼성화된 Y-DNA/프라이머 산물, 4: 원형 Y-DNA 주형, 5: RCA 산물, 6: 절단되고/자가조립된 산물, 7: 정제된 Y-DNA 산물)
도 4는 AFM 이미지를 이용하여 생성된 Y-형태의 나노구조체를 확인한 결과를 나타낸 도이다
(a: RCA 산물; 상단: 파이 29 DNA 폴리머라아제에 의해 증폭되어 연장된 단일가닥 DNA, 하단: 증폭된 가닥과 단일 가닥 핵산 높이 비교 결과/ b: 자가조립된 Y-형태 나노구조체; 상단: 절단/연결 과정을 거치며 분산된 나노크기의 구모양, 하단: 높이 확인을 통한 이중가닥 확인).
도 5의 a는 10% PAGE 분석을 통해 Y-형태 DNA/FA-siRNA 나노구조체를 확인한 결과를 나타낸 도이다(L: DNA ladder, 1:Y-DNA 나노구조체, 2: Y-DNA 구조체 접합 FA-siRNA의 혼성화).
도 5의 b는 GFP-KB 세포 감염을 통해 유전자 전달체의 유전자 침묵 효과를 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 5의 c는 GFP-KB 세포와 Y-FA-siRNA를 배양한 후 형광현미경을 통해 유전자 침묵 효과를 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 6은 3개의 단일가닥 DNA 주형을 통해 Y-형태 DNA 나노구조체를 증폭하는 방법을 간략하게 나타낸 도이다.
도 7은 10% PAGE 분석을 통해 대량생산방법 각 단계에서 생성되는 산물들을 확인한 결과를 나타낸 도이다 (L: DNA ladder).
도 8은 Y1 내지 Y3 혼성화를 통해 Y-형태 DNA 나노구조체의 형성을 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 9는 DNA 주형의 형태와 이의 서열 모식도이다.
도 10은 단일가닥 DNA 주형을 통해 Y-형태 RNA 나노구조체를 대량생산하는 과정을 간략하게 나타낸 도이다.
도 11은 5 % PAGE 분석을 통해 대량생산방법 각 단계에서 생성되는 산물들을 확인한 결과를 나타낸 도이다 (L: DNA ladder, 1: S1, 2: S1+S2, 3: Y DNA 주형(S1+S2+S3), 4: 프라이머, 5: 혼성화된 Y-DNA/프라이머 산물, 6: 원형 Y-DNA 주형, 7: RCT 산물, 8; 18nt DNA 헬퍼 혼성화 및 RNase 처리후 절단 가닥, Y-RNA 구조체)
도 12는 3개의 단일가닥 DNA 주형을 통해 Y-형태 RNA 나노구조체를 대량 생산하는 방법을 간략하게 나타낸 것이며, 도 12a는 Circligase를 이용한 방법을, 도 12b는 T4 DNA 리가아제를 이용한 방법을 나타낸 도이다.
도 13은 5 % PAGE 분석을 통해 대량생산방법 각 단계에서 생성되는 산물들을 확인한 결과를 나타낸 도이다(A: 리가아제, B: circligase).
도 14는 단일가닥 DNA 주형을 통해 Y-형태 RNA 나노구조체를 대량생산하는 과정을 간략하게 나타낸 도로서, 2’-O-메틸화된 DNA 헬퍼를 이용함을 나타낸 도이다.
도 15는 10% PAGE 분석을 통해 대량생산방법 각 단계에서 생성되는 산물들을 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 16은 GFP-KB 세포와 Y-형태 RNA 나노구조체를 처리한 후 Flow Cytometry를 통해 유전자 침묵 효과를 확인한 결과를 나타낸 도이다.
1 is a diagram showing an example of loading siRNA into a protruding adhesive end and utilizing it as a drug delivery system.
2 is a schematic diagram showing a method of amplifying a Y-type DNA nanostructure through a single-stranded DNA template.
3 is a diagram showing the results of confirming the products produced in each step of the mass production method through 10% PAGE (L: DNA ladder, 1: primer, 2: Y-DNA template, 3: hybridized Y-DNA/primer Product, 4: circular Y-DNA template, 5: RCA product, 6: cleaved/self-assembled product, 7: purified Y-DNA product)
4 is a diagram showing the result of confirming the Y-shaped nanostructure generated using an AFM image
(a: RCA product; top: single-stranded DNA amplified and extended by PI 29 DNA polymerase, bottom: amplified strand and single-stranded nucleic acid height comparison / b: self-assembled Y-shaped nanostructure; top: Nano-sized spheres dispersed through the cutting/connecting process, bottom: double strands by checking height).
5A is a diagram showing the results of confirming the Y-type DNA/FA-siRNA nanostructure through 10% PAGE analysis (L: DNA ladder, 1: Y-DNA nanostructure, 2: Y-DNA structure conjugated FA -siRNA hybridization).
5B is a diagram showing the result of confirming the gene silencing effect of the gene delivery system through GFP-KB cell infection.
5C is a diagram showing the result of confirming the gene silencing effect through a fluorescence microscope after culturing GFP-KB cells and Y-FA-siRNA.
6 is a diagram schematically showing a method of amplifying a Y-type DNA nanostructure through three single-stranded DNA templates.
7 is a diagram showing the results of confirming the products produced in each step of the mass production method through 10% PAGE analysis (L: DNA ladder).
8 is a diagram showing the results of confirming the formation of Y-type DNA nanostructures through Y1 to Y3 hybridization.
9 is a schematic diagram of a DNA template and its sequence.
10 is a diagram schematically showing a process of mass-producing a Y-type RNA nanostructure through a single-stranded DNA template.
11 is a diagram showing the results of confirming the products produced in each step of the mass production method through 5% PAGE analysis (L: DNA ladder, 1: S1, 2: S1 + S2, 3: Y DNA template (S1 + S2 +S3), 4: primer, 5: hybridized Y-DNA/primer product, 6: circular Y-DNA template, 7: RCT product, 8; cleaved strand after 18 nt DNA helper hybridization and RNase treatment, Y-RNA construct)
Figure 12 is a schematic diagram showing a method for mass-producing Y-type RNA nanostructures through three single-stranded DNA templates, Figure 12a is a method using Circligase, Figure 12b is a diagram showing a method using T4 DNA ligase to be.
13 is a diagram showing the results of confirming the products produced in each step of the mass production method through 5% PAGE analysis (A: ligase, B: circligase).
14 is a diagram schematically showing a process of mass-producing a Y-type RNA nanostructure through a single-stranded DNA template, and a diagram showing the use of a 2'-O-methylated DNA helper.
15 is a diagram showing the results of confirming the products produced in each step of the mass production method through 10% PAGE analysis.
16 is a diagram showing the results of confirming the gene silencing effect through Flow Cytometry after processing GFP-KB cells and Y-type RNA nanostructures.

본 발명은 1) (P-Mk-Nk) 내지 (P-M(K-n)-N(K-n))로 표시되는 K개의 단위 서열이 연결된 하나의 폴리뉴클레오티드를 DNA 리가아제로 처리하여 서열의 말단부가 연결된 원형 DNA 주형을 제조하는 단계; 2) 원형 DNA 주형에 DNA 폴리머라아제를 처리하여 단위 서열에 상보적인 서열이 반복되는 증폭 산물을 얻는 단계; 3) 증폭산물에 형성된 제한효소 인식부위를 제한효소로 절단하여 증폭된 서열 집단을 얻는 단계; 및 4) 증폭된 서열 집단의 자가조립(self assembly)을 통해 DNA 나노 구조체를 얻는 단계;를 포함하는 DNA 나노구조체의 대량 생산 방법을 제공한다 (여기에서 P는 제한효소 인식 부위를 포함하는 프라이머 결합 서열이고, M 및 N은 3 내지 300nt 길이의 단일가닥 DNA 서열이고, Nk는 M(K-1)과 상보적인 서열이며, N1은 Mk와 상보적인 서열이며, K는 3≤K≤90 이하의 정수, n={n| 1≤n≤k-1}인 정수} 이다).In the present invention, 1) (PM k -N k ) to (PM (Kn) -N (Kn) ) One polynucleotide to which the K unit sequences are linked is treated with DNA ligase to connect the ends of the sequence Preparing a DNA template; 2) treating a circular DNA template with a DNA polymerase to obtain an amplification product in which a sequence complementary to a unit sequence is repeated; 3) cutting the restriction enzyme recognition site formed in the amplification product with a restriction enzyme to obtain an amplified sequence group; And 4) obtaining a DNA nanostructure through self-assembly of the amplified sequence group; providing a method for mass production of a DNA nanostructure comprising (wherein P is a primer binding including a restriction enzyme recognition site) Sequence, M and N is a single-stranded DNA sequence of 3 to 300 nt in length, N k is a sequence that is complementary to M (K-1) , N 1 is a sequence that is complementary to M k, and K is 3 ≤ K ≤ It is an integer of 90 or less, n={n| 1≤n≤k-1}}).

본 발명의 대량 생산방법에 따르면 DNA 및 RNA 나노 구조체를 높은 효율로 대량 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 나노구조체 내부에 절단서열이 존재하여 원하는 단위 서열을 간단한 방법을 통해 수득할 수 있거나 나노구조체 내부에 siRNA 서열을 자체적으로 포함함으로써 별도의 로딩 공정없이 siRNA 전달체를 높은 효율로 생산할 수 있는 우수성이 있다. According to the mass production method of the present invention, not only can the DNA and RNA nanostructures be mass-produced with high efficiency, but also the desired unit sequence can be obtained through a simple method due to the presence of a cleavage sequence inside the nanostructure, or siRNA inside the nanostructure. By including the sequence itself, there is an excellence in producing siRNA carriers with high efficiency without a separate loading process.

본 발명의 "단위 서열"은 핵산의 무한 복제 또는 전사과정에서 반복적으로 나타나는 서열을 말하며, 3 내지 500nt 길이의 핵산 서열일 수 있고, 바람직하게는 9 내지 300nt, 바람직하게는 9 내지 200nt 길이의 핵산 서열일 수 있다. 또한 본 발명의 단위 서열은 이에 제한되는 것은 아니나 바람직하게는 단일가닥 폴리뉴클레오티드, 더욱 바람직하게는 단일가닥 DNA 폴리뉴클레오티드일 수 있다. The "unit sequence" of the present invention refers to a sequence that repeatedly appears in the process of infinite replication or transcription of a nucleic acid, and may be a nucleic acid sequence of 3 to 500 nt in length, preferably 9 to 300 nt, preferably a nucleic acid of 9 to 200 nt in length It can be a sequence. In addition, the unit sequence of the present invention is not limited thereto, but may be preferably a single-stranded polynucleotide, more preferably a single-stranded DNA polynucleotide.

본 발명의 단위 서열은 핵산의 무한 복제 또는 전사 과정을 통해 반응을 정지시킬 때까지 무한 복제 또는 전사가 가능하며 복제 또는 전사된 주형에서 절단 과정을 통해 단위 서열 단위의 복제 서열 또는 이에 상보적인 전사 서열이 대량 얻어질 수 있다. The unit sequence of the present invention is capable of infinite replication or transcription until the reaction is stopped through the infinite replication or transcription process of the nucleic acid, and the replication sequence of the unit sequence unit or a transcription sequence complementary thereto through the cleavage process in the replicated or transcribed template This can be obtained in large quantities.

상기 DNA 나노구조체의 대량 생산방법에서의 단위 서열은 "(P-Mk-Nk) 내지 (P-M(K-n)-N(K-n))"와 같이 표현될 수 있다. The unit sequence in the mass production method of the DNA nanostructure may be expressed as "(PM k -N k ) to (PM (Kn) -N (Kn) )".

여기에서 P는 엔도뉴클라아제(endonuclease) 제한효소 인식 부위를 포함하는 프라이머 결합 서열로서, 이와 상보적인 서열의 프라이머가 프라이머 결합 서열을 인식하고 결합함으로써 단위 서열의 3' OH 말단과 5'-인산염 말단이 서로 가깝게 위치하여 이 후 DNA 리가아제에 의하여 연결되는 것을 도울 수 있다. 이와 같은 프라이머 결합 서열의 길이는 제한효소 인식 부위를 포함하고 상기와 같은 역할을 다할 수 있다면 제한없이 사용할 수 있으나, 예시적으로 6 내지 40nt일 수 있고, 바람직하게는 12nt 내지 30nt 일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 예시적인 프라이머 서열로서 'TTCAAGGCGAGGTAGCTGCAGGG(서열번호 2)'로 표시되는 프라이머가 인식하는 서열을 단위서열 내에 포함하고 있다. 상기 서열번호 2의 프라이머 서열에는 제한효소 인식 부위인 CTGCAG 서열이 포함되어 있음을 확인할 수 있다. Here, P is a primer binding sequence containing an endonuclease restriction enzyme recognition site, and a primer of a sequence complementary thereto recognizes and binds the primer binding sequence, thereby allowing the 3'OH end and 5'-phosphate of the unit sequence. The ends can be located close to each other, which can then help to be linked by DNA ligase. The length of such a primer binding sequence may be used without limitation as long as it includes a restriction enzyme recognition site and can fulfill the role described above, but may be exemplarily 6 to 40 nt, preferably 12 nt to 30 nt. In an embodiment of the present invention, a sequence recognized by a primer represented by'TTCAAGGCGAGGTAGCTGCAGGG (SEQ ID NO: 2)' as an exemplary primer sequence is included in the unit sequence. It can be seen that the primer sequence of SEQ ID NO: 2 contains the CTGCAG sequence, which is a restriction enzyme recognition site.

상기 방법에서의 단위 서열 "(P-Mk-Nk) 내지 (P-M(K-n)-N(K-n))"은 모든 단위 서열들이 하나로 연결된 선형 폴리뉴클레오티드 가닥의 형태인 것이 바람직하며, 본 발명의 DNA 나노구조체 제조과정에서 5' 인산염 말단과 3' OH 말단의 연결을 통해 하나로 연결된 원형의 주형을 형성할 수 있다. The unit sequence "(PM k -N k ) to (PM (Kn) -N (Kn) )" in the above method is preferably in the form of a linear polynucleotide strand in which all unit sequences are linked into one, and the DNA nano In the process of manufacturing the structure, the 5'phosphate end and the 3'OH end can be connected to form a single-connected circular template.

또한 상기 단위 서열의 "(P-Mk-Nk) 내지 (P-M(K-n)-N(K-n))"에서 M과 N은 선형의 단일가닥 DNA 폴리뉴클레오티드인 것이 가장 바람직하며, M 및 N은 3 내지 300nt 길이, 바람직하게는 6 내지 200nt 길이, 더욱 바람직하게는 6 내지 100nt 길이의 폴리뉴클레오티드일 수 있다. In addition, in the "(PM k -N k ) to (PM (Kn) -N (Kn) )" of the unit sequence, M and N are most preferably linear single-stranded DNA polynucleotides, and M and N are 3 to It may be a polynucleotide of 300 nt length, preferably 6 to 200 nt long, more preferably 6 to 100 nt long.

P와 M, N 으로 표시되는 폴리뉴클레오티드는 당분야에 널리 알려진 바와 같이 3' 말단의 하이드록실기에 뉴클레오티드가 포스포디에스터 결합에 의하여 연결된 형태이며, 이와 같은 연결이 본 발명의 명세서에서는 예컨대 P-Mk-Nk와 같이 표현된다. 이와 같은 연결에 있어서, P, M, N의 폴리뉴클레오티드 사이에는 본 발명의 목적하는 바를 저해하지 않는한 짧은 길이의 임의의 뉴클레오티드가 또한 삽입될 수 있다. Polynucleotides represented by P, M, and N are in a form in which a nucleotide is linked to a hydroxyl group at the 3'end by a phosphodiester bond, as is well known in the art, and such linkage is in the specification of the present invention, for example PM k It is expressed as -N k. In such a linkage, any nucleotide of a short length may also be inserted between the polynucleotides of P, M, and N as long as the object of the present invention is not impaired.

상기 단위 서열에서 Nk는 M(K-1)과 상보적인 서열이며, N1은 Mk와 상보적인 서열이다. 예시적으로, K가 5인 경우, N5는 M4, N4는 M3와, N3는 M2와, N2는 M1과, N1은 M5와 상보적인 서열일 수 있으며, K가 4인 경우, N4는 M3와, N3는 M2와, N2는 M1과, N1은 M4와 상보적인 서열일 수 있음을 의미한다. In the unit sequence, N k is a sequence complementary to M (K-1), and N 1 is a sequence complementary to M k. Illustratively, when K is 5, N 5 may be M 4 , N 4 may be M 3 , N 3 may be M 2 , N 2 may be M 1 and N 1 may be a sequence complementary to M 5, When K is 4, it means that N 4 may be a sequence complementary to M 3 , N 3 to M 2 , N 2 to M 1 , and N 1 to M 4.

본 발명에 있어서, "상보적인 서열"은 서로 상보적 결합을 이루는 특징을 유지할 수 있다면 100% 상보적 서열 외에 60 내지 100%의 상보적 서열, 바람직하게는 80% 내지 100% 상보적 서열, 더욱 바람직하게는 90 내지 100% 상보적 서열, 더더욱 바람직하게는 95% 내지 100%의 상보적 서열로 이루어지는 것을 포함할 수 있다. In the present invention, the "complementary sequence" is a complementary sequence of 60 to 100% in addition to the 100% complementary sequence, preferably 80% to 100% complementary sequence, further It may include those consisting of preferably 90 to 100% complementary sequence, even more preferably 95% to 100% of the complementary sequence.

본 발명의 일 실시예에서는 K=3 인 경우, N3는 M2와, N2는 M1과, N1은 M3와 상보적인 서열을 갖는 3개의 단위 서열이 서로 연결된 하나의 폴리뉴클레오티드를 개시하고 있으며, 이는 서열번호 1의 159 nt 길이 폴리뉴클레오티드 서열로 표시된다. In an embodiment of the present invention, when K=3, N 3 is M 2 , N 2 is M 1 , and N 1 is one polynucleotide in which three unit sequences having a sequence complementary to M 3 are linked to each other. And is represented by the 159 nt long polynucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.

서열번호 1의 폴리뉴클레오티드 서열을 단위 서열로 표시하면 다음과 같이 pho-M3-N3-M2-N2-M1-N1로 표시될 수 있다. 즉, 단위 서열이 서로 연결된 하나의 폴리뉴클레오티드는 K의 내림차순 순으로 정렬되어 하나로 연결된 폴리뉴클레오티드인 것이 바람직하다. When the polynucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 is expressed as a unit sequence, it can be expressed as pho-M 3 -N 3 -M 2 -N 2 -M 1 -N 1 as follows. That is, it is preferable that one polynucleotide in which the unit sequences are linked to each other is a polynucleotide that is aligned in descending order of K and linked into one.

이와 같이 상보적인 서열들은 5' 말단과 3' 말단의 연결에 의한 주형 DNA 제조시 상호 상보적 서열을 인식하여 결합할 수 있으며, 이를 통해 예컨대 Y 자 형태의 주형과 같은 특정한 형태를 갖는 주형이 형성될 수 있도록 할 수 있다. Such complementary sequences can be combined by recognizing mutually complementary sequences when preparing template DNA by linking the 5'end and the 3'end, and through this, a template having a specific shape, such as a Y-shaped template, is formed. You can do it.

상기 "DNA 폴리머라아제"는 DNA 주형으로부터 단위 서열이 반복되는 주형 DNA 증폭 산물을 생산할 수 있는 것이면 당분야에 알려진 것을 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 Bst DNA 폴리머라아제, 엑소뉴클레아제 마이너스, Tth DNA 폴리머라아제, 피로파지 (PyroPhage TM) 3173 DNA 폴리머라아제, BcaBEST DNA 폴리머라아제 및 파이(Phi) 29 DNA 폴리머라아제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 더욱 바람직하게는 파이(Phi) 29 DNA 폴리머라아제일 수 있다. 상기 파이(Phi) 29 DNA 폴리머라아제는 원형의 단일가닥 DNA 주형을 이용하여 롤링 서클법(rolling circle method)(또는 RCA-롤링 서클 증폭)에 의한 DNA의 증폭을 가능하게 하며, 상기 단위서열이 반복되는 긴 길이의 단일 가닥 DNA 분자들을 생산할 수 있다. The "DNA polymerase" may be used without limitation as long as it can produce a template DNA amplification product in which the unit sequence is repeated from a DNA template, and preferably Bst DNA polymerase, exonuclease minus , Tth DNA polymerase, pyrophage (PyroPhage TM) 3173 DNA polymerase, BcaBEST DNA polymerase and Pi (Phi) 29 may be one or more selected from the group consisting of DNA polymerase, more preferably pi (Phi) 29 It may be a DNA polymerase. The Phi 29 DNA polymerase enables amplification of DNA by a rolling circle method (or RCA-rolling circle amplification) using a circular single-stranded DNA template, and the unit sequence is It can produce repeating long length single-stranded DNA molecules.

또한 본 발명에 있어서, DNA 증폭 산물에 형성되는 "제한효소 인식부위"는 회문구조 (palindromic)를 형성하는 것이 바람직하다. "회문구조"는 DNA 분자상의 염기배열이 오른쪽이나 왼쪽 어느곳에서 읽어도 구조가 동일한 것을 말한다. 이와 같은 제한효소 인식부위는 단위 서열의 프라이머 서열 내부에 포함되어 있는 제한효소 서열 부위에 의하여 증폭된 서열 내에 반복적으로 존재하게 되며, 제한효소에 의하여 인식되어 단위 서열 단위로 정확한 위치 특이적 절단을 가능하게 한다. 이와 같은 제한효소 인식부위의 존재는 제한 효소 처리만으로 간단하게 원하는 단위 서열을 얻을 수 있는 장점이 있다. In addition, in the present invention, it is preferable that the "restriction enzyme recognition site" formed in the DNA amplification product forms a palindromic structure. The term "palindromic structure" refers to the same structure even if the nucleotide sequence on the DNA molecule is read from either the right or the left. This restriction enzyme recognition site is repetitively present in the amplified sequence by the restriction enzyme sequence site included in the primer sequence of the unit sequence, and is recognized by the restriction enzyme to enable precise position-specific cleavage in unit sequence units. Let's do it. The presence of such a restriction enzyme recognition site has the advantage of being able to obtain a desired unit sequence simply by treatment with a restriction enzyme.

또한 본 발명에 있어서, "제한효소"는 폴리뉴클레오티드 서열 내부의 특정 제한효소자리를 인식하고 절단하는 엔도뉴클레아제(endonuclease)인 것이 바람직하다. 또한 바람직하게는 엔도뉴클라아제 중 BamHI, HindIII, EcoRI, EcoRII, TaqI, NotI, Sau3AI, PvuII, SmaI, HaeIII, HgaI, EcoRV, KpnI, EcoP15I, AluI, XbaI, StuI, SphI, SpeI, ScaI, SalI, SacI, KpnI, EcoP15I 및 PstI로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 본 발명에서는 바람직한 일예로서 PstI를 이용한다. 상기 엔도뉴클레아제가 인식하고 절단하는 제한효소 인식 서열은 당 분야에 공지되어 있으며, 당업자라면 용이하게 도출할 수 있다. In addition, in the present invention, the "restriction enzyme" is preferably an endonuclease that recognizes and cuts a specific restriction enzyme site inside the polynucleotide sequence. Also preferably among the endonucleases BamHI, HindIII, EcoRI, EcoRII, TaqI, NotI, Sau3AI, PvuII, SmaI, HaeIII, HgaI, EcoRV, KpnI, EcoP15I, AluI, XbaI, StuI, SphI, SpeI, ScaI, SalI , SacI, KpnI, EcoP15I, and may be one or more selected from the group consisting of PstI, and PstI is used as a preferred example in the present invention. Restriction enzyme recognition sequences recognized and cleaved by the endonuclease are known in the art, and can be easily derived by those skilled in the art.

상기 제한효소는 단위 서열을 반복하여 포함하고 있는 증폭된 긴 폴리뉴클레오티드 서열에서 제한효소 인식부위를 인식하여 특이적으로 절단하며, 이에 따라 단위서열 단위로 절단된 서열이 대량 수득될 수 있다. 특히 본 발명의 제한효소는 절단된 폴리뉴클레오티드 서열을 비 대칭적으로 절단하는 것이 바람직하며, 이에 따라 얻어지는 증폭된 단위 서열 집단은 각각 접착성 말단(sticky end)을 갖는 단위 서열 폴리뉴클레오티드로 이루어질 수 있다. The restriction enzyme recognizes and specifically cuts a restriction enzyme recognition site in an amplified long polynucleotide sequence that repeatedly contains a unit sequence, and thus, a large amount of a sequence cut in units of unit sequence can be obtained. In particular, it is preferable that the restriction enzyme of the present invention asymmetrically cleaves the cleaved polynucleotide sequence, and the amplified unit sequence group thus obtained may consist of a unit sequence polynucleotide having a sticky end, respectively. .

또한 본 발명은 상기 대량 생산방법으로 제조된 DNA 나노구조체에 활성제를 결합시키는 단계를 추가적으로 포함하는 DNA 나노구조체의 대량생산방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for mass-producing a DNA nanostructure further comprising the step of binding an active agent to the DNA nanostructure prepared by the mass production method.

본 발명의 방법을 통해 증폭 및 절단되어 얻어지는 단위 서열 집단은 접착성 말단(sticky end)을 갖는 단위 서열 폴리뉴클레오티드로 이루어지므로, 접착성 말단 부위에 활성제를 쉽게 로딩(loading)할 수 있는 장점이 있다. Since the unit sequence group obtained by amplification and cleavage through the method of the present invention is composed of a unit sequence polynucleotide having a sticky end, there is an advantage that the active agent can be easily loaded at the adhesive end portion. .

따라서 본 발명은 상기 방법에 의하여 만들어지는 활성제가 결합된 DNA 나노구조체를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a DNA nanostructure to which an active agent is bonded made by the above method.

본 발명에 있어서, "활성제"는 만들어진 DNA 나노구조체에 로딩될 수 있고, 나노구조체에 의하여 세포 내로 전달됨으로써 이의 목적하는 효과를 발현할 수 있는 물질이라면 제한없이 포함가능하나, 바람직하게는 siRNA 및 이의 화학적 유도체, 올리고뉴클레오티드, 폴리뉴클레오티드, 소분자 및 약물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 더욱 바람직하게는 siRNA 및 이의 화학적 유도체, 항암제, 조영제 등과 같은 약물이거나, 예컨대 mitonafide, amonafide, 비스나프탈이미드(bisnaphthalimide), 엘립티신(Ellipticine), 9-methoxyellipticine, Ditercalinium, 다우노마이신(daunomycin), ametantrone, 미톡산트론(mitoxantrone), 독소루비신(doxorubicin), 아드리아마이신(adriamycin), 에키노마이신(echinomycin), Benzimidazo[1,2-c]quinazoline, imidazodiquinolinium cation naphthalimides 등과 같은 약물일 수 있고, 이와 같이 로딩되어 전달될 수 있는 활성제는 "Intercalators as Anticancer Drugs(A. Ramos 외, Current Pharmaceutical Design, 2001, 7, 1745-1780)"에 다양하게 기재되어 있으며, 이와 같이 나노구조체에 로딩가능한 약물의 예시가 전체로서 본 발명에 참조로 인용될 수 있다. In the present invention, the "active agent" may be loaded onto the made DNA nanostructure, and may be included without limitation as long as it is a material capable of expressing the desired effect thereof by being delivered into cells by the nanostructure, but preferably siRNA and its It may be one or more selected from the group consisting of chemical derivatives, oligonucleotides, polynucleotides, small molecules and drugs, more preferably siRNA and chemical derivatives thereof, drugs such as anticancer agents, contrast agents, etc., such as mitonafide, amonafide, bisnaphthalate Imide, ellipticine, 9-methoxyellipticine, Ditercalinium, daunomycin, ametantrone, mitoxantrone, doxorubicin, adriamycin, echinomycin ), Benzimidazo[1,2-c]quinazoline, imidazodiquinolinium cation naphthalimides, etc., and the active agent that can be loaded and delivered in this way is "Intercalators as Anticancer Drugs (A. Ramos et al., Current Pharmaceutical Design, 2001, 7) , 1745-1780)", and examples of drugs that can be loaded into nanostructures as such may be incorporated herein by reference in their entirety.

또한 본 발명은 1) (P-Mk-Nk) 내지 (P-M(K-n)-N(K-n))로 표시되는 K개의 단위 서열 각각에 DNA 리가아제를 처리하여 서열의 말단부가 연결된 K개의 원형 DNA 주형을 제조하는 단계; 2) 원형 DNA 주형에 DNA 폴리머라아제를 처리하여 단위 서열에 상보적인 서열이 반복되는 증폭 산물을 얻는 단계; 3) 증폭 산물에 형성된 제한효소 인식부위를 제한효소로 절단하여 증폭된 K개의 서열 집단을 얻는 단계; 및 4) K개의 집단을 혼합하고, 서열 간 자가조립(self assembly)을 통해 DNA 나노 구조체를 얻는 단계;를 포함하는 DNA 나노구조체의 대량 생산 방법을 제공한다 (여기에서 P는 제한효소 인식 부위를 포함하는 프라이머 결합 서열이고, M 및 N은 3 내지 300nt 길이의 단일가닥 DNA 서열이고, Nk는 M(K-1)과 상보적인 서열이며, N1은 Mk와 상보적인 서열이며, K는 3≤K≤90 이하의 정수, n={n| 1≤n≤k-1}인 정수} 이다). In addition, the present invention is 1) (PM k -N k ) to (PM (Kn) -N (Kn) ) by treating each of the K unit sequences represented by DNA ligase to connect the end of the sequence K circular DNA template Manufacturing a; 2) treating a circular DNA template with a DNA polymerase to obtain an amplification product in which a sequence complementary to a unit sequence is repeated; 3) cutting the restriction enzyme recognition site formed in the amplification product with a restriction enzyme to obtain a group of amplified K sequences; And 4) mixing K populations and obtaining a DNA nanostructure through self-assembly between sequences; providing a method for mass production of a DNA nanostructure comprising (wherein P is a restriction enzyme recognition site Is a primer binding sequence including, M and N is a single-stranded DNA sequence of 3 to 300 nt in length, N k is a sequence complementary to M (K-1) , N 1 is a sequence complementary to M k, and K is It is an integer of 3≤K≤90, n={n| 1≤n≤k-1}}).

상기 DNA 나노구조체의 대량 생산방법에서는 K개의 단위 서열을 개별적으로 K개의 원형 DNA 주형으로 제조하여 DNA 나노구조체를 대량생산함으로써, 개별 단위서열에 존재하는 상보적인 서열들이 DNA 주형 단계에서 상보적인 결합을 형성하지 않고 이에 따라 제한효소 인식부위 외에는 결합을 이루고 있는 부분이 없는 특징이 있다. 그러므로 DNA 폴리머라아제가 결합을 푸는데 소비되는 에너지가 상대적으로 감소한다는 장점이 있으며, 이에 따라 DNA 나노구조체가 더 높은 효율로 생성될 수 있다.In the mass production method of the DNA nanostructure, K unit sequences are individually prepared as K circular DNA templates to mass-produce DNA nanostructures, so that the complementary sequences present in the individual unit sequences are complementary in the DNA template step. It does not form, and thus has a characteristic that there is no part forming a bond except for the restriction enzyme recognition site. Therefore, there is an advantage that the energy consumed for uncoupling the DNA polymerase is relatively reduced, and thus DNA nanostructures can be produced with higher efficiency.

상기 K 개의 단위 서열은 각각 서열의 말단부가 서열의 프라이머 인식 부위에 결합하는 프라이머 및 DNA 리가아제에 의하여 연결되어 K 개의 원형 DNA 주형으로 제조되며, 이는 개별적으로 증폭되어 단위 서열 (P-Mk-Nk) 내지 (P-M(K-n)-N(K-n)) 가 각각의 증폭 서열 내에서 반복될 수 있다. Each of the K unit sequences is connected by a primer and a DNA ligase that binds the end of the sequence to the primer recognition site of the sequence to be prepared into K circular DNA templates, which are individually amplified to a unit sequence (PM k -N k ) To (PM (Kn) -N (Kn) ) may be repeated within each amplification sequence.

본 발명에 있어서 예컨대 K가 5인 경우, (P-M5-N5), (P-M4-N4), (P-M3-N3), (P-M2-N2), (P-M1-N1)의 5개의 개별 단위 서열이 이용될 수 있으며 이는 개별적으로 원형의 DNA 주형을 이루어 총 5개 종류의 DNA 주형을 형성할 수 있다. 또한, K=4인 경우 (P-M4-N4), (P-M3-N3), (P-M2-N2), (P-M1-N1)의 4개의 개별 단위서열이 이용될 수 있으며, 이는 총 4개 종류의 DNA 주형을 형성할 수 있다. 따라서 각각의 단위서열들은 증폭에 의하여 총 K개의 증폭된 단위서열 상보적인 서열 집단을 형성할 수 있다. In the present invention, for example, when K is 5, (PM 5 -N 5 ), (PM 4 -N 4 ), (PM 3 -N 3 ), (PM 2 -N 2 ), (PM 1 -N 1 ) Five individual unit sequences of can be used, which can individually form a circular DNA template to form a total of five types of DNA templates. In addition, when K=4, 4 individual unit sequences of (PM 4 -N 4 ), (PM 3 -N 3 ), (PM 2 -N 2 ), (PM 1 -N 1) can be used, This can form a total of 4 types of DNA templates. Therefore, each unit sequence can form a total of K amplified unit sequences complementary sequence groups by amplification.

본 발명의 일 예에서는 K가 3 인 경우의 단위 서열들 (P-M3-N3), (P-M2-N2), (P-M1-N1)을 개시하고 있으며, 이는 각각 서열번호 3 내지 5에 기재하였다. 보다 구체적으로 단위 서열 서열번호 3 내지 5에서 상보적 특징으로 가진 부분을 표시하면 다음과 같다. 하기에서 확인할 수 있는 바와 같이, N3는 M2에, N2는 M1에, N1은 M3에 각각 상보적이다. In an example of the present invention, unit sequences (PM 3 -N 3 ), (PM 2 -N 2 ), (PM 1 -N 1 ) when K is 3 are disclosed, which are SEQ ID NOs 3 to 5, respectively. It is described in. More specifically, a portion having a complementary characteristic in the unit sequence SEQ ID NO: 3 to 5 is as follows. As can be seen below, N 3 is complementary to M 2 , N 2 to M 1 , and N 1 to M 3 , respectively.

Figure 112018022670538-pat00001
Figure 112018022670538-pat00001

즉 본 제조방법에 따라 주형 DNA에 대한 증폭을 수행하면, 각각 p-M3-N3-p-M3-N3-p-M3-N3과 같이 반복되는 폴리뉴클레오티드, p-M2-N2-p-M2-N2-p-M2-N2 와 같이 반복되는 폴리뉴클레오티드, p-M1-N1-p-M1-N1-p-M1-N1과 같이 반복되는 폴리뉴클레오티드로 이루어진 3개의 단위 서열에 상보적인 증폭 산물을 얻을 수 있다. That is, when the amplification of the template DNA is performed according to the present manufacturing method, a polynucleotide repeated as pM 3 -N 3 -pM 3 -N 3 -pM 3 -N 3 , pM 2 -N 2 -pM 2 -N, respectively. 2 -pM 2 -N 2 repeating polynucleotides, pM 1 -N 1 -pM 1 -N 1 -pM 1 -N 1 repeating polynucleotides. I can.

이와 같이 얻어지는 단위 서열에 상보적인 증폭 산물은 반복되는 프라이머 인식부위를 포함하고 있으며, 여기에는 제한효소 인식부위 서열이 포함되어 있다. 따라서 본 방법에 의하여 생산되는 증폭된 폴리뉴클레오티드 서열은 폴리뉴클레오티드 서열 내부의 특정 제한효소 부위를 인식하고 절단하는 "제한효소", 바람직하게는 엔도뉴클레아제(endonuclease)에 의하여 각 단위 서열을 포함하도록 특이적으로 절단될 수 있고, 이에 따라 단위 서열에 상보적인 서열 단위로 절단된 서열이 대량 수득될 수 있다. 특히 본 발명의 제한효소는 절단된 폴리뉴클레오티드 서열을 비 대칭적으로 절단하는 것이 바람직하며, 이에 따라 얻어지는 증폭된 서열 집단은 각각 접착성 말단(sticky end)을 갖는 단위 서열에 상보적인 폴리뉴클레오티드로 이루어질 수 있다. The amplification product complementary to the unit sequence thus obtained contains a repeating primer recognition site, which includes a restriction enzyme recognition site sequence. Therefore, the amplified polynucleotide sequence produced by the present method may include each unit sequence by a "restriction enzyme" that recognizes and cuts a specific restriction enzyme site inside the polynucleotide sequence, preferably an endonuclease. It can be specifically cleaved, and accordingly, a sequence cleaved into a sequence unit complementary to the unit sequence can be obtained in large quantities. In particular, it is preferable that the restriction enzyme of the present invention asymmetrically cleaves the truncated polynucleotide sequence, and the amplified sequence group thus obtained consists of a polynucleotide complementary to a unit sequence each having a sticky end. I can.

이와 같이 절단된 서열 집단을 혼합하면, 각 서열에 존재하는 상호 상보적인 서열의 존재에 의하여 폴리뉴클레오티드의 자가조립이 일어나게 되며, 이에 따라 DNA 나노 구조체가 형성될 수 있다. When the group of sequences cut in this way is mixed, self-assembly of polynucleotides occurs due to the presence of mutually complementary sequences present in each sequence, thereby forming a DNA nanostructure.

또한 본 발명은 상기 대량 생산방법에 있어서, 제조된 DNA 나노구조체에 활성제를 결합시키는 단계를 추가적으로 포함하는 DNA 나노구조체의 대량생산방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for mass-producing a DNA nanostructure further comprising the step of binding an active agent to the prepared DNA nanostructure in the mass production method.

또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 만들어지는 활성제 전달용 DNA 나노구조체를 제공한다. In addition, the present invention provides a DNA nanostructure for delivery of an active agent made by the above method.

상기 활성제는 만들어진 DNA 나노구조체에 로딩될 수 있고, 나노구조체에 의하여 세포 내로 전달됨으로써 이의 목적하는 효과를 발현할 수 있는 물질이라면 제한없이 포함가능하나, 바람직하게는 siRNA 및 이의 화학적 유도체, 올리고뉴클레오티드, 폴리뉴클레오티드, 소분자 및 약물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 더욱 바람직하게는 siRNA 및 이의 화학적 유도체, 항암제, 조영제 등과 같은 약물이거나, 예컨대 mitonafide, amonafide, 비스나프탈이미드(bisnaphthalimide), 엘립티신(Ellipticine), 9-methoxyellipticine, Ditercalinium, 다우노마이신(daunomycin), ametantrone, 미톡산트론(mitoxantrone), 독소루비신(doxorubicin), 아드리아마이신(adriamycin), 에키노마이신(echinomycin), Benzimidazo[1,2-c]quinazoline 및 imidazodiquinolinium cation naphthalimides 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 약물일 수 있다. 또한 특히 가장바람직한 예는 독소루비신과 아드리아마이신일 수 있다. The active agent may be loaded onto the prepared DNA nanostructure, and may be included without limitation as long as it is a material capable of expressing the desired effect thereof by being delivered into the cell by the nanostructure, but preferably siRNA and its chemical derivatives, oligonucleotides, It may be one or more selected from the group consisting of polynucleotides, small molecules, and drugs, more preferably siRNA and chemical derivatives thereof, drugs such as anticancer agents, contrast agents, etc., such as mitonafide, amonafide, bisnaphthalimide, Ellipticine, 9-methoxyellipticine, Ditercalinium, daunomycin, ametantrone, mitoxantrone, doxorubicin, adriamycin, echinomycin 1, Benzimida It may be one or more drugs selected from the group consisting of 2-c]quinazoline and imidazodiquinolinium cation naphthalimides. Also particularly preferred examples may be doxorubicin and adriamycin.

또한 본 발명은 1) (Pr-Mk-Nk) 내지 (Pr-M(K-n)-N(K-n))로 표시되는 K개의 단위 서열에 DNA 리가아제를 처리하여 서열의 말단부가 연결된 하나의 원형 DNA 주형을 제조하는 단계; 2) 원형 DNA 주형에 RNA 폴리머라아제를 처리하여 주형 DNA의 단위서열과 상보적인 서열이 반복되는 증폭 RNA 산물을 얻는 단계; 3) 증폭 RNA 산물에 DNA 헬퍼(helper) 서열을 첨가하여 DNA/RNA 이중 가닥을 형성시키는 단계; 4) DNA/RNA 이중가닥을 RNase H로 절단하여, 단위서열에 상보적인 서열 혼합물을 얻는 단계; 및 5) 증폭된 단위서열 상보적인 서열 혼합물 내에서 단위서열 간 자가조립(self assembly)을 통해 RNA 나노 구조체를 얻는 단계;를 포함하는 RNA 나노구조체의 대량 생산 방법을 제공한다 (여기에서 Pr은 RNA 폴리머라아제가 인식하는 RNA 폴리머라아제의 프로모터 서열이며, M 및 N은 15 내지 25nt 길이의 siRNA 서열이고, Nk는 M(K-1)과 상보적인 서열이며, N1은 Mk와 상보적인 서열이며, K는 3≤K≤90 이하의 정수, n={n| 1≤n≤k-1}인 정수} 이다) In addition, the present invention is 1) (Pr-M k -N k ) to (Pr-M (Kn) -N (Kn) ) by treating the DNA ligase to the K unit sequences represented by one end of the sequence is linked Preparing a circular DNA template; 2) treating a circular DNA template with an RNA polymerase to obtain an amplified RNA product in which a sequence complementary to a unit sequence of the template DNA is repeated; 3) forming a DNA/RNA double strand by adding a DNA helper sequence to the amplified RNA product; 4) cutting the DNA/RNA double strand with RNase H to obtain a sequence mixture complementary to the unit sequence; And 5) obtaining an RNA nanostructure through self-assembly between unit sequences in a sequence mixture that is complementary to the amplified unit sequence; The promoter sequence of RNA polymerase recognized by polymerase, M and N are siRNA sequences of 15 to 25 nt in length, N k is a sequence complementary to M (K-1), and N 1 is complementary to M k Is a typical sequence, K is an integer of 3≤K≤90 or less, n={n| 1≤n≤k-1}})

상기 Pr 은 RNA 폴리머라아제가 인식하는 부위이며, RNA 폴리머라아제 프로모터 서열로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, RNA 폴리머라아제로 T-7 RNA 폴리머라아제를 사용하는 경우, Pr 부분은 T-7 RNA 폴리머라아제의 프로모터 서열인 것이 바람직하며, 이와 같은 RNA 합성에 사용가능한 RNA 폴리머라아제와 이의 프로모터 서열을 당 분야의 통상의 기술자에게 널리 알려져 있다. The Pr is a site recognized by RNA polymerase, and is preferably composed of an RNA polymerase promoter sequence. That is, in the case of using T-7 RNA polymerase as RNA polymerase, the Pr portion is preferably a promoter sequence of T-7 RNA polymerase, and RNA polymerase that can be used for such RNA synthesis and its Promoter sequences are well known to those skilled in the art.

본 발명의 일 예에서는 바람직한 RNA 폴리머라아제로 T-7 RNA 폴리머라아제를 개시하고 있으며, 이의 프로모터 서열로 5'-TAATACGACTCACTATAGGGAT-3'을 개시한다. 이와 같은 서열은 본 발명의 RNA 나노구조체 대량 생산방법에 사용되는 단위 서열 내에 나누어 포함될 수 있으며, 단위 서열이 DNA 리가아제에 의해 연결되면서 완성된 서열로 구성될 수 있다. In one example of the present invention, T-7 RNA polymerase is disclosed as a preferred RNA polymerase, and 5'-TAATACGACTCACTATAGGGAT-3' is disclosed as its promoter sequence. Such a sequence may be divided and included in the unit sequence used in the mass production method of the RNA nanostructure of the present invention, and the unit sequence may be composed of a completed sequence while being linked by a DNA ligase.

본 발명의 (Pr-Mk-Nk) 내지 (Pr-M(K-n)-N(K-n))로 표시되는 K개의 단위 서열은 DNA 리가아제의 작용에 의하여 서열의 5'-인산염과 3'-OH 말단부가 연결된 하나의 원형 DNA 주형을 형성할 수 있다. 이와 같은 단위 서열의 길이는 15 내지 500nt 길이의 핵산 서열일 수 있고, 바람직하게는 20 내지 300nt, 바람직하게는 20 내지 200nt 길이의 핵산 서열일 수 있다. 또한 본 발명의 단위 서열은 이에 제한되는 것은 아니나 바람직하게는 단일가닥 폴리뉴클레오티드, 더욱 바람직하게는 단일가닥 DNA 폴리뉴클레오티드 일 수 있다. The K unit sequences represented by (Pr-M k -N k ) to (Pr-M (Kn) -N (Kn) ) of the present invention are 5'-phosphate and 3'of the sequence by the action of DNA ligase. It is possible to form a single circular DNA template with the -OH ends linked. The length of such a unit sequence may be a nucleic acid sequence of 15 to 500 nt in length, preferably a nucleic acid sequence of 20 to 300 nt, preferably 20 to 200 nt in length. In addition, the unit sequence of the present invention is not limited thereto, but may be preferably a single-stranded polynucleotide, more preferably a single-stranded DNA polynucleotide.

또한 본 발명의 M 및 N은 특히 15 내지 25nt 길이의 "siRNA 서열"인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 18nt 내지 25nt 길이일 수 있으며 이 길이를 벗어나는 경우 세포내로의 전달 효율 또는 정확도가 떨어질 수 있다. 즉 본 발명의 RNA 대량 생산방법에 이용되는 단위 서열은 단위 서열 내에 siRNA 서열이 포함되어 있으므로, 이를 직접적으로 전사 및 증폭하는 과정을 통해 제조된 폴리뉴클레오티드 자체에 siRNA가 포함된 구조체를 대량 생산할 수 있으며, 별도의 활성제 로딩(loading) 단계를 수행하지 않고 직접적인 siRNA 전달체로 사용할 수 있는 장점이 있다. In addition, M and N of the present invention are particularly preferably 15 to 25 nt in length "siRNA sequence", more preferably 18 nt to 25 nt in length, and if the length is out of this length, the efficiency or accuracy of delivery into the cell may be degraded. . That is, since the unit sequence used in the mass production method of RNA of the present invention contains the siRNA sequence in the unit sequence, a structure containing siRNA can be mass-produced in the polynucleotide itself produced through the process of directly transcribing and amplifying it. , There is an advantage that it can be used as a direct siRNA delivery system without performing a separate active agent loading step.

상기 언급한 바와 같이, M과 N은 siRNA 서열인 것이 바람직하므로, Nk는 M(K-1)과 상보적인 서열이며, N1은 Mk와 상보적인 서열이라는 언급은 Nk는 M(K-1) 과 서로 센스-안티센스 서열이며, N1은 Mk와 서로 센스-안티센스 서열이라는 것을 의미한다. As mentioned above, since M and N are preferably siRNA sequences, mentioning that N k is a sequence complementary to M (K- 1), and N 1 is a sequence complementary to M k refers to N k being M (K -1) is a sense-antisense sequence to each other, and N 1 means that M k is a sense-antisense sequence to each other.

이와 같이 사용될 수 있는 M과 N은 siRNA 분자의 짧은 서열로 세포 내로 전달되었을 때 상보적인 mRNA상의 저하를 유도하여 특정 유전자의 발현을 저해시키는 것으로, 암과 같은 유전적 질병의 치료에 효과를 나타낼 수 있는 것이면 제한없이 사용할 수 있다. 이와 같은 siRNA의 예시는 EGFR-siRNA, anti-VEGF anti-GFP, anti-Luc, anti-EGF, anti-FVII, anti-ApoB 등이 있으며, 이러한 예시적인 siRNA는 당분야에 널리 알려져 있다. M and N, which can be used in this way, inhibit the expression of specific genes by inducing a decrease in complementary mRNA when delivered into cells with a short sequence of siRNA molecules, and can be effective in the treatment of genetic diseases such as cancer. If there is one, you can use it without limitation. Examples of such siRNA include EGFR-siRNA, anti-VEGF anti-GFP, anti-Luc, anti-EGF, anti-FVII, anti-ApoB, and the like, and such exemplary siRNAs are widely known in the art.

본 발명의 일예에서는 siRNA의 전사, 증폭 및 나노구조체 형성이 효과적으로 일어났는지 확인하기에 용이한 siRNA의 예시로서 RFP(red fluorescent protein), Luc(Firefly Luciferase) 및 GFP(Green fluorescent protein)에 대한 센스, 안티센스 siRNA 서열을 사용하였으며, 예컨대 Pr-M3-N3는 Pr- 센스RFP- 센스Luc, Pr-M2-N2 는 Pr- 안티센스Luc-센스GFP이고 Pr-M1-N1 은 Pr- 안티센스GFP- 안티센스RFP 일 수 있다. In one embodiment of the present invention, as an example of a siRNA that is easy to confirm whether the transcription, amplification, and nanostructure formation of siRNA has occurred effectively, the sense for red fluorescent protein (RFP), Firefly Luciferase (Luc), and green fluorescent protein (GFP), Antisense siRNA sequence was used, for example, Pr-M 3 -N 3 is Pr-sense RFP-sense Luc, Pr-M 2 -N 2 is Pr-antisense Luc-sense GFP and Pr-M 1 -N 1 is Pr- It may be antisense GFP- antisense RFP.

Pr과 M, N 으로 표시되는 폴리뉴클레오티드는 당분야에 널리 알려진 바와 같이 3' 말단의 하이드록실기에 뉴클레오티드가 포스포디에스터 결합에 의하여 연결된 형태이며, 이와 같은 연결이 본 발명의 명세서에서는 예컨대 Pr-Mk-Nk와 같이 표현된다. 이와 같은 연결에 있어서, P, M, N의 폴리뉴클레오티드 사이에는 본 발명의 목적하는 바를 저해하지 않는한 짧은 길이의 임의의 뉴클레오티드 또한 삽입될 수 있으며 이는 1 내지 20nt, 바람직하게는 1 내지 15nt, 더욱 바람직하게는 1 내지 10nt 길이일 수 있다. Polynucleotides represented by Pr and M, N are in a form in which a nucleotide is linked to a hydroxyl group at the 3'end by a phosphodiester bond, as is well known in the art, and such a linkage is, for example, Pr- It is expressed as M k -N k. In such a linkage, any nucleotide of a short length may also be inserted between the polynucleotides of P, M, and N, as long as the object of the present invention is not inhibited, which is 1 to 20 nt, preferably 1 to 15 nt, more Preferably it may be 1 to 10 nt in length.

따라서 본 발명의 RNA 대량생산 방법에 따르면, RNA 폴리머라아제를 처리하여 주형 DNA 단위 서열과 상보적인 서열이 반복되는 증폭 RNA 산물을 얻을 수 있으며, 이와 같은 증폭 RNA 산물은 예컨대 K가 5인 경우 pho-Pr-M5-N5-Pr-M4-N4-Pr-M3-N3-Pr-M2-N2-Pr-M1-N1로 표시되는 DNA 주형으로부터 상보적인 RNA 서열이 반복적으로 전사됨으로써 증폭된 긴 RNA 폴리뉴클레오티드 서열로 얻어질 수 있다. Therefore, according to the RNA mass production method of the present invention, an RNA polymerase can be treated to obtain an amplified RNA product in which a sequence complementary to a template DNA unit sequence is repeated, and such amplified RNA product is, for example, pho Complementary RNA sequence from the DNA template represented by -Pr-M 5 -N 5 -Pr-M 4 -N 4 -Pr-M 3 -N 3 -Pr-M 2 -N 2 -Pr-M 1 -N 1 This repetitive transcription can result in amplified long RNA polynucleotide sequences.

또한 본 발명의 단위서열 내에는 DNA/RNA 결합을 생성하는 DNA 헬퍼(helper)가 결합할 수 있는, 증폭될 RNA 가닥과 상보적인 서열이 구성으로 포함된다. 이러한 서열은 RNA 폴리머라아제에 의하여 RNA 로 전사되고, 이에 상보적인 DNA 헬퍼 서열이 결합될 수 있다. 따라서 반복적인 단위서열을 갖도록 전사된 증폭된 폴리뉴클레오티드 서열에 DNA 헬퍼를 첨가하면 DNA 헬퍼가 Pr 서열로부터 전사된 RNA 서열 내에 존재하는 특이적 인식부위에 결합할 수 있으며, 이를 통해 Pr 서열 부위 특이적으로 DNA/RNA 이중가닥이 형성된다. 본 발명의 일 예에서는 사용될 수 있는 DNA 헬퍼로 18nt 로 구성된 TAATACGACTCACTATAG를 개시하고 있으나, 전사 및 증폭된 RNA 폴리뉴클레오티드 가닥에서 Pr 서열 부위 특이적으로 DNA/RNA 이중가닥을 형성할 수 있는 것이면, 이에 제한됨 없이 사용할 수 있다. In addition, within the unit sequence of the present invention, a sequence complementary to the RNA strand to be amplified to which a DNA helper that generates DNA/RNA binding can bind is included. These sequences are transcribed into RNA by an RNA polymerase, and a DNA helper sequence complementary thereto can be bound. Therefore, if a DNA helper is added to the amplified polynucleotide sequence transcribed to have a repetitive unit sequence, the DNA helper can bind to a specific recognition site present in the RNA sequence transcribed from the Pr sequence. As a result, DNA/RNA double strands are formed. An example of the present invention discloses TAATACGACTCACTATAG consisting of 18 nt as a DNA helper that can be used, but is limited thereto as long as it can form a DNA/RNA double strand specifically for the Pr sequence site in the transcribed and amplified RNA polynucleotide strand. Can be used without.

상기와 같이 형성된 DNA/RNA 이중 가닥은 이와 같은 이중가닥을 특이적으로 절단할 수 있는 RNase H의 타깃이 될 수 있으며, RNase H에 의하여 절단되는 경우 단위서열에 상보적인 서열의 단일가닥 폴리뉴클레오티드의 혼합물이 대량 수득될 수 있다. The DNA/RNA double strand formed as described above can be a target of RNase H capable of specifically cleaving such a double strand, and when cleaved by RNase H, the single stranded polynucleotide of a sequence complementary to the unit sequence Mixtures can be obtained in large quantities.

이와 같이 증폭된 단위서열에 상보적인 서열 혼합물은 단위 서열 내에 존재하는 상보적인 서열의 결합에 의하여 RNA 나노구조체로 형성될 수 있다. The sequence mixture complementary to the amplified unit sequence may be formed into an RNA nanostructure by binding of the complementary sequences present in the unit sequence.

따라서 본 발명은 상기 방법에 의하여 만들어지는 활성제 전달용 RNA 나노구조체를 제공한다. Accordingly, the present invention provides an RNA nanostructure for delivery of an active agent made by the above method.

상기 RNA 나노구조체는 siRNA 서열이 포함된 것을 특징으로 하는 RNA 나노구조체로, 전사되고 증폭된 서열 내에 siRNA 서열이 포함되어 있으므로 별도의 siRNA 로딩 없이도 세포 내로 활성제인 siRNA를 전달할 수 있는 장점이 있다. The RNA nanostructure is an RNA nanostructure characterized in that the siRNA sequence is included, and since the siRNA sequence is included in the transcribed and amplified sequence, there is an advantage that siRNA, an active agent, can be delivered into cells without additional siRNA loading.

또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 만들어지는 RNA 나노구조체에 활성제가 추가로 결합된 RNA 나노구조체를 제공한다. In addition, the present invention provides an RNA nanostructure in which an active agent is additionally bound to an RNA nanostructure made by the above method.

상기 활성제는 만들어진 RNA 나노구조체에 로딩될 수 있고, 나노구조체에 의하여 세포 내로 전달됨으로써 이의 목적하는 효과를 발현할 수 있는 물질이라면 제한없이 포함가능하나, 바람직하게는 siRNA 및 이의 화학적 유도체, 올리고뉴클레오티드, 폴리뉴클레오티드, 소분자 및 약물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 더욱 바람직하게는 siRNA 및 이의 화학적 유도체, 항암제, 조영제 등과 같은 약물이거나, 예컨대 mitonafide, amonafide, 비스나프탈이미드(bisnaphthalimide), 엘립티신(Ellipticine), 9-methoxyellipticine, Ditercalinium, 다우노마이신(daunomycin), ametantrone, 미톡산트론(mitoxantrone), 독소루비신(doxorubicin), 아드리아마이신(adriamycin), 에키노마이신(echinomycin), Benzimidazo[1,2-c]quinazoline 및 imidazodiquinolinium cation naphthalimides 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 항암제일 수 있다. 특히 가장 바람직한 예는 독소루비신과 아드리아마이신일 수 있다. The active agent may be loaded onto the RNA nanostructure made, and may be included without limitation as long as it is a material capable of expressing the desired effect thereof by being delivered into the cell by the nanostructure, but preferably siRNA and its chemical derivatives, oligonucleotides, It may be one or more selected from the group consisting of polynucleotides, small molecules, and drugs, more preferably siRNA and chemical derivatives thereof, drugs such as anticancer agents, contrast agents, etc., such as mitonafide, amonafide, bisnaphthalimide, Ellipticine, 9-methoxyellipticine, Ditercalinium, daunomycin, ametantrone, mitoxantrone, doxorubicin, adriamycin, echinomycin 1, Benzimida It may be one or more anticancer agents selected from the group consisting of 2-c]quinazoline and imidazodiquinolinium cation naphthalimides. Particularly most preferred examples may be doxorubicin and adriamycin.

또한 본 발명은 1) (Pr-Mk-Nk) 내지 (Pr-M(K-n)-N(K-n))로 표시되는 K개의 단위 서열 각각에 DNA 리가아제 또는 circligase 를 처리하여 K개의 원형 DNA 주형을 제조하는 단계; 2) 각각의 원형 DNA 주형에 RNA 폴리머라아제를 처리하여 주형 DNA의 단위서열과 상보적인 서열이 반복되는 개별적인 증폭 RNA 산물을 얻는 단계; 3) 증폭 RNA 산물에 각각 DNA 헬퍼(helper) 서열을 첨가하여 DNA/RNA 이중 가닥을 형성시키는 단계; 및 4) DNA/RNA 이중가닥을 RNase H로 절단하여, 단위서열에 상보적인 서열 집단을 얻는 단계; 및 5) 증폭된 단일 서열 집단을 혼합시켜 서열 간 자가조립(self assembly)을 통해 RNA 나노 구조체를 얻는 단계;를 포함하는 RNA 나노구조체의 대량 생산 방법을 제공한다 (여기에서 Pr은 RNA 폴리머라아제가 인식하는 RNA 폴리머라아제의 프로모터 서열이며, M 및 N은 15 내지 25nt 길이의 siRNA 서열이고, Nk는 M(K-1)과 상보적인 서열이며, N1은 Mk와 상보적인 서열이며, K는 3≤K≤90 이하의 정수, n={n| 1≤n≤k-1}인 정수} 이다). In addition, the present invention is 1) (Pr-M k -N k ) to (Pr-M (Kn) -N (Kn) ) by treating each of the K unit sequences represented by DNA ligase or circligase to K circular DNA Preparing a mold; 2) treating each circular DNA template with an RNA polymerase to obtain an individual amplified RNA product in which the unit sequence and the complementary sequence of the template DNA are repeated; 3) forming a DNA/RNA double strand by adding a DNA helper sequence to each of the amplified RNA products; And 4) cutting the DNA/RNA double strand with RNase H to obtain a sequence group complementary to the unit sequence; And 5) mixing the amplified single sequence population to obtain an RNA nanostructure through self-assembly between sequences; (wherein Pr is an RNA polymerase Is the promoter sequence of the RNA polymerase recognized by M and N is a 15 to 25 nt long siRNA sequence, N k is a sequence complementary to M (K-1), and N 1 is a sequence complementary to M k , K is an integer of 3≤K≤90 or less, n={n| 1≤n≤k-1}}).

상기 본 발명의 RNA 나노구조체 대량 생산방법에 따르면 총 K개의 단위 서열이 개별적으로 원형의 DNA 주형을 생성할 수 있고 이는 DNA 리가아제 또는 circligase 의 처리에 의해 이루어질 수 있다. According to the method for mass-producing RNA nanostructures of the present invention, a total of K unit sequences can individually generate a circular DNA template, which can be achieved by treatment with DNA ligase or circligase.

이와 같은 원형의 DNA 주형이 생성되면 RNA 폴리머라아제에 의하여 DNA 주형에 상보적인 RNA 서열이 RCA(Rolling circle transcription)에 의하여 무한 전사되어 증폭된 서열이 생성될 수 있으며, 예컨대 K가 3인 경우 (Pr-M3-N3), (P-M2-N2), (P-M1-N1)의 3개의 개별 단위 서열에 대한 상보적인 서열이 반복되는 3개의 증폭 RNA 산물이 얻어질 수 있다. When such a circular DNA template is generated, an RNA sequence complementary to the DNA template by RNA polymerase is infinitely transcribed by RCA (Rolling circle transcription) to generate an amplified sequence.For example, if K is 3 ( Pr-M 3 -N 3 ), (PM 2 -N 2 ), (PM 1 -N 1 ) 3 amplified RNA products in which the complementary sequences for the three individual unit sequences are repeated can be obtained.

이와 같은 증폭 RNA 산물에 각각 DNA 헬퍼 서열을 첨가하여 DNA/RNA 이중 가닥을 형성시킬 수 있으며, DNA 헬퍼 서열은 상기 증폭 RNA 산물의 헬퍼서열 인식부위에서 RNA/DNA 이중 결합을 형성할 수 있는 것이면, 제한없이 사용할 수 있다. A DNA helper sequence can be added to each of these amplified RNA products to form a DNA/RNA double strand, and the DNA helper sequence is one capable of forming an RNA/DNA double bond at the helper sequence recognition site of the amplified RNA product, Can be used without restrictions.

상기와 같이 DNA/RNA 이중가닥이 형성되면, 이는 RNase H에 의하여 특이적인 절단이 가능하며, 이에 따라 단위서열에 상보적인 서열이 대량으로 얻어질 수 있다. 이와 같이 대량으로 얻어진 증폭된 단위서열에 상보적인 서열을 혼합하면, 각 단위 서열 내에 존재하는 안티센스(antisense), 센스(sense) siRNA의 상보성을 이용하여 자가조립이 일어날 수 있으며, 이를 통해 RNA 나노구조체가 얻어질 수 있다. When the DNA/RNA double strand is formed as described above, it can be specifically cleaved by RNase H, and thus a sequence complementary to the unit sequence can be obtained in large quantities. When the complementary sequence is mixed with the amplified unit sequence obtained in such a large quantity, self-assembly can occur using the complementarity of the antisense and sense siRNAs present in each unit sequence, through which RNA nanostructures Can be obtained.

또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 만들어지는 활성제 전달용 RNA 나노구조체를 제공한다. 상기 RNA 나노구조체는 siRNA 서열이 포함된 것을 특징으로 하는 RNA 나노구조체로, 전사되고 증폭된 서열 내에 siRNA 서열이 포함되어 있으므로 별도의 siRNA 로딩 없이도 세포 내로 활성제인 siRNA를 전달할 수 있는 장점이 있다. In addition, the present invention provides an RNA nanostructure for delivery of an active agent made by the above method. The RNA nanostructure is an RNA nanostructure characterized in that the siRNA sequence is included, and since the siRNA sequence is included in the transcribed and amplified sequence, there is an advantage that siRNA, an active agent, can be delivered into cells without additional siRNA loading.

또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 만들어지는 RNA 나노구조체에 활성제가 추가로 결합된 RNA 나노구조체를 제공한다. In addition, the present invention provides an RNA nanostructure in which an active agent is additionally bound to an RNA nanostructure made by the above method.

상기 활성제는 만들어진 RNA 나노구조체에 로딩될 수 있고, 나노구조체에 의하여 세포 내로 전달됨으로써 이의 목적하는 효과를 발현할 수 있는 물질이라면 제한없이 포함가능하나, 바람직하게는 siRNA 및 이의 화학적 유도체, 올리고뉴클레오티드, 폴리뉴클레오티드, 소분자 및 약물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 더욱 바람직하게는 siRNA 및 이의 화학적 유도체, 항암제, 조영제 등과 같은 약물이거나, 예컨대 mitonafide, amonafide, 비스나프탈이미드(bisnaphthalimide), 엘립티신(Ellipticine), 9-methoxyellipticine, Ditercalinium, 다우노마이신(daunomycin), ametantrone, 미톡산트론(mitoxantrone), 독소루비신(doxorubicin), 아드리아마이신(adriamycin), 에키노마이신(echinomycin), Benzimidazo[1,2-c]quinazoline 및 imidazodiquinolinium cation naphthalimides 로 이루어진 군에서 선택된 1종이상의 항암제일 수 있다. 또한 특히 가장 바람직한 예는 독소루비신과 아드리아마이신일 수 있다. The active agent may be loaded onto the RNA nanostructure made, and may be included without limitation as long as it is a material capable of expressing the desired effect thereof by being delivered into the cell by the nanostructure, but preferably siRNA and its chemical derivatives, oligonucleotides, It may be one or more selected from the group consisting of polynucleotides, small molecules, and drugs, more preferably siRNA and chemical derivatives thereof, drugs such as anticancer agents, contrast agents, etc., such as mitonafide, amonafide, bisnaphthalimide, Ellipticine, 9-methoxyellipticine, Ditercalinium, daunomycin, ametantrone, mitoxantrone, doxorubicin, adriamycin, echinomycin 1, Benzimida It may be one or more anticancer agents selected from the group consisting of 2-c]quinazoline and imidazodiquinolinium cation naphthalimides. In addition, particularly most preferred examples may be doxorubicin and adriamycin.

본 발명에 따른 "DNA 나노구조체" 및 "RNA 나노구조체"는 서열에 활성제, 바람직하게는 siRNA와 같은 활성제를 서열에 직접적으로 로딩하거나, 서열 내에 자체적으로 포함함으로써 세포 내로 활성물질을 효과적으로 전달할 수 있다. The "DNA nanostructure" and "RNA nanostructure" according to the present invention can effectively deliver an active substance into a cell by directly loading an activator, preferably an activator such as siRNA, into the sequence, or by including itself in the sequence. .

또한 본 발명은 상기와 같이 제조된 DNA 나노구조체에 활성제를 로딩시켜 체내 또는 세포 내로 전달하는 방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method of loading an active agent onto the DNA nanostructures prepared as described above and delivering them into the body or cells.

또한 본 발명은 상기와 같이 제조된 RNA 나노구조체를 체내 또는 세포 내로 전달하는 방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method of delivering the RNA nanostructures prepared as described above into the body or cells.

본 발명에 따른 체내 또는 세포 내 전달에 따라 활성제, 바람직하게는 siRNA 가 세포 내로 효과적으로 전달될 수 있으며, 표적 유전자를 침묵시킴으로써 질병의 치료와 같은 목적을 달성할 수 있다. According to the delivery in the body or cells according to the present invention, the active agent, preferably siRNA, can be effectively delivered into the cell, and by silencing the target gene, the object such as the treatment of a disease can be achieved.

이상 본 명세서에 기재된 수치값은 달리 명시되어 있지 않은 한 균등범위까지 포함하는 것으로 해석되어야 한다. The numerical values described above in the present specification should be interpreted as including to an equivalent range unless otherwise specified.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred embodiment is presented to aid the understanding of the present invention. However, the following examples are provided for easier understanding of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the examples.

실시예 1. DNA 나노구조체 대량 생산방법 1 및 활용Example 1. Method 1 and application of mass production of DNA nanostructures

1.1 원형 DNA 주형가닥의 제조 1.1 Preparation of circular DNA template strand

주형으로 사용되는 DNA 단일 가닥의 서열을 서열번호 1에 나타내었다. 주형 DNA 가닥은 159개의 뉴클레오티드로 이루어져 있으며, 원형 형태로 연결되기 위하여 5' 말단에 인산기를 3' 말단에 OH기를 가지고 있다. 주형 DNA 가닥은 프라이머가 인식할 수 있는 프라이머 결합서열과 제한효소 인식부위를 각각 포함한다. 보다 구체적으로 서열번호 1에서 프라이머가 인식하는 서열 및 pstI 제한 효소가 인식하는 자리를 하기 표 1에 나타내었다. The sequence of a single strand of DNA used as a template is shown in SEQ ID NO: 1. The template DNA strand consists of 159 nucleotides and has a phosphate group at the 5'end and an OH group at the 3'end to be connected in a circular form. The template DNA strand contains a primer binding sequence that can be recognized by a primer and a restriction enzyme recognition site, respectively. More specifically, the sequence recognized by the primer in SEQ ID NO: 1 and the site recognized by the pstI restriction enzyme are shown in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure 112018022670538-pat00002
Figure 112018022670538-pat00002

상기 표 1에서 밑줄 친 부위는 프라이머가 결합하는 위치로 총 3개의 프라이머가 결합될 수 있고, pstI 제한 효소가 인식하는 자리는 회색 음영으로 나타냈었다. 선형의 DNA 주형을 원형 DNA 주형으로 만들기 위하여, DNA 주형 40pmole 과 프라이머(서열번호 2) 120pmol을 36μL 1x 반응 완충액 (50mM Tris-HCl (pH 7.5), 10 mM MgCl2, 10 mM DTT, 및 1 mM ATP) 상에서 (thermal cycler(Bio- Rad, T100TM)을 이용하여 -1.5℃/s의 속도로 95℃ (5분)에서 10℃까지 온도를 감소시켜 혼성화 시켜주었다. 그 후 4μL의 T4 DNA 리가아제(New England Biolabs, NEB)를 400 U/μL 첨가하고 20℃에서 12시간 동안 배양시켜 단일가닥 DNA 주형을 원형 주형으로 만들어 주었으며, 이는 프라이머에 의해 인접하게 된 5' 말단의 인산기와 3' 말단의 OH기가 이인산에스테르기를 형성하면서 일어난다. 이 후 0℃에서 10분간 열을 가하여 효소를 불활성화하는 과정을 수행하였으며, 이 과정을 통해 생성된 생성물을 주형으로 하여 핵산무한복제 반응에 사용하였다. In Table 1, the underlined region is a position to which the primers are bound, and a total of three primers can be bound, and the site recognized by the pstI restriction enzyme was shown in gray shades. To make a linear DNA template into a circular DNA template, 40 pmoles of DNA template and 120 pmol of primer (SEQ ID NO: 2) were added to 36 μL 1x reaction buffer (50 mM Tris-HCl (pH 7.5), 10 mM MgCl 2 , 10 mM DTT, and 1 mM). ATP) using a thermal cycler (Bio-Rad, T100TM) at a rate of -1.5°C/s to reduce the temperature from 95°C (5 minutes) to 10°C. After that, 4 μL of T4 DNA ligase was performed. (New England Biolabs, NEB) was added 400 U/μL and incubated at 20°C for 12 hours to make a single-stranded DNA template into a circular template, which was The OH group occurs while forming a diphosphate ester group After that, heat was applied at 0°C for 10 minutes to inactivate the enzyme, and the product produced through this process was used as a template for the nucleic acid infinite replication reaction.

1.2 원형 DNA 주형가닥을 이용한 핵산 무한복제 1.2 Infinite replication of nucleic acids using circular DNA template strands

상기 1.1에서 제조된 5 μL 원형 DNA 주형가닥을 4 μL 10x 반응 완충액 (400 mM Tris-HCl (pH 7.5), 500 mM KCl, 100 mM MgCl2, 50 mM (NH4)2SO4, 및 40 mM DTT), 25 μL 25 mM dNTPs, 3 μL DEPC-처리된 탈이온수 그리고 3 μL RepliPHITM 파이29(phi29) DNA 폴리머라아제 (100 U/μL) (Epicentre Technologies Corporation, Madison)와 혼합하였다. 이 혼합물을 30℃에서 18시간 동안 배양하면서 효소가 원형 DNA 주형가닥으로부터 상보적인 DNA가닥을 무한 복제시킬 수 있도록 하였다. 증폭은 각 프라이머의 3' 말단에서부터 일어나며 DNA 주형과 상보적인 단위가 반복된다. 그 후 80℃ 조건에서 20분 동안 열을 가하여 반응을 종결시켰다. The 5 μL circular DNA template strand prepared in 1.1 above was used in 4 μL 10x reaction buffer (400 mM Tris-HCl (pH 7.5), 500 mM KCl, 100 mM MgCl 2 , 50 mM (NH 4 ) 2 SO 4 , and 40 mM). DTT), 25 μL 25 mM dNTPs, 3 μL DEPC-treated deionized water and 3 μL RepliPHITM phi29 DNA polymerase (100 U/μL) (Epicentre Technologies Corporation, Madison). The mixture was incubated at 30° C. for 18 hours so that the enzyme could infinitely replicate the complementary DNA strand from the circular DNA template strand. Amplification occurs from the 3'end of each primer, and units complementary to the DNA template are repeated. Then, the reaction was terminated by applying heat for 20 minutes at 80°C.

1.3 위치 특이적 절단 및 자가조립을 이용한 DNA 나노 구조체의 제조1.3 Preparation of DNA nanostructures using site-specific cleavage and self-assembly

상기 1.2의 증폭 공정을 통해 생산된 합성된 DNA 가닥에서 원하는 가닥을 얻기 위하여 위치 특이적 절단을 수행하였다. 위치 특이적 절단은 복제된 DNA 서열 내에 존재하는 제한부위를 제한효소가 인식하여 절단하도록 함으로써 수행하였으며, 보다 구체적으로 다음과 같다. 합성된 DNA 가닥(40 μL)을 8 μL 10X NEBuffer 3 (500 mM Tris-HCl (pH 7.9), 100 mM MgCl2, 1000 mM NaCl, 및 10 mM DTT), 2 μL DEPC-처리된 탈이온수와 30 μL PstI 제한효소 (30 U/μL)에 혼합한 후 37℃에서 15시간 동안 배양하였다. 증폭된 가닥 내 또는 가닥 사이에는 DNA 주형에 삽입되어 있었던 제한위치가 회문구조 (palindromic)를 형성하여 존재하고 있으며, 이와 같은 제한위치인 5'-CTGCAG-3' 를 PstI 제한효소가 인식하여 절단하여 3개의 가닥으로 구성된 단일 가닥 폴리뉴클레오티드 가닥 집단을 생성시켰다. 이와 같은 PstI 제한효소 인식에 의하여 별도의 헬퍼 가닥(helper strand)를 추가해주지 않아도 절단이 용이하게 일어날 수 있다. 그 후 95℃에서 10분간 열을 가하여 효소를 불활성화 시켰으며, -0.5℃/분 속도로 95℃에서 10℃로 온도를 점차적으로 감소시킴으로써 절단된 가닥들이 자가 조립을 통해 20nt 길이의 돌출 점착말단(5'-overhang sticky end)를 갖는 Y 형태의 DNA 나노 구조체로 형성될 수 있도록 하였다. 이와 같은 돌출 점착 말단을 갖는 DNA 나노구조체는 해당 노출 서열 부위에 상보적인 서열과 전달 물질 컨쥬게이트를 로딩할 수 있는 장점이 있으므로, siRNA 와 같은 약물의 전달에 유용하게 사용될 수 있다. 이와 같은 활용에 관한 예시를 도 1에 나타내었다. Site-specific cleavage was performed to obtain a desired strand from the synthesized DNA strand produced through the amplification process of 1.2. The site-specific cleavage was performed by allowing a restriction enzyme to recognize and cleave a restriction site present in the cloned DNA sequence, and more specifically as follows. The synthesized DNA strand (40 μL) was mixed with 8 μL 10X NEBuffer 3 (500 mM Tris-HCl (pH 7.9), 100 mM MgCl 2 , 1000 mM NaCl, and 10 mM DTT), 2 μL DEPC-treated deionized water and 30 After mixing in μL PstI restriction enzyme (30 U/μL), it was incubated at 37°C for 15 hours. In the amplified strand or between the strands, the restriction site inserted in the DNA template forms a palindromic structure, and the restriction site 5'-CTGCAG-3' is recognized and cut by the PstI restriction enzyme. A population of single-stranded polynucleotide strands consisting of three strands was created. By such PstI restriction enzyme recognition, cleavage can easily occur without adding a separate helper strand. After that, heat was applied at 95℃ for 10 minutes to inactivate the enzyme, and by gradually decreasing the temperature from 95℃ to 10℃ at a rate of -0.5℃/min, the cut strands were self-assembled to the protruding adhesive end of 20nt length. It was made to be formed into a Y-shaped DNA nanostructure with a (5'-overhang sticky end). The DNA nanostructure having such a protruding adhesive end has the advantage of being able to load a complementary sequence and a delivery material conjugate to a corresponding exposed sequence site, and thus can be usefully used for delivery of drugs such as siRNA. An example of such use is shown in FIG. 1.

상기와 같은 DNA 나노 구조체 제조 방법을 도 2 에 간략하게 도식화하였다. The DNA nanostructure manufacturing method as described above is schematically illustrated in FIG. 2.

1.4 제조된 Y 형태 DNA 나노구조체의 정제 및 확인 1.4 Purification and identification of the prepared Y-type DNA nanostructure

생성된 Y 형태의 DNA 나노구조체 정제를 위하여, Y 형태 DNA 나노구조체(80 μL)에 25 μL 10x 로딩 염색약을 넣은 후 1 X Tris-borate-EDTA (TBE) 완충액 10% 폴리아크릴아미드 겔 전기영동(PAGE)의 10개 웰에 10.5 μL씩 로딩하였다. 150V 30분 동안 겔에 내려준 뒤 SYBR® Gold (Invitrogen)로 염색하여 Gel Doc™ EZ (Bio-Rad)로 겔 이미지를 확인하였다. 이미지에서 Y-형태 DNA 나노구조체 밴드 위치와 일치하는 겔 부분만 잘라내어 2x2mm 정도의 작은 크기로 겔을 나눠주었다. 50 mL 튜브에 겔 조각과 2 ml 1X 인산염완충액 (PBS)을 넣어 겔조각이 잠기게 하고 오븐(Thelco Laboratory oven, Precision Scientific)에서 55℃에서 48시간 정도 방치하여 겔 내의 Y-형태 DNA 나노구조체가 1x PBS상으로 확산되도록 하였다. 3,000 mw 원심분리필터(Amicon® Ulatra, Ultracel®-3k)에 용출 용액을 500 μL씩 담고 4℃에서 13500 rpm으로 25분 동안 원심분리(eppendorf, centrifuge 5415 R)하면 Y-DNA 나노구조체는 필터 안에 남고, 1x PBS용매는 필터 밖으로 빠져나가 약 60 μL로 농축된다. 같은 원심분리 필터 내에서 용출 용액을 모두 원심분리하고 최종적으로 남은 60 μL을 교반 (GILSON®, GVLab®)하여 1.5ml ep 튜브에 뒤집어서 꼽고 원심분리하였다(Cole-Parmer, Personal Microcentrifuge). 최대한 많은 Y-형태 DNA 나노구조체를 얻기 위해서 한번 용출한 겔에 2 ml 1x PBS를 다시 담아 용출과 농축단계를 한번 더 진행하였다.To purify the resulting Y-type DNA nanostructure, add 25 μL 10x loading dye to the Y-type DNA nanostructure (80 μL) and then 1 X Tris-borate-EDTA (TBE) buffer 10% polyacrylamide gel electrophoresis ( PAGE) was loaded into 10 wells of 10.5 μL each. After dropping on the gel for 30 minutes at 150V, stained with SYBR® Gold (Invitrogen), the gel image was confirmed with Gel Doc™ EZ (Bio-Rad). In the image, only the portion of the gel that coincided with the position of the Y-shaped DNA nanostructure band was cut out, and the gel was divided into small sizes of 2x2mm. Put the gel piece and 2 ml 1X phosphate buffer (PBS) in a 50 mL tube to submerge the gel piece and leave it in an oven (Thelco Laboratory oven, Precision Scientific) at 55° C. for 48 hours to obtain the Y-shaped DNA nanostructures in the gel. It was allowed to spread over 1x PBS. When 500 μL of the elution solution is added to a 3,000 mw centrifugal filter (Amicon® Ulatra, Ultracel®-3k) and centrifuged for 25 minutes at 13500 rpm at 4°C (eppendorf, centrifuge 5415 R), the Y-DNA nanostructure is placed in the filter. The remaining, 1x PBS solvent is passed out of the filter and concentrated to about 60 μL. All the elution solutions were centrifuged in the same centrifugal filter, and finally the remaining 60 μL was stirred (GILSON®, GVLab®), placed in a 1.5 ml ep tube, and centrifuged (Cole-Parmer, Personal Microcentrifuge). In order to obtain as many Y-type DNA nanostructures as possible, the elution and concentration steps were performed once more by adding 2 ml 1x PBS to the eluted gel again.

모든 생성물은 상온에서 1 X Tris-borate-EDTA (TBE) 완충액 10 % PAGE를 통해 확인되었으며, 겔을 SYBR® Gold (Invitrogen)로 염색하고 Gel Doc™ EZ (Bio-Rad)로 겔 이미지를 얻었다. All products were confirmed by 10% PAGE in 1 X Tris-borate-EDTA (TBE) buffer at room temperature, and the gel was stained with SYBR® Gold (Invitrogen) and gel images were obtained with Gel Doc™ EZ (Bio-Rad).

결과를 도 3 에 나타내었다. The results are shown in FIG. 3.

도 3에 나타낸 바와 같이, 10% PAGE 분석 결과 반응 각 단계에서 DNA 합성 및 증폭이 일어나며, 최종적으로 Y 형태의 DNA 나노구조체가 형성되는 것이 확인되었다. 레인(lane) 3에서는 Y-DNA/프라이머 혼성화 산물이 확인되며, 레인 4에서는 형성된 원형 DNA 주형에 의하여 밴드의 위치가 위쪽으로 이동하고, 레인 5에서는 증폭이 이루어진 결과 가닥들이 겔을 빠져나오지 못하고 웰에 걸려있는 것을 알 수 있다. 레인 6에서는 절단된/자가조립 산물이 확인되며, 이러한 밴드 중 특히 2번 레인의 Y-DNA 주형가닥과 비슷한 위치에 위치하는 밴드가 목적으로 하는 Y 형태의 증폭된 DNA 인 것으로 확인되었다. As shown in FIG. 3, as a result of 10% PAGE analysis, it was confirmed that DNA synthesis and amplification occurred in each step of the reaction, and finally, a Y-shaped DNA nanostructure was formed. In lane 3, the product of Y-DNA/primer hybridization was confirmed, in lane 4, the position of the band was moved upward by the formed circular DNA template, and as a result of amplification in lane 5, the strands could not escape the gel and You can see that it is hanging on. In lane 6, a truncated/self-assembled product was identified, and among these bands, a band located at a position similar to the Y-DNA template strand in lane 2 was confirmed to be the target Y-shaped amplified DNA.

또한 자가 조립된 Y 형태의 나노 구조체의 형태를 분석하기 위하여 AFM 이미지 및 선택 분석을 수행하였다. 1 μL AFM 샘플 (1 μM)을 30 μL 완충액 (40 mM HEPES-HCl (pH 7) 및 10 mM NiCl2)에 용해시키고 mica(Pelco Mica sheets, Ted Pella Corp.)를 얇게 1장 떼어서 그 위에 떨어뜨려주었다. 30분 배양 후 mica 표면을 DEPC-처리된 탈 이온수(DW)로 씻어준 후 질소 가스로 즉시 건조시켰다. 그 후 Park NX-10 ADM(Park Systems Corp. Korea)의 non-contact mod에서 NC-NCH tip(Park Systems Corp. Korea)을 이용하여 이미지를 얻었다. In addition, AFM images and selection analysis were performed to analyze the morphology of self-assembled Y-shaped nanostructures. 1 μL AFM sample (1 μM) is dissolved in 30 μL buffer (40 mM HEPES-HCl (pH 7) and 10 mM NiCl 2 ), and a thin sheet of mica (Pelco Mica sheets, Ted Pella Corp.) is removed and dropped on it. I let it go. After incubation for 30 minutes, the mica surface was washed with DEPC-treated deionized water (DW) and immediately dried with nitrogen gas. After that, an image was obtained using an NC-NCH tip (Park Systems Corp. Korea) in a non-contact mod of Park NX-10 ADM (Park Systems Corp. Korea).

결과를 도 4에 나타내었다. The results are shown in FIG. 4.

도 4에 나타낸 바와 같이, AFM 이미지 및 선택 분석 상에서 길게 증폭된 단일 가닥 DNA 증폭 산물과 자가 조립된 Y-형태의 나노구조체가 모두 분명하게 확인되었으며, 본 방법에 따른 증폭 방법에 따라 Y-형태의 나노구조체가 형성되었음을 시각적으로 확인하였다. 도 4의 a 는 파이 29 DNA 폴리머라아제에 의하여 증폭된 산물을 나타내며, 이와 같은 증폭된 가닥의 높이가 약 0.45nm 로 나타나 증폭 산물이 단일 가닥임을 확인하였다. 또한 도 4의 b는 증폭된 산물의 절단 및 자가조립에 의하여 형성된 Y 형태 DNA 나노구조체에 관한 것으로 분산된 나노크기의 구의 모양이 관찰되었고 측정된 높이가 약 1.04nm 로 나타나 단일 가닥의 약 2배 높이인 유전체, 즉 이중가닥 핵산 구조가 형성되었음이 확인되었다. As shown in FIG. 4, both the long amplified single-stranded DNA amplification product and the self-assembled Y-shaped nanostructure were clearly identified on the AFM image and selection analysis, and according to the amplification method according to the present method, the Y-shaped It was visually confirmed that the nanostructure was formed. 4A shows the product amplified by the PI 29 DNA polymerase, and the height of the amplified strand is about 0.45 nm, confirming that the amplification product is a single strand. In addition, b of FIG. 4 relates to a Y-shaped DNA nanostructure formed by cutting and self-assembly of the amplified product. The shape of a dispersed nano-sized sphere was observed, and the measured height was about 1.04 nm, which was about twice the size of a single strand. It was confirmed that a tall genome, that is, a double-stranded nucleic acid structure was formed.

1.5. 증폭지수와 Y 형태 나노구조체 생성지수 확인 1.5. Confirmation of amplification index and Y-shaped nanostructure generation index

상기 1.2의 방법으로 증폭된 가닥을 에탄올 침전에 의해 얻었다. 보다 구체적으로 에탄올 침전 방법은 다음과 같다. PCR 튜브에 있는 증폭된 가닥 (40 μL)을 1.7ml ep 튜브에 옮겨 담고 여기에 100 μL 100% 에탄올과 200 μL 5M 아세트산 암모늄(ammonium acetate)을 추가한 후 냉동고(-5 ℃)에서 10분간 방치하였다. 그 후 원심분리기(Eppendorf, 5415 R)를 사용하여 4 ℃에서 15000rpm으로 15분간 원심분리 하면 바닥에 가라앉은 침전(pallet)이 확인된다. 이 침전을 제외한 상층액을 제거하고 500 μL 70% 에탄올을 넣어준 다음 섞어주지 않고 바로 4 ℃에서 15000 rpm으로 10분간 원심분리하였다. 침전을 제외한 상층액을 제거하고 질소로 살살 퍼지(purge)를 해주어 에탄올을 날려 증폭된 DNA 침전을 완전히 말려주었다. The strand amplified by the method of 1.2 was obtained by ethanol precipitation. More specifically, the ethanol precipitation method is as follows. Transfer the amplified strand (40 μL) from the PCR tube to a 1.7 ml ep tube, add 100 μL 100% ethanol and 200 μL 5M ammonium acetate to it, and then stand in a freezer (-5° C.) for 10 minutes. I did. After that, centrifugation for 15 minutes at 15000 rpm at 4°C using a centrifuge (Eppendorf, 5415 R) reveals a pallet settled on the bottom. The supernatant was removed except for this precipitation, and 500 μL 70% ethanol was added, followed by centrifugation for 10 minutes at 15000 rpm at 4° C. without mixing. The supernatant was removed except for the precipitation and gently purged with nitrogen to blow off ethanol to completely dry the amplified DNA precipitation.

얻어진 침전을 40 μL DEPC-처리된 DW에 녹였다. 이 용액의 1 μL을 50배로 희석시킨 후 1 cm path length에서 OD260을 측정한 결과 3.78으로 나타났다. Y-형태 DNA 주형의 흡광계수(extinction coefficient) 값은 1,414,900 L/mole·cm 로, Beer-Lamber 법에 근거하여 증폭된 산물의 농도는 다음과 같이 계산된다. OD260 (3.78)/Ext.Coefficient (1,414,900 L/mole·cm) x path length (1 cm) = 2.67 μM. 최종적으로 증폭된 산물의 양은 5340 pmol (2.67 μM x 50 x 40 μL)이었다. The obtained precipitate was dissolved in 40 μL DEPC-treated DW. After diluting 1 μL of this solution 50 times, OD260 was measured at 1 cm path length, and it was found to be 3.78. The extinction coefficient value of the Y-type DNA template is 1,414,900 L/mole·cm, and the concentration of the amplified product is calculated as follows based on the Beer-Lamber method. OD260 (3.78)/Ext.Coefficient (1,414,900 L/mole cm) x path length (1 cm) = 2.67 μM. The amount of the finally amplified product was 5340 pmol (2.67 μM x 50 x 40 μL).

즉, 5 pmole DNA 주형으로부터 1068배의 상보적인 DNA 가닥이 증폭되었음이 확인되며, 이의 증폭지수는 1068 이었다. 자가조립 된 Y-형태 DNA의 수율을 정량화하기 위해서 5340 pmole 증폭산물을 이용하여 80 ℃ 에서 절단/자가조립 과정을 수행하였다. 1 μL (66.75 pmole)를 10% PAGE로 내렸을 때, Image Lab software (Bio-Rad)에서 Y-형태 DNA로 예상되는 밴드의 강도가 19.2%로 측정되었다. 5 pmole Y-형태 DNA 주형으로부터 Y-형태 DNA 나노구조체의 최종생산량은 1125.28 pmole (66.75 pmole x 0.214 x 80)였다. 따라서 이의 생성지수는 205.1 이었다. That is, it was confirmed that a 1068-fold complementary DNA strand was amplified from the 5 pmole DNA template, and its amplification index was 1068. In order to quantify the yield of self-assembled Y-type DNA, a digestion/self-assembly process was performed at 80°C using 5340 pmole amplification products. When 1 μL (66.75 pmole) was lowered by 10% PAGE, the intensity of the band expected as Y-form DNA was measured as 19.2% in Image Lab software (Bio-Rad). The final production of Y-shaped DNA nanostructures from the 5 pmole Y-shaped DNA template was 1125.28 pmoles (66.75 pmoles x 0.214 x 80). Therefore, its generation index was 205.1.

상기와 같이, DNA 주형으로부터 증폭시수 1068, 생성지수 205.1 의 DNA 가 합성되었으며, 이를 통해 본원 발명의 DNA 증폭 방법이 빠른 속도로 다량의 DNA를 합성하는데 매우 효과적인 방법임을 확인하였다. As described above, DNA having an amplification time of 1068 and a production index of 205.1 was synthesized from the DNA template, and through this, it was confirmed that the DNA amplification method of the present invention is a very effective method for synthesizing a large amount of DNA at a high speed.

1.6 제조된 Y-형태 DNA 나노구조체의 활용- Y-형태 DNA/FA-siRNA 나노구조체1.6 Utilization of the prepared Y-type DNA nanostructure-Y-type DNA/FA-siRNA nanostructure

상기 실시예 1.1 내지 1.4를 통해 제조된 정제된 Y-형태 DNA 나노구조체와 siRNA-FA 컨쥬게이트를 결합하여 유전자침묵 효과를 확인하였다. siRNA-FA 컨쥬게이트는 "Ligand-Targeted Delivery of Small Interfering RNAs to Malignant Cells and Tissues(Oligonucleotide Therapeutics: Ann. N.Y. Acad. Sci. 1175: 32-39 (2009), Mini Thomas 외)"의 방법을 참고하여 제작하였다. 사용된 siRNA는 센스 GFP 및 안티센스 GFP siRNA로 각각의 서열은 다음과 같다. The gene silencing effect was confirmed by combining the purified Y-type DNA nanostructures prepared in Examples 1.1 to 1.4 with siRNA-FA conjugates. siRNA-FA conjugates refer to the method of "Ligand-Targeted Delivery of Small Interfering RNAs to Malignant Cells and Tissues (Oligonucleotide Therapeutics: Ann. NY Acad. Sci. 1175: 32-39 (2009), Mini Thomas et al.)" Was produced. The siRNAs used were sense GFP and antisense GFP siRNA, and their sequences are as follows.

-안티센스GFP siRNA: -AntisenseGFP siRNA:

rArArGrUrCrGrUrGrCrUrGrCrUrUrCrArUrGrUTTTGCAGCTACCTCGCCTTGAArArArGrUrCrGrUrGrCrUrGrCrUrUrCrArUrGrUTTTGCAGCTACCTCGCCTTGAA

-센스 GFP siRNA : rArCrArUrGrArArGrCrArGrCrArCrGrArCrUrUTT-Sense GFP siRNA: rArCrArUrGrArArGrCrArGrCrArCrGrArCrUrUTT

제작된 siRNA-FA 컨쥬게이트를 Y-형태 DNA 나노구조체와 siRNA-FA 컨쥬게이트=1:3 몰비율로 넣고 1X phosphate buffered saline (PBS)상에서 상온에서 2시간동안 방치하여 Y-형태 DNA 나노구조체의 돌출 점착말단에 FA-siRNA 가 결합된 Y-형태 DNA/FA-siRNA 나노구조체를 제조하였다. 제조된 Y-형태 DNA/FA-siRNA 나노구조체가 siRNA를 효과적으로 전달하는 전달체 역할을 수행할 수 있는 지 확인하기 위하여, 이의 유전자 침묵효과를 다음과 같이 확인하였다. The prepared siRNA-FA conjugate was put in a Y-type DNA nanostructure and siRNA-FA conjugate in a molar ratio of 1:3 and left in 1X phosphate buffered saline (PBS) at room temperature for 2 hours to obtain a Y-type DNA nanostructure. A Y-type DNA/FA-siRNA nanostructure in which FA-siRNA was bound to the protruding adhesive end was prepared. In order to confirm whether the prepared Y-type DNA/FA-siRNA nanostructure can perform the role of a carrier that effectively delivers siRNA, its gene silencing effect was confirmed as follows.

GFP-과발현 KB세포(GFP-KB 세포)에 엽산 수용체(folic acid repceptor)를 과발현 시키기 위해서 최소 일주일 동안 엽산(folic acid)이 없는 RPMI 배지 (10 % FBS, 1 % Glutamax)에서 배양시켰다. 유전자 침묵효과 확인을 위해서 GFP-KB 세포를 6-웰 배양 플레이트에 3.0 x 105cells/well의 농도로 깔았다. 24시간 배양 후, 10% 혈청이 있는 일반 성장 배지에 Y-형태 나노구조체에 siRNA가 결합된 Y-형태 DNA/FA-siRNA 나노구조체 샘플을 siRNA 기준으로 50 과 100 nM으로 24시간 동안 세포에 처리하였다. GFP-KB 세포의 GFP발현정도는 FACSCalibur system (BD biosciences)으로 측정하였고, GFP 유전자 침묵효과는 flowJo 프로그램을 사용하여 분석하였다. 아무것도 처리하지 않은 세포(음성 대조군)와 Y-형태 DNA/FA-siRNA 나노구조체 (100nM)을 처리한 세포의 형광이미지는 Zeiss Axiovert 200 microscope (Carl Zeiss)으로 얻었다.In order to overexpress the folic acid receptor in GFP-overexpressing KB cells (GFP-KB cells), they were cultured in RPMI medium (10% FBS, 1% Glutamax) without folic acid for at least one week. To confirm the gene silencing effect, GFP-KB cells were laid in a 6-well culture plate at a concentration of 3.0 x 10 5 cells/well. After 24 hours incubation, a sample of Y-form DNA/FA-siRNA nanostructures with siRNA bound to Y-form nanostructures in a normal growth medium with 10% serum was treated on cells for 24 hours at 50 and 100 nM based on siRNA. I did. The degree of GFP expression of GFP-KB cells was measured with the FACSCalibur system (BD biosciences), and the GFP gene silencing effect was analyzed using the flowJo program. Fluorescence images of cells treated with nothing (negative control) and cells treated with Y-type DNA/FA-siRNA nanostructures (100 nM) were obtained with a Zeiss Axiovert 200 microscope (Carl Zeiss).

결과를 도 5에 나타내었다. The results are shown in FIG. 5.

도 5의 a 에서 확인되는 바와 같이, 10% PAGE 분석에 의하여 레인 1에서 Y-형태 DNA 나노구조체를, 레인 2에서 혼성화된 Y-형태 DNA/FA-siRNA 나노구조체가 확인되었다. 또한 도 5의 b 및 C 에서 확인할 수 있는 바와 같이, GFP-KB 세포 감염을 통한 실험에서 Y-형태 DNA 나노구조체가 없는 엽산-siRNA 만을 100nM 전달시킨 실험군은 아무것도 처리하지 않은 음성 대조군과 차이가 없었으나, 엽산-siRNA 컨주게이트를 로딩시킨 Y-형태 DNA/FA-siRNA 나노구조체는 siRNA 기준 50nM에서 25%, 100nM에서 40% 정도 농도 의존적인 형광 감소가 관찰되었다. 이는 Y-형태 DNA/FA-siRNA 나노구조체에서 Y-형태 DNA 나노 구조체가 엽산의 위치 밀도(local density)를 증가시켜 세포 표면의 엽산 수용체와의 상호작용을 증가시킴으로써 세포 내로의 siRNA 전달을 촉진시키기 때문인 것으로 생각되었다. 상기와 같은 결과에 따라 본 발명에서 제조된 Y 형태의 DNA 나노구조체는 증폭공정에 따라서 형성되는 돌출 점착말단에 의하여 siRNA와 같은 전달 표적물질을 로딩시킬 수 있고, 이를 통해 세포 내로 표적물질을 효과적으로 전달하는데 매우 유용하게 사용될 수 있음이 확인되었다. As shown in Fig. 5a, by 10% PAGE analysis, a Y-type DNA nanostructure in lane 1 and a hybridized Y-type DNA/FA-siRNA nanostructure in lane 2 were identified. In addition, as can be seen in b and C of Figure 5, in the experiment through GFP-KB cell infection, the experimental group in which only 100 nM of folic acid-siRNA without Y-type DNA nanostructure was delivered was not different from the negative control group without any treatment. However, the Y-form DNA/FA-siRNA nanostructure loaded with folic acid-siRNA conjugate showed a concentration-dependent decrease in fluorescence of about 25% at 50 nM and 40% at 100 nM based on siRNA. In the Y-form DNA/FA-siRNA nanostructure, the Y-form DNA nanostructure increases the local density of folic acid to increase the interaction with the folate receptor on the cell surface, thereby promoting siRNA delivery into cells. It was thought to be because of it. According to the above results, the Y-shaped DNA nanostructure prepared in the present invention can be loaded with a delivery target material such as siRNA by the protruding adhesive end formed according to the amplification process, thereby effectively delivering the target material into the cell. It was confirmed that it can be used very usefully.

실시예 2. DNA 나노구조체 대량 생산방법 2. Example 2. Method for mass production of DNA nanostructures 2.

상기 실시예 1의 Y-DNA 나노구조체 증폭 방법을 일부 변형하여 DNA 증폭을 통한 Y-DNA 나노구조체를 제조하였다. 실시예 1과 달리 증폭을 위한 DNA 주형으로 하나의 단일 가닥 DNA가 아닌 총 3개로 나누어진 DNA 가닥, 즉 하기 Y1, Y2, Y3 를 주형으로 사용하였으며, 사용된 주형의 서열정보는 다음과 같다. 또한 각각의 주형가닥을 서열번호 3 내지 5에 표시하였다. The Y-DNA nanostructure amplification method of Example 1 was partially modified to prepare a Y-DNA nanostructure through DNA amplification. Unlike Example 1, as a DNA template for amplification, not one single-stranded DNA, but a total of three DNA strands, that is, the following Y1, Y2, Y3, were used as the template, and the sequence information of the used template is as follows. In addition, each template strand is shown in SEQ ID NOs: 3 to 5.

[표 2][Table 2]

Figure 112018022670538-pat00003
Figure 112018022670538-pat00003

상기 서열 중 프라이머 결합 부위는 밑줄로 표시하였으며, pstI 제한효소 인식 서열은 음영으로 표시하였다. 상기에서 확인할 수 있는 바와 같이 각각의 DNA 주형 서열 Y1 내지 Y3은 제한효소 인식자리를 서열 내에 포함한다. Among the above sequences, primer binding sites are indicated by underlined, and pstI restriction enzyme recognition sequences are indicated by shades. As can be seen above, each of the DNA template sequences Y1 to Y3 contains a restriction enzyme recognition site in the sequence.

상기 3개의 주형가닥을 각각 별개의 튜브에서 실시예 1과 동일한 방법으로 증폭을 수행하였다. 즉, 각각의 서열에 대하여 서열번호 2 프라이머를 혼성화한 후 실시예 1과 동일한 방법으로 T4 DNA 리가아제를 이용하여 원형의 주형으로 만들어 주었다. 이 후, 실시예 1.2와 동일한 시약, 조건을 이용한 방법에 따라 파이 29 DNA 폴리머라아제를 이용한 증폭을 수행하였다. 각 프라이머의 3' 말단으로부터 DNA 가 증폭되어 Y-DNA 주형과 상보적인 단위가 반복되는 증폭 산물이 생성되었으며, 이 때 증폭된 가닥 내, 가닥 사이에는 DNA 주형에 삽입되어 있었던 제한위치가 회문구조 (palindromic)(5'-CTGCAG-3')를 형성한다. Each of the three template strands was amplified in a separate tube in the same manner as in Example 1. That is, after hybridizing the SEQ ID NO: 2 primers for each sequence, it was made into a circular template using T4 DNA ligase in the same manner as in Example 1. Thereafter, amplification using PI 29 DNA polymerase was performed according to a method using the same reagents and conditions as in Example 1.2. DNA was amplified from the 3'end of each primer to create an amplification product in which the units complementary to the Y-DNA template were repeated.At this time, the restriction sites inserted in the DNA template within the amplified strand and between the strands were palindromic structures ( palindromic) (5'-CTGCAG-3').

이와 같이 형성된 회문구조를 인식하여 절단하는 과정을 상기 실시예 1.3과 동일한 방법으로 수행하였다. pstI 가 제한효소인식 부위를 인식하여 절단함으로써 단일 가닥 폴리뉴클레오티드 집단이 각각의 튜브에서 생성되었고 이는 Y1, Y2, Y3 주형 서열 각각에 대한 폴리뉴클레오티드 집단이다. 따라서 실시예 1의 방법과 달리, 증폭 생성된 단일 가닥 폴리뉴클레오티드 사이에 자가조립되는 과정이 없이 생성된 Y1, Y2, Y3 폴리뉴클레오티드 집단을 실시예 1.4와 같은 방법으로 정제하였다. 이 후 얻어진 3개의 폴리뉴클레오티드들을 같은 몰 농도로 혼합한 후, 혼성화 과정을 거쳐서 최종적으로 20nt 돌출 점착말단을 갖는 Y-형태의 DNA 나노 구조체를 얻었다. 이와 같은 DNA 증폭을 통한 Y-형태 DNA 나노구조체 제조 방법을 도 6에 간략하게 도시하였다. The process of recognizing and cutting the palindromic structure thus formed was performed in the same manner as in Example 1.3. A population of single-stranded polynucleotides was generated in each tube by pstI recognizing and cleaving the restriction enzyme recognition site, which is a population of polynucleotides for each of the Y1, Y2, and Y3 template sequences. Therefore, unlike the method of Example 1, a population of Y1, Y2, and Y3 polynucleotides generated without self-assembly between the amplified single-stranded polynucleotides was purified in the same manner as in Example 1.4. Thereafter, the three polynucleotides obtained were mixed at the same molar concentration, followed by hybridization to finally obtain a Y-shaped DNA nanostructure having a 20 nt protruding adhesive end. A method for preparing a Y-type DNA nanostructure through such DNA amplification is briefly illustrated in FIG. 6.

이와 같은 3개의 주형을 이용한 증폭 방법은 원형 주형 내에 PstI 인식부위 외에 추가적으로 서열간 결합을 형성하는 부분이 없으므로 파이 29 폴리머라아제에 의한 증폭 과정에서의 에너지 소비가 감소하므로 핵산 증폭 효율을 더욱 개선할 수 있으므로 Y-형태 DNA 나노구조체의 제조 효율을 최종적으로 증가시킬 수 있다. The amplification method using these three templates can further improve the efficiency of nucleic acid amplification because there is no part in the circular template that additionally forms an intersequence bond other than the PstI recognition site, so energy consumption in the amplification process by PI 29 polymerase is reduced. Therefore, the production efficiency of the Y-type DNA nanostructure can be finally increased.

*2.2 제조된 Y 형태 DNA 나노구조체의 확인 * 2.2 Confirmation of the prepared Y-type DNA nanostructure

2.1의 방법으로 증폭되어 제조된 Y형태 DNA 나노구조체가 실제로 반응산물을 형성하는지 여부를 확인하기 위하여 실시예 1과 동일하게 10% PAGE 분석을 수행하였다. A 10% PAGE analysis was performed in the same manner as in Example 1 to confirm whether the Y-type DNA nanostructure prepared by amplifying by the method of 2.1 actually formed a reaction product.

결과를 도 7 및 도 8에 나타내었다. The results are shown in FIGS. 7 and 8.

도 7 에 나타낸 바와 같이, 단일 가닥 DNA 주형인 Y1, Y2, Y3에서 반응이 진행되면서 원형의 DNA가 형성되는 것이 밴드로 확인되었으며, 증폭과 절단 단계에서 모두 밴드의 변화가 관찰되었다. 절단 과정 이후에는 단일 가닥 DNA 주형과 비슷한 위치에 형성되는 밴드가 나타나는 것을 통해 주형과 동일한 DNA 가 증폭되었음을 알 수 있었다. 도 7에서 확인되는 단일 가닥 DNA 주형과 비슷한 위치에 형성되는 증폭 산물을 정제하여 Y1, Y2, Y3를 혼성화시킨 후 실제로 Y-형태 DNA 나노 구조체가 형성되는지 확인한 도 8의 결과에서도 Y1+Y2, Y2+Y3, Y1+Y3, Y1+Y2+Y3로 혼성화된 Y자 형태의 나노구조체의 밴드가 확인되었다. 특히 Y1+Y2+Y3로 혼성화된 Y 형태 DNA 나노구조체를 나타내는 밴드의 위치는 앞서 실시예 1에서 확인한 단일 가닥 DNA 주형 및 이를 증폭한 자가조립 Y 형태 나노구조체의 밴드 위치와 동일하므로 모두 같은 서열의 주형 또는 증폭 DNA를 가지고 있다는 것을 확인하였다. 상기와 같은 결과를 통해, 실시예 2.1의 방법에 따라 표적 핵산의 증폭이 효과적으로 일어났음을 알 수 있었다. As shown in FIG. 7, it was confirmed as a band that a circular DNA was formed as the reaction proceeded in the single-stranded DNA templates Y1, Y2, and Y3, and changes in the band were observed in both the amplification and cleavage steps. After the cleavage process, a band formed at a position similar to that of the single-stranded DNA template appeared, indicating that the same DNA as the template was amplified. After purifying the amplification product formed at a position similar to the single-stranded DNA template identified in FIG. 7 and hybridizing Y1, Y2, and Y3, it was confirmed that the Y-shaped DNA nanostructure was actually formed. The bands of the Y-shaped nanostructure hybridized with +Y3, Y1+Y3, and Y1+Y2+Y3 were identified. In particular, the positions of the bands representing the Y-type DNA nanostructure hybridized with Y1+Y2+Y3 are the same as the band positions of the single-stranded DNA template and the self-assembled Y-type nanostructures amplified in Example 1 above. It was confirmed that it had a template or amplified DNA. Through the above results, it was found that the amplification of the target nucleic acid effectively occurred according to the method of Example 2.1.

실시예 3. RNA 나노구조체 대량 생산방법 1Example 3. RNA nanostructure mass production method 1

3.1 원형 DNA 주형 가닥의 준비 3.1 Preparation of circular DNA template strands

RNA를 대량 생산하기 위하여 주형으로 68nt 단위의 S1, S2, S3 가닥을 사용하였다. 구체적인 DNA 단위 서열은 다음의 표 3과 같다. To mass-produce RNA, 68nt units of S1, S2, and S3 strands were used as a template. The specific DNA unit sequence is shown in Table 3 below.

[표 3][Table 3]

Figure 112018022670538-pat00004
Figure 112018022670538-pat00004

(R: 센스-RFP, R'-안티센스-RFP, L: 센스-Luc, L':안티센스-Luc, G: 센스-GFP, G'-안티센스-GFP, Pho: 인산기)(R: sense-RFP, R'-antisense-RFP, L: sense-Luc, L': antisense-Luc, G: sense-GFP, G'-antisense-GFP, Pho: phosphate group)

상기 서열 S1, S2, S3는 각각 서열번호 6 내지 8 에 나타내었으며, 프라이머가 결합하는 위치를 밑줄로 표시하고, 18nt DNA 헬퍼(helper)가 인식하여 결합하는 증폭된 RNA 가닥 서열과 상보적인 서열을 음영으로 표시하였다. 사용한 주형 중 S1은 센스-RFP(R), 센스-Luc,(L)를, S2는 안티센스-Lu(L')과 센스-GFP(G) 그리고 S3는 안티센스-GFP(G') 및 안티센스-RFP(R')를 지표서열로 포함하고 있다. 이와 같은 지표서열의 서열은 하기 표 4와 같다. The sequences S1, S2, S3 are shown in SEQ ID NOs: 6 to 8, respectively, and the positions to which the primers are bound are indicated by an underline, and a sequence complementary to the amplified RNA strand sequence recognized and bound by the 18nt DNA helper is Marked in shades. Among the templates used, S1 is sense-RFP(R), sense-Luc,(L), S2 is antisense-Lu(L') and sense-GFP(G), and S3 is antisense-GFP(G') and antisense- RFP(R') is included as an index sequence. The sequence of such an indicator sequence is shown in Table 4 below.

[표 4][Table 4]

Figure 112018022670538-pat00005
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증폭을 위한 DNA 주형은 세 개의 S1, S2, S3 가닥이 서로 혼성화가 되어 헤어핀 루프(hairpin Loop) 구조를 이루도록 하며, 주형의 구체적인 형태와 이의 서열모식도를 도 9에 나타내었다. 도 9에 나타낸 바와 같이 주형으로 사용되는 DNA 주형은 3개의 절단부(Nick)을 가지고 있으며, 여기에는 T4 DNA 리가아제에 의하여 원형을 형성하며 연결될 수 있도록 5' 인산, 3'-OH 말단이 존재한다. 또한 형성되는 루프 부분에는 T7 프로모터 서열이 위치될 수 있도록 하였으며, 3개의 팔(arm)부분에는 각각 siRNA 서열이 위치하여 별도의 siRNA 로딩없이 증폭 형성되는 구조체 자체가 siRNA 전달체로서 기능할 수 있도록 설계하였다. 구체적인 이의 제조 과정은 다음과 같다. 먼저 5' 끝에 인산기가 있는 3개의 68nt 단일가닥 주형 DNA S1,S2,S3 20pmole과 프라이머 30 pmole을 2 μL 10x Buffer for T4 DNA Ligase with 10 mM ATP (500 mM Tris-HCl (pH 7.5), 100 mM MgCl2, 100 mM DTT, 및 10 mM ATP) 그리고 13 μL DEPC-처리된 탈이온수 (DW)상에서 thermal cycler (Bio- Rad T100TM)을 이용하여 -1.0℃/s의 속도로 95℃ (2분)에서 10℃까지 온도를 감소시켜, 주형가닥 3개와 프라이머를 혼성화시킨다. 혼성화 후 1μL의 T4 DNA 리가아제 (400 U/μL)를 첨가하여 thermal cycler 내에서 25℃에서 1시간 동안 배양(incubation) 하여 선형의 주형 DNA를 원형으로 만든다. 65℃에서 10분간 열을 가하여 효소를 불활성화하여 단계를 마치고 이 생성물을 다음의 핵산무한복제 반응에 사용한다. As for the DNA template for amplification, three S1, S2, and S3 strands are hybridized to each other to form a hairpin loop structure, and a specific shape of the template and a sequence schematic diagram thereof are shown in FIG. 9. As shown in Fig. 9, the DNA template used as a template has 3 nicks, and there are 5'phosphoric acid and 3'-OH ends to form and connect by T4 DNA ligase. . In addition, the T7 promoter sequence was located in the formed loop part, and the siRNA sequence was located in each of the three arm parts, so that the structure itself to be amplified and formed without separate siRNA loading was designed to function as a siRNA carrier. . The specific manufacturing process thereof is as follows. First, 2 μL 10x Buffer for T4 DNA Ligase with 10 mM ATP (500 mM Tris-HCl (pH 7.5), 100 mM) with 20 pmoles of three 68nt single-stranded template DNAs S1, S2, S3 with a phosphate group at the 5'end and 30 pmoles of primers. MgCl 2 , 100 mM DTT, and 10 mM ATP) and 13 μL DEPC-treated deionized water (DW) using a thermal cycler (Bio-Rad T100TM) at 95° C. (2 min) at a rate of -1.0° C./s. By reducing the temperature from to 10 ℃, the three template strands and the primer was hybridized. After hybridization, 1 μL of T4 DNA ligase (400 U/μL) was added and incubated at 25° C. for 1 hour in a thermal cycler to form a linear template DNA. Heat is applied at 65° C. for 10 minutes to inactivate the enzyme to complete the step, and this product is used in the next nucleic acid infinity replication reaction.

3.2 원형 DNA 주형가닥을 이용한 핵산 무한전사 3.2 Infinite transcription of nucleic acids using circular DNA template strands

3.1에서 제조된 10 μL 원형 DNA 주형가닥을 2 μL 10x RNAPol 반응 완충액 (400 mM Tris-HCl (pH 7.9), 60 mM MgCl2, 20 mM 스페르미딘(spermidine), 100 mM DTT), 3 μL 25 mM rNTPs, 3 μL DEPC-처리된 탈이온수 (DW) 및 2 μL T7 RNA 폴리머라아제 (50 U/μL)와 혼합한다. 이 혼합물을 thermal cycler 내에서 37℃에서 1시간동안 배양하면서 T7 RNA 폴리머라아제가 주형의 루프부위에 위치한 T7 프로모터서열 3' 말단에서부터 원형 DNA 주형가닥과 상보적인 RNA가닥을 증폭시키도록 하였다. 그 후 65℃ 10분동안 열을 가하여 반응을 종결시킨다. 2 μL 10x RNAPol reaction buffer (400 mM Tris-HCl (pH 7.9), 60 mM MgCl2, 20 mM spermidine, 100 mM DTT), 3 μL 25 mM Mix with rNTPs, 3 μL DEPC-treated deionized water (DW) and 2 μL T7 RNA polymerase (50 U/μL). The mixture was incubated at 37°C for 1 hour in a thermal cycler to amplify the RNA strand complementary to the circular DNA template strand from the 3'end of the T7 promoter sequence located at the loop portion of the template by T7 RNA polymerase. After that, heat was applied at 65° C. for 10 minutes to terminate the reaction.

3.3 위치 특이적 절단 및 자가조립을 이용한 RNA 나노 구조체의 제조3.3 Preparation of RNA nanostructures using site-specific cleavage and self-assembly

증폭된 RNA 증폭 생성물 (19 μL)을 3 μL 10X RNase H 반응 완충액(750mM KCl, 500 mM Tris-HCl (pH 8.3), 30 mM MgCl2, 그리고 100 mM DTT), 및 5.5 μL DEPC-처리된 탈이온수 (DW)와 혼합하였다. 이 혼합물에 초음파발생장치 (sonicator, BRANSON 5510)를 사용하여 음파처리(sonication)를 3분 동안 수행하고, 그 뒤 교반(GILSON , GVLab®) 및 스핀다운(spin down)(Cole-Parmer, Personal Microcentrifuge)하는 과정을 5번 반복하여 DNA 헬퍼가 잘 붙을 수 있도록 증폭된 RNA 가닥을 풀어주었다. RNA를 특이적으로 절단하여 원하는 서열을 얻기 위해서 무작위적 절단이 아닌 위치 인식 및 절단을 할 수 있는 RNase H를 이용하였으며, RNase H가 RNA/DNA 가닥을 인식하고 절단하는 성질을 가지므로, 이와 같은 가닥 형성을 위하여 DNA 헬퍼를 사용하였다. 사용한 DNA 헬퍼의 서열은 서열번호 10에 나타내었으며, TAATACGACTCACTATAG로 이루어져 있다. 50 pmole 18nt DNA 헬퍼를 첨가하고 thermal cycler 로 -1.5℃/s의 속도로 95℃ (2분)에서 10℃까지 온도를 감소시켜, 증폭된 RNA가닥과 DNA 헬퍼를 혼성화시켰다. 혼성화 과정이 끝나면 1 μL RNase H (5 U/μL)를 첨가하고 thermal cycler 내에서 37℃에서 6시간동안 배양하여 RNA/DNA 이중가닥을 중 RNA가닥을 절단시켰다. 절단된 RNA는 처음의 S1, S2, S3 단위로 나누어지며, 단일가닥 폴리뉴클레오티드 풀을 형성한다. 그 후 65℃ 20분간 열을 가하여 효소를 불활성화 시키고, 이 생성물을 - 1.5 ℃/min이 속도로 95℃에서 10℃로 온도를 감소시킴으로써 잘려진 RNA 가닥간의 자가조립이 이루어지도록 하였다. The amplified RNA amplification product (19 μL) was added to 3 μL 10X RNase H reaction buffer (750 mM KCl, 500 mM Tris-HCl (pH 8.3), 30 mM MgCl2, and 100 mM DTT), and 5.5 μL DEPC-treated deionized water. (DW) and mixed. The mixture was subjected to sonication for 3 minutes using an ultrasonic generator (BRANSON 5510), followed by stirring (GILSON , GVLab®) and spin down (Cole-Parmer, Personal Microcentrifuge). ) Was repeated 5 times to release the amplified RNA strand so that the DNA helper could adhere well. In order to obtain the desired sequence by specifically cutting RNA, RNase H, which can recognize and cut positions rather than random cuts, was used.Since RNase H has the property of recognizing and cutting RNA/DNA strands, such A DNA helper was used for strand formation. The sequence of the used DNA helper is shown in SEQ ID NO: 10, and consists of TAATACGACTCACTATAG. 50 pmole 18nt DNA helper was added and the temperature was decreased from 95°C (2 minutes) to 10°C at a rate of -1.5°C/s with a thermal cycler to hybridize the amplified RNA strand and the DNA helper. At the end of the hybridization process, 1 μL RNase H (5 U/μL) was added and incubated at 37° C. for 6 hours in a thermal cycler to cut the RNA strands of the RNA/DNA double strands. The truncated RNA is divided into the initial S1, S2, and S3 units, forming a single-stranded polynucleotide pool. Thereafter, heat was applied at 65°C for 20 minutes to inactivate the enzyme, and the temperature of this product was reduced from 95°C to 10°C at a rate of -1.5°C/min, so that self-assembly between the cut RNA strands was achieved.

상기와 같은 Y-형태 RNA 나노구조체 형성의 과정을 도 10에 간략하게 도식화 하였으며, 사용된 실험 단계 별 각 변수 및 조건에 대하여 하기 표 5에 정리하여 나타내었다. The process of forming the Y-type RNA nanostructure as described above is schematically illustrated in FIG. 10, and each variable and condition for each experimental step used is summarized in Table 5 below.

[표 5][Table 5]

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3.3 제조된 Y 형태 RNA 나노구조체의 정제 및 확인 3.3 Purification and identification of the prepared Y-type RNA nanostructure

제조된 Y 형태 RNA 나노구조체의 정제하고 확인하였다. 상온에서 1 X Tris-borate-EDTA (TBE) 완충액 5 % PAGE를 통해 확인하였으며, 겔은 GelRed™ (Biotium)로 염색하였고 Gel Doc™ EZ (Bio-Rad)로 겔 이미지를 얻었다. 이 외 구체적인 조건 및 방법은 상기 실시예 1.4에서 사용한 방법과 동일하게 수행하였다. The prepared Y-type RNA nanostructure was purified and confirmed. It was confirmed through 5% PAGE in 1 X Tris-borate-EDTA (TBE) buffer at room temperature, and the gel was stained with GelRed™ (Biotium) and a gel image was obtained with Gel Doc™ EZ (Bio-Rad). Other specific conditions and methods were performed in the same manner as the method used in Example 1.4.

결과를 도 11에 나타내었다. The results are shown in FIG. 11.

도 11에 나타낸 바와 같이, 레인 3에서는 S1+S2+S3가 연결된 Y-형태 DNA 주형이 형성되는 것이 확인되었으며, 레인 8에서는 RNase H 처리 후 잘려지고 자가조립된 Y-형태 RNA 구조체 산물들이 확인되었다. 즉, 증폭방법 과정에 따라 주형의 생성 및 최종 산물의 생성이 모두 의도한바와 같이 이루어졌음이 확인되었다. As shown in FIG. 11, it was confirmed that a Y-type DNA template was formed in which S1+S2+S3 was linked in lane 3, and in lane 8, Y-type RNA structure products cut off after RNase H treatment and self-assembled were confirmed. . In other words, it was confirmed that both the creation of the template and the final product were performed as intended according to the process of the amplification method.

3.4 Y 형태 RNA 나노구조체 증폭 지수 확인3.4 Confirmation of Y-type RNA nanostructure amplification index

생성물로부터 증폭된 가닥을 이소프로판올(isopropanol) 침전에 의해 얻었다. 구체적으로 PCR 튜브에 있는 RCT 생성물 (40 μL)을 1.7ml ep 튜브에 옮겨 담고 40 μL 5M 아세트산 암모늄(ammonium acetate)과 500 μL 이소프로판올(99.8%) 용액을 넣고 냉동고(-5 ℃)에서 20분간 방치하였다. 그 후 원심분리기(Eppendorf, 5415 R)를 사용하여 4 ℃에서 13000rpm으로 10분간 원심분리하면 바닥에 가라앉은 침전(pallet)이 보인다. 이 침전을 제외한 상층액을 제거하고 500 μL 70% 에탄올을 넣어준 다음 섞어주지 않고 바로 4 ℃에서 13000 rpm으로 10분간 원심분리하였다. 침전을 제외한 상층액을 제거하고 speed vacuum pump(Scanvac)를 사용하여 1500rpm으로 원심분리를 하면서 15분간 침전을 완전히 건조시켰다. 이 후 얻어진 침전을 30 μL DEPC-처리된 DW에 녹였다. 이 용액의 1 μL을 10배로 희석시킨 후 1 mm path length에서 OD260을 Nanodrop(IMPLEN)측정한 결과 2.193으로 나타났다. 증폭된 RNA의 흡광 계수(extinction coefficient) 값은 2,653,200 L/mole·cm 로, Beer-Lamber 법에 근거하여 증폭된 산물의 농도는 다음과 같이 계산되었다. OD260 (2.193)/Ext.Coefficient (2,653,200 L/mole·cm) x path length (0.1 cm) = 8.26 μM. 최종적으로 증폭된 산물의 양은 2,480 pmol (8.26 μM x 10 x 30 μL) 이었다. 이러한 결과는 1 pmole DNA 주형으로부터 2480배의 상보적인 RNA 가닥이 증폭되었음을 의미한다. 따라서 증폭지수는 2,480 이었다. The amplified strand from the product was obtained by isopropanol precipitation. Specifically, the RCT product (40 μL) in the PCR tube was transferred to a 1.7 ml ep tube, 40 μL 5M ammonium acetate and 500 μL isopropanol (99.8%) solution were added, and left in a freezer (-5° C.) for 20 minutes. I did. After that, centrifugation at 13000 rpm at 4° C. for 10 minutes using a centrifuge (Eppendorf, 5415 R) shows a settled pallet on the bottom. The supernatant was removed except for this precipitation, 500 μL 70% ethanol was added, and then immediately centrifuged at 4° C. at 13000 rpm for 10 minutes without mixing. The supernatant was removed except for the precipitation, and the precipitate was completely dried for 15 minutes while centrifuging at 1500 rpm using a speed vacuum pump (Scanvac). The precipitate obtained after this was dissolved in 30 μL DEPC-treated DW. After diluting 1 μL of this solution 10 times, OD260 was measured with Nanodrop (IMPLEN) at 1 mm path length, and it was found to be 2.193. The extinction coefficient of the amplified RNA was 2,653,200 L/mole·cm, and the concentration of the amplified product was calculated as follows based on the Beer-Lamber method. OD260 (2.193)/Ext.Coefficient (2,653,200 L/mole cm) x path length (0.1 cm) = 8.26 μM. The amount of the finally amplified product was 2,480 pmol (8.26 μM x 10 x 30 μL). These results indicate that 2480-fold complementary RNA strands were amplified from the 1 pmole DNA template. Therefore, the amplification index was 2,480.

이와 같은 결과에 따라, 본 발명의 방법을 이용하여 DNA 주형으로부터 siRNA를 포함하는 Y-형태 RNA 나노구조체가 매우 효과적으로 전사되고 증폭될 수 있음을 알 수 있었다. According to these results, it was found that using the method of the present invention, Y-type RNA nanostructures including siRNA can be very effectively transcribed and amplified from a DNA template.

실시예 4. RNA 나노구조체 대량 생산방법 2Example 4. RNA nanostructure mass production method 2

상기 실시예 3의 Y-RNA 나노구조체 증폭 방법을 일부 변형하여 증폭된 Y-RNA 나노구조체를 제조하였다. The Y-RNA nanostructure amplification method of Example 3 was partially modified to prepare an amplified Y-RNA nanostructure.

DNA 주형으로 총 3개로 나누어진 DNA 가닥, 즉 S1, S2, S3 (서열번호 6 내지 8) 을 주형으로 사용하는 것은 동일하게 하였으나, 이와 같은 3개의 서열들을 상보적 결합을 통해 Y자 형태의 주형을 형성하도록 하는 것이 아니라 각 서열이 원형의 주형을 생성하게 하여 개별적인 S1, S2, S3 서열의 증폭을 수행하고 이를 혼성화 하는 방법을 이용하였다. 보다 구체적으로 다음과 같다. Using the DNA strands divided into three segments as a DNA template, that is, S1, S2, S3 (SEQ ID NOs: 6 to 8) as a template, was the same, but a Y-shaped template through complementary bonding of these three sequences Rather than forming a prototype, each sequence was used to amplify individual S1, S2, and S3 sequences and hybridize them. More specifically as follows.

4.1 원형 DNA 주형의 제조4.1 Preparation of prototype DNA template

원형 DNA 주형은 다음 두가지 방법 중 어느 것으로든 수행할 수 있다. Prototype DNA templates can be performed in either of the following two ways.

첫 번째 방법으로 T4 DNA 리가아제를 사용하는 방법을 이용하였다. 5' 끝에 인산기가 있는 68nt 단일가닥 주형 DNA S1,S2,S3 20pmole과 프라이머 20 pmole을 10 mM ATP을 갖는 2 μL 10x T4 DNA 리가아제용 완충액 (500 mM Tris-HCl (pH 7.5), 100 mM MgCl2, 100 mM DTT, 및 10 mM ATP) 및 14 μL DEPC-처리된 탈이온수 (DW)상에서 thermal cycler (Bio- Rad T100TM)을 이용하여 -1.5℃/s의 속도로 95℃ (2분)에서 10℃까지 온도를 감소시켜, 주형가닥 3개와 프라이머를 각각 PCR 튜브에서 혼성화시켰다. 혼성화 후 1μL의 T4 DNA 리아가아제 (400 U/μL)를 첨가하여 thermal cycler 내에서 25℃에서 1시간 동안 배양하여 선형의 주형 DNA를 원형으로 만들어주었다. 65℃에서 10분간 열을 가하여 효소를 불활성화하였다. As the first method, a method using T4 DNA ligase was used. 68nt single-stranded template DNA S1,S2,S3 with a phosphate group at the 5'end and 20 pmoles of primers were added to 2 μL 10x T4 DNA ligase buffer with 10 mM ATP (500 mM Tris-HCl (pH 7.5), 100 mM MgCl2 , 100 mM DTT, and 10 mM ATP) and 14 μL DEPC-treated deionized water (DW) at 95° C. (2 min) at a rate of -1.5° C./s using a thermal cycler (Bio-Rad T100TM). By reducing the temperature to °C, the three template strands and the primers were hybridized in each PCR tube. After hybridization, 1 μL of T4 DNA ligase (400 U/μL) was added and incubated at 25° C. for 1 hour in a thermal cycler to form a linear template DNA. Heat was applied at 65° C. for 10 minutes to inactivate the enzyme.

두 번째 방법으로 Circligase™ ssDNA 리가아제를 사용하였다. 5' 끝에 인산기가 있는 68nt 단일가닥 주형 DNA S1,S2,S3 20pmole을 각각 PCR 튜브에서 2 μL CircLigase™ 10X 반응완충액 (0.5M MOPS (pH 7.5), 0.1M KCl, 50 mM MgCl2, 및 10 mM DTT), 1 μL 1mM ATP, 1 μL 50mM MnCl2 그리고 14 μL DEPC-처리된 탈이온수 (DW)상에서 혼합 후 1μL의 CircLigase™ ssDNA 리가아제 (100 U/μL)를 첨가하여 thermal cycler 내에서 60℃에서 1시간 동안 배양(incubation)하여 단일가닥 DNA 주형을 원형으로 만든다. 80℃에서 10분간 열을 가하여 효소를 불활성화한다. As a second method, Circligase™ ssDNA ligase was used. 2 μL CircLigase™ 10X reaction buffer (0.5M MOPS (pH 7.5), 0.1M KCl, 50 mM MgCl 2 , and 10 mM) in a PCR tube with 20 pmoles of 68nt single-stranded template DNA S1, S2, S3 with a phosphate group at the 5'end, respectively. DTT), 1 μL 1mM ATP, 1 μL 50mM MnCl 2 and 14 μL DEPC-treated deionized water (DW) after mixing, 1 μL of CircLigase™ ssDNA ligase (100 U/μL) was added to 60°C in a thermal cycler. Incubate for 1 hour to make a single-stranded DNA template into a prototype. Heat is applied at 80° C. for 10 minutes to inactivate the enzyme.

미반응 선형 DNA 가닥을 제거하고 원형 DNA 주형만을 이후 반응에 사용하기 위하여, 생성된 원형 주형 10 μL를 2 μL 10x 엑소뉴클레아제 I 반응 완충액 (670 mM Glycine-KOH (pH 9.5), 67mM MgCl2, 100mM 2-머캅토에탄올), 7 μL DEPC-처리된 탈이온수 (DW) 그리고 1μL 엑소뉴클레아제 I (E.coli) (20 U/μL)과 함께 혼합하였다. 이 혼합물을 thermal cycler 내에서 37℃에서 1시간동안 배양하면서 원형으로 되지 못한 선형의 DNA가닥을 분해시켰다. 그 후 80 ℃에서 20분간 열을 가하여 반응을 종결하여 선형의 DNA는 제거하고 원형의 DNA 주형만을 남겼다. In order to remove the unreacted linear DNA strand and use only the circular DNA template for subsequent reactions, 10 μL of the generated circular template was added to 2 μL 10x exonuclease I reaction buffer (670 mM Glycine-KOH (pH 9.5), 67 mM MgCl 2 ). , 100 mM 2-mercaptoethanol), 7 μL DEPC-treated deionized water (DW) and 1 μL exonuclease I (E.coli) (20 U/μL) were mixed. The mixture was incubated at 37°C for 1 hour in a thermal cycler to decompose linear DNA strands that were not circular. Thereafter, the reaction was terminated by heating at 80° C. for 20 minutes to remove the linear DNA, leaving only the circular DNA template.

4.2 원형 DNA 주형가닥의 핵산 무한 전사4.2 Infinite transcription of nucleic acids on circular DNA template strands

T4 DNA 리가아제를 사용한 방법에 의하여 생성된 10 μL 원형 DNA 주형가닥을 2 μL 10x RNAPol 반응 완충액(400 mM Tris-HCl (pH 7.9), 60 mM MgCl2, 20 mM 스페르미딘(spermidine), 및 100 mM DTT), 2 μL 25 mM rNTPs, 3 μL DEPC-처리된 탈이온수(DW) 그리고 3 μL T7 RNA 폴리머라아제 (50 U/μL)와 혼합하였다. 10 μL circular DNA template strands generated by the method using T4 DNA ligase were mixed with 2 μL 10x RNAPol reaction buffer (400 mM Tris-HCl (pH 7.9), 60 mM MgCl2, 20 mM spermidine, and 100). mM DTT), 2 μL 25 mM rNTPs, 3 μL DEPC-treated deionized water (DW) and 3 μL T7 RNA polymerase (50 U/μL).

Circligase™ ssDNA 리가아제를 사용한 방법에 의하여 생성된 10 μL 원형 DNA 주형가닥 (5 pmole)에 5 pmole 프라이머(서열번호 10)를 첨가하여 혼성화 시킨 후 2 μL 10x RNAPol 반응 완충액(400 mM Tris-HCl (pH 7.9), 60 mM MgCl2, 20 mM 스페르미딘, 및 100 mM DTT), 2 μL 25 mM rNTPs, 2.5 μL DEPC-처리된 탈이온수 (DW) 그리고 3 μL T7 RNA 폴리머라아제(50 U/μL)와 혼합한다. 이와 같은 원형의 DNA 주형과 T7 RNA 폴리머라아제의 혼합물을 각각 thermal cycler 내에서 37℃에서 3시간동안 배양하면서 T7 RNA 폴리머라아제가 프라이머의 3' 말단에서부터 원형 DNA 주형가닥과 상보적인 RNA가닥을 증폭시킨다. 이와 같은 과정은 RCT(Rolling circle transcription) 방법에 의하여 수행하였다. 그 후 65℃ 10분 동안 열을 가하여 반응을 종결시킨다. After hybridization by adding 5 pmole primer (SEQ ID NO: 10) to 10 μL circular DNA template strand (5 pmole) generated by the method using Circligase™ ssDNA ligase, 2 μL 10x RNAPol reaction buffer (400 mM Tris-HCl ( pH 7.9), 60 mM MgCl2, 20 mM spermidine, and 100 mM DTT), 2 μL 25 mM rNTPs, 2.5 μL DEPC-treated deionized water (DW) and 3 μL T7 RNA polymerase (50 U/μL ) And mix. A mixture of such a circular DNA template and T7 RNA polymerase was incubated for 3 hours at 37°C in each thermal cycler, while the T7 RNA polymerase formed an RNA strand complementary to the circular DNA template strand from the 3'end of the primer. Amplify. This process was performed by the RCT (Rolling circle transcription) method. Then, heat was applied at 65° C. for 10 minutes to terminate the reaction.

4.3 위치 특이적 절단 및 자가조립을 이용한 RNA 나노 구조체의 제조4.3 Preparation of RNA nanostructures using site-specific cleavage and self-assembly

RCA 생성물 (19 μL)을 3 μL 10X RNase H 반응 완충액 (750mM KCl, 500 mM Tris-HCl (pH 8.3), 30 mM MgCl2, 그리고 100 mM DTT), 그리고 4 μL DEPC-처리된 탈이온수 (DW)와 혼합한다. 이 혼합물에 초음파발생장치 (sonicator, BRANSON 5510)를 사용하여 음파처리(sonication)를 3분 동안 수행하고 끝나면 vortex(GILSON®, GVLab®) 및 spin down(Cole-Parmer, Personal Microcentrifuge)하는 과정을 5번 반복하여 DNA 헬퍼가 잘 붙을 수 있도록 증폭된 RNA 가닥을 풀어주었다. 그 후 300 pmole 18nt DNA 헬퍼를 첨가하고 thermal cycler 로 -1.5℃/s의 속도로 95℃ (2분)에서 10℃까지 온도를 감소시켜, 증폭된 RNA가닥과 DNA 헬퍼를 혼성화시켰다. 그 후 RNase H (5 U/μL)를 첨가하여 thermal cycler 내에서 37℃에서 10시간동안 배양하면서 RNA/DNA 이중가닥 중 RNA가닥을 자른다. 이와 같은 절단에 의하여 증폭된 RNA 가닥들은 처음 주형의 단위인 S1, S2, S3로 절단되며, 단일가닥 폴리뉴클레오티드 집단을 형성하였다. 이 후 65℃ 20분간 열을 가하여 효소를 불활성화 시킨다. 잘려진 가닥 생성물을 부피비율 1 : 1 : 1 로 0.5 μL씩과 8.5 μL 1x 인산완충액(PBS)상에서 - 1.5 ℃/min이 속도로 95℃에서 10℃로 온도를 감소시키면서 혼성화하여 RNA 가닥간의 자가 조립이 이루어지도록 하였다.RCA product (19 μL) was added to 3 μL 10X RNase H reaction buffer (750 mM KCl, 500 mM Tris-HCl (pH 8.3), 30 mM MgCl 2 , and 100 mM DTT), and 4 μL DEPC-treated deionized water (DW). ) And mix. The mixture is subjected to sonication for 3 minutes using an ultrasonic generator (BRANSON 5510), and when it is finished, the process of vortex (GILSON®, GVLab®) and spin down (Cole-Parmer, Personal Microcentrifuge) is 5 Repeatedly, the amplified RNA strand was released so that the DNA helper could adhere well. Then, 300 pmole 18nt DNA helper was added and the temperature was decreased from 95°C (2 minutes) to 10°C at a rate of -1.5°C/s with a thermal cycler to hybridize the amplified RNA strand and the DNA helper. After that, RNase H (5 U/μL) was added and incubated for 10 hours at 37°C in a thermal cycler, and the RNA strand was cut out of the RNA/DNA double strands. RNA strands amplified by such cleavage were first cleaved into units of the template, S1, S2, S3, and a single-stranded polynucleotide group was formed. After that, heat is applied at 65℃ for 20 minutes to inactivate the enzyme. The cut strand product is hybridized at a volume ratio of 1: 1: 1 in 0.5 μL each and 8.5 μL 1x phosphate buffer (PBS)-1.5 °C/min at a rate of 95 °C to 10 °C while reducing the temperature to self-assemble between RNA strands. Let this happen.

상기와 같은 Y형태 RNA 나노구조체 증폭 방법을 도 12a(circligase) 및 도12b(T4 DNA 리가아제)에 간략하게 도식화하였으며, 각 단계별로 사용된 실험 변수 및 조건들을 하기 표 6에 정리하여 나타내었다. The Y-type RNA nanostructure amplification method as described above was schematically schematically illustrated in FIGS. 12a (circligase) and 12b (T4 DNA ligase), and experimental variables and conditions used in each step are summarized in Table 6 below.

[표 6][Table 6]

Figure 112018022670538-pat00007
Figure 112018022670538-pat00007

4.4 Y RNA 나노 구조체의 정제 및 확인 4.4 Purification and confirmation of Y RNA nanostructure

본 발명의 방법에 따라 Y RNA 나노구조체가 형성되는지 확인하기 위하여 10% PAGE 분석을 수행하였다. 이는 상온에서 1 X Tris-borate-EDTA (TBE) buffers 10 % PAGE를 통해 확인되었으며, 겔은 GelRed™ (Biotium)로 염색하였고 Gel Doc™ EZ (Bio-Rad)로 이미지를 얻었다. 이 외 구체적인 조건 및 방법은 상기 실시예 1.4에서 사용한 방법과 동일하게 수행하였다. 10% PAGE analysis was performed to confirm whether the Y RNA nanostructure was formed according to the method of the present invention. This was confirmed by 1 X Tris-borate-EDTA (TBE) buffers 10% PAGE at room temperature, and the gel was stained with GelRed™ (Biotium) and images were obtained with Gel Doc™ EZ (Bio-Rad). Other specific conditions and methods were performed in the same manner as the method used in Example 1.4.

결과를 도 13에 나타내었다. The results are shown in FIG. 13.

도 13에서는 T4 리가아제를 이용하여 주형을 생산한 방법(A)과 circligase 이용하여 주형을 생산하는 방법(B)에 따른 반응 과정을 각각 나누어 나타내었다. 도 14의 A에서 확인할 수 있는 바와 같이 원형화(circularization)에 의하여 원형의 DNA 주형이 형성되는 것이 해당 레인에서 확인되며, S1, S2, S3 DNA 주형에 상응하는 RNA 가닥이 증폭되어 형성되는 것이 확인된다. 또한 절단된 각 RNA 가닥이 혼성화를 통해 절단된 S1, S2, S3의 혼성화 형태인 cS1+cS2+cS3의 밴드를 형성하는 것이 확인되었다. 마찬가지로 도 14의 B에서 확인할 수 있는 바와 같이 circligase를 이용한 방법에서도 최종적으로 cS1+cS2+cS3의 밴드가 형성되는 것이 확인되었다. In FIG. 13, the reaction process according to the method (A) for producing the template using T4 ligase and the method (B) for producing the template using circligase are divided and shown. As can be seen in Fig. 14A, it is confirmed in the corresponding lane that a circular DNA template is formed by circularization, and RNA strands corresponding to the S1, S2, S3 DNA templates are amplified and formed. do. In addition, it was confirmed that each of the cut RNA strands formed a band of cS1+cS2+cS3, which is a hybridization form of S1, S2, and S3 cut through hybridization. Likewise, as can be seen in B of FIG. 14, it was confirmed that a band of cS1+cS2+cS3 was finally formed in the method using circligase.

실시예Example 5. RNA 나노구조체 대량 생산방법 3 - 2′-O-methyl DNA 5. Mass production method of RNA nanostructure 3-2′-O-methyl DNA 헬퍼를Helpers 이용한 RNA 나노 구조체 대량 생산 방법 RNA nanostructure mass production method using

Y 형태 RNA 나노구조체를 대량으로 생산하였다. T7 RNA 폴리머라제를 이용한다는 점은 실시예 3 및 4와 동일하나, 2-O-methyl DNA 헬퍼를 이용하였다는 차이점이 있다.Y-type RNA nanostructures were produced in large quantities. It uses a T7 RNA polymerase that is the same as Examples 3 and 4 One, was used for 2 '-O-methyl DNA helper is a difference.

5.1 원형 DNA 주형 가닥의 준비5.1 Preparation of circular DNA template strands

RNA를 대량 생산하기 위하여 주형으로 198nt의 단일가닥 DNA를 사용하였다. 구체적인 DNA 서열, 프라이머 및 9nt 헬퍼는 다음의 표 7 같다. To mass-produce RNA, 198 nt single-stranded DNA was used as a template. Specific DNA sequences, primers, and 9nt helpers are shown in Table 7 below.

[표 7][Table 7]

Figure 112018022670538-pat00008
Figure 112018022670538-pat00008

(R: 센스-RFP, R’-안티센스-RFP, L: 센스-Luc, L’: 안티센스-Luc, G: 센스-GFP, G’-안티센스-GFP, Pho: 인산기)(R: sense-RFP, R'-antisense-RFP, L: sense-Luc, L': antisense-Luc, G: sense-GFP, G'-antisense-GFP, Pho: phosphate group)

5’ 끝에 인산기가 있는 상기 198 nt 단일가닥 DNA와 프라이머는 Integrated DNA Technologies, IDT에서 구입하였고, 상기 9nt 헬퍼는 Bioneer Corporation에서 구입하였다. The 198 nt single-stranded DNA and primer with a phosphate group at the 5'end were purchased from Integrated DNA Technologies, IDT, and the 9nt helper was purchased from Bioneer Corporation.

프라이머가 결합하는 위치를 밑줄로 표시하고, 9nt DNA 헬퍼(helper)가 인식하여 결합하는 증폭된 RNA 가닥 서열과 상보적인 서열을 음영으로 표시하였다. 9nt DNA 헬퍼에서 굵은 글씨로 표시한 부분이 2’-O-메틸화된 부분에 해당한다. 사용한 주형은 안티센스-RFP(R'), 센스-GFP(G), 안티센스-GFP(G'), 센스-Luc(L), 안티센스-Lu(L'), 및 센스-RFP(R)를 지표서열로 포함하고 있다. 이와 같은 지표서열의 서열은 상기 표 3에 표시된 것과 동일하다. The position to which the primer binds is indicated by an underline, and a sequence complementary to the amplified RNA strand sequence to which the 9nt DNA helper recognizes and binds is indicated by a shade. The part marked in bold in the 9nt DNA helper corresponds to the 2'-O-methylated part. The template used was an indicator of antisense-RFP (R'), sense-GFP (G), antisense-GFP (G'), sense-Luc (L), antisense-Lu (L'), and sense-RFP (R). Included in sequence. The sequence of such an indicator sequence is the same as that shown in Table 3 above.

이하 실험에 사용한 T4 DNA 리가아제, T7 RNA 폴리머라제, 피로포스파타제(Pyrophosphatase), 및 RNase H는 모두 New England Biolabs(NEB)에서 구입하여 사용하였다. T4 DNA ligase, T7 RNA polymerase, Pyrophosphatase, and RNase H used in the following experiments were all purchased and used from New England Biolabs (NEB).

상기 198 nt 단일가닥 주형 80 pmole과 상기 프라이머 240 pmole을 T4 DNA 리가아제에 대한 2 μL 10x 완충액과 10 mM ATP (500 mM Tris-HCl (pH 7.5), 100 mM MgCl2, 100 mM DTT, 및 10 mM ATP) 상에서 thermal cycler (Bio-Rad T100TM)을 이용하여 -1.0℃/s의 속도로 95℃ (2분)에서 10℃까지 온도를 감소시켜, 단일가닥 주형과 프라이머를 혼성화시켰다. 혼성화 후 2 μL의 T4 DNA 리가아제(50 U/μL)를 첨가하여 thermal cycler 내에서 25℃에서 1시간 동안 배양(incubation) 하여 선형의 주형 DNA를 원형으로 만들었다. 65℃에서 10분간 열을 가하여 효소를 불활성화시켜 반응을 종결시켰다. 80 pmoles of the 198 nt single-stranded template and 240 pmoles of the primer were mixed with 2 μL 10x buffer for T4 DNA ligase and 10 mM ATP (500 mM Tris-HCl (pH 7.5), 100 mM MgCl 2 , 100 mM DTT, and 10 mM ATP) using a thermal cycler (Bio-Rad T100TM) at a rate of -1.0°C/s from 95°C (2 minutes) to 10°C to hybridize the single-stranded template with the primer. After hybridization, 2 μL of T4 DNA ligase (50 U/μL) was added and incubated at 25° C. for 1 hour in a thermal cycler to form a linear template DNA. Heat was applied at 65° C. for 10 minutes to inactivate the enzyme to terminate the reaction.

5.2 원형 DNA 5.2 Circular DNA 주형가닥의Mold-stranded 핵산 무한 전사 과정 Nucleic acid infinite transcription process

2 μL 원형 DNA 주형가닥을 2 μL 10x RNAPol 반응 완충액 (400 mM Tris-HCl (pH 7.9), 60 mM MgCl2, 20 mM 스페르미딘, 그리고 100 mM DTT), 0.8 μ25 mM rNTPs, 10.4 μL DEPC-처리된 탈이온수(DW), 0.8 μL 피로포스파타제 (0.1 U/μL) 그리고 4 μL T7 RNA 폴리머라제(50 U/μL) 와 혼합하였다. 이 혼합물을 thermal cycler 내에서 37℃에서 18시간 동안 배양하면서 T7 RNA 폴리머라제가 프라이머의 3’ 말단에서부터 원형 DNA 주형가닥과 상보적인 RNA가닥을 증폭시켰다. 그 후 65℃ 10분동안 열을 가하여 효소를 불활성화시킴으로써 반응을 종결시켰다. 2 μL circular DNA template strands were placed in 2 μL 10x RNAPol reaction buffer (400 mM Tris-HCl (pH 7.9), 60 mM MgCl 2 , 20 mM spermidine, and 100 mM DTT), 0.8 μ25 mM rNTPs, 10.4 μL DEPC- It was mixed with treated deionized water (DW), 0.8 μL pyrophosphatase (0.1 U/μL) and 4 μL T7 RNA polymerase (50 U/μL). The mixture was incubated at 37°C for 18 hours in a thermal cycler, while T7 RNA polymerase amplified the RNA strand complementary to the circular DNA template strand from the 3'end of the primer. Then, the reaction was terminated by inactivating the enzyme by heating at 65° C. for 10 minutes.

5.3 5.3 DNaseIDNaseI 처리에 의한 DNA DNA by treatment 주형가닥Mold strand 제거 remove

DNA 주형가닥을 제거하지 않으면 RNaseH 처리단계에서 DNA 주형가닥이 헬퍼로 작용하여 증폭된 RNA가 파괴될 수 있으므로, 하기 과정을 통하여 DNA 주형가닥을 제거하였다. If the DNA template strand was not removed, the amplified RNA could be destroyed by the DNA template strand acting as a helper in the RNaseH treatment step, so the DNA template strand was removed through the following process.

RCA 생성물 (20 μL)을 4 μ10X DNaseI 완충액(100 mM Tris-Hcl, 25 mM MgCl2 및 5 mM CaCl2), 15 μL DEPC-처리된 탈이온수(DW) 그리고 1 μDNaseI (2 U/μL)와 혼합하였다. 이 혼합물을 이 혼합물을 thermal cycler 내에서 37℃에서 1시간 동안 배양하면서 DNase I이 DNA 주형가닥을 분해하도록 하였다. 그 후 65℃ 10분동안 열을 가하여 효소를 불활성화시킴으로써 반응을 종결시켰다.RCA product (20 μL) was mixed with 4 μ10X DNaseI buffer (100 mM Tris-Hcl, 25 mM MgCl 2 and 5 mM CaCl 2 ), 15 μL DEPC-treated deionized water (DW) and 1 μDNaseI (2 U/μL). Mixed. The mixture was incubated for 1 hour at 37°C in a thermal cycler to allow DNase I to degrade the DNA template strands. Then, the reaction was terminated by inactivating the enzyme by heating at 65° C. for 10 minutes.

5.4 5.4 9nt9nt 2’-O- 2’-O- 메틸methyl 헬퍼helper 혼성화Hybridization And RNaseRNase H에 의한 절단 후 자가조립 Self-assembly after cutting by H

DNaseI 생성물 (40 μL)을 8 μ10X RNase H 반응 완충액 (750mM KCl, 500 mM Tris-HCl (pH 8.3), 30 mM MgCl2, 및 100 mM DTT), 0.2 μL 9nt 2’-O-메틸 DNA 헬퍼 (10 μL 그리고 25.8 μL DEPC-처리된 탈이온수(DW)와 혼합하였다. 이 혼합물에 6 μL RNase H (5 U/μL)를 첨가하고 thermal cycler 내에서 37℃에서 18시간동안 배양하여 RNA/DNA 이중가닥 중 RNA가닥이 절단되도록 하였다. 그 후 65℃ 20분간 열을 가하여 효소를 불활성화 시키고, 이 생성물을 - 1.5 ℃/min이 속도로 95℃에서 10℃로 온도를 감소시킴으로써 잘려진 RNA 가닥간의 자가조립이 이루어지도록 하였다.DNaseI product (40 μL) in 8 μ10X RNase H reaction buffer (750 mM KCl, 500 mM Tris-HCl (pH 8.3), 30 mM MgCl 2 , and 100 mM DTT), 0.2 μL 9nt 2'-O-methyl DNA helper ( 10 μL and 25.8 μL DEPC-treated deionized water (DW) were mixed, to this mixture 6 μL RNase H (5 U/μL) was added and incubated for 18 hours at 37°C in a thermal cycler to double RNA/DNA. The RNA strands were cut out of the strands After that, heat was applied at 65℃ for 20 minutes to inactivate the enzyme, and this product was reduced from 95℃ to 10℃ at a rate of -1.5℃/min. Assembling was done.

상기와 같은 Y형태 RNA 나노구조체 증폭 방법을 도 14에 도식화하였으며, 각 단계별로 사용된 실험 변수 및 조건들을 하기 표 8에 정리하여 나타내었다. The Y-type RNA nanostructure amplification method as described above is schematically illustrated in FIG. 14, and experimental variables and conditions used in each step are summarized in Table 8 below.

[표 8][Table 8]

Figure 112018022670538-pat00009
Figure 112018022670538-pat00009

도 14에 나타낸 바와 같이, 상기 방법은 실시예 3의 방법(도 10 참조)과 동일하나 사용한 DNA 헬퍼가 상이하다. 상기 방법에서 사용한 2’-O-메틸 DNA 헬퍼는 2’-O-메틸기로 치환된 부분이 RNaseH에 의해 잘리지 않기 때문에 RNA 가닥과 더욱 안정적으로 혼성화될 수 있다. 상기 방법에서는 9nt DNA 헬퍼(5’- TAA TAC GAC -3, 굵은 글씨가 메틸화된 부분)를 사용하였으며, 그 외 12nt 또는 18nt 길이의 DNA 헬퍼도 사용할 수 있다. As shown in Fig. 14, the method is the same as the method of Example 3 (see Fig. 10), but the DNA helper used is different. The 2'-O-methyl DNA helper used in the above method can hybridize more stably with the RNA strand because the portion substituted with the 2'-O-methyl group is not cut by RNaseH. In the above method, a 9 nt DNA helper (5′- TAA TAC GAC -3, a methylated portion in bold) was used, and a 12 nt or 18 nt long DNA helper may also be used.

5.5 Y 형태 RNA 나노 구조체의 정제 및 확인 5.5 Purification and identification of Y-type RNA nanostructures

본 발명의 방법에 따라 Y 형태 RNA 나노구조체가 형성되는지 확인하기 위하여 10% PAGE 분석을 수행하였다. 이는 상온에서 1 X Tris-borate-EDTA (TBE) buffers 10 % PAGE를 통해 확인되었으며, 겔은 GelRed™ (Biotium)로 염색하였고 Gel Doc™ EZ (Bio-Rad)로 이미지를 얻었다. 이 외 구체적인 조건 및 방법은 상기 실시예 1.4에서 사용한 방법과 동일하게 수행하였다. 10% PAGE analysis was performed to confirm whether the Y-type RNA nanostructure was formed according to the method of the present invention. This was confirmed by 1 X Tris-borate-EDTA (TBE) buffers 10% PAGE at room temperature, and the gel was stained with GelRed™ (Biotium) and images were obtained with Gel Doc™ EZ (Bio-Rad). Other specific conditions and methods were performed in the same manner as the method used in Example 1.4.

결과를 도 15에 나타내었다. The results are shown in FIG. 15.

도 15에서 좌측의 L은 Ladder, 레인 1은 프라이머를 나타낸다. 레인 2는 DNA 주형을 나타내며, 레인 3은 DNA 주형과 프라이머가 혼성화된 것을 나타내고, 레인 4는 원형화된 DNA 주형과 프라이머가 혼성화된 것을 나타낸다. 즉, 연결(ligation)이 되어 원형화되면 밴드의 위치가 조금 더 위쪽으로 이동하게 된다. 레인 5는 RCA 산물을 나타내는데, 증폭된 RCA 산물이 겔 상에서 고르게 이동하지 못하고 웰에 걸려 이와 같은 양상을 나타낸다. 레인 6은 RCA 산물이 절단되고 자가조립된 후를 나타낸 것으로서, 밴드가 다양하게 나타나나 그 중에서 본 발명의 방법에 의해 생산되는 핵산 나노구조체의 밴드는 대략 레인 2에서 DNA 주형과 유사한 위치에서 밴드이다.In FIG. 15, L on the left side represents a ladder, and lane 1 represents a primer. Lane 2 represents the DNA template, lane 3 represents the hybridization of the DNA template and the primer, and lane 4 represents the hybridization of the circularized DNA template and the primer. In other words, when ligation is made and circularized, the position of the band moves slightly upwards. Lane 5 shows the RCA product, and the amplified RCA product does not move evenly on the gel and hangs in the well, showing this pattern. Lane 6 shows after the RCA product is cleaved and self-assembled, and various bands appear, but among them, the band of the nucleic acid nanostructure produced by the method of the present invention is a band at a position similar to that of the DNA template in lane 2 .

5.6 Y 형태 RNA 나노 구조체의 유전자 침묵 효과 확인5.6 Confirmation of gene silencing effect of Y-type RNA nanostructure

GFP-과발현 KB세포(GFP-KB 세포)를 엽산(folic acid)이 없는 RPMI 배지 (10 % FBS, 1% 페니실린/스트렙토마이신, 1 % Glutamax)에 배양하였다. 상기 GFP-KB 세포를 6-웰 배양 플레이트에 3.0 × 105 cells/well의 농도로 분주하였다. 24시간 배양 후, 10% 혈청이 포함된 정상 성장 (normal growth) 배지에 실험군에는 상기 5.5에서 생산된 Y-RNA 나노구조체 10nM를 리포펙타민(lipofectamine) RNAiMAX와 복합체를 이룬 후 24시간 동안 처리하고, 양성 대조군에는 이중가닥 GFP siRNA를 리포펙타민(lipofectamine) RNAiMAX와 복합체를 이룬 후 24시간 동안 처리하였다.GFP-overexpressing KB cells (GFP-KB cells) were cultured in RPMI medium (10% FBS, 1% penicillin/streptomycin, 1% Glutamax) without folic acid. The GFP-KB cells were dispensed in a 6-well culture plate at a concentration of 3.0 × 10 5 cells/well. After 24 hours incubation, 10 nM of the Y-RNA nanostructure produced in 5.5 was complexed to the experimental group in a normal growth medium containing 10% serum and treated for 24 hours after forming a complex with lipofectamine RNAiMAX. , In the positive control, double-stranded GFP siRNA was complexed with lipofectamine RNAiMAX and then treated for 24 hours.

GFP-KB 세포의 GFP 발현 정도는 FACSCalibur system (BD biosciences)으로 측정하였고, GFP 유전자 침묵효과는 flowJo program을 사용하여 분석하였다. The level of GFP expression in GFP-KB cells was measured with the FACSCalibur system (BD biosciences), and the GFP gene silencing effect was analyzed using the flowJo program.

결과는 도 16에 나타내었다. 도 16의 좌측 도는 양성 대조군에 대한 결과로서, GFP에 대해 약 63%의 침묵 효과가 나타나는 것을 알 수 있다. 도 16의 우측 도는 실험군에 대한 결과로서, 약 27%의 침묵 효과가 나타나는 것을 알 수 있다. The results are shown in Figure 16. The left diagram of FIG. 16 is a result of the positive control, and it can be seen that about 63% of the silencing effect appears for GFP. As a result of the experiment group shown on the right side of FIG. 16, it can be seen that a silent effect of about 27% appears.

<110> Ewha University - Industry Collaboration Foundation <120> Method for mass production of nucleic acid nanostructure and use thereof in drug delivery systems <130> P14-091-REA-EWHA-DA2 <150> KR 10-2014-0142589 <151> 2014-10-21 <160> 10 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 159 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA template <400> 1 gctacctcgc cttgaagcct acatcgtcac ggcgggcggg caaggcccct gcagctacct 60 cgccttgaag ccttgcccgc ccgcgcgccc cggaaaggcc cctgcagcta cctcgccttg 120 aagcctttcc ggggcgccgt gacgatgtag gcccctgca 159 <210> 2 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 ttcaaggcga ggtagctgca ggg 23 <210> 3 <211> 53 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA template Y1 <400> 3 gctacctcgc cttgaagcct acatcgtcac ggcgggcggg caaggcccct gca 53 <210> 4 <211> 53 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA template Y2 <400> 4 gctacctcgc cttgaagcct tgcccgcccg cgcgccccgg aaaggcccct gca 53 <210> 5 <211> 53 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA template Y3 <400> 5 gctacctcgc cttgaagcct ttccggggcg ccgtgacgat gtaggcccct gca 53 <210> 6 <211> 68 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA template S1 <400> 6 ctatagggat tgtagatgga cttgaactct tcgtgaaaac gctgggcgtt aatcaataat 60 acgactca 68 <210> 7 <211> 68 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA template S2 <400> 7 ctatagggat ttgattaacg cccagcgttt tcacaaaaca tgaagcagca cgactttaat 60 acgactca 68 <210> 8 <211> 68 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA template S3 <400> 8 ctatagggat aagtcgtgct gcttcatgtt ttgcgaagag ttcaagtcca tctacataat 60 acgactca 68 <210> 9 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 9 atccctatag tgagtcgtat ta 22 <210> 10 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> helper <400> 10 taatacgact cactatag 18 <110> Ewha University-Industry Collaboration Foundation <120> Method for mass production of nucleic acid nanostructure and use thereof in drug delivery systems <130> P14-091-REA-EWHA-DA2 <150> KR 10-2014-0142589 <151> 2014-10-21 <160> 10 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 159 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA template <400> 1 gctacctcgc cttgaagcct acatcgtcac ggcgggcggg caaggcccct gcagctacct 60 cgccttgaag ccttgcccgc ccgcgcgccc cggaaaggcc cctgcagcta cctcgccttg 120 aagcctttcc ggggcgccgt gacgatgtag gcccctgca 159 <210> 2 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 ttcaaggcga ggtagctgca ggg 23 <210> 3 <211> 53 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA template Y1 <400> 3 gctacctcgc cttgaagcct acatcgtcac ggcgggcggg caaggcccct gca 53 <210> 4 <211> 53 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA template Y2 <400> 4 gctacctcgc cttgaagcct tgcccgcccg cgcgccccgg aaaggcccct gca 53 <210> 5 <211> 53 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA template Y3 <400> 5 gctacctcgc cttgaagcct ttccggggcg ccgtgacgat gtaggcccct gca 53 <210> 6 <211> 68 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA template S1 <400> 6 ctatagggat tgtagatgga cttgaactct tcgtgaaaac gctgggcgtt aatcaataat 60 acgactca 68 <210> 7 <211> 68 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA template S2 <400> 7 ctatagggat ttgattaacg cccagcgttt tcacaaaaca tgaagcagca cgactttaat 60 acgactca 68 <210> 8 <211> 68 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA template S3 <400> 8 ctatagggat aagtcgtgct gcttcatgtt ttgcgaagag ttcaagtcca tctacataat 60 acgactca 68 <210> 9 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 9 atccctatag tgagtcgtat ta 22 <210> 10 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> helper <400> 10 taatacgact cactatag 18

Claims (32)

1) (P-Mk-Nk) 내지 (P-M(K-n)-N(K-n))로 표시되는 K개의 단위 서열 각각에 DNA 리가아제를 처리하여 서열의 말단부가 연결된 K개의 원형 DNA 주형을 제조하는 단계;
2) 원형 DNA 주형에 DNA 폴리머라아제를 처리하여 단위 서열에 상보적인 서열이 반복되는 증폭 산물을 얻는 단계;
3) 증폭 산물에 형성된 제한효소 인식부위를 제한효소로 절단하여 증폭된 K개의 서열 집단을 얻는 단계; 및
4) K개의 집단을 혼합하고, 서열 간 자가조립(self assembly)을 통해 DNA 나노 구조체를 얻는 단계;를 포함하는 DNA 나노구조체의 대량 생산 방법.
(여기에서 P는 제한효소 인식 부위를 포함하는 프라이머 결합 서열이고,
M 및 N은 3 내지 300nt 길이의 단일가닥 DNA 서열이고,
Nk는 M(K-1)과 상보적인 서열이며, N1은 Mk와 상보적인 서열이며,
K는 3≤K≤90 이하의 정수,
n={n| 1≤n≤k-1}인 정수} 이다)
1) preparing K circular DNA templates with the ends of the sequence connected by treating each of K unit sequences represented by (PM k -N k ) to (PM (Kn) -N (Kn) ) with DNA ligase ;
2) treating the circular DNA template with a DNA polymerase to obtain an amplification product in which a sequence complementary to the unit sequence is repeated;
3) digesting the restriction enzyme recognition site formed in the amplification product with a restriction enzyme to obtain K amplified sequence groups; And
4) mixing the K groups, and obtaining a DNA nanostructure through self assembly of the sequence; and mass production of the DNA nanostructure.
(Wherein P is a primer binding sequence comprising a restriction enzyme recognition site,
M and N are single stranded DNA sequences 3 to 300 nt in length,
N k is a sequence complementary to M (K-1) , N 1 is a sequence complementary to M k ,
K is an integer of 3? K? 90 or less,
n = {n | 1? N? K-1}})
제1항에 있어서, 5) DNA 나노구조체에 활성제를 결합시키는 단계;를 추가적으로 포함하는 DNA 나노구조체의 대량생산방법. The method according to claim 1, further comprising: 5) binding the DNA nanostructure with an active agent. 제1항의 방법에 의하여 만들어지는 활성제 전달용 DNA 나노구조체. A DNA nanostructure for activator delivery produced by the method of claim 1. 제3항에 있어서, 상기 활성제는 siRNA 및 이의 화학적 유도체, 올리고뉴클레오티드, 폴리뉴클레오티드, 소분자 및 약물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, 활성제 전달용 DNA 나노구조체. 4. The DNA nanostructure of claim 3, wherein the activator is at least one selected from the group consisting of siRNA and its chemical derivatives, oligonucleotides, polynucleotides, small molecules, and drugs. 1) (Pr-Mk-Nk) 내지 (Pr-M(K-n)-N(K-n))로 표시되는 K개의 단위 서열 각각에 DNA 리가아제 또는 circligase 를 처리하여 K개의 원형 DNA 주형을 제조하는 단계;
2) 각각의 원형 DNA 주형에 RNA 폴리머라아제를 처리하여 주형 DNA의 단위서열과 상보적인 서열이 반복되는 개별적인 증폭 RNA 산물을 얻는 단계;
3) 증폭 RNA 산물에 각각 DNA 헬퍼(helper) 서열을 첨가하여 DNA/RNA 이중 가닥을 형성시키는 단계;
4) DNA/RNA 이중가닥을 RNase H로 절단하여, 단위서열에 상보적인 서열 집단을 얻는 단계; 및
5) 증폭된 단일 서열 집단을 혼합시켜 서열 간 자가조립(self assembly)을 통해 RNA 나노 구조체를 얻는 단계;를 포함하는 RNA 나노구조체의 대량 생산 방법.
(여기에서 Pr은 RNA 폴리머라아제가 인식하는 RNA 폴리머라아제의 프로모터 서열이며,
M 및 N은 15 내지 25nt 길이의 siRNA 서열이고,
Nk는 M(K-1)과 상보적인 서열이며, N1은 Mk와 상보적인 서열이며,
K는 3≤K≤90 이하의 정수,
n={n| 1≤n≤k-1}인 정수} 이다)
1) (Pr-M k -N k) to (Pr-M (Kn) by the K unit sequences each represented by -N (Kn)) DNA Riga handle kinase or circligase for producing a circular DNA template K step;
2) treating each circular DNA template with an RNA polymerase to obtain a separate amplified RNA product in which the sequence complementary to the unit sequence of the template DNA is repeated;
3) adding DNA helper sequences to amplified RNA products to form DNA / RNA duplexes;
4) cleaving the double strand of DNA / RNA with RNase H to obtain a sequence group complementary to the unit sequence; And
And 5) obtaining a RNA nanostructure by self-assembly of the sequence by mixing the amplified single sequence group to mass-produce the RNA nanostructure.
(Wherein Pr is a promoter sequence of an RNA polymerase recognized by an RNA polymerase,
M and N are siRNA sequences of 15 to 25 nt in length,
N k is a sequence complementary to M (K-1) , N 1 is a sequence complementary to M k ,
K is an integer of 3? K? 90 or less,
n = {n | 1? N? K-1}})
제5항의 방법에 의하여 만들어지는 활성제 전달용 RNA 나노구조체. 6. An RNA nanostructure for activator delivery produced by the method of claim 5. 제6항에 있어서, 활성제가 추가로 결합된 RNA 나노구조체.7. The RNA nanostructure of claim 6 wherein the activator is further conjugated. 제5항에 있어서, 상기 DNA 헬퍼는 3’ 말단 및 5’ 말단으로부터 각각 1개 내지 6개의 뉴클레오티드가 2’-O-메틸화된 것인 방법. 6. The method of claim 5, wherein the DNA helper is 2'-O-methylated with one to six nucleotides each from the 3 'and 5' ends. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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